Focal adhesion

Focal adhesion
Immunfluoreszenzfärbung des Aktin-Zytoskeletts (grün) und des fokalen Adhäsionsproteins Vinculin (rot) bei einer Fibroblasten-Zelle. Die Adhäsionsstellen sind als rote Flecken an den Enden der Aktin-Bündel erkennbar.

Fokale Adhäsionen (engl. focal adhesion) sind verankernde Zellverbindungen, die das Aktin-Zytoskelett einer Zelle mechanisch an das Substrat (Extrazelluläre Matrix, kurz: ECM) koppeln. Sie sind auf klar abgegrenzte Bereiche der Zelle beschränkt, an denen die Plasmamembran bis auf 15 nm an das Substrat heranreicht[1]. Fokale Adhäsionen können sich aus über 50 verschiedenen Proteinen zusammensetzen, was auf einen beträchtlichen Funktionsumfang schließen lässt[2].

Tatsächlich dienen sie nicht nur der Verankerung der Zelle, sondern fungieren darüber hinaus als Signalüberträger, die die Zelle über den Zustand der ECM informieren und ihr Verhalten somit beeinflussen[3]. Bei sessilen Zellen sind Fokale Adhäsionen im Normalfall recht stabil, während sie bei wandernden Zellen kurzzeitig auf- und abgebaut werden. Dies spielt beispielsweise eine wichtige Rolle für die Immunabwehr, bei der Leukozyten entlang des Gefäßendothels eine abbremsende Rollbewegung vollführen und schließlich in entzündetes Gewebe einwandern.

Inhaltsverzeichnis

Bau

Der Kontakt zu Proteinen der ECM wird hauptsächlich über transmembrane Integrine vermittelt, die sich zu großen Proteinclustern zusammenlagern und mit ihrer extrazellulären Domäne an Proteine mit spezifischer Aminosäuresequenz (RGD-Sequenz) binden (z. B. Fibronektin, Laminin, Vitronektin oder Kollagen). Integrine sind Heterodimere und setzen sich jeweils aus einer α- und einer β-Untereinheit zusammen. Diese Untereinheiten liegen in verschiedenen Isoformen vor, die sich in ihrer Bindungsfähigkeit zu ECM-Proteinen unterscheiden. Die β-Untereinheit ist auf der intrazellulären Seite über Adapterproteine (z. B. Talin, α-Aktinin, Filamin und Vinculin) an Aktinfilamente gekoppelt. Neben strukturgebenden Proteinen finden sich in Fokalen Adhäsionen viele signalübertragende Proteine wie die Tyrosinkinasen c-Src oder FAK (focal adhesion kinase).[2]

Adhäsionsdynamik bei migrierenden Zellen

Der dynamische Auf- und Abbau von fokalen Adhäsionen spielt vor allem bei der Zellmigration eine zentrale Rolle. Bei migrierenden Zellen ändert sich die Proteinzusammensetzung und Morphologie von Fokalkontakten im Laufe ihres Bestehens, weshalb man sie in verschiedene Typen einteilen kann. Frühe Adhäsionen entstehen beim Vorschub des Lamellipodiums (Protrusion) nahe der Zellfront und werden Fokalkomplexe genannt. Sie sind recht klein (0.25μm²) und enthalten neben α₅β₃-Integrin andere Proteine wie Talin, Paxilin und Phosphotyrosin. Die meisten Fokalkomplexe lösen sich während des Zurückziehens des Lamellipodiums (Retraktion) wieder auf. Die übrigen vergrößern sich und reifen zu stabilen fokalen Adhäsionen, indem sie weitere Proteine wie z. B. Zyxin rekrutieren.[1] Fokale Adhäsionen bewegen sich relativ zum Substrat nur sehr wenig, sodass die Zelle im Verlauf der Migration über sie hinwegwandert. Die Adhäsionsstellen bewegen sich daher relativ zur Zelle von vorne nach hinten.

Am hinteren Ende der Zelle müssen die Fokalen Adhäsionen aufgelöst werden, um das Nachziehen des Zellkörpers zu ermöglichen. Der Mechanismus dieses sogenannten rear detachment ist bislang noch recht wenig verstanden und erfolgt wahrscheinlich auf verschiedene Arten. Die Trennung der Verbindung zwischen Aktin-Zytoskelett und Substrat kann prinzipiell rein mechanisch durch zelluläre Kontaktionskräfte oder biochemisch erfolgen. Es konnte gezeigt werden, dass die Hemmung sogenannter Calpain-Proteasen zur Stabilisierung von fokalen Adhäsionen führt und die Substratablösung verringert. Da zu den Substraten von Calpain einige Proteine fokaler Adhäsionen gehören, könnte es sein, dass diese im Zuge des rear detachments gezielt abgebaut werden.[4]

Funktion als Mechanosensor

Mechanische Kräfte, die auf Fokale Adhäsionen ausgeübt werden, können das intrazelluläre Signalprotein Src aktivieren und bewirken das Wachstum der Adhäsionen. Dies zeigt, dass Fokale Adhäsionen als Mechanosensoren fungieren, und weist darauf hin, dass myosinvermittelte Zugkräfte zur Reifung der Fokalkomplexe beitragen könnten.[5][3]

Literatur

  • Alberts, B. et. al.: Molecular Biology of the Cell. Garland Science, 4. Auflage, 2002. ISBN 0815340729.

Quellen

  1. a b Zaidel-Bar, R., M. Cohen, L. Addadi und B. Geiger: Hierarchical assembly of cell–matrix adhesion complexes. Biochemical Society Transactions, 32:416–420, 2004
  2. a b Zamir, E. und B. Geiger: Molecular complexity and dynamics of cell-matrix adhesions. Journal of Cell Science, 114:3583–3590, 2001
  3. a b Rivelinea, D., E. Zamir, N.Q. Balabanb, U.S. Schwarzc, T. Ishizakid, S. Narumiyad, Z. Kamb, B. Geiger und A.D. Bershadsky: Focal contacts as mechanosensors: externally applied local mechanical force induces growth of focal contacts by an mDia1-dependent and ROCK-independent mechanism. The Journal of Cell Biology, 153(6):1175–1186, 2001
  4. Huttenlocher, A., S.P. Palecek, Q. Lu, W. Zhang, R.L. Mellgren, D.A. Lauffenburger, M.H. Ginsberg und A.F. Horwitz: Regulation of cell migration by the calcium-dependent protease calpain. Journal of Biological Chemistry, 272:32719–32722, 1997.
  5. Wang, Y., E.L. Botvinick, Y. Zhao, M.W. Berns, S. Usami, R.Y. Tsien und S. Chien: Visualizing the mechanical activation of Src. Nature, 434:1040– 1045, 2005

Siehe auch

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Нужна курсовая?

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Focal adhesion — In cell biology, focal adhesions (also cell matrix adhesions or FAs) are specific types of large macromolecular assemblies through which both mechanical force and regulatory signals are transmitted. More precisely, they can be considered as sub… …   Wikipedia

  • Focal adhesion kinase — (FAK) is a focal adhesion associated protein kinase involved in cellular adhesion and spreading processes. [Lackie, J.M. Dow, J.A.T., The Dictionary of Cell and Molecular Biology, 3rd Edition, Academic Press, London, 1999] It is used by cells to… …   Wikipedia

  • Focal adhesion kinase — Pour les articles homonymes, voir FAK. La Focal Adhesion Kinase (FAK) est une protéine dite ubiquitaire, c est à dire qu on la retrouve dans presque tous les types cellulaires. Sommaire 1 Description 2 Domaines …   Wikipédia en Français

  • focal adhesion — a specialized area of the plasma membrane, characterized by clusters of integrins that transduce transmembrane signals and link actin filaments of the cytoskeleton to the extracellular matrix. Called also focal contact …   Medical dictionary

  • focal adhesion kinase — Protein kinase which is found at focal adhesionsand is thought to mediate the adhesion or spreading processes …   Dictionary of molecular biology

  • focal contact — focal adhesion …   Medical dictionary

  • Focal — may refer to:*Focal (lexicographical website), an Irish lexicographical website *FOCAL (programming language) **FOCAL 69 **Focal (HP 41) *Relating to focusee also*Focal point (disambiguation) *Focal adhesion *Focal character *Focal dystonia… …   Wikipedia

  • Adhesion (disambiguation) — Adhesion is the tendency of certain dissimiliar molecules to cling together.Adhesion may also refer to:; In life sciences and medicine*Adhesion (medicine), a fibrous band that forms between tissues and organs *Cell adhesion, the binding of a cell …   Wikipedia

  • adhesion plaque — Another term for a focal adhesion, a discrete area of close contact between a cell and a non cellular substratum, with cytoplasmic insertion of microfilaments and considerable electron density adjacent to the contact area. On the cytoplasmic face …   Dictionary of molecular biology

  • Cell adhesion — Cellular adhesion is the binding of a cell to a surface, extracellular matrix or another cell using cell adhesion molecules such as selectins, integrins, and cadherins. Correct cellular adhesion is essential in maintaining multicellular structure …   Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”