Adhesiereceptoren zorgen niet alleen voor een fysieke aanhechting aan de ECM, maar creëren ook een adhesie-afhankelijke signaleringsscaffold die een aantal adaptoreiwitten en kinasen bevat.5, 6 Integrins functioneren dus op een analoge manier als groeifactor receptoren (GFRs), en activeren inderdaad veel van dezelfde downstream pathways. Integrins werken ook rechtstreeks samen met GFRs, en stellen cellen alleen in staat optimaal op oplosbare cytokines te reageren wanneer zij aan de juiste ECM zijn gehecht.
Specificiteit voor bepaalde soorten ECM komt tot stand via de reeks integrins die op cellen tot expressie worden gebracht.6 Mensen hebben ten minste 24 verschillende integrins, en hoewel sommige op dezelfde cellen tot expressie komen en zelfs dezelfde ECM-componenten herkennen, hebben vele een essentiële rol in specifieke weefsels. Mamelaire epitheelcellen hechten aan een lamininerijk basaal membraan via integrine α6β1. Het stroma onderliggend aan de mammaire kanalen en alveoli bevatten collageen I, dat herkend wordt door α2β1 op de mammaire cellen. Hoewel zij collageen-bindende integrines tot expressie brengen, ondersteunen zij echter niet de overleving van de borstcellen en uiteindelijk ondergaan zij apoptose.7, 8 Melanocyten worden op soortgelijke wijze in het juiste weefselcompartiment gehouden door integrine/ECM interacties. De onderliggende dermis is rijk aan collageen, en dit ondersteunt de adhesie en overleving van melanocyten niet, aangezien zij, in tegenstelling tot MEC, geen geschikte integrines tot expressie brengen. Tijdens de invasie van melanomen door de collageenrijke lederhuid, echter, zorgt de upregulatie van αvβ3 op de melanoomcellen ervoor dat zij anti-apoptotische signalen ontvangen van een normaal vijandige ECM omgeving.9 Remming van de αvβ3 functie met blokkerende antilichamen induceerde de apoptose van melanoomcellen.
Dus hoe houdt adhesie via integrines de cellen in leven? Integrine-gemedieerde adhesie reguleert dezelfde signaalwegen die apoptose controleren in groeifactor-gemedieerde overleving, DNA-schaderespons en dood-receptor-gemedieerde apoptose, zij het in verschillende mate. Welke signaalwegen anoïcose reguleren varieert naargelang het celtype, waarbij verschillende integrines verschillende signaalcascades activeren (figuur 1). Integrines kunnen bijvoorbeeld PI3-kinase-signalering activeren, de klassieke ERK-route, alsook door stress geactiveerde MAP-kinases zoals c-Jun N-terminal kinase (Jnk).5 Deze kunnen op een aantal manieren worden geactiveerd die specifiek zijn voor de verschillende integrines. Sommige integrines (α1β1, α5β1 en αvβ3) rekruteren de src familie kinases Fyn en Yes via een interactie met caveolin 1, die vervolgens de klassieke ERK routes kunnen activeren door het rekruteren van Shc, Grb2 en Sos10 (figuur 1a). Veel integrines rekruteren pp125FAK (focal adhesion kinase), een niet-receptor tyrosine kinase dat geactiveerd wordt in reactie op adhesie11 (figuur 1b). Pp125FAK interageert met een reeks signaal- en adaptormoleculen, waaronder Src, PI3-kinase, paxilline en p130CAS, en is in verband gebracht met een aantal signaalroutes die migratie, proliferatie en apoptose controleren. Integrine-gekoppeld kinase wordt ook gerekruteerd op adhesieplaatsen, en is betrokken bij overlevingssignalering.12, 13 Er is een aanzienlijke overlap tussen de stroomafwaartse routes die geactiveerd worden door deze alternatieve integrinesignaleringsmechanismen. Ik zal een paar voorbeelden geven die de diversiteit in anoikisignalering illustreren.
Schematische illustratie van slechts enkele van de moleculaire verbindingen van adhesiecomplexen (focale adhesies) die zijn betrokken bij overlevingssignalering. De assemblage van adhesiecomplexen is niet alleen afhankelijk van interacties tussen integrines en de onderliggende ECM, maar ook van verbindingen met het cytoskelet. Activering van integrinesignalering is daarom complexer dan een eenvoudige receptor/ligand-interactie. Zie de hoofdtekst en de referenties daarin voor details. (a) De α-subeenheden van bepaalde integrines kunnen de Src-familie kinasen Fyn en Yes rekruteren door interacties met caveolin, die vervolgens de klassieke ERK-route activeren. (b) De meeste integrine β-subeenheden rekruteren FAK via interacties met eiwitten zoals talin. Talin, vinculin en andere focale adhesie-eiwitten fungeren zowel als linkers tussen integrines en het actine-cytoskelet, en als een steiger voor de rekrutering van signaalmoleculen zoals FAK en paxilline. (c) Adhesie en GFR-signalering zijn nauw met elkaar verbonden, en regulering kan op een aantal niveaus plaatsvinden. Adhesie aan ECM kan de expressie van GF-receptoren controleren, of zij al dan niet geactiveerd kunnen worden, of zij kunnen interageren met stroomafwaartse effectoren zoals de klassieke ERK- en PI3-kinaseroutes
Pp125FAK is nodig gebleken om anoikis in een aantal celtypes te onderdrukken, hetzij door expressie van dominante-negatieve vormen, micro-injectie van anti-FAK-antilichamen of gebruik van dominante actieve vormen om celdood te onderdrukken.14, 15, 16 FAK kan PI3-kinase signalering, MAP kinase signalering, kleine GTPasen en andere tyrosine kinasen zoals die van de Src familie reguleren, die allemaal de overleving van cellen kunnen beïnvloeden.11 In MDCK cellen kan loskoppeling van ECM Jnk activeren, wat een proapoptotisch signaal oplevert.17 Een andere studie, waarbij ook MDCK cellen werden gebruikt, vond echter geen correlatie tussen Jnk en anoikis.18 In plaats daarvan was activering van PI3-kinase in adherente MDCK cellen nodig om anoikis te onderdrukken, vergelijkbaar met wat wordt gezien in mammaire epitheelcellen.14 Jnk kan zowel pro- als anti-apoptotisch zijn, afhankelijk van zijn cellulaire context. Een studie in primaire fibroblasten toonde aan dat pp125FAK activering van Jnk in adherente cellen nodig was om anoikis te onderdrukken.19 In fibroblasten bleek anoikis ook afhankelijk te zijn van p53.20 In serumvrije omstandigheden is FAK nodig om p53-afhankelijke apoptose te onderdrukken. In afwezigheid van FAK of adhesie wordt p53 geactiveerd via fosfolipase A2 en proteïne kinase Cγ. Anoikis werd geremd door overexpressie van Bcl-2 of door een dominant-negatieve vorm van p53, wat erop wijst dat voor dit p53-afhankelijke mechanisme nog steeds mitochondriale permeabilisatie nodig is. In dezelfde studie zorgden groeifactoren voor een sterk PI3-kinase-afhankelijk overlevingssignaal en waren de fibroblasten niet langer gevoelig voor remming van pp125FAK.
Adhesie aan de juiste ECM alleen is niet voldoende om een overlevingssignaal te geven. Celspreiding en vorm kunnen het fenotype diepgaand beïnvloeden, en de rol van het cytoskelet in deze aspecten van adhesiesignalering is van cruciaal belang. De mate van verspreiding van endotheelcellen op substraten met micropatronen veroorzaakt een omschakeling tussen proliferatie, differentiatie en apoptose, onafhankelijk van het type ECM en integrine dat voor de hechting wordt gebruikt.21, 22 Evenzo hebben epitheelcellen in de melkklier een specifieke driedimensionale (3-D) opstelling nodig om apoptose te onderdrukken.23 Deze regulatie van apoptose door de rangschikking van cellen binnen een 3-D architectuur kan bijdragen tot de morfogenese van de melkklier.24 De celvorm wordt gecontroleerd door het cytoskelet en zijn verbindingen met integrines op cel/ECM en cel/cel kruispunten. Veranderingen in deze mechanische krachten kunnen cellulaire signaalwegen geassocieerd met celadhesie veranderen, en zo de overleving beïnvloeden.25, 26 De manieren waarop cellen mechanische krachten geassocieerd met verspreiding en weefselarchitectuur voelen, en hoe deze signaalwegen beïnvloeden, worden elders in detail besproken.27, 28, 29
Een verdere complicatie ontstaat wanneer we crosstalk tussen integrines en GFRs beschouwen. Veel GFRs worden beïnvloed door adhesie aan ECM, waardoor bijvoorbeeld ankerafhankelijke controle van proliferatie mogelijk wordt.30 Pp125FAK signalering kan direct invloed hebben op het vermogen van GFR om ERK activering en G1-M overgang te controleren. Het is daarom niet verwonderlijk dat deze overspraak anoikis kan beïnvloeden (figuur 1c). In primaire oligodendrocyten, integrines crosstalk met GFR, waardoor doel-afhankelijke overleving in omstandigheden van beperkende groeifactoren.31 Bij fysiologische niveaus van neureguline, gehechtheid van nieuw gevormde oligodendrocyten aan laminine op axonen, via α6β1, was nodig om volledig te activeren overlevingssignalen. De laminine/α6β1 interactie maakte het voor neureguline mogelijk om een sterk ERK-afhankelijk overlevingssignaal te activeren. Epitheliale cellen vertonen ook regulatie van anoikis door integrine GFR crosstalk. Epitheliale cellen zijn afhankelijk van zowel groeifactoren als adhesie om te overleven, en de afwezigheid van één van beide resulteert in apoptose. Zij werken echter niet noodzakelijk via verschillende signalen. Primaire melkklier-epitheelcellen zijn afhankelijk van hechting aan laminine samen met de insuline-achtige groeifactor 1 (IGF-1).32 Activering van de IGF-1 receptor onderdrukt apoptose via een PI3-kinase-afhankelijke route.33 Hechting aan laminine blijkt een vereiste te zijn voor deze IGF-receptor signalering. Primaire MEC gekweekt op collageen activeren PI3-kinase niet efficiënt in reactie op IGF-1 en ondergaan apoptose. De menselijke MEC-lijn MCF10A vertoont behoefte aan signalering door de epidermale groeifactor (EGF) receptor (EGFR), hoewel deze in dit geval via de klassieke ERK-route lijkt te verlopen.34 Bij afwezigheid van adhesie verloren de MCF10A-cellen snel de expressie van EGFR aan het celoppervlak, hetgeen leidde tot upregulatie van het Bcl-2-eiwit Bim. Een borsttumorcellijn vertoonde deze door onthechting geïnduceerde downregulatie van EGFR niet, en overexpressie van EGFR in MCF10A cellen remde anoikis. Interessant is dat verschillende MEC-lijnen verschillen blijken te vertonen in de wijze waarop integrines zich verbinden met GFRs om anoikis te controleren.35 Aldus lijkt de grens tussen integrines en groeifactoren in de regulering van apoptose vaag.