Stresové vlákno - Stress fiber
Stresové vlákno | |
---|---|
![]() Stresová vlákna - vizualizována pomocí fluorescenčního mikrofotografie F-aktinu | |
Identifikátory | |
Pletivo | D022502 |
TH | H1.00.01.1.02033 |
Anatomická terminologie |
Stresová vlákna jsou kontraktilní aktin svazky nalezené v nesvalových buňkách.[1] Jsou složeny z aktinu (mikrofilament) a nesvalový myosin II (NMMII), a také obsahují různé zesíťující proteiny, jako je a-aktinin, za vzniku vysoce regulované struktury aktomyosinu v nesvalových buňkách.[2] Ukázalo se, že stresová vlákna hrají důležitou roli v buněčné kontraktilitě a poskytují sílu pro řadu funkcí, jako je buněčná adheze, migrace a morfogeneze.
Struktura
Stresová vlákna jsou primárně složena z aktinu a myosinu. Actin je ~ 43 kDa globulární protein a může polymerovat za vzniku dlouhých vláknitých struktur. Tato vlákna jsou vyrobena ze dvou řetězců aktinových monomerů (nebo protofilamentů) obalených kolem sebe za účelem vytvoření jediného aktinového vlákna. Protože aktinové monomery nejsou symetrické molekuly, mají jejich vlákna polaritu založenou na struktuře aktinového monomeru, což umožňuje jednomu konci aktinového vlákna polymerovat rychleji než druhý. Konec, který může polymerovat rychleji, se označuje jako kladný konec, zatímco konec, který polymeruje pomaleji, se označuje jako záporný konec. Stresová vlákna se obvykle skládají z 10-30 aktinových vláken.[3] Stresová vlákna jsou složena z antiparalelních mikrofilamentů: aktinová vlákna jsou svázána podél své délky a na obou koncích svazku se mísí kladné a záporné konce. Antiparalelní uspořádání aktinových vláken ve stresových vláknech je posíleno α-aktinin, protein zesíťující aktinové vlákno, který obsahuje antiparalelní domény vázající aktin. Tyto svazky jsou pak zesítěny NMMII za vzniku stresových vláken.
Montáž a regulace

The Rodina Rho GTPas regulují mnoho aspektů cytoskeletální dynamiky aktinu, včetně tvorby stresových vláken. RhoA (někdy označovaný jen jako „Rho“) je zodpovědný za tvorbu stresových vláken a jeho aktivitu při tvorbě stresových vláken poprvé objevili Ridley a Hall v roce 1992.[4] Když se váže na GTP, Rho aktivuje Rho asociovanou kinázu tvořící cívku (ROCK) a savčí homolog Drosophila diaphanous (mDia).[5] mDia je a formin, který nukleuje a polymerizuje dlouhá aktinová vlákna. ROCK je a kináza který působí na fosforylaci MLCP (fosfatáza lehkého řetězce myosinu), stejně jako lehký řetězec NMMII, který inaktivuje MLCP a aktivuje myosin.[6] To povede k akumulaci aktivovaných myosinových motorických proteinů, které vážou aktinová vlákna, která byla polymerována pomocí mDia, za vzniku stresových vláken. Kromě toho ROCK také fosforyluje a aktivuje LIM-kinázu.[7] LIM-kináza zase fosforyluje a inaktivuje cofilin, který zabrání rozpadu a recyklaci aktinových vláken a zachová integritu stresových vláken.[8]
Role a související bílkoviny
Stresová vlákna hrají v buněčné funkci následující role:
1. Přilnavost
Stresová vlákna jsou nezbytná pro tvorbu a udržování buněk a buněkECM adheze, jako je tvorba dodržuje spojení, těsné spojení a fokální adheze.[9][10]
Adherens křižovatky
Adherens křižovatky jsou typem adhezní struktury buňka-buňka, která je přítomna jak v pohyblivých, tak v nepohyblivých buňkách, které adherují k buňkám prostřednictvím homofilní vazby kadheriny a nexiny.[11] Stresová vlákna hrají důležitou roli při udržování kontaktů buňka-buňka závislá na kadherinu a nexinu,[12] a bylo zjištěno, že GTPasy rodiny Rho regulují strukturu a integritu adherenčních spojení.[13] a-katenin a β-katenin jsou nedílnou součástí spojení adherenů, které se vážou dohromady a vytvářejí komplexy kadherin-α-katenin-β-katenin.[14] Rané studie ukázaly, že α-katenin může interagovat s aktinovými vlákny, což vede k přesvědčení, že α-katenin spojuje aktinový cytoskelet s adherenními spoji.[15] Později však bylo zjištěno, že a-katenin se může vázat na F-aktin pouze tehdy, je-li nevázán beta-kateninem a kadherinem.[16]
Nedávno bylo prokázáno, že se α-katenin spojuje s forminy,[17] EPLIN a vinkulin. Bylo zjištěno, že EPLIN zvyšuje sdružování a stabilizaci aktinových vláken,[18] a vinculin je zapojen do vazby adhezivních molekul na aktinový cytoskelet. To může sloužit jako mechanismus pro to, jak se aktin získává do adherenčních uzlů.[19]
Těsná spojení
Těsná spojení nebo zona occludens jsou nejdůležitějším buněčným prvkem pro tvorbu semipermeabilních bariér uvnitř nebo mezi tkáněmi.[20] Těsná spojení primárně sestávají z klaudinů a oklubinů, což jsou membránové proteiny, které tvoří kontakt mezi buňkami, a také ZO-1, ZO-2 a ZO-3, které spojují těsná spojení s cytoskeletem aktinu.[21] Nebylo však zjištěno, že těsné spoje jsou přímo spojeny se stresovými vlákny, jako je tomu u ohniskových adhezí a adherenčních spojení.
Ohniskové adheze
Ohniskové adheze jsou makromolekulární sestavy, které se používají k připojení buněk k ECM. Skládají se ze tří funkčních vrstev: integrinová vrstva asociovaná s ECM, membránová silová transdukční vrstva a aktinová vrstva, která je tvořena stresovými vlákny aktinu.[22] Jak naznačuje název nebo jejich vrstvy, ohniskové adheze hrají velkou roli v mechanotransdukci a migraci buněk. Fokální adheze jsou obvykle spojeny se stresovými vlákny - ve skutečnosti je kontraktilita stresových vláken nezbytná pro udržení fokální adheze.[23]
2. Migrace

Základním rysem mnoha buněk je jejich schopnost migrovat směrem k určitým mechanickým (Durotaxis ) nebo chemický (Chemotaxe ) podněty.[24] Migrace buněk probíhá prostřednictvím společné akce tří GTPáz rodiny Rho: Rho, Rac a Cdc42. Když je vázán na GTP, Rac způsobí tvorbu lamellipodia a Cdc42 způsobí vznik filopodia, čímž podporuje migraci buněk. V migrující buňce existují tři hlavní typy stresových vláken: ventrální stresová vlákna, příčné oblouky a dorzální stresová vlákna.[25] Ventrální stresová vlákna jsou spojena s fokálními adhezemi na obou koncích, jsou umístěna na ventrálním povrchu buňky a fungují v adhezi a kontrakci.[26] Příčné oblouky nejsou přímo spojeny s fokálními adhezemi a obvykle proudí od přední hrany buňky zpět ke středu buňky.[27] Hřbetní stresová vlákna jsou umístěna na náběžné hraně buňky. Přichytávají se k fokálním adhezím na ventrální ploše náběžné hrany a probíhají dorzálně směrem ke středu buňky, aby se připojily k příčným obloukům.[28] Během buněčné migrace budou aktinová vlákna ve stresových vláknech recyklována procesem retrográdní tok aktinu. Samotný mechanismus rozpouštění ohniskové adheze je špatně pochopen.
3. Morfogeneze
Morfogenezi na buněčné úrovni lze definovat jako utváření nebo definování architektury buňky. Sestava cytoskeletu, včetně aktinového cytoskeletu, je určujícím faktorem při specifikaci buněčné morfogeneze a přidělení tvaru buňkám. Kontraktilita stresových vláken v buňce proto pomůže určit buněčnou morfogenezi. Například obvodové kontraktilní aktinové pásy adherenských spojů přispívají k buněčné morfogenezi.[29] Rovněž dorzální stresová vlákna, příčné oblouky a ventrální stresová vlákna pomáhají při určování morfologie buněk během buněčné migrace. Podrobnější vysvětlení buněčné morfogeneze lze nalézt tady.
4. Mechanotransdukce
Jak mikrofilamenta, tak mikrotubuly hrají hlavní roli v mechanotransdukci. V aktinovém cytoskeletu může mechanotransdukce nastat u buněčných ECM a buněčných buněčných adhezí prostřednictvím fokálních adhezí a adherenních spojení.[30] Transdukce sil z vnějšku dovnitř buňky může řídit zrání nebo demontáž adhezí a iniciovat intracelulární signální kaskády, které mohou změnit chování buněk,[31] a je známo, že buňky shromažďují stresová vlákna, když narazí na mechanické namáhání.[32] Například buňky, které jsou pěstovány na tuhých substrátech, budou vykazovat silná stresová vlákna, zatímco stresová vlákna pozorovaná v buňkách pěstovaných na měkčích substrátech budou méně výrazná.[33] Mechanická síla přenášená na fokální adheze stresovými vlákny může také změnit konformaci mechanosenzitivních proteinů fokální adheze, jako je p130Cas[34] a taliny,[35] což naznačuje, že kontraktilita stresových vláken může překládat mechanické signály do biochemických podnětů. Existuje také malá podmnožina integrinů spojených s fokální adhezí, které končí v perinukleárním aktinovém víčku (v horní části jádra) a jsou tam ukotveny LINC komplex.[36] Tyto ohniskové adheze spojené s víčkem byly zavedeny jako hlavní mediátory v mechanickém snímání a představují přímou cestu pro transdukci mechanických podnětů z fokálních adhezí do jádra.[37]
Stresová vlákna v pohyblivých a nepohyblivých buňkách
Struktura stresových vláken se liší mezi pohyblivými a nepohyblivými buňkami.[38] Stresová vlákna v pohyblivých a nepohyblivých buňkách jsou podobná v tom, že obě obsahují aktinová vlákna, která jsou zesítěna α-aktininem a myosinem II, avšak prostorová orientace jednotlivých aktinových vláken ve stresovém vláknu se liší mezi pohyblivými a nemotorickými buňky.[39] Stresová vlákna ve ventrální oblasti pohyblivých buněk vykazují celkový posun v orientaci jednotlivých aktinových vláken podél podélné osy stresového vlákna, takže kladné konce vláken vždy směřují převážně k fokálním adhezím.[40] Stresová vlákna ve ventrálních oblastech nepohyblivých buněk vykazují a periodicky polarita podobná organizaci sarkoméra.[41]
Klinické aplikace
Jak bylo diskutováno výše, Rho je zodpovědný za tvorbu stresových vláken. Chybná regulace rodiny Rho GTPáz je zapletena do mnoha nemocí. Lze nalézt běžné klinické aplikace zaměřené na Rho GTPasy tady.
Reference
- ^ Kreis, Thomas E .; Birchmeier, Walter (listopad 1980). „Sarkomery fibroblastů ze stresových vláken jsou kontraktilní“. Buňka. 22 (2): 555–561. doi:10.1016/0092-8674(80)90365-7. PMID 6893813. S2CID 11435890.
- ^ Tojkander, S .; Gateva, G .; Lappalainen, P. (29. dubna 2012). „Stresová vlákna aktinu - sestava, dynamika a biologické role“. Journal of Cell Science. 125 (8): 1855–1864. doi:10.1242 / jcs.098087. PMID 22544950.
- ^ Tojkander, S .; Gateva, G .; Lappalainen, P. (29. dubna 2012). „Stresová vlákna aktinu - sestava, dynamika a biologické role“. Journal of Cell Science. 125 (8): 1855–1864. doi:10.1242 / jcs.098087. PMID 22544950.
- ^ Ridley, Anne J .; Hall, Alan (srpen 1992). „Malý protein vázající GTP rho reguluje shromáždění fokálních adhezí a aktinových stresových vláken v reakci na růstové faktory“. Buňka. 70 (3): 389–399. doi:10.1016/0092-8674(92)90163-7. PMID 1643657.
- ^ Narumiya, Shuh; Tanji, Masahiro; Ishizaki, Toshimasa (22. ledna 2009). "Signalizace Rho, ROCK a mDia1, v transformaci, metastázování a invazi". Recenze rakoviny a metastáz. 28 (1–2): 65–76. doi:10.1007 / s10555-008-9170-7. PMID 19160018. S2CID 33869424.
- ^ Kimura, K .; Ito, M .; Amano, M .; Chihara, K .; Fukata, Y .; Nakafuku, M .; Yamamori, B .; Feng, J .; Nakano, T .; Okawa, K .; Iwamatsu, A .; Kaibuchi, K. (12. července 1996). „Regulace myosin fosfatázy pomocí Rho a kinázy asociované s Rho (Rho-kináza)“. Věda. 273 (5272): 245–248. doi:10.1126 / science.273.5272.245. PMID 8662509. S2CID 37249779.
- ^ Maekawa, M. (6. srpna 1999). "Signalizace z Rho do aktinového cytoskeletu prostřednictvím proteinových kináz ROCK a LIM-kinázy". Věda. 285 (5429): 895–898. doi:10.1126 / science.285.5429.895. PMID 10436159.
- ^ Maekawa, M. (6. srpna 1999). "Signalizace z Rho do aktinového cytoskeletu prostřednictvím proteinových kináz ROCK a LIM-kinázy". Věda. 285 (5429): 895–898. doi:10.1126 / science.285.5429.895. PMID 10436159.
- ^ Braga, V. M.M. (16. června 1997). „Malé GTPasy Rho a Rac jsou vyžadovány pro navázání kontaktů buněk a buněk závislých na kadherinu“. The Journal of Cell Biology. 137 (6): 1421–1431. doi:10.1083 / jcb.137.6.1421. PMC 2132529. PMID 9182672.
- ^ Ridley, Anne J .; Hall, Alan (srpen 1992). „Malý protein vázající GTP rho reguluje shromažďování fokálních adhezí a aktinových stresových vláken v reakci na růstové faktory“. Buňka. 70 (3): 389–399. doi:10.1016/0092-8674(92)90163-7. PMID 1643657.
- ^ Meng, W .; Takeichi, M. (5. srpna 2009). "Adherens Junction: Molekulární architektura a regulace". Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii. 1 (6): a002899. doi:10.1101 / cshperspect.a002899. PMC 2882120. PMID 20457565.
- ^ Vasioukhin, Valeri; Bauer, Christoph; Yin, Mei; Fuchs, Elaine (leden 2000). „Řízená polymerace aktinu je hnací silou adheze epiteliálních buněk k buňkám“. Buňka. 100 (2): 209–219. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81559-7. PMID 10660044. S2CID 13992047.
- ^ Braga, V. M.M. (16. června 1997). „Malé GTPasy Rho a Rac jsou vyžadovány pro navázání kontaktů buněk a buněk závislých na kadherinu“. The Journal of Cell Biology. 137 (6): 1421–1431. doi:10.1083 / jcb.137.6.1421. PMC 2132529. PMID 9182672.
- ^ Meng, W .; Takeichi, M. (5. srpna 2009). "Adherens Junction: Molekulární architektura a regulace". Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii. 1 (6): a002899. doi:10.1101 / cshperspect.a002899. PMC 2882120. PMID 20457565.
- ^ Rimm, David L. (19. června 1995). „Alfa 1 (E) -katenin je protein vázající aktin a sdružující protein zprostředkující připojení F-aktinu k komplexu adheze membrány“. Sborník Národní akademie věd. 92 (19): 8813–8817. doi:10.1073 / pnas.92.19.8813. PMC 41057. PMID 7568023.
- ^ Drees, Frauke; Pokutta, Sabine; Yamada, Soichiro; Nelson, W. James; Weis, William I. (prosinec 2005). „α-Catenin je molekulární přepínač, který váže E-kadherin-β-katenin a reguluje sestavu aktinových vláken“. Buňka. 123 (5): 903–915. doi:10.1016 / j.cell.2005.09.021. PMC 3369825. PMID 16325583.
- ^ Kobielak, Agnieszka; Pasolli, H. Amalia; Fuchs, Elaine (30. listopadu 2003). „Savčí formin-1 se účastní adherenčních spojení a polymerace lineárních aktinových kabelů“. Přírodní buněčná biologie. 6 (1): 21–30. doi:10.1038 / ncb1075. PMC 2605950. PMID 14647292.
- ^ Maul, R. S. (3. února 2003). „EPLIN reguluje dynamiku aktinů zesíťováním a stabilizací vláken“. The Journal of Cell Biology. 160 (3): 399–407. doi:10.1083 / jcb.200212057. PMC 2172667. PMID 12566430.
- ^ Maul, R. S. (3. února 2003). „EPLIN reguluje dynamiku aktinů zesíťováním a stabilizací vláken“. The Journal of Cell Biology. 160 (3): 399–407. doi:10.1083 / jcb.200212057. PMC 2172667. PMID 12566430.
- ^ Gumbiner, Barry M (únor 1996). „Adheze buněk: Molekulární základ tkáňové architektury a morfogeneze“. Buňka. 84 (3): 345–357. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81279-9. PMID 8608588. S2CID 13443584.
- ^ Hartsock, Andrea; Nelson, W. James (březen 2008). „Adherens and tight junctions: Structure, function and connections to the actin cytoskeleton“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembrány. 1778 (3): 660–669. doi:10.1016 / j.bbamem.2007.07.012. PMC 2682436. PMID 17854762.
- ^ Kanchanawong, Pakorn; Shtengel, Gleb; Pasapera, Ana M .; Ramko, Ericka B .; Davidson, Michael W .; Hess, Harald F .; Waterman, Clare M. (25. listopadu 2010). „Nanoscale architektura integrovaných buněčných adhezí“. Příroda. 468 (7323): 580–584. doi:10.1038 / nature09621. PMC 3046339. PMID 21107430.
- ^ Tojkander, S .; Gateva, G .; Lappalainen, P. (29. dubna 2012). „Stresová vlákna aktinu - sestava, dynamika a biologické role“. Journal of Cell Science. 125 (8): 1855–1864. doi:10.1242 / jcs.098087. PMID 22544950.
- ^ Tojkander, S .; Gateva, G .; Lappalainen, P. (29. dubna 2012). „Stresová vlákna aktinu - sestava, dynamika a biologické role“. Journal of Cell Science. 125 (8): 1855–1864. doi:10.1242 / jcs.098087. PMID 22544950.
- ^ Hotulainen, P. (8. května 2006). „Stresová vlákna jsou generována dvěma odlišnými mechanismy sestavení aktinu v pohyblivých buňkách“. The Journal of Cell Biology. 173 (3): 383–394. doi:10.1083 / jcb.200511093. PMC 2063839. PMID 16651381.
- ^ Hotulainen, P. (8. května 2006). „Stresová vlákna jsou generována dvěma odlišnými mechanismy sestavení aktinu v pohyblivých buňkách“. The Journal of Cell Biology. 173 (3): 383–394. doi:10.1083 / jcb.200511093. PMC 2063839. PMID 16651381.
- ^ Hotulainen, P. (8. května 2006). „Stresová vlákna jsou generována dvěma odlišnými mechanismy sestavení aktinu v pohyblivých buňkách“. The Journal of Cell Biology. 173 (3): 383–394. doi:10.1083 / jcb.200511093. PMC 2063839. PMID 16651381.
- ^ Hotulainen, P. (8. května 2006). „Stresová vlákna jsou generována dvěma odlišnými mechanismy sestavení aktinu v pohyblivých buňkách“. The Journal of Cell Biology. 173 (3): 383–394. doi:10.1083 / jcb.200511093. PMC 2063839. PMID 16651381.
- ^ Meng, W .; Takeichi, M. (5. srpna 2009). "Adherens Junction: Molekulární architektura a regulace". Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii. 1 (6): a002899. doi:10.1101 / cshperspect.a002899. PMC 2882120. PMID 20457565.
- ^ Chen, Christopher S .; Tan, John; Tien, Joe (15. srpna 2004). "Mechanotransdukce v buňce-matice a buňka-buňka kontakty". Roční přehled biomedicínského inženýrství. 6 (1): 275–302. doi:10.1146 / annurev.bioeng. 6.040803.140040. PMID 15255771.
- ^ Chen, Christopher S .; Tan, John; Tien, Joe (15. srpna 2004). "Mechanotransdukce v buňce-matice a buňka-buňka kontakty". Roční přehled biomedicínského inženýrství. 6 (1): 275–302. doi:10.1146 / annurev.bioeng. 6.040803.140040. PMID 15255771.
- ^ Tojkander, S .; Gateva, G .; Lappalainen, P. (29. dubna 2012). „Stresová vlákna aktinu - sestava, dynamika a biologické role“. Journal of Cell Science. 125 (8): 1855–1864. doi:10.1242 / jcs.098087. PMID 22544950.
- ^ Tojkander, S .; Gateva, G .; Lappalainen, P. (29. dubna 2012). „Stresová vlákna aktinu - sestava, dynamika a biologické role“. Journal of Cell Science. 125 (8): 1855–1864. doi:10.1242 / jcs.098087. PMID 22544950.
- ^ Sawada, Yasuhiro; Tamada, Masako; Dubin-Thaler, Benjamin J .; Cherniavskaya, Oksana; Sakai, Ryuichi; Tanaka, Sakae; Sheetz, Michael P. (prosinec 2006). "Snímání síly mechanickým rozšířením kinázového substrátu rodiny Src p130Cas". Buňka. 127 (5): 1015–1026. doi:10.1016 / j.cell.2006.09.044. PMC 2746973. PMID 17129785.
- ^ Kanchanawong, Pakorn; Shtengel, Gleb; Pasapera, Ana M .; Ramko, Ericka B .; Davidson, Michael W .; Hess, Harald F .; Waterman, Clare M. (25. listopadu 2010). „Nanoscale architektura integrovaných buněčných adhezí“. Příroda. 468 (7323): 580–584. doi:10.1038 / nature09621. PMC 3046339. PMID 21107430.
- ^ Kim, Dong-Hwee; Khatau, Shyam B .; Feng, Yunfeng; Walcott, Sam; Sun, Sean X .; Longmore, Gregory D .; Wirtz, Denis (3. srpna 2012). „Fokální adheze spojené s čepicí aktinu a jejich odlišná role v buněčném mechanickém snímání“. Vědecké zprávy. 2: 555. doi:10.1038 / srep00555. PMC 3412326. PMID 22870384.
- ^ Kim, Dong-Hwee; Khatau, Shyam B .; Feng, Yunfeng; Walcott, Sam; Sun, Sean X .; Longmore, Gregory D .; Wirtz, Denis (3. srpna 2012). „Ohniskové adheze spojené s čepičkou aktinu a jejich odlišná role v buněčném mechanickém snímání“. Vědecké zprávy. 2: 555. doi:10.1038 / srep00555. PMC 3412326. PMID 22870384.
- ^ Deguchi, Shinji (11. února 2009). "Biomechanické vlastnosti aktinových stresových vláken nemotorických buněk". Biorheologie. 46 (2, 2009): 93–105. doi:10.3233 / BIR-2009-0528. PMID 19458413.
- ^ Deguchi, Shinji (11. února 2009). "Biomechanické vlastnosti aktinových stresových vláken nepohyblivých buněk". Biorheologie. 46 (2, 2009): 93–105. doi:10.3233 / BIR-2009-0528. PMID 19458413.
- ^ Cramer, L. P. (24. března 1997). „Identifikace nových svazků aktinových vláken s odstupňovanou polaritou v lokomotujících srdečních fibroblastech: důsledky pro generování pohybové síly“. The Journal of Cell Biology. 136 (6): 1287–1305. doi:10.1083 / jcb.136.6.1287. PMC 2132518. PMID 9087444.
- ^ Lazarides, Elias; Burridge, Keith (listopad 1975). „α-aktinin: Imunofluorescenční lokalizace svalového strukturního proteinu v nesvalových buňkách“. Buňka. 6 (3): 289–298. doi:10.1016/0092-8674(75)90180-4. PMID 802682. S2CID 40148317.