Receptory adhezyjne nie tylko zapewniają fizyczne przyłączenie do ECM, ale również tworzą zależne od adhezji rusztowanie sygnalizacyjne zawierające szereg białek adaptorowych i kinaz.5, 6 Integryny funkcjonują zatem w sposób analogiczny do receptorów czynników wzrostu (GFR) i rzeczywiście aktywują wiele z tych samych szlaków downstream. Integryny również krzyżują się bezpośrednio z GFR i umożliwiają komórkom optymalną odpowiedź na rozpuszczalne cytokiny tylko wtedy, gdy są one przyłączone do właściwej ECM.
Specyficzność dla poszczególnych rodzajów ECM występuje poprzez zakres integryn wyrażonych na komórkach.6 Ludzie mają co najmniej 24 różne integryny, i chociaż niektóre z nich są wyrażone na tych samych komórkach, a nawet rozpoznają te same składniki ECM, wiele z nich ma zasadnicze role w określonych tkankach. Komórki nabłonka gruczołu sutkowego przylegają do bogatej w lamininę błony podstawnej za pośrednictwem integryny α6β1. Stroma leżąca u podłoża przewodów i pęcherzyków płucnych sutka zawiera kolagen I, który jest rozpoznawany przez α2β1 na komórkach sutka. Jednakże, pomimo ekspresji integryn wiążących kolagen, nie wspomagają one przeżycia komórek sutka i ostatecznie ulegają apoptozie.7, 8 Melanocyty są podobnie utrzymywane we właściwym przedziale tkankowym poprzez interakcje integryn/ECM. Leżąca u podłoża skóra właściwa jest bogata w kolagen, a ten nie wspiera adhezji i przeżycia melanocytów, ponieważ w przeciwieństwie do MEC nie wykazują one ekspresji odpowiednich integryn. Jednak podczas inwazji czerniaka przez bogatą w kolagen skórę właściwą, wzrost regulacji αvβ3 na komórkach czerniaka pozwala im odbierać sygnały antyapoptotyczne z normalnie wrogiego środowiska ECM.9 Zahamowanie funkcji αvβ3 za pomocą przeciwciał blokujących indukowało apoptozę komórek czerniaka.
Jak zatem adhezja za pośrednictwem integryn utrzymuje komórki przy życiu? Adhezja pośredniczona przez integryny reguluje wszystkie te same szlaki sygnalizacyjne, które kontrolują apoptozę w przeżyciu pośredniczonym przez czynniki wzrostu, odpowiedzi na uszkodzenia DNA i apoptozę pośredniczoną przez receptory śmierci, chociaż w różnym stopniu. To, które szlaki regulują anoikis, różni się w zależności od typu komórki, przy czym różne integryny aktywują odmienne kaskady sygnalizacyjne (ryc. 1). Na przykład integryny mogą aktywować sygnalizację PI3-kinazy, klasyczny szlak ERK, jak również kinazy MAP aktywowane stresem, takie jak c-Jun N-końcowa kinaza (Jnk).5 Mogą one być aktywowane na wiele sposobów specyficznych dla różnych integryn. Niektóre integryny (α1β1, α5β1 i αvβ3) rekrutują kinazy z rodziny src: Fyn i Yes poprzez interakcję z kaweoliną 1, która może następnie aktywować klasyczne szlaki ERK poprzez rekrutację Shc, Grb2 i Sos10 (ryc. 1a). Wiele integryn rekrutuje pp125FAK (focal adhesion kinase), niereceptorową kinazę tyrozynową, która jest aktywowana w odpowiedzi na adhezję11 (rysunek 1b). Pp125FAK oddziałuje z wieloma cząsteczkami sygnalizacyjnymi i adaptorowymi, w tym z Src, PI3-kinazą, paksyliną i p130CAS, i została powiązana z wieloma szlakami sygnalizacyjnymi kontrolującymi migrację, proliferację i apoptozę. Kinaza związana z integryną jest również rekrutowana do miejsc adhezji i została włączona do sygnalizacji przeżycia.12, 13 Istnieje znaczne nakładanie się szlaków downstream aktywowanych przez te alternatywne mechanizmy sygnalizacji integrynowej. Podkreślę kilka przykładów, które ilustrują różnorodność w sygnalizacji anoikis.
Schematyczna ilustracja tylko niektórych połączeń molekularnych z kompleksów adhezyjnych (focal adhesions), które są zaangażowane w sygnalizację przeżycia. Tworzenie kompleksów adhezyjnych zależy nie tylko od interakcji pomiędzy integrynami a ECM, ale także od połączeń z cytoszkieletem. Aktywacja sygnalizacji integrynowej jest więc bardziej złożona niż prosta interakcja receptor/ligand. Szczegółowe informacje znajdują się w tekście głównym i odnośnikach do niego. (a) Podjednostki α niektórych integryn mogą rekrutować kinazy rodziny Src: Fyn i Yes poprzez interakcje z kaweoliną, które następnie aktywują klasyczny szlak ERK. (b) Większość podjednostek β integryn rekrutuje FAK poprzez interakcje z białkami takimi jak talina. Talin, winkulina i inne białka ogniskowej adhezji działają zarówno jako łączniki między integrynami a cytoszkieletem aktynowym, jak i jako rusztowanie dla rekrutacji cząsteczek sygnalizacyjnych, takich jak FAK i paksylina. (c) Adhezja i sygnalizacja GFR są ze sobą ściśle powiązane, a regulacja może zachodzić na wielu poziomach. Adhezja do ECM może kontrolować ekspresję receptorów GF, czy mogą one być aktywowane, czy też nie, lub czy mogą oddziaływać z efektorami downstream, takimi jak klasyczne szlaki ERK i PI3-kinazy
Pp125FAK wykazano, że jest wymagany do tłumienia anoikis w wielu typach komórek, poprzez ekspresję form dominująco-negatywnych, mikroiniekcję przeciwciał anty-FAK lub użycie form dominująco aktywnych do tłumienia śmierci komórek.14, 15, 16 FAK może regulować sygnalizację PI3-kinazy, sygnalizację kinazy MAP, małe GTPazy i inne kinazy tyrozynowe, takie jak te z rodziny Src, z których wszystkie mogą wpływać na przeżycie komórek.11 W komórkach MDCK, odłączenie od ECM może aktywować Jnk, dostarczając sygnał proapoptotyczny.17 Jednakże w innym badaniu, również z użyciem komórek MDCK, nie stwierdzono korelacji między Jnk a anoikis.18 Zamiast tego, aktywacja PI3-kinazy w przylegających komórkach MDCK była wymagana do zahamowania anoikis, podobnie jak to obserwowano w komórkach nabłonka sutka.14 Jnk może być pro- lub antyapoptotyczna, w zależności od kontekstu komórkowego. W badaniu przeprowadzonym na pierwotnych fibroblastach stwierdzono, że aktywacja Jnk przez pp125FAK w komórkach przylegających była wymagana do zahamowania anoikis.19 W fibroblastach stwierdzono również, że anoikis jest zależna od p53.20 W warunkach bez surowicy FAK jest wymagana do zahamowania apoptozy zależnej od p53. W przypadku braku FAK lub adhezji, p53 jest aktywowany przez fosfolipazę A2 i kinazę białkową Cγ. Anoikis była hamowana przez nadekspresję Bcl-2 lub przez dominującą-ujemną formę p53, wskazując, że ten p53-zależny mechanizm nadal wymaga permeabilizacji mitochondriów. W tym samym badaniu czynniki wzrostu dostarczyły silnego sygnału przeżycia zależnego od kinazy PI3, a fibroblasty nie były już wrażliwe na inhibicję pp125FAK.
Sama adhezja do właściwej ECM nie jest wystarczająca do dostarczenia sygnału przeżycia. Rozprzestrzenianie się komórek i kształt mogą głęboko wpływać na fenotyp, a rola cytoszkieletu w tych aspektach sygnalizacji adhezji jest krytyczna. Stopień rozprzestrzeniania się komórek śródbłonka na mikrowzorcowych podłożach spowodował przełączenie między proliferacją, różnicowaniem i apoptozą, niezależnie od rodzaju ECM i integryny użytej do przyłączenia.21, 22 Podobnie, komórki nabłonka sutka wymagają specyficznego trójwymiarowego (3-D) układu, aby powstrzymać apoptozę.23 Ta regulacja apoptozy poprzez rozmieszczenie komórek w architekturze 3-D może przyczyniać się do morfogenezy gruczołu sutkowego.24 Kształt komórek jest kontrolowany przez cytoszkielet i jego połączenia z integrynami w połączeniach komórka/ECM i komórka/komórka. Zmiany w tych siłach mechanicznych mogą zmieniać komórkowe szlaki sygnalizacyjne związane z adhezją komórek, wpływając w ten sposób na przeżycie.25, 26 Sposoby, w jakie komórki wyczuwają siły mechaniczne związane z rozprzestrzenianiem się i architekturą tkanek oraz jak wpływają one na sygnalizację, zostały szczegółowo omówione w innym miejscu.27, 28, 29
Kolejna komplikacja pojawia się, gdy rozważamy wzajemne oddziaływanie pomiędzy integrynami i GFR. Na wiele GFR wpływa adhezja do ECM, umożliwiając, na przykład, zależną od zakotwiczenia kontrolę proliferacji.30 Sygnalizacja Pp125FAK może bezpośrednio wpływać na zdolność GFR do kontrolowania aktywacji ERK i przejścia G1-M. Nie jest zatem zaskakujące, że to skrzyżowanie może wpływać na anoikis (Figura 1c). W pierwotnych oligodendrocytach integryny krzyżują się z GFR, umożliwiając zależne od celu przeżycie w warunkach ograniczających czynniki wzrostu.31 Przy fizjologicznych poziomach neureguliny, dołączenie nowo utworzonych oligodendrocytów do lamininy na aksonach, za pośrednictwem α6β1, było wymagane do pełnej aktywacji sygnałów przeżycia. Interakcja laminina/α6β1 pozwalała neuregulinie aktywować silny, zależny od ERK sygnał przeżycia. Komórki nabłonkowe również wykazuj± regulację anoikis poprzez krzyżowanie się integryn GFR. Komórki nabłonkowe s± zależne od czynników wzrostu i adhezji, a brak jednego z nich prowadzi do apoptozy. Jednakże, niekoniecznie działają one poprzez odrębne sygnały. Pierwotne komórki nabłonka sutka zależą od przylegania do lamininy wraz z insulinopodobnym czynnikiem wzrostu 1 (IGF-1).32 Aktywacja receptora IGF-1 hamuje apoptozę poprzez szlak zależny od PI3-kinazy.33 Przyleganie do lamininy wydaje się być wymogiem dla sygnalizacji receptora IGF. Pierwotne MEC hodowane na kolagenie nie aktywują efektywnie PI3-kinazy w odpowiedzi na IGF-1 i ulegają apoptozie. Ludzka linia MEC MCF10A wykazuje zapotrzebowanie na sygnalizację receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGF) (EGFR), chociaż w tym przypadku wydaje się ona funkcjonować poprzez klasyczny szlak ERK.34 W przypadku braku adhezji komórki MCF10A szybko tracą ekspresję EGFR na powierzchni komórki, co prowadzi do podwyższenia poziomu białka Bcl-2 Bim. Linia komórkowa nowotworu piersi nie wykazywała tej indukowanej odłączeniem redukcji EGFR, a nadekspresja EGFR w komórkach MCF10A hamowała anoikis. Co ciekawe, różne linie MEC wydają się wykazywać różnice w sposobie, w jaki integryny łączą się z GFR w celu kontrolowania anoikis.35 Tak więc granica między integrynami a czynnikami wzrostu w regulacji apoptozy wydaje się nieostra.
.