Adheesioreseptorit eivät ainoastaan tarjoa fyysistä kiinnittymistä ECM:ään, vaan ne luovat myös adheesiosta riippuvaisen signaalitelineen, joka sisältää useita adaptaatioproteiineja ja kinaaseja.5, 6 Näin ollen integriinit toimivat analogisesti kasvutekijäreseptoreiden (GFR-reseptoreiden) kanssa, ja ne itse asiassa myös aktivoivat monia samoja reittejä. Integriinit ovat myös suorassa vuorovaikutuksessa GFR:ien kanssa, ja niiden ansiosta solut voivat reagoida optimaalisesti liukoisiin sytokiineihin vain silloin, kun ne ovat kiinnittyneet oikeaan ECM:ään.
Spesifisyys tietyntyyppiseen ECM:ään tapahtuu solujen ilmentämän integriinivalikoiman kautta.6 Ihmisillä on ainakin 24 erilaista integriiniä, ja vaikka jotkut niistä ilmentyvät samoissa soluissa ja tunnistavat samoja ECM:n osatekijöitä, monilla niistä on olennainen rooli tietyissä kudoksissa. Rintarauhasen epiteelisolut kiinnittyvät laminiinirikkaaseen tyvikalvoon integriini α6β1:n välityksellä. Maitorauhasten kanavien ja keuhkorakkuloiden alla oleva strooma sisältää kollageeni I:tä, jonka maitorauhassolujen α2β1 tunnistaa. Vaikka ne ilmentävät kollageenia sitovia integriinejä, ne eivät kuitenkaan tue maitorauhassolujen selviytymistä, ja ne menevät lopulta apoptoosiin.7, 8 Melanosyytit pysyvät samalla tavoin oikeassa kudoskompartimentissa integriini- ja EKM-vuorovaikutusten avulla. Sen alla olevassa dermiksessä on runsaasti kollageenia, mutta se ei tue melanosyyttien kiinnittymistä ja selviytymistä, sillä toisin kuin MEC:t, ne eivät ilmentäisi sopivia integriinejä. Kun melanooma kuitenkin tunkeutuu kollageenirikkaan dermiksen läpi, melanoomasolujen αvββ3:n regulaatio sallii niiden vastaanottaa antiapoptoottisia signaaleja normaalisti vihamielisestä ECM-ympäristöstä.9 αvββ3:n toiminnan estäminen estävillä vasta-aineilla indusoi melanoomasolujen apoptoosin.
Miten siis integriinien välityksellä tapahtuva adheesio pitää solut hengissä? Integriinivälitteinen adheesio säätelee kaikkia samoja signaalireittejä, jotka säätelevät apoptoosia kasvutekijävälitteisessä eloonjäämisessä, DNA-vauriovasteissa ja kuoleman reseptorivälitteisessä apoptoosissa, vaikkakin eri laajuudessa. Se, mitkä reitit säätelevät anoikista, vaihtelee solutyypeittäin, ja eri integriinit aktivoivat erilaisia signaalikaskadeja (kuva 1). Esimerkiksi integriinit voivat aktivoida PI3-kinaasi-signalointia, klassista ERK-reittiä sekä stressin aktivoimia MAP-kinaaseja, kuten c-Jun N-terminaalista kinaasia (Jnk).5 Nämä voivat aktivoitua useilla eri integriineille ominaisilla tavoilla. Jotkin integriinit (α1β1, α5β1 ja αvβ3) rekrytoivat src-perheen kinaaseja Fyn ja Yes vuorovaikutuksen kautta kaveoliini 1:n kanssa, joka voi sitten aktivoida klassisia ERK-reittejä rekrytoimalla Shc:tä, Grb2:ta ja Sos10:tä (kuva 1a). Monet integriinit rekrytoivat pp125FAK:n (focal adhesion kinase), joka on muu kuin reseptorityrosiinikinaasi, joka aktivoituu adheesion seurauksena11 (kuva 1b). Pp125FAK on vuorovaikutuksessa useiden signalointi- ja adaptorimolekyylien, kuten Src:n, PI3-kinaasin, paksilliinin ja p130CAS:n, kanssa, ja se on yhdistetty useisiin migraatiota, proliferaatiota ja apoptoosia sääteleviin signaalireitteihin. Myös integriiniin sidoksissa oleva kinaasi rekrytoituu adheesiokohtiin, ja sen on todettu osallistuvan eloonjäämisen signalointiin.12, 13 Näiden vaihtoehtoisten integriinisignaalimekanismien aktivoimien reittien välillä on huomattavaa päällekkäisyyttä. Nostan esiin muutamia esimerkkejä, jotka havainnollistavat anoikiinisignaloinnin monimuotoisuutta.
Skeemaattinen havainnollistus vain joistakin molekyyliliitoksista adheesiokomplekseista (fokaaliset adheesiot), jotka ovat osallisina eloonjäämisen signalointiin. Adheesiokompleksien kokoaminen on riippuvainen paitsi integriinien ja taustalla olevan ECM:n välisistä vuorovaikutuksista myös yhteyksistä sytoskelettiin. Siksi integriinisignaalin aktivoituminen on monimutkaisempaa kuin pelkkä reseptorin ja ligandin vuorovaikutus. Katso lisätietoja päätekstistä ja siinä olevista viitteistä. (a) Tiettyjen integriinien α-alayksiköt voivat rekrytoida Src-perheen kinaaseja Fyn ja Yes vuorovaikutuksen kautta kaveoliinin kanssa, jotka sitten aktivoivat klassisen ERK-reitin. (b) Useimmat integriinien β-alayksiköt rekrytoivat FAK:n vuorovaikutusten kautta taliinin kaltaisten proteiinien kanssa. Taliini, vinkuliini ja muut fokaaliadheesioproteiinit toimivat sekä linkkereinä integriinien ja aktiinisytoskeletin välillä että telineenä FAK:n ja paksilliinin kaltaisten signaalimolekyylien rekrytoinnille. (c) Adheesio- ja GFR-signalointi liittyvät läheisesti toisiinsa, ja säätely voi tapahtua useilla tasoilla. Adheesio ECM:ään voi kontrolloida GF-reseptorien ilmentymistä, sitä, voivatko ne aktivoitua vai eivät, tai sitä, voivatko ne olla vuorovaikutuksessa myötävirran efektoreiden, kuten klassisten ERK- ja PI3-kinaasireittien kanssa
Pp125FAK:ia on osoitettu tarvittavan, jotta se voisi tukahduttaa anoikiksen useissa eri solutyypeissä joko dominoivasti negatiivisten muotojen ilmentymisellä, FAK:n vastaisen anti-FAK:n vasta-aineita sisältävien mikroriskien antamisella, tai dominoivasti aktiivisten muotojen käyttämisellä solukuoleman tukahduttamiseen14 , 15, 16 FAK voi säädellä PI3-kinaasi-signalointia, MAP-kinaasi-signalointia, pieniä GTPaaseja ja muita tyrosiinikinaaseja, kuten Src-perheeseen kuuluvia kinaaseja, jotka kaikki voivat vaikuttaa solujen eloonjäämiseen.11 MDCK-soluissa ECM:stä irtoaminen voi aktivoida Jnk:n, mikä antaa proapoptoottisen signaalin.17 Eräässä toisessa tutkimuksessa, jossa käytettiin myös MDCK-soluja, ei kuitenkaan havaittu yhteyttä Jnk:n ja anoikiksen välillä.18 Sen sijaan PI3-kinaasin aktivoituminen tarttuvissa MDCK-soluissa edellytti anoiksen tukahduttamista, joka on samanlainen kuin rintarauhasen epiteelisoluissa havaittu aktivoituminen.14 Jnk voi olla joko pro- tai antiapoptoottinen solukontekstista riippuen. Primäärisillä fibroblasteilla tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että Jnk:n pp125FAK:n aktivaatio adheesiosoluissa oli välttämätön anoikiksen tukahduttamiseksi.19 Fibroblasteissa anoikiksen havaittiin olevan myös riippuvainen p53:sta.20 Seerumittomissa olosuhteissa FAK:ta tarvitaan tukahduttamaan p53:sta riippuvainen apoptoosi. FAK:n tai adheesion puuttuessa p53 aktivoituu fosfolipaasi A2:n ja proteiinikinaasi Cγ:n kautta. Anoptiota esti joko Bcl-2:n yliekspressio tai p53:n dominoiva negatiivinen muoto, mikä osoittaa, että tämä p53:sta riippuvainen mekanismi edellyttää edelleen mitokondrioiden permeabilisaatiota. Samassa tutkimuksessa kasvutekijät antoivat voimakkaan PI3-kinaasi-riippuvaisen selviytymissignaalin, eivätkä fibroblastit olleet enää herkkiä pp125FAK:n estolle.
Pelkkä kiinnittyminen oikeaan ECM:ään ei riitä selviytymissignaalin antamiseen. Solun leviäminen ja muoto voivat vaikuttaa syvällisesti fenotyyppiin, ja sytoskeletin rooli näissä adheesiosignaalin osa-alueissa on ratkaiseva. Endoteelisolujen leviämisaste mikrokuvioiduilla alustoilla aiheutti vaihtelun proliferaation, erilaistumisen ja apoptoosin välillä riippumatta kiinnittymiseen käytetyn ECM:n ja integriinin tyypistä.21, 22 Vastaavasti maitorauhasen epiteelisolut vaativat tietynlaisen kolmiulotteisen (3-D) järjestelyn apoptoosin estämiseksi.23 Tämä apoptoosin säätely, joka perustuu solujen sijoittumiseen kolmiulotteiseen arkkitehtuuriin, voi vaikuttaa osaltaan maitorauhasen morfogeneesiin.24 Solujen muotoa säätelee sytoskeletti ja sen yhteydet integriineihin solun ja EKM:n sekä solun ja solun välisissä liitoskohdissa. Muutokset näissä mekaanisissa voimissa voivat muuttaa solujen adheesioon liittyviä solujen signaalireittejä ja siten vaikuttaa eloonjäämiseen.25, 26 Tapoja, joilla solut aistivat leviämiseen ja kudosarkkitehtuuriin liittyviä mekaanisia voimia ja miten ne vaikuttavat signaalinvälitykseen, on tarkasteltu yksityiskohtaisesti toisaalla.27, 28, 29
Muutos mutkistaa tilannetta entisestään, kun tarkastelemme integriinien ja GFR:ien välistä ristikkäisliikettä. Monet GFR:t vaikuttavat adheesioon ECM:ään, mikä mahdollistaa esimerkiksi ankkurointiriippuvaisen proliferaation kontrollin.30 Pp125FAK-signalointi voi suoraan vaikuttaa GFR:n kykyyn kontrolloida ERK-aktivaatiota ja G1-M-siirtymää. Ei siis ole yllättävää, että tämä ristikkäistoiminta voi vaikuttaa anoikikseen (kuva 1c). Primäärisissä oligodendrosyyteissä integriinit ovat ristikkäisessä vuorovaikutuksessa GFR:n kanssa, mikä mahdollistaa kohderiippuvaisen selviytymisen rajoittavien kasvutekijöiden vallitessa.31 Fysiologisilla neureguliinipitoisuuksilla vastasyntyneiden oligodendrosyyttien kiinnittyminen aksonien laminaattiin α6β1:n välityksellä edellytti selviytymissignaalien täydellistä aktivoimista. Laminiinin ja α6β1:n vuorovaikutuksen ansiosta neureguliini pystyi aktivoimaan voimakkaan ERK-riippuvaisen selviytymissignaalin. Epiteelisoluissa on myös havaittavissa anoikiksen säätelyä integriini-GFR-ristikytkennän kautta. Epiteelisolut ovat riippuvaisia sekä kasvutekijöistä että adheesiosta selviytyäkseen, ja kummankaan puuttuminen johtaa apoptoosiin. Ne eivät kuitenkaan välttämättä toimi erillisten signaalien kautta. Primaariset maitorauhasen epiteelisolut ovat riippuvaisia kiinnittymisestä laminiiniin yhdessä insuliinin kaltaisen kasvutekijä 1:n (IGF-1) kanssa.32 IGF-1-reseptorin aktivoituminen estää apoptoosin PI3-kinaasi-riippuvaisen reitin kautta.33 Kiinnittyminen laminiiniin näyttää olevan edellytys tälle IGF-reseptorin signaloinnille. Kollageenin päällä kasvatetut primaariset MEC:t eivät aktivoi tehokkaasti PI3-kinaasia IGF-1:n vaikutuksesta, vaan ne menevät apoptoosiin. Ihmisen MEC-linja MCF10A osoittaa, että epidermisen kasvutekijän (EGF) reseptorin (EGFR) signalointi on välttämätöntä, vaikkakin tässä tapauksessa se näyttää toimivan klassisen ERK-reitin kautta.34 Ilman adheesiota MCF10A-solut menettivät nopeasti EGFR:n solupinnan ilmentymisen, mikä johti Bcl-2-proteiinin Bim:n ylössäätelyyn. Eräässä rintakasvainsolulinjassa ei ilmennyt tätä irtoamisen aiheuttamaa EGFR:n alaregulaatiota, ja EGFR:n yliekspressio MCF10A-soluissa esti anoikiksen. Mielenkiintoista on, että eri MEC-linjoilla näyttää olevan eroja siinä, miten integriinit yhdistyvät GFR:n kanssa anoikiksen kontrolloimiseksi.35 Näin ollen integriinien ja kasvutekijöiden välinen raja apoptoosin säätelyssä näyttää hämärtyvän.