Az adhéziós receptorok nemcsak fizikai kötődést biztosítanak az ECM-hez, hanem egy adhéziófüggő jelátviteli keretet is létrehoznak, amely számos adaptor fehérjét és kinázt tartalmaz.5, 6 Így az integrinek a növekedési faktor receptorokkal (GFR) analóg módon működnek, és valóban számos azonos downstream útvonalat aktiválnak. Az integrinek közvetlenül is együttműködnek a GFR-ekkel, és lehetővé teszik, hogy a sejtek csak akkor reagáljanak optimálisan az oldható citokinekre, ha a megfelelő ECM-hez kapcsolódnak.
A sejteken kifejeződő integrinek széles skáláján keresztül az egyes ECM-típusok iránti specifitás érvényesül.6 Az embernek legalább 24 különböző integrinje van, és bár néhányat ugyanazok a sejtek fejeznek ki, sőt ugyanazokat az ECM-komponenseket ismerik fel, soknak alapvető szerepe van bizonyos szövetekben. Az emlőhámsejtek az integrin α6β1 segítségével tapadnak a lamininben gazdag bazális membránhoz. Az emlőcsatornák és az alveolusok alatt húzódó stróma kollagén I-et tartalmaz, amelyet az α2β1 az emlősejteken felismer. Bár azonban ezek a sejtek kollagénkötő integrint expresszálnak, nem támogatják az emlősejtek túlélését, és végül apoptózisnak esnek át.7, 8 A melanociták hasonlóan a megfelelő szöveti kompartmentben maradnak az integrin/EKM kölcsönhatások révén. Az alatta lévő dermisz kollagénben gazdag, és ez nem támogatja a melanociták adhézióját és túlélését, mivel a MEC-ekkel ellentétben nem expresszálnak megfelelő integrineket. A kollagénben gazdag dermiszen keresztül történő melanoma invázió során azonban a melanomasejteken az αvββ3 felszabályozása lehetővé teszi számukra, hogy antiapoptotikus jeleket kapjanak az általában ellenséges ECM-környezetből.9 Az αvβ3 funkció gátlása blokkoló antitestekkel a melanomasejtek apoptózisát indukálta.
Hogyan tartja életben a sejteket az integrineken keresztül történő adhézió? Az integrin-mediált adhézió ugyanazokat a jelátviteli útvonalakat szabályozza, amelyek a növekedési faktorok által közvetített túlélésben, a DNS-károsodásra adott válaszokban és a halálreceptorok által közvetített apoptózisban is szabályozzák az apoptózist, bár eltérő mértékben. Az, hogy mely útvonalak szabályozzák az anoikiszt, sejttípustól függően változik, a különböző integrinek különböző jelátviteli kaszkádokat aktiválnak (1. ábra). Az integrinek például aktiválhatják a PI3-kináz jelátvitelt, a klasszikus ERK útvonalat, valamint a stressz által aktivált MAP-kinázokat, például a c-Jun N-terminális kinázt (Jnk).5 Ezek számos, a különböző integrinekre jellemző módon aktiválódhatnak. Egyes integrinek (α1β1, α5β1 és αvβ3) a kaveolin 1-gyel való kölcsönhatáson keresztül toborozzák az src családba tartozó Fyn és Yes kinázokat, amelyek aztán a Shc, Grb2 és Sos10 toborzásával aktiválhatják a klasszikus ERK útvonalakat (1a. ábra). Sok integrin rekrutálja a pp125FAK-ot (fókuszos adhéziós kináz), egy nem receptor tirozinkinázt, amely adhézióra válaszul aktiválódik11 (1b. ábra). A pp125FAK számos jelátviteli és adaptor molekulával lép kölcsönhatásba, beleértve a Src-t, a PI3-kinázt, a paxillint és a p130CAS-t, és számos, a migrációt, a proliferációt és az apoptózist szabályozó jelátviteli útvonalhoz kapcsolódik. Az integrinhez kötődő kináz szintén az adhéziós helyekre rekrutálódik, és a túlélési jelátvitelben is szerepet játszik.12, 13 Jelentős átfedés van az ezen alternatív integrin jelátviteli mechanizmusok által aktivált downstream útvonalak között. Néhány példát emelek ki, amelyek illusztrálják az anoikis jelátvitel sokféleségét.
Sémás illusztráció csak néhány olyan molekuláris kapcsolatról az adhéziós komplexekből (fókuszos adhéziók), amelyek a túlélési jelátvitelben szerepet játszanak. Az adhéziós komplexek összeállása nemcsak az integrinek és a mögöttes ECM közötti kölcsönhatásoktól függ, hanem a citoszkelettel való kapcsolatoktól is. Az integrin jelátvitel aktiválása ezért összetettebb, mint egy egyszerű receptor/ligandum kölcsönhatás. A részletekért lásd a főszöveget és az abban szereplő hivatkozásokat. (a) Egyes integrinek α-alegységei a kaveolinnal való kölcsönhatáson keresztül rekrutálhatják a Src családba tartozó Fyn és Yes kinázokat, amelyek aztán aktiválják a klasszikus ERK útvonalat. (b) A legtöbb integrin β-alegység a FAK-ot olyan fehérjékkel való kölcsönhatásokon keresztül rekrutálja, mint a talin. A talin, a vinculin és más fókuszos adhéziós fehérjék egyrészt összekötőként működnek az integrinek és az aktin citoszkeleton között, másrészt állványként szolgálnak az olyan szignálmolekulák, mint a FAK és a paxillin toborzásához. (c) Az adhézió és a GFR jelátvitel szorosan kapcsolódik egymáshoz, és a szabályozás számos szinten történhet. Az ECM-hez való adhézió szabályozhatja a GF receptorok expresszióját, azt, hogy azok aktiválhatók-e vagy sem, illetve hogy kölcsönhatásba léphetnek-e downstream effektorokkal, például a klasszikus ERK és PI3-kináz útvonalakkal
Pp125FAK-ról kimutatták, hogy számos sejttípusban szükséges az anoikisz elnyomása, akár domináns-negatív formák expressziója, akár anti-FAK antitestek mikroinjekciója, akár domináns aktív formák alkalmazása révén a sejthalál elnyomására14, 15, 16 A FAK szabályozhatja a PI3-kináz jelátvitelt, a MAP-kináz jelátvitelt, a kis GTP-ázokat és más tirozin-kinázokat, például a Src-család tagjait, amelyek mind befolyásolhatják a sejtek túlélését.11 MDCK sejtekben az ECM-ről való leválás aktiválhatja a Jnk-t, ami proapoptotikus jelet ad.17 Egy másik, szintén MDCK sejteket használó vizsgálat azonban nem talált összefüggést a Jnk és az anoikisz között.18 Ehelyett a PI3-kináz aktiválása volt szükséges az adherens MDCK sejtekben az anoikisz elnyomásához, hasonlóan az emlőhámsejtekben tapasztaltakhoz.14 A Jnk lehet pro- vagy antiapoptotikus, a sejtkörnyezettől függően. Egy primer fibroblasztokon végzett vizsgálat szerint a pp125FAK Jnk aktiválása adherens sejtekben szükséges az anoikisz elnyomásához.19 Fibroblasztokban az anoikisz szintén p53-függőnek bizonyult.20 Szérummentes körülmények között a FAK szükséges a p53-függő apoptózis elnyomásához. FAK vagy adhézió hiányában a p53 a foszfolipáz A2 és a protein kináz Cγ révén aktiválódik. Az anoptizmust gátolta a Bcl-2 túlterjedése vagy a p53 domináns-negatív formája, ami azt jelzi, hogy ez a p53-függő mechanizmus továbbra is mitokondriális permeabilizációt igényel. Ugyanebben a vizsgálatban a növekedési faktorok erős PI3-kináz-függő túlélési jelet adtak, és a fibroblasztok már nem voltak érzékenyek a pp125FAK gátlására.
A megfelelő ECM-hez való tapadás önmagában nem elegendő a túlélési jelhez. A sejtek terjedése és alakja alapvetően befolyásolhatja a fenotípust, és a citoszkeleton szerepe az adhéziós jelátvitel ezen aspektusaiban kritikus. Az endotélsejtek mikromintás szubsztrátokon való terjedésének mértéke váltást okozott a proliferáció, a differenciálódás és az apoptózis között, függetlenül a rögzítéshez használt ECM és integrin típusától.21, 22 Hasonlóképpen, az emlőhámsejteknek az apoptózis elfojtásához specifikus háromdimenziós (3-D) elrendezésre van szükségük.23 Az apoptózisnak a sejtek 3-D architektúrán belüli elrendezésén keresztül történő szabályozása hozzájárulhat az emlőmirigy morfogeneziséhez.24 A sejtek alakját a citoszkeleton és annak integrinekkel való kapcsolatai szabályozzák a sejt/ECM és sejt/sejt kapcsolódási pontokon. Az ezekben a mechanikai erőkben bekövetkező változások megváltoztathatják a sejtadhézióhoz kapcsolódó sejtes jelátviteli útvonalakat, így befolyásolhatják a túlélést.25, 26 Azt, hogy a sejtek hogyan érzékelik a terjedéshez és a szöveti architektúrához kapcsolódó mechanikai erőket, és ezek hogyan befolyásolják a jelátvitelt, máshol részletesen áttekintjük.27, 28, 29
Egy további bonyodalom merül fel, ha az integrinek és a GFR-ek közötti keresztbeszélgetést vizsgáljuk. Számos GFR-t befolyásol az ECM-hez való adhézió, lehetővé téve például a proliferáció horgonyzásfüggő szabályozását.30 A Pp125FAK jelátvitel közvetlenül befolyásolhatja a GFR-nek az ERK aktiváció és a G1-M átmenet szabályozására való képességét. Ezért nem meglepő, hogy ez a crosstalk befolyásolhatja az anoikiszt (1c. ábra). A primer oligodendrocitákban az integrinek keresztbeszélgetnek a GFR-rel, lehetővé téve a céltól függő túlélést limitáló növekedési faktorok körülményei között.31 A neuregulin fiziológiás szintjén az újonnan képződött oligodendrocitáknak az axonok lamininjéhez való rögzülése az α6β1-en keresztül szükséges volt a túlélési jelek teljes aktiválásához. A laminin/α6β1 kölcsönhatás lehetővé tette, hogy a neuregulin erős ERK-függő túlélési jelet aktiváljon. Az epitélsejtek szintén mutatják az anoikisz szabályozását az integrin GFR crosstalkon keresztül. Az epitélsejtek mind a növekedési faktoroktól, mind az adhéziótól függenek a túléléshez, és bármelyik hiánya apoptózist eredményez. Ezek azonban nem feltétlenül különálló jeleken keresztül működnek. Az elsődleges emlőhámsejtek az 1-es inzulinszerű növekedési faktorral (IGF-1) együtt a lamininhez való tapadástól függenek.32 Az IGF-1 receptor aktiválása egy PI3-kináz-függő útvonalon keresztül elnyomja az apoptózist.33 Úgy tűnik, hogy a lamininhez való tapadás az IGF receptor jelátvitelének feltétele. A kollagénen tenyésztett primer MEC nem aktiválja hatékonyan a PI3-kinázt az IGF-1 hatására, és apoptózisnak megy keresztül. Az MCF10A humán MEC vonal az epidermális növekedési faktor (EGF) receptor (EGFR) jelátvitelének szükségességét mutatja, bár ebben az esetben úgy tűnik, hogy ez a klasszikus ERK útvonalon keresztül működik.34 Adhézió hiányában az MCF10A sejtek gyorsan elvesztették az EGFR sejtfelszíni expresszióját, ami a Bim Bcl-2 fehérje felszabályozásához vezetett. Egy emlődaganat-sejtvonal nem mutatta az EGFR-nek ezt a leválás által indukált downregulációját, és az EGFR túlterjedése az MCF10A sejtekben gátolta az anoikiszt. Érdekes módon úgy tűnik, hogy a különböző MEC-vonalak különbséget mutatnak abban, hogy az integrinek hogyan kapcsolódnak a GFR-rel az anoikisz szabályozásához.35 Így az integrinek és a növekedési faktorok közötti határvonal az apoptózis szabályozásában elmosódni látszik.