En bioloxía celular, as adhesións focais (tamén chamadas adhesións célula-matriz ou FAs) son grandes ensamblaxes macromoleculares a través das cales se transmiten a forza mecánica e sinais regulatorios entre a matriz extracelular e unha célula interaccionante. Tamén se poden definir como estruturas subcelulares que funcionan como mediadoras dos efectos regulatorios (é dicir, eventos de sinalización) dunha célula en resposta á adhesión á matriz extracelular.[1]

Coloración de inmunofluorescencia de actina (en verde) e e da proteína de adhesión focal vinculina (en vermello) nun fibroblasto. As adhesións focais son visibles como puntos vermellos nos extremos dos feixes verdes.

As adhesións focais serven como ligazóns mecánicas á matriz extracelular e como un centro de sinalización bioquímica para concentrar e dirixir numerosas proteínas de sinalización a sitios onde se unen e agrupan integrinas.

Estrutura e función

editar

As adhesións focais conteñen integrinas, que son estruturas multiproteicas que forman ligazóns mecánicas entre feixes de actina intracelulares e o substrato extracelular en moitos tipos de células. As adhesións focais son complexos proteicos grandes e dinámicos por medio dos cales o citoesqueleto dunha célula conecta coa matriz extracelular. Están limitados a rangos de distancia claramente definidos da célula, nos cales a membrana plasmática se achega a só uns 15 nm do substrato da matriz extracelular.[2] As adhesións focais están nun estado de fluxo constante: as proteínas asócianse e desasócianse con elas continuamente a medida que se transmiten sinais a outras partes da célula, relacionándose con procesos como a mobilidade celular ou o ciclo celular. As adhesións focais poden conter unhas 100 proteínas diferentes, o cal suxire que teñen unha considerable diversidade funcional.[3] Máis que simplemente ancorar a célula, as adhesións funcionan como transportadores de sinais (sensores), que informan á célula sobre as condicións da matriz extracelular e así afectan ao seu conportamento.[4] En células sésiles as adhesións focais son bastante estables en condicións normais, mentres que en células móbiles a súa estabilidade diminúe: isto débese a que en células móbiles as adhesións focais están sendo ensambladas e desensambladas decote a medida que a célula establece contactos co extremo frontal en avance e rompe os antigos contactos no bordo da célula posterior que se arrastra. Un exemplo do seu importante papel é no sistema inmunitario, no cal os glóbulos brancos migran ao longo do endotelio e tecido conectivo seguindo sinais celulares ata os tecidos danados.

Morfoloxía

editar

A conexión entre as adhesións focais e as proteínas da matriz extracelular depende xeralmente das integrinas. As integrinas únense a proteínas da matriz extracelular por medio de secuencias curtas de aminoácidos, como o motivo RGD (que se encontra en proteínas como a fibronectina, laminina ou vitronectina), ou os motivos DGEA e GFOGER que se encontran no coláxeno. As integrinas son heterodímeros que están formados por unha unidade beta e unha alfa. Estas dúas subunidades están presentes en diferentes formas e os seus correspondentes ligandos serven para clasificar estes receptores en catro grupos: receptores RGD, receptores de laminina, receptores específicos de leucocitos e receptores de coláxeno. Dentro da célula o dominio intracelular de integrina únese ao citoesqueleto por medio de proteínas adaptadors como a talina, α-actinina, filamina, vinculina e tensina. Moitas outras proteías de sinalización intracelular, como a quinase de adhesión focal, únense e asócianse con este complexo integrina-proteína adaptadora-citoesqueleto e isto forma a base dunha adhesión focal.

Dinámica da adhesión con células migrantes

editar

A ensamblaxe e desensamblaxe dinámicas das adhesións focais teñen un papel protagonista na migración celular. Durante a migración celular, cambian a composición e a morfoloxía da adhesión focal. Inicialmente, fórmanse pequenas adhesións focais (0,25μm²) chamadas complexos focais (FXs) na fronte de avance da célula en lamelipodios; constan de integrinas e dalgunhas proteínas adaptadoras, como a talina, paxilina e tensina. Moitos destes complexos focais non chegan a madurar e son desensamblados a medida que o lamelipodio se retira. Porén, algúns complexos focais maduran dando lugar adhesións focias máis grandes e estables e recrutan moitas máis proteínas como a zyxina. O recrutamento de compoñentes das adhesións focais ocorre de meneira secuencial e ordenada.[5] Unha vez no seu lugar, unha adhesión focal permanece estacionaria con respecto á matriz extracelular e a célula usa isto como unha áncora sobre a cal pode empurrar ou tirar da matriz extracelular. A medida que a célula avanza polo camiño elixido, unha adhesión focal dada móvese cada vez máis preto do bordo posterior que se arrastra da célula. Neste bordo de arrastre a adhesión focal debe disolverse. O mecanismo disto non se comprende ben e probablemente é inducido por unha variedade de métodos dependendo das circunstancias da célula. Unha posibilidade é que estea implicada a protease dependente de calcio calpaína: observouse que a inhibición da calpaína leva á inhibición da separación entre a adhesión focal e a matriz extracelular. Os compoñentes da adhesión focal están entre os substratos coñecidos da calpaína e é posible que a calpaína degrade estes compoñentes para axudar á desensamblaxe das adhesións focais.[6]

Fluxo retrógrado de actina

editar

A ensamblaxe de adhesións focais nacentes é moi dependente do fluxo retrógrado de actina. Este é un proceso que se produce en células migrantes, no que os filamentos de actina se polimerizan no bordo que avanza da célula e flúen cara a atrás en dirección ao corpo celular. Esta é a forza de tracción que cómpre para a migración; a adhesión focal actúa como unha garra molecular cando se agarra á matriz extracelular e impide o movemento retrógrado da actina, xerando así a forza que pula (tracción) no sitio de adhesión, que é necesaria para que a célula se mova cara a adiante. Esta tracción pode visualizarse con microscopia de forza de tracción. Unha metáfora común para explicar o fluxo retrógrado da actina é o dun gran número de persoas flotando nunha corrente fluvial que están sendo arrastradas río abaixo, pero que algunhas delas conseguen agarrarse a rochas ou pólas das ribeiras do río para parar o seu movemento río abaixo. Así, xérase unha forza que tira da rocha ou póla á que están agarrados. Estas forzas son necesarias para a ensamblaxe correcta, o crecemento e maduración das adhesións focais.[7]

Sensor biomecánico natural

editar

As forzas mecánicas extracelulares, que se exercen por medio de adhesións focais, poden activar a quinase Src e estimular o crecemento das adhesións. Isto indica que as adhesións focais poden funcionar como sensores mecánicos e suxire que a forza xerada polas fibras de miosina podería contribuír á maduración dos complexos focais.[8] Isto está apoiado ademais polo feito de que a inhibición das forzas xeradas pola miosina leva a unha lenta desensamblaxe das adhesións focais ao cambiar a cinética do recambio das proteínas de adhesión focal.[9]

Porén, as relacións entre forzas nas adhesións focais e a súa maduración composicional, seguen sen estar claras. Por exemplo, impedir a maduración das adhesións focais ao inhibir a actividade da miosina ou a ensamblaxe das fibras de estrés non impide o establecemento das forzas xeradas polas adhesións focais, nin impide que as células migren.[10][11] Así, a propagación da forza por medio de adhesións focais pode non ser percibida directamente polas células en todo momento e en todas as escalas de forza.

O seu papel na mecanorrecepción é importante para a durotaxe (migración celular guiada por gradientes de rixidez).

  1. Chen, CS; Alonso, JL; Ostuni, E; Whitesides, GM; Ingber, DE (2003). "Cell shape provides global control of focal adhesion assembly". Biochemical and Biophysical Research Communications 307 (2): 355–61. PMID 12859964. doi:10.1016/s0006-291x(03)01165-3. 
  2. Zaidel-Bar, R; Cohen, M; Addadi, L; Geiger, B (2004). "Hierarchical assembly of cell matrix adhesion complexes". Biochemical Society Transactions 32 (3): 416–20. PMID 15157150. doi:10.1042/bst0320416. 
  3. Zamir, E; Geiger, B (2001). "Molecular complexity and dynamics of cell–matrix adhesions". Journal of Cell Science 114 (20): 3583–90. PMID 11707510. doi:10.1242/jcs.114.20.3583. 
  4. Riveline, D; Zamir, E; Balaban, NQ; Schwarz, US; Ishizaki, T; Narumiya, S; Kam, Z; Geiger, B; Bershadsky, AD (2001). "Focal contacts as mechanosensors: externally applied local mechanical force induces growth of focal contacts by an mDia1-dependent and ROCK-independent mechanism". Journal of Cell Biology 153 (6): 1175–86. PMC 2192034. PMID 11402062. doi:10.1083/jcb.153.6.1175. 
  5. Zaidel-Bar, R; Cohen, M; Addadi, L; Geiger, B (xuño de 2004). "Hierarchical assembly of cell-matrix adhesion complexes.". Biochemical Society Transactions 32 (Pt3): 416–20. PMID 15157150. doi:10.1042/bst0320416. 
  6. Huttenlocher, A; Palecek, SP; Lu, Q; Zhang, W; Mellgren, RL; Lauffenburger, DA; Ginsberg, MH; Horwitz, AF (1997). "Regulation of cell migration by the calcium-dependent protease calpain". Journal of Biological Chemistry 272 (52): 32719–22. PMID 9407041. doi:10.1074/jbc.272.52.32719. 
  7. Gardel, M. L.; Sabass, B.; Ji, L.; Danuser, G.; Schwarz, U. S.; Waterman, C. M. (8 de decembro de 2008). "Traction stress in focal adhesions correlates biphasically with actin retrograde flow speed". The Journal of Cell Biology 183 (6): 999–1005. PMC 2600750. PMID 19075110. doi:10.1083/jcb.200810060. 
  8. Wang, Y; Botvinick, EL; Zhao, Y; Berns, MW; Usami, S; Tsien, RY; Chien, S (2005). "Visualizing the mechanical activation of Src". Nature 434 (7036): 1040–5. Bibcode:2005Natur.434.1040W. PMID 15846350. doi:10.1038/nature03469. 
  9. Wolfenson, H.; Bershadsky, A.; Henis, Y. I.; Geiger, B. (2011). "Actomyosin-generated tension controls the molecular kinetics of focal adhesions". J Cell Sci 124 (9): 1425–32. PMC 3078811. PMID 21486952. doi:10.1242/jcs.077388. 
  10. Beningo, Karen A.; Dembo, Micah; Kaverina, Irina; Small, J. Victor; Wang, Yu-li (2001-05-14). "Nascent Focal Adhesions Are Responsible for the Generation of Strong Propulsive Forces in Migrating Fibroblasts". The Journal of Cell Biology 153 (4): 881–888. ISSN 0021-9525. PMC 2192381. PMID 11352946. doi:10.1083/jcb.153.4.881. 
  11. Stricker, Jonathan; Aratyn-Schaus, Yvonne; Oakes, Patrick W.; Gardel, Margaret L. (2011-06-22). "Spatiotemporal constraints on the force-dependent growth of focal adhesions". Biophysical Journal 100 (12): 2883–2893. Bibcode:2011BpJ...100.2883S. ISSN 1542-0086. PMC 3123981. PMID 21689521. doi:10.1016/j.bpj.2011.05.023. 

Véxase tamén

editar

Outros artigos

editar

Ligazóns externas

editar