[albert52]

Продолжим.

Одним из очень важных свойств клетки является ее способность двигаться, особенно в контексте преследования иммунными клетками патогенов, закрытия ран или метастазирования опухолевых клеток. Чтобы клетки могли эффективно двигаться, необходимо несколько универсальных шагов, а именно: необходимо сформировать выпячивания, которые прикрепляются к своему окружению, и, следовательно, необходимо сокращение и втягивание задней части. Характерной чертой клеточной миграции является точная координация этих событий в пространстве и времени. Если, например, созревание спаек на клеточном фронте не завершено, усиление сокращения приводит к разрыву новообразованных спаек, отказу от продуктивного движения.
Для достижения продуктивного движения и правильного выбора времени этапов миграции клетки разработали два различных способа миграции: амебоидный и мезенхимальный. Миграция амебоидных клеток характерна для округлых клеток с низкой адгезией и высокой Rho-управляемой сократимостью, тогда как мезенхимальные мигрирующие клетки демонстрируют сильную адгезию и Rac1-индуцированные выпячивания в соответствии с взаимной негативной регуляцией Rac1 и RhoA .

Актиновые филаменты вносят основной вклад в миграцию клеток с точки зрения генерации силы спереди клетки и сокращения сзади. В то время как мезенхимальное движение в основном достигается за счет расширения ламеллиподия или филоподии, амебоидная миграция происходит за счет расширения пузырьков. Непрерывная (де-)полимеризация актина создает эффект бегущей дорожки и, следовательно, вызывает ретроградный поток актина. Поток в направлении, противоположном ретроградному потоку, генерируется сокращением стрессовых волокон, транспортиющим актин к клеточному фронту. Чтобы удерживать ламеллиподию на месте и предотвращать ретракцию посредством, например, натяжения актиновой коры, необходимо образование новых контактов клетка-ВКМ.

Вообще говоря, во время растяжения ламеллиподия формируются зарождающиеся спайки, которые созревают в фокальные спайки или распадаются. В то время как Rac1 контролирует образование зарождающихся спаек, созревание контролируется RhoA и индуцированной миозином II сократимостью, что делает их точками крепления стрессовых волокон. Для продуктивного движения необходимо пространственно ограничить полимерицию актина одной зоной. Таким образом, предполагается, что Rac активен только локально. Дальнейший возможный механизм включает путь Rho/ROCK и сократимость актомиозина для ингибирования образования ламеллиподия во множестве клеточных областей.

Блеббинг- это способ миграции у неадгезивных или слабо адгезивных клеток, движущихся в трехмерном матриксе или в замкнутых средах, в частности раковых клеток. Пузыри, возникающие в основном за счет сокращения актиновой коры, изначально представляют собой свободные от актина структуры, которые возникают под действием гидростатического давления, вызывающего отделение актиновой коры от мембраны, таким образом расширяя клеточную мембрану( кстати, она обычно может растягиваться только примерно на 4% перед разрывом ). Если пузырьки расширяются и образуют выпячивания по бокам клетки в промежутки субстрата, тогда сократимость восстановленной коры может генерировать результирующую силу, тянущую тело клетки.
Расширение пузырей происходит быстрее, чем рост ламеллоподов, может происходить в произвольных направлениях, и, следовательно, они могут иметь большое значение в сложных трехмерных (in vivo) средах, где ламеллоподиальное расширение серьезно затруднено.

Для эффективной миграции задняя часть клетки также должна сокращаться. Чтобы активно сокращаться, актиновые структуры используют миозин для скольжения антипараллельных актиновых волокон вдоль друг друга, создавая сократительные силы, если филаменты закреплены, например, в фокальных спайках; лучше всего для этого подходят стрессовые волокна (см. выше). При этом дорсальные стрессовые волокна помогают созреванию фокальных спаек за счет натяжения на переднем крае; а идее ретракции сзади через стрессовые волокна способствует градиент адгезии с более низкой адгезивностью сзади.

В целом актин или, если быть более точным, ламеллиподии, филоподии и пузырьки являются основными причинами генерации силы для подвижности клеток, а сократительные структуры, такие как стрессовые волокна, являются драйверами заднего сокращения.

В отличие от актина, микротрубочки в основном не связаны с генерацией силы во время миграции, а скорее с поляризацией клеток и фокальными адгезиями. Роль микротрубочек можно, в принципе, разделить на три категории, а именно: участие в подвижности клеток посредством их собственной механики, посредством передачи сигнала и в качестве транспортной структуры. Микротрубочки также способны выдерживать высокое внешнее давление и, таким образом, помогают поддерживать форму клеток. Примечательно, что стабилизация микротрубочек способствует не только более стойкому росту микротрубочек, но и более стабильному снабжению материалом, необходимым для миграции, поскольку эти микротрубочки дольше сохраняются вблизи переднего края. При этом некоторые кинезиновые моторы для микротрубочек стабилизированы ацетилированием и детирозинированием, а стрессовые волокна, по-видимому, функционируют как направляющая структура для микротрубочек, опосредованная спектроплакином MACF1 (Microtubule Actin Crosslinking Factor 1).

Также возможна петля положительной обратной связи, когда стимуляция интегрином может вызвать скорую доставку груза в место адгезии. Еще одной возможностью является взаимодействие FAK или paxilin с APC, которые кластеризуются на кончиках микротрубочек. А разрушению фокальных адгезий (спаек) сзади способствуют клатрин-опосредованный эндоцитоз интегринов, NBR1-опосредованная аутофагия или везикулы, несущие матриксные металлопротеиназы, разрывающие связи интегрин-ECM.

В целом, чтобы добиться сильной адгезии к соседям и выдержать стресс и напряжение, эпителиальные клетки вырабатывают множество различных специализированных адгезивных структур; их разрушение происходит во время прогрессирования опухоли. Кадгерин-опосредованная адгезия требует активности цитозольных белков подсемейства Rho - Rho, Rac и CDC42 (Cell Division Cycle-42), принадлежащих суперсемейству Ras малых GTPases, поэтому дерегуляция Rho GTPases была обнаружена во многих опухолях человека.

Если суммировать все вышесказанное, при стимуляции различными сигналами, включая интегрин, рецепторы GPCR (G-protein-coupled receptors) и тирозинкиназы, активируются RHO GEF. Впоследствии активированные RHOA, RAC1 и CDC42 связываются и специфически активируют свои нижележащие эффекторы, включая протеинкиназы (например, PKN, ROCK и Citron) и каркасные белки (например, WASP, IRSp53 и mDia). Эти белки-мишени активируют различные сигнальные пути, играющие несколько ролей в клеточной подвижности, клеточном цикле, фагоцитозе и транспортировке через мембраны.
Так, в ответ на различные раздражители мигрирующие клетки вступают в цикл клеточной подвижности. На переднем крае Rас 1 индуцирует образование богатых актином ламеллиподий. CDC42 определяет формирование филоподий и направление движения. Новые протрузии прикрепляются к ВКМ посредством формирования фокальных комплексов, которые контролируются главным образом Rас 1 и RHOA. Затем тело клетки сокращается в зависимости от образования стрессовых волокон и сокращения актин-миозиновых волокон, которое опосредовано RHOA и ROCKs. Наконец, задние спайки растворяются, залняя часть клетки втягивается, и клетка движется вперед.

Rac1 является небольшим G-белком в семействе Rho; он является ключевой нисходящей мишенью / эффектором PI3K и опосредует ключевые клеточные процессы в ответ на вышестоящие регуляторы, такие как факторы роста, интегрины и рецептор связывания HA (гиалуроновой кислоты) CD44 (см. выше). Напомню, что G-белки — это семейство белков, относящихся к ГТФазам (отсюда их название) и функционирующих в качестве вторичных посредников во внутриклеточных сигнальных каскадах. Чередование Rac1 между состояниями, связанными с GTP и GDP, существенно для эффективного потока сигналов, чтобы вызвать нисходящие биологические функции; здесь Rac1 играет роль бинарного транзистора с самостоятельным выходом. Rac1 может проходить циклы активации / инактивации при перемещении между плазматической мембраной и эндоцитическими компартментами.

При миграции клеток Rac1 иммобилизуется в нанокластеры по 50–100 молекул в каждом. Эти нанокластеры собираются из-за взаимодействия многоосновного хвоста Rac1 с фосфоинозитидными липидами PIP2 и PIP3. Дополнительные взаимодействия с GEF и, возможно, GAP, нижестоящими эффекторами и другими партнерами несут ответственность за обогащение нанокластеров Rac1 в выступающих областях клетки. Якорь Rac1 напоминает H-Ras в своем монопальмитоилировании (см. выше), при этом прямой рекрутинг и активация Rac1 в ранние фокальные адгезии, так наз. фокальные комплексы, происходят через GEF β-Pix, DOCK180, Trio, Vav2, Tiam1 и α-Pix в зависимости от типа клеток. Также непрямой рекрутинг и активация Rac1 в непосредственной близости от фокальных комплексов могут происходить через PIP3 анионные липиды. Механизм усиления работает следующим образом: активные Rac1 и PIP3 привлекают эффекторы, в частности GEF и GAP, к нанокластерам, они оказываются в ловушке и способны дополнительно удерживать и поддерживать активный Rac1. В результате этот механизм действует как положительная обратная связь Rac1.

Такие нанодомены уже наблюдались для других мембраносвязанных сигнальных белков. Так, для Ras было показано, что нанокластеры действуют как этап обработки сигнала, преобразуя аналоговые входы (концентрации лигандов) в цифровые (количество нанокластеров) и создавая другие аналоговые выходы (уровни внутриклеточных активных частиц), которые затем обрабатываются ниже по течению. Цифровизация уменьшает количество выходных состояний, но также уменьшает шум в системе, и компромисс между ними максимизирует передачу информации.