Adhesionsreceptorer ger inte bara en fysisk anslutning till ECM utan skapar också en adhesionsberoende signalram som innehåller ett antal adaptorproteiner och kinaser.5, 6 Integriner fungerar alltså på ett analogt sätt som tillväxtfaktorreceptorer (GFR) och aktiverar faktiskt många av samma nedströmsvägar. Integriner samverkar också direkt med GFR:er och gör det möjligt för celler att reagera optimalt på lösliga cytokiner endast när de är knutna till rätt ECM.
Specificitet för särskilda typer av ECM sker genom det utbud av integriner som uttrycks på cellerna.6 Människor har minst 24 olika integriner, och även om en del uttrycks på samma celler och till och med känner igen samma ECM-komponenter, så har många viktiga roller i specifika vävnader. Mjölkepitelceller fäster vid ett lamininrikt basalmembran via integrin α6β1. Det stroma som ligger till grund för mjölkkanalerna och alveolerna innehåller kollagen I, som känns igen av α2β1 på bröstcellerna. Även om de uttrycker kollagenbindande integriner stöder de dock inte bröstcellernas överlevnad och de genomgår så småningom apoptos.7, 8 Melanocyter hålls på samma sätt i rätt vävnadsutrymme genom integrin/ECM-interaktioner. Den underliggande dermis är rik på kollagen, och detta stödjer inte melanocyternas vidhäftning och överlevnad, eftersom de till skillnad från MEC inte uttrycker lämpliga integriner. Under melanominvasionen genom den kollagenrika dermis gör dock uppreglering av αvβ3 på melanomcellerna att de kan ta emot antiapoptotiska signaler från en normalt fientlig ECM-miljö.9 Hämning av αvβ3-funktionen med hjälp av blockerande antikroppar inducerade melanomcellsapoptos.
Så hur håller vidhäftning via integriner cellerna vid liv? Integrinmedierad adhesion reglerar alla samma signalvägar som styr apoptos i tillväxtfaktormedierad överlevnad, DNA-skadereaktioner och dödsreceptormedierad apoptos, om än i olika omfattning. Vilka vägar som reglerar anoikis varierar beroende på celltyp, där olika integriner aktiverar olika signalkaskader (figur 1). Integriner kan till exempel aktivera PI3-kinas-signalering, den klassiska ERK-vägen samt stressaktiverade MAP-kinaser som c-Jun N-terminalt kinas (Jnk).5 Dessa kan aktiveras på ett antal olika sätt som är specifika för olika integriner. Vissa integriner (α1β1, α5β1 och αvβ3) rekryterar src-familjens kinaser Fyn och Yes via en interaktion med caveolin 1, som sedan kan aktivera de klassiska ERK-vägarna genom att rekrytera Shc, Grb2 och Sos10 (figur 1a). Många integriner rekryterar pp125FAK (focal adhesion kinase), ett icke-receptortyrosinkinas som aktiveras som svar på adhesion11 (figur 1b). Pp125FAK interagerar med en rad signal- och anpassningsmolekyler, inklusive Src, PI3-kinas, paxillin och p130CAS, och har kopplats till ett antal signalvägar som styr migration, proliferation och apoptos. Integrin-linked kinase rekryteras också till adhesionsställen och har kopplats till överlevnadssignalering.12, 13 Det finns en betydande överlappning mellan de nedströmsvägar som aktiveras av dessa alternativa integrin-signalmekanismer. Jag kommer att lyfta fram några exempel som illustrerar mångfalden i anoikisignalering.
Skematisk illustration av bara några av de molekylära kopplingar från adhesionskomplex (fokala adhesioner) som är inblandade i överlevnadssignalering. Sammansättningen av adhesionskomplex är inte bara beroende av interaktioner mellan integriner och den underliggande ECM utan även av förbindelser med cytoskelettet. Aktiveringen av integrinsignalering är därför mer komplex än en enkel interaktion mellan receptor och ligand. Se huvudtexten och referenserna där för mer information. (a) α-subenheterna av vissa integriner kan rekrytera Src-familjens kinaser Fyn och Yes genom interaktioner med caveolin, som sedan aktiverar den klassiska ERK-signalvägen. (b) De flesta integrin β-subenheter rekryterar FAK genom interaktioner med proteiner som talin. Talin, vinculin och andra fokala adhesionsproteiner fungerar både som länkare mellan integriner och aktincytoskelettet och som en ställning för rekrytering av signalmolekyler som FAK och paxillin. (c) Adhesion och GFR-signalering är intimt sammankopplade, och reglering kan ske på flera nivåer. Vidhäftning till ECM kan styra uttrycket av GF-receptorer, om de kan aktiveras eller inte, eller om de kan interagera med nedströms effektorer såsom de klassiska ERK- och PI3-kinasvägarna
Pp125FAK har visats vara nödvändig för att undertrycka anoikis i ett antal celltyper, antingen genom att uttrycka dominerande-negativa former, mikroinjektion av anti-FAK-antikroppar eller genom att använda dominerande aktiva former för att undertrycka celldöd.14, 15, 16 FAK kan reglera PI3-kinas-signalering, MAP-kinasignalering, små GTPaser och andra tyrosinkinaser, t.ex. från Src-familjen, som alla kan påverka cellöverlevnaden.11 I MDCK-celler kan lossning från ECM aktivera Jnk, vilket ger en proapoptotisk signal.17 I en annan studie där man också använde sig av MDCK-celler fann man dock inget samband mellan Jnk och anoikis.18 Istället krävdes aktivering av PI3-kinas i adherenta MDCK-celler för att undertrycka anoikis, i likhet med vad man sett i mjölkepitelceller.14 Jnk kan vara antingen pro- eller antiapoptotisk, beroende på dess cellulära sammanhang. En studie i primära fibroblaster visade att pp125FAK-aktivering av Jnk i adherenta celler krävdes för att undertrycka anoikis.19 I fibroblaster visade sig anoikis också vara beroende av p53.20 I serumfria förhållanden krävs FAK för att undertrycka p53-beroende apoptos. I avsaknad av FAK eller adhesion aktiveras p53 via fosfolipas A2 och proteinkinas Cγ. Anoikis hämmades antingen av överuttryck av Bcl-2 eller av en dominant-negativ form av p53, vilket tyder på att denna p53-beroende mekanism fortfarande kräver mitokondriell permeabilisering. I samma studie gav tillväxtfaktorer en stark PI3-kinasberoende överlevnadssignal och fibroblasterna var inte längre känsliga för hämning av pp125FAK.
Enbart adhesion till rätt ECM är inte tillräckligt för att ge en överlevnadssignal. Cellspridning och form kan i hög grad påverka fenotypen, och cytoskelettets roll i dessa aspekter av adhesionsignalering är kritisk. Graden av spridning av endotelceller på mikromönstrade substrat orsakade en växling mellan proliferation, differentiering och apoptos, oberoende av vilken typ av ECM och integrin som används för fastsättning.21, 22 På samma sätt kräver bröstepitelceller ett specifikt tredimensionellt (3-D) arrangemang för att undertrycka apoptos.23 Denna reglering av apoptos genom att cellerna arrangeras i en 3D-arkitektur kan bidra till morfogenesen i bröstkörteln.24 Cellformen styrs av cytoskelettet och dess kopplingar till integriner vid cell/ECM- och cell/cell-junktioner. Förändringar i dessa mekaniska krafter kan förändra cellulära signalvägar som är förknippade med celladhesion och på så sätt påverka överlevnaden.25, 26 De sätt på vilka cellerna känner av mekaniska krafter som är förknippade med spridning och vävnadsarkitektur, och hur dessa påverkar signaleringen, granskas i detalj på andra ställen.27, 28, 29
En ytterligare komplikation uppstår när vi överväger crosstalk mellan integriner och GFRs. Många GFR påverkas av vidhäftning till ECM, vilket till exempel möjliggör förankringsberoende kontroll av proliferation.30 Pp125FAK-signalering kan direkt påverka GFR:s förmåga att kontrollera ERK-aktivering och G1-M-övergång. Det är därför inte förvånande att denna korsledning kan påverka anoikis (figur 1c). I primära oligodendrocyter har integriner crosstalk med GFR, vilket möjliggör målberoende överlevnad under förhållanden med begränsande tillväxtfaktorer.31 Vid fysiologiska nivåer av neuregulin krävdes att nybildade oligodendrocyter fästes vid laminin på axonerna, via α6β1, för att överlevnadssignalerna skulle aktiveras fullt ut. Interaktionen mellan laminin och α6β1 gjorde det möjligt för neuregulin att aktivera en stark ERK-beroende överlevnadssignal. Epitelceller visar också reglering av anoikis genom integrin GFR crosstalk. Epitelceller är beroende av både tillväxtfaktorer och vidhäftning för att överleva, och avsaknaden av endera leder till apoptos. De arbetar dock inte nödvändigtvis genom skilda signaler. Primära bröstepitelceller är beroende av vidhäftning till laminin tillsammans med den insulinliknande tillväxtfaktorn 1 (IGF-1).32 Aktivering av IGF-1-receptorn undertrycker apoptos genom en PI3-kinasberoende väg.33 Vidhäftning till laminin verkar vara ett krav för denna IGF-receptorsignalering. Primära MEC som odlas på kollagen aktiverar inte effektivt PI3-kinas som svar på IGF-1 och genomgår apoptos. Den humana MEC-linjen MCF10A visar att det krävs signalering från den epidermala tillväxtfaktorns (EGF) receptor (EGFR), även om den i detta fall verkar fungera genom den klassiska ERK-vägen.34 I avsaknad av vidhäftning förlorade MCF10A-cellerna snabbt uttrycket av EGFR på cellytan, vilket ledde till en uppreglering av Bcl-2-proteinet Bim. En brösttumörcellinje uppvisade inte denna avskiljningsinducerade nedreglering av EGFR, och överexpression av EGFR i MCF10A-celler hämmade anoikis. Intressant nog verkar olika MEC-linjer visa skillnader i hur integriner kopplas samman med GFR för att kontrollera anoikis.35 Gränsen mellan integriner och tillväxtfaktorer vid reglering av apoptos tycks alltså vara otydlig.