Abstract

Le cellule sono solitamente circondate dalla matrice extracellulare (ECM), e l’adesione delle cellule alla ECM è un passo fondamentale nella loro migrazione attraverso i tessuti. Le integrine sono importanti recettori per la ECM e formano strutture chiamate adesioni focali (FA). La formazione e lo smontaggio delle FA sono regolati dinamicamente durante la migrazione cellulare. L’adesione all’ECM è stata studiata principalmente usando cellule coltivate su un substrato rivestito di ECM, dove il tasso di migrazione cellulare è determinato dal turnover delle FA. Tuttavia, gli eventi molecolari alla base del disassemblaggio delle FA sono meno ben compresi. Abbiamo recentemente identificato un nuovo regolatore di questo processo di smontaggio e i suoi partner di interazione. Qui, riassumiamo la nostra comprensione del disassemblaggio di FA concentrandoci sulle proteine implicate in questo processo.

1. Introduzione

L’adesione delle cellule all’ECM è fondamentale per la regolazione della morfologia cellulare, la migrazione, la proliferazione, la sopravvivenza e la differenziazione. Queste funzioni sono indispensabili durante lo sviluppo e per il mantenimento dell’architettura dei tessuti e l’induzione della riparazione dei tessuti. Le integrine sono i recettori predominanti che mediano l’adesione cellulare ai componenti dell’ECM. Le integrine sono espresse sulla superficie cellulare come eterodimeri composti da subunità α e β non covalentemente associate. Entrambe le subunità sono proteine transmembrana di tipo I che contengono sia un grande dominio extracellulare responsabile del legame ai ligandi ECM che una porzione citoplasmatica (CP) che recluta molteplici proteine intracellulari. Diciotto diverse subunità α e 8 subunità β sono state caratterizzate nei mammiferi, e 24 distinti eterodimeri di integrina sono stati finora identificati. Ogni integrina riconosce un ligando ECM distinto. Come tale, il repertorio di integrine espresso sulla superficie di una particolare cellula agisce come un sensore dell’ambiente ECM.

L’attaccamento delle cellule ai componenti ECM induce il raggruppamento delle integrine sulla superficie cellulare. Le porzioni citoplasmatiche delle integrine raggruppate fungono quindi da piattaforma per il reclutamento di proteine cellulari come adattatori/scaffold e proteine di segnalazione sulla superficie interna della membrana plasmatica, dove formano strutture chiamate adesioni focali (FA) (Figura 1). Le proteine adattatrici/scaffold nelle FA, come talina, paxillina, tensina, p130Cas e α-actinina, forniscono forti legami al citoscheletro di actina e, quindi, collegano saldamente le cellule alla ECM. Questo legame permette la generazione della tensione necessaria per modificare la morfologia cellulare e la forza di trazione necessaria per spostare il corpo cellulare durante la migrazione. Inoltre, più proteine di segnalazione, tra cui chinasi o fosfatasi, sono anche reclutate in FAs dove trasmettono segnali derivati dall’ECM alle vie cellulari che controllano la proliferazione, la sopravvivenza e la migrazione. In particolare, due tirosin-chinasi ben caratterizzate, la chinasi di adesione focale (FAK) e Src, svolgono ruoli centrali nelle cascate di segnalazione mediate dalle integrine. Poiché le integrine non hanno attività enzimatica intrinseca, queste tirosin-chinasi trasmettono segnali dalle FA al macchinario cellulare fosforilando più proteine associate alle integrine. Quindi, sia FAK che Src agiscono come interruttori molecolari che innescano una varietà di risposte cellulari attraverso i complessi FA. Ci sono molte recensioni eccellenti che discutono come i segnali mediati dall’integrina regolano il comportamento cellulare.

Figura 1

Aderenza cellulare mediata dall’integrina alla ECM. (a) Le cellule sospese aderiscono alla superficie dell’ECM attraverso le integrine. Alcuni dei contatti di adesione nascenti crescono e formano adesioni focali mature (FA). (b) Le integrine funzionano come un eterodimero composto da catene α e β. (c) Le porzioni citoplasmatiche delle integrine reclutano molteplici proteine cellulari e formano piattaforme reticolate per regolare sia il citoscheletro di actina che la trasduzione del segnale.

Il processo di adesione cellulare alla ECM è stato studiato seminando cellule su un substrato rivestito di ECM in coltura. Queste analisi hanno contribuito a chiarire il processo di attaccamento iniziale delle cellule alla ECM e la formazione di strutture di adesione cellulare mediate dall’integrina. Tuttavia, le cellule devono anche staccarsi dall’ECM durante la migrazione, e il meccanismo e la regolazione dello smontaggio delle strutture di adesione cellulare è meno ben studiato. In contrasto con la maggior parte degli articoli di revisione che discutono l’adesione cellulare, ci concentriamo qui sulla nostra comprensione del turnover dei complessi FA durante la migrazione cellulare.

2. Adesione delle cellule attraverso la formazione di strutture di adesione focale

Le cellule aderiscono alla ECM attraverso le integrine e formano complessi FA come discusso altrove. Numerose proteine sono coinvolte nell’adesione cellulare mediata dalle integrine, e queste proteine sono indicate collettivamente come l’adesoma. Tra queste ultime, la talina è un regolatore chiave della fase iniziale dell’assemblaggio FA. La talina contiene due strutture di dominio uniche, i domini della testa e dell’asta. Il dominio della testa media il legame alla CP della subunità β dell’integrina, mentre il dominio dell’asta contiene molteplici siti di legame per le proteine dell’adesoma, tra cui uno per la CP della β-integrina, due siti per l’actina e molteplici siti per la vinculina. Inoltre, la talina forma un dimero attraverso la sua elica carbossi-terminale e quindi serve come piattaforma centrale per espandere i quadri strutturali intracellulari mediati dalle interazioni proteina-proteina. Il legame della talina all’integrina stabilizza il raggruppamento indotto dal ligando di quest’ultima in una fase iniziale della formazione della FA, mediando la reticolazione delle integrine con l’actina filamentosa (F-actina) e le proteine leganti la F-actina come la vinculina e l’α-actinina (Figura 3(a)). Questa struttura iniziale, chiamata FA nascente, è immatura e spesso di breve durata. Tuttavia, alcune delle FA nascenti crescono e formano FA mature che richiedono una tensione basata sull’actina regolata dalla piccola GTPasi Rho e dal suo effettore ROCK.

3. Regolazione dei complessi di adesione focale durante la migrazione cellulare

La stimolazione della formazione dei complessi FA aumenta l’adesione delle cellule alla ECM, dando origine a cellule con una morfologia diffusa (Figura 2(i)). Al contrario, la destabilizzazione di FAs riduce l’adesione all’ECM e dà origine a cellule sferiche non aderenti (Figura 2(ii)). Durante la migrazione delle cellule su un substrato, le FA afferrano l’ECM in modo da generare le forze necessarie per tirare il corpo cellulare in avanti. Successivamente, le cellule devono liberarsi dall’ECM, in modo da continuare il movimento cellulare. Come tale, la migrazione direzionale della cellula richiede una formazione e un ricambio continuo e coordinato di FAs sul bordo anteriore del corpo cellulare e il rilascio di questo attacco nella parte posteriore (Figura 2(iii)). Il raggruppamento delle integrine è il passo iniziale dell’adesione cellulare ed è stabilizzato per formare FAs collegandosi alle fibre di stress di actina in un processo regolato da Rho/ROCK. Al contrario, l’estensione dei microtubuli alle FA innesca il loro smontaggio e induce la successiva internalizzazione delle integrine dalla superficie cellulare. Pertanto, l’assemblaggio e il disassemblaggio delle FA sono regolati da meccanismi diversi. Anche se il destino delle integrine internalizzate non è stato ancora stabilito, diversi studi hanno riportato il trasporto delle integrine internalizzate dalla parte posteriore al bordo anteriore del corpo cellulare attraverso il traffico di vescicole intracellulari. Questo riciclaggio delle integrine può contribuire alla migrazione cellulare direzionale.

Figura 2

La formazione e il turnover delle FA durante la migrazione cellulare. La formazione e il turnover delle AF è cruciale per l’adesione delle cellule all’ECM. Un rapporto più alto di formazione rispetto al turnover porta ad un’adesione stabile (i). D’altra parte, un rapporto più alto di turnover rispetto alla formazione porta ad un’adesione instabile (ii). Durante la migrazione cellulare, sia la rapida formazione che il turnover di FAs sono richiesti sul bordo anteriore della migrazione cellulare, mentre il turnover di FAs è predominante nella parte posteriore (iii).

Figura 3

Formazione e turnover di FAs. (a) Il processo di formazione delle AF. L’attaccamento delle cellule all’ECM induce il raggruppamento delle integrine nei siti di attaccamento. Le integrine raggruppate reclutano proteine adattatrici citoplasmatiche come la talina alla porzione citoplasmatica delle integrine. Le proteine leganti l’actina come la vinculina e l’α-actinina si legano poi alla talina e collegano la struttura ECM al citoscheletro attraverso l’integrina. (b) Il processo di turnover di FA. FAK fosforilata a Tyr397 gioca un ruolo nel reclutare il regolatore di endocitosi dynamin nelle FA attraverso l’interazione con la proteina adattatrice Grb2. L’estensione delle FA inizia l’internalizzazione delle integrine in modo dinamina-dipendente. Durante il processo di endocitosi delle integrine, si osserva una rapida defosforilazione di FAK a Tyr397.

4. Fattori coinvolti nel disassemblaggio delle FA

Gli eventi molecolari che portano al disassemblaggio delle FA non sono ancora ben compresi anche se alcune conoscenze frammentarie si sono recentemente accumulate. In particolare, è stato stabilito che i microtubuli (MT) svolgono un ruolo cruciale nell’indurre il disassemblaggio delle FA. Gli MT si estendono ai FA e innescano il processo di smontaggio. Durante la fase finale, l’internalizzazione delle integrine è mediata dalla dinamina, una GTPasi che regola l’endocitosi, e FAK è coinvolta nel reclutamento della dinamina nelle FA (riassunta nella Figura 3(b)).

Nelle sezioni seguenti, riassumiamo le proteine coinvolte nel disassemblaggio e colleghiamo il loro coinvolgimento in questo processo in modo da generare un modello più coordinato di disassemblaggio basato su recenti scoperte. Vari fattori di disassemblaggio e le loro strutture di dominio sono illustrati schematicamente nella Figura 4.

Figura 4

Strutture di dominio dei fattori di disassemblaggio FA. FAK: FERM (proteina 4.1, ezrin, radixin e moesin homology), PR (motivo ricco di prolina), FAT (focal adhesion targeting), pY (tirosina fosforilata), Dynamin: PH (pleckstrin homology), GED (GTPase effector domain), PTP-PEST: PR (proline-rich motif), SHP-2: SH2 (src homology 2 domain), PTP-1B: PR (proline-rich motif), ERTD (endoplasmic reticulum-targeting domain), m-Calpain: I (possibile regione autoinibitoria), IIa e IIb (dominio della proteasi), III (siti putativi di legame ai fosfolipidi), e IV (la regione contenente 4 motivi EF-hand), ZF21: FYVE (Fab1, YOTB, Vac1, e EEA1), PH-like (pleckstrin homology-like).

4.1. Microtubuli

L’importanza dei MT per lo smontaggio della FA è stata dimostrata usando il nocodazolo, che interrompe i MT polimerizzati nelle cellule aderenti all’ECM. L’esposizione delle cellule al nocodazolo stabilizza le strutture FA impedendo il loro disassemblaggio e quindi migliora l’adesione delle cellule all’ECM. La rimozione del farmaco dai mezzi di coltura avvia il disassemblaggio delle FA in modo sincrono e il recupero delle strutture MT. Quindi, l’uso di questo farmaco ci permette di analizzare il processo di smontaggio delle FA indipendentemente dalla formazione delle FA. La fosforilazione della tirosina delle proteine all’interno delle FA aumenta dopo l’esposizione al nocodazolo e diminuisce rapidamente dopo la sua rimozione. L’estensione delle MT alle FA è stata osservata dalla microscopia live imaging, e il targeting delle MT alle FA sembra innescare il disassemblaggio delle FA. Poiché la proteina motrice MT, kinesina-1, è stata implicata nella regolazione dello smontaggio FA indotto da MT, le MT possono consegnare fattori di smontaggio alle FA in una moda kinesina-1-dipendente.

Poiché l’estensione delle MT alle FA innesca il rilascio dell’adesione cellulare e promuove la migrazione cellulare, è di interesse come il targeting delle MT alle FA è regolato durante l’induzione della motilità cellulare. Infatti, le GTPasi della famiglia Rho regolano la cattura e la stabilizzazione delle MT estese alla corteccia cellulare attraverso i loro effettori a valle, e le MT a loro volta hanno dimostrato di influenzare l’attività delle Rho GTPasi. Anche se non è precisamente chiaro come le MT abbiano come obiettivo le FA, i filamenti di actina presumibilmente giocano un ruolo.

4.2. Kinesina-1

Kinesina-1 è un membro della superfamiglia di proteine motorie kinesina ed è anche conosciuto come kinesina convenzionale. La cinesina-1 svolge un ruolo cruciale nel traffico di proteine lungo le MT polimerizzate in direzione dell’estremità più di quest’ultima. L’inibizione della chinesina-1 nei fibroblasti di Xenopus, utilizzando un anticorpo specifico o l’espressione forzata di un mutante dominante-negativo, porta alla stabilizzazione delle FA accompagnata da un aumento delle loro dimensioni e una riduzione del loro numero, come si è visto in cellule esposte al nocodazolo. Questi risultati suggeriscono che l’attività della kinesina-1 è necessaria per il turnover delle FA. Anche se il nocodazolo inibisce la polimerizzazione delle MT, l’inibizione dell’attività della chinesina-1 non influisce né sul targeting delle MT alle FA né sulla dinamica di polimerizzazione delle MT. Questo suggerisce che i fattori di smontaggio delle FA sono trasportati lungo le MT in un modo dipendente dalla kinesina-1.

4.3. Focal Adhesion Kinase

FAK è coinvolto sia nella maturazione che nel turnover delle FA. Tuttavia, la carenza di FAK ha un effetto maggiore sul disassemblaggio che sulla formazione di FA, dando luogo ad un tasso ridotto di turnover di FA che porta ad un aumento del livello di FA allo stato stazionario. FAK contiene un dominio N-terminale FERM (proteina 4.1, ezrin, radixin e moesin homology), un dominio centrale chinasi e un dominio COOH-terminale focal adhesion-targeting (FAT) come illustrato nella Figura 4. Il dominio FERM si trova in molte proteine e media le interazioni proteina-proteina. Il dominio FERM di FAK ha dimostrato di legare il CP dell’integrina β1 e i recettori dei fattori di crescita. Recenti analisi della struttura del dominio FERM hanno indicato che lega il cleft catalitico del dominio della chinasi. Questa interazione intramolecolare impedisce l’autofosforilazione di Tyr397, che è un prerequisito per la successiva fosforilazione di FAK da parte di Src. L’autofosforilazione di FAK a Tyr397 è elevata in cellule tumorali altamente mobili e invasive. Src si lega a Tyr397 fosforilato e fosforila ulteriormente più residui di tirosina all’interno di FAK, tra cui Tyr576 e Tyr577 all’interno del dominio della chinasi, Tyr861 situato tra il dominio della chinasi e FAT, e Tyr925 all’interno del dominio FAT. La fosforilazione all’interno del dominio della chinasi è cruciale per la piena attività della chinasi. Tyr861 fosforilato media l’interazione di FAK con talina e paxillina. La fosforilazione a Tyr925 è necessaria per l’interazione di FAK con Grb2. Il legame di Grb2 a FAK aiuta a reclutare la dinamina alle FA. Questo complesso ternario è responsabile dell’internalizzazione delle integrine e quindi induce il turnover delle FA. Tuttavia, il ruolo di FAK durante il disassemblaggio di FA non è così semplice. Mentre pTyr397 FAK è richiesto per il reclutamento della dinamina, la sua defosforilazione è indotta dopo l’estensione di MTs a FAs, e questo è un passo prerequisito per il successivo smontaggio di FAs. Quindi, FAK è un regolatore centrale della formazione e del disassemblaggio delle FA, e per la trasmissione dei segnali mediati dall’integrina. Tuttavia, la carenza di FAK ha poco effetto sulla formazione delle FA, ma è stato comunque dimostrato che stabilizza le FA. Il ruolo di FAK durante la formazione delle FA potrebbe essere svolto da altre chinasi ridondanti o da fattori reclutati nelle FA.

4.4. Dynamin

Dynamin è una GTPasi che è stata identificata come una proteina legante la MT. Sono stati identificati tre geni indipendenti di dinamina. La dinamina I è espressa specificamente nei neuroni, e la dinamina III è espressa esclusivamente nei testicoli, nei polmoni e nel cervello, mentre la dinamina II è espressa ubiquitariamente. La struttura del dominio comune alle dinamine è mostrata nella Figura 4. La dinamina è necessaria per l’internalizzazione delle integrine durante il turnover FA MT-dipendente. Il terminale carbossilico della dinamina contiene un motivo ricco di prolina (PR), che è indispensabile per l’assemblaggio di un complesso ternario con FAK e Grb2. Il motivo PR della dinamina interagisce anche con le MT. Le dinamine reclutate sulla superficie interna della membrana cellulare si assemblano in un anello intorno alle FA e iniziano l’internalizzazione delle integrine quando le FA sono sufficientemente smontate. La carenza di FAK riduce notevolmente l’accumulo di dinamina intorno alle FA. L’interazione del polimero della tubulina con la dinamina aumenta marcatamente l’attività GTPasi di quest’ultima, anche se il significato fisiologico di questo non è chiaro

4.5. Fosfatasi

Un insieme specifico di proteina tirosina fosfatasi media la defosforilazione di FAK a Tyr397 dopo l’estensione di MTs a FAs . Questi includono PTP-PEST, SHP-2, e PTP-1B. Tuttavia, non è chiaro se lo smontaggio di FA richiede l’azione concertata di tutte e tre le fosfatasi o se l’azione di una singola fosfatasi è sufficiente, a seconda del contesto cellulare.

PTP-PEST è noto per regolare l’adesione e la migrazione cellulare (Figura 4). Come Zheng et al. hanno riportato, PTP-PEST defosforila FAK a Tyr397 su attivazione da un segnale oncogeno Ras-indotto. Ras induce l’attivazione di ERK attraverso la cascata Fgd1-Cdc42-PAK1-MEK1 alla fine con conseguente interazione tra FAK e PTP-PEST. ERK attivata fosforila FAK a Ser910, e la Ser910 fosforilata e il residuo Pro911 adiacente servono come sito di legame per la peptidil-proliolo cis/trans isomerasi (PIN1). PIN1 stimola il legame di FAK a PTP-PEST, in un modo dipendente dall’attività isomerasica di PIN1, anche se il ruolo esatto dell’attività isomerasica non è chiaro. PTP-PEST poi defosforila pTyr397 . Intrigante, la sostituzione di FAK Tyr397 con Phe promuove la metastasi dei fibroblasti di ratto trasformati da v-H-Ras.

SHP-2 può anche defosforilare FAK a Tyr397 . SHP-2 contiene due domini SH2 al suo N-terminale (Figura 4), e il più N-terminale dei due agisce come un inibitore intramolecolare dell’attività fosfatasica. Questa inibizione può essere rilasciata da Gab2, una proteina di docking contenente il dominio pleckstrin homology (PH). Gab2 lega il dominio SH2 N-terminale ed espone il dominio della fosfatasi di SHP-2 rilasciando l’inibizione intramolecolare. La carenza di SHP-2 in cellule coltivate aumenta il numero di FA e compromette la migrazione cellulare. Questi risultati ricordano il fenotipo delle cellule con deficit di FAK. Tuttavia, non ci sono chiare prove che SHP-2 localizza alle FA durante il loro turnover. SHP-2 potrebbe essere reclutato nelle FA interagendo con le tirosine fosforilate di Gab2 attraverso i suoi due domini SH2.

Ci sono diversi substrati per PTP-1B nelle FA, tra cui FAK, Src e α-actinina. PTP-1B è un regolatore complicato di FAK. Essa media direttamente la defosforilazione di pTyr397 ma può anche promuovere la fosforilazione dello stesso residuo di tirosina da Src. Come riportato da Zhang, l’α-actinina gioca un ruolo chiave nelle doppie funzioni di PTP-1B. L’α-actinina fosforilata a Tyr12 promuove la dissociazione di Src legata a FAK a pTyr397. Questo permette a PTP-1B di defosforilare il pTyr397 esposto. D’altra parte, PTP-1B può defosforilare α-actinina pTyr12 in modo da aumentare il pool di Src libero da α-actinina che è poi disponibile per fosforilare FAK. Allo stesso tempo, PTP-1B può attivare Src defosforilando Src pTyr527, che media l’inibizione intramolecolare dell’attività Src. Nel complesso, la defosforilazione di FAK da parte di PTP-1B migliora la successiva fosforilazione di FAK da parte di Src. Queste funzioni di PTP-1B possono giocare un ruolo nel turnover dinamico di FAK durante l’attacco dinamico delle cellule piuttosto che semplicemente promuovendo il distacco.

4.6. m-Calpain

m-Calpain, conosciuta anche come Calpain-2, è un membro della famiglia calpain di proteasi intracellulari calcio-dipendenti. Comprende cinque domini funzionalmente e strutturalmente distinti. Il dominio I è una possibile regione autoinibitoria, e viene scisso dall’autolisi. Il dominio II è un dominio catalitico composto da due sottodomini divisi (IIa e IIb) collegati da un anello chiamato cleft catalitico. Il dominio III è una regione di regolazione putativa dell’attività della proteasi e contiene siti di legame ai fosfolipidi. Il dominio IV contiene quattro motivi EF-hand che sono necessari per legare il calcio.

È stato dimostrato che la m-Calpina regola il turnover delle FA scindendo più proteine legate alle FA come talina, FAK e paxillina. La talina è un substrato ben noto di m-Calpina durante il turnover delle FA. m-Calpina scinde un sito tra la testa e i domini dell’asta e quindi innesca la rottura strutturale della struttura FA. FAK è anche scisso da m-Calpina tra i due domini PR C-terminali. La scissione di FA da parte di m-Calpina richiede anche MT. Anche se il ruolo preciso di MTs nella scissione di FAs da m-Calpain non è chiaro, ZF21 gioca presumibilmente un ruolo come spiegato nella prossima sezione. FAK può legare sia ERK/MAPK che m-Calpina, e potrebbe essere una piattaforma dove m-Calpina può essere attivata da ERK/MAPK. La scissione dei componenti di FA da m-Calpina presumibilmente facilita l’internalizzazione delle integrine interrompendo la grande struttura interconnessa di FA.

4.7. ZF21

ZF21 contiene un dominio FYVE, che si lega al fosfatidilinositolo-3-fosfato che è arricchito negli strati lipidici delle membrane plasmatiche. Anche se ci sono 38 proteine contenenti il dominio FYVE nei mammiferi, non hanno necessariamente strutture di dominio o funzioni comuni. ZF21 inizialmente ha attirato la nostra attenzione come un possibile partner di interazione della coda citoplasmatica della metalloproteinasi di tipo membrana, MT1-MMP, ma è stato poi determinato per essere un regolatore del turnover FA. ZF21 è espresso quasi ubiquitariamente in vari tipi di cellule adesive. Il dominio FYVE di ZF21 si trova al centro della proteina, e la regione C-terminale della proteina contiene una nuova piega proteica che è simile al dominio PH ma manca degli aminoacidi caricati positivamente necessari per legare il fosfolipide. È interessante notare che ZF21 lega più proteine di disassemblaggio FA, tra cui FAK, β-tubulina, m-Calpina e SHP-2. Il dominio FYVE di ZF21 lega FAK, e il dominio PH-like lega la β-tubulina. Quasi l’intera catena polipeptidica di ZF21 è richiesta per legare m-Calpina e SHP-2. La sostituzione del dominio FYVE di ZF21 con un dominio corrispondente derivato da EEA1, un altro membro delle proteine contenenti il dominio FYVE, abolisce la sua capacità di legare FAK e abroga la sua capacità di mediare il disassemblaggio di FA indotto da MT.

Il knockdown dell’espressione di ZF21 nelle cellule impedisce il disassemblaggio di FA indotto da MT, così come gli eventi legati al disassemblaggio, come la defosforilazione di FAK a pTyr397 e l’internalizzazione delle integrine. Il legame di ZF21 a FAK è importante per la regolazione del disassemblaggio FA perché la sostituzione del dominio FYVE con quello di EEA1 abolisce sia il legame FAK che il disassemblaggio FA. Il dominio PH-like è anche indispensabile per l’attività di ZF21. Presi insieme, questi risultati suggeriscono che ZF21 si associa con vescicole endosomali che si muovono su MTs attraverso un’interazione tra il dominio FYVE e il fosfatidilinositolo-3-fosfato all’interno della membrana della vescicola. Il dominio PH-like, che media un’interazione con la β-tubulina, può aiutare a stabilizzare l’interazione di ZF21 con le MTs e quindi a muoversi sulle vescicole. La capacità di ZF21 di legare SHP-2 e m-Calpina può facilitare il trasporto di quest’ultima a FAs attraverso vescicole caricate su MTs (Figura 5). Dopo il targeting delle MT alle FA, ZF21 può essere trasferito alle FA poiché può legare FAK, e lo ZF21 trasferito alle FA può successivamente ancorare le MT alle FA. Gab2 nelle FA può facilitare la defosforilazione di FAK da parte di SHP-2 trasportata nelle MT. Questi eventi sono presumibilmente seguiti dalla scissione dei componenti FA dall’attività proteolitica di m-Calpain.

Figura 5

Un modello per il reclutamento di fattori di disassemblaggio nelle FA. In questo modello, ZF21 trasporta i fattori di smontaggio di FA attraverso il trasporto di vescicole intracellulari su MTs. ZF21 si associa alle vescicole endosomali legandosi al fosfatidilinositolo-(3)-fosfato attraverso il suo dominio FYVE. m-Calpina e SHP-2 possono essere caricati su ZF21 trasportati dalle vescicole. ZF21 può anche trovarsi nelle FA interagendo con FAK, e la capacità di ZF21 di legare la β-tubulina può agire come una funzione di docking per le MT estese nelle FA al fine di scaricare i fattori trasportati a destinazione.

L’importanza di ZF21 per la migrazione cellulare ci ha dato un indizio per capire il suo ruolo nel turnover delle FA. La riduzione dell’espressione di ZF21 mediante shRNA nelle cellule tumorali ha indotto la diffusione delle cellule sulla ECM e soppresso la migrazione cellulare. L’adesione e la migrazione delle cellule mediate dall’integrina sono importanti durante l’invasione e la metastasi delle cellule tumorali, anche se le strutture simili a FA non sono ovviamente riconoscibili nella maggior parte delle cellule circondate da ECM. Infatti, il knockdown dell’espressione di ZF21 nelle cellule di carcinoma mammario umano MDA-MB231 sopprime la formazione di colonie metastatiche nel polmone dopo l’iniezione delle cellule nella vena caudale dei topi. Tuttavia, è possibile che ZF21 regoli la metastasi delle cellule tumorali con meccanismi distinti dalla regolazione del turnover di FAs.

5. Conclusione

La nostra comprensione del meccanismo del turnover di FA rimane frammentaria. Tuttavia, i meccanismi che governano la migrazione delle cellule a causa dell’adesione regolata sono cruciali per la comprensione dell’invasione e della metastasi delle cellule tumorali. Il turnover delle FA è iniziato dall’estensione delle MT alle FA ed è completato dall’internalizzazione delle integrine dalla superficie cellulare. Diversi fattori sono stati implicati nel processo di smontaggio delle FA. In particolare, il recente ZF21 ha fatto luce su questo processo, grazie alla sua capacità di legare più proteine coinvolte nel disassemblaggio delle FA. È da notare che le FA non sono osservate in cellule coltivate in un reticolo di collagene, indicando che la presenza di strutture di adesione cellulare basate sulle integrine dipende dal fatto che le cellule aderiscano a una superficie rigida (2D) o siano incorporate in un ECM tridimensionale (3D). Le tecnologie di imaging avanzate sono strumenti potenti per chiarire i ruoli dinamici dei fattori di disassemblaggio FA durante la migrazione e l’invasione delle cellule.

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