Fibronektyna - Fibronectin
Fibronektyny jest wysokiej masie cząsteczkowej (~ 600 ~ 500-kDa), glikoproteiny z macierzy zewnątrzkomórkowej , które wiąże się z membranową -spanning białka receptorowe zwanych integrynami . Fibronektyny wiąże się również z innymi białkami macierzy zewnątrzkomórkowej, takie jak kolagen , fibrynę i siarczanu heparanu proteoglikanów (np syndecans ).
Fibronektyna występuje jako dimer białkowy , składający się z dwóch prawie identycznych monomerów połączonych parą wiązań dwusiarczkowych . Białko fibronektyna jest produkowane z jednego genu, ale alternatywny splicing jego pre-mRNA prowadzi do powstania kilku izoform .
U kręgowców występują dwa rodzaje fibronektyny :
- Rozpuszczalna fibronektyna w osoczu (dawniej nazywana „globuliną nierozpuszczalną na zimno” lub CIg) jest głównym składnikiem białkowym osocza krwi (300 μg/ml) i jest wytwarzana w wątrobie przez hepatocyty .
- nierozpuszczalna fibronektyna komórkowa jest głównym składnikiem macierzy zewnątrzkomórkowej. Jest wydzielany przez różne komórki , głównie fibroblasty , jako dimer rozpuszczalnego białka, a następnie jest składany w nierozpuszczalną macierz w złożonym procesie komórkowym.
Fibronektyna odgrywa ważną rolę w adhezji , wzroście , migracji i różnicowaniu komórek oraz jest ważna w procesach takich jak gojenie ran i rozwój embrionalny . Zmienioną ekspresję , degradację i organizację fibronektyny powiązano z wieloma patologiami , w tym rakiem, zapaleniem stawów i zwłóknieniem .
Struktura
Fibronektyna występuje jako dimer białkowy, składający się z dwóch prawie identycznych łańcuchów polipeptydowych połączonych parą C-końcowych wiązań dwusiarczkowych . Każda podjednostka fibronektyny ma masę cząsteczkową aminokwasu ~230-~275 kDa i zawiera trzy typy modułów : typ I, II i III. Wszystkie trzy moduły składają się z dwóch antyrównoległych arkuszy β, co daje kanapkę beta ; jednak typ I i typ II są stabilizowane przez wewnątrzłańcuchowe wiązania dwusiarczkowe, podczas gdy moduły typu III nie zawierają żadnych wiązań dwusiarczkowych. Brak wiązań dwusiarczkowych w modułach typu III umożliwia ich częściowe rozłożenie pod przyłożoną siłą.
Wzdłuż protomera fibronektyny występują trzy regiony o zmiennym splicingu . Jeden lub oba „dodatkowe” moduły typu III (EIIIA i EIIIB) mogą być obecne w fibronektynie komórkowej, ale nigdy nie są obecne w fibronektynie osocza. „Zmienny” V-region istnieje między III 14-15 (14 i 15 moduł typu III). Struktura regionu V różni się od modułów typu I, II i III, a jej obecność i długość mogą się różnić. Region V zawiera miejsce wiązania integryn α4β1 . Występuje w większości komórkowej fibronektyny, ale tylko jedna z dwóch podjednostek dimeru fibronektyny osocza zawiera sekwencję regionu V.
Moduły są ułożone w kilka funkcjonalnych i wiążących białka domen wzdłuż długości monomeru fibronektyny . Istnieją cztery domeny wiążące fibronektynę, umożliwiające fibronektynę łączenie się z innymi cząsteczkami fibronektyny. Jedna z tych domen wiążących fibronektynę, I 1-5 , jest określana jako „domena składania” i jest wymagana do rozpoczęcia składania macierzy fibronektynowej. Moduły III 9-10 odpowiadają „domenie wiążącej komórki” fibronektyny. Sekwencją RGD (Arg-Gly-Asp) znajduje się w III 10 i w miejscu przylegania komórek poprzez α5β1 i aVp3 integryn na powierzchni komórek. „Miejsce synergii” znajduje się w III 9 i odgrywa rolę w modulowaniu połączenia fibronektyny z integrynami α5β1 . Fibronektyna zawiera również domeny wiążące fibrynę (I 1–5 , I 10–12 ), kolagen (I 6–9 ), fibulinę-1 (III 13–14 ), heparynę i syndekany ( III 12-14 ).
Funkcjonować
Fibronektyna pełni wiele funkcji, które zapewniają normalne funkcjonowanie organizmów kręgowców . Bierze udział w adhezji , wzroście , migracji i różnicowaniu komórek . Fibronektyna komórkowa jest składana w macierz zewnątrzkomórkową , nierozpuszczalną sieć, która oddziela i wspiera narządy i tkanki organizmu.
Fibronektyna odgrywa kluczową rolę w gojeniu się ran . Wraz z fibryną , fibronektyna osocza odkłada się w miejscu urazu , tworząc skrzep krwi , który zatrzymuje krwawienie i chroni tkankę pod nią . W miarę postępu naprawy uszkodzonej tkanki fibroblasty i makrofagi zaczynają przebudowywać obszar, degradując białka tworzące tymczasową macierz skrzepów krwi i zastępując je macierzą, która bardziej przypomina normalną, otaczającą tkankę. Fibroblasty wydzielają proteazy , w tym metaloproteinazy macierzy , które trawią fibronektynę osocza, a następnie fibroblasty wydzielają komórkową fibronektynę i łączą ją w nierozpuszczalną macierz . Sugerowano, że fragmentacja fibronektyny przez proteazy sprzyja kurczeniu się rany, krytycznemu etapowi gojenia się ran . Fragmentacja fibronektyny dodatkowo odsłania jej region V, który zawiera miejsce wiązania integryny α4β1 . Uważa się, że te fragmenty fibronektyny zwiększają wiązanie komórek eksprymujących integrynę α4β1, umożliwiając im przyleganie do otaczającej macierzy i jej silne kurczenie.
Fibronektyny jest niezbędne do embriogenezy i inaktywacji z genu dla wyników fibronektyny w wcześnie embrionalnej śmiertelności. Fibronektyna odgrywa ważną rolę w kierowaniu przyczepianiem się i migracją komórek podczas rozwoju embrionalnego . W rozwoju ssaków brak fibronektyny prowadzi do defektów rozwoju mezodermy , cewy nerwowej i naczyń . Podobnie, brak normalnej macierzy fibronektynowej u rozwijających się płazów powoduje defekty we wzorcowaniu mezodermy i hamuje gastrulację .
Fibronektyny jest również w normalnej ludzkiej ślinie, co pomaga zapobiegać kolonizacji w jamie ustnej i gardła przez patogenne bakterie .
Montaż matrycy
Fibronektyna komórkowa jest składana w nierozpuszczalną matrycę włóknistą w złożonym procesie komórkowym. Składanie macierzy fibronektyny rozpoczyna się, gdy rozpuszczalne, zwarte dimery fibronektyny są wydzielane z komórek, często z fibroblastów . Te rozpuszczalne dimery wiążą się z receptorami integryny α5β1 na powierzchni komórki i pomagają w tworzeniu klastrów integryn. Lokalne stężenie fibronektyny związanej z integryną wzrasta, umożliwiając łatwiejszą interakcję ze sobą cząsteczek związanych fibronektyny . Pomiędzy sąsiednimi komórkami zaczynają tworzyć się krótkie włókienka fibronektyny . W miarę postępu składania macierzy rozpuszczalne włókienka są przekształcane w większe nierozpuszczalne włókienka, które zawierają macierz zewnątrzkomórkową .
Przesunięcie fibronektyny od rozpuszczalnych do nierozpuszczalnych włókienek zachodzi, gdy ukryte miejsca wiązania fibronektyny są odsłonięte wzdłuż długości cząsteczki związanej fibronektyny. Uważa się, że komórki rozciągają fibronektynę, ciągnąc za swoje receptory integrynowe związane z fibronektyną. Siła ta częściowo rozwija ligand fibronektyny , odsłaniając ukryte miejsca wiązania fibronektyny i umożliwiając łączenie się pobliskich cząsteczek fibronektyny. Ta interakcja fibronektyna-fibronektyna umożliwia rozpuszczalnym, związanym z komórką włókienkom rozgałęzianie się i stabilizację w nierozpuszczalną macierz fibronektynową .
Wykazano, że białko transbłonowe, CD93, jest niezbędne do tworzenia macierzy fibronektynowej (fibrillogenezy) w ludzkich komórkach śródbłonka krwi skórnej. W konsekwencji, knockdown CD93 w tych komórkach skutkował przerwaniem fibrillogenezy fibronektyny. Co więcej, siatkówki myszy pozbawionych CD93 wykazywały przerwaną macierz fibronektynową z przodu kiełkowania siatkówki.
Rola w raku
W guzach i liniach komórkowych pochodzących z guza zaobserwowano kilka zmian morfologicznych , które przypisuje się zmniejszonej ekspresji fibronektyny , zwiększonej degradacji fibronektyny i ( lub ) zmniejszonej ekspresji receptorów wiążących fibronektynę , takich jak integryny α5β1 .
Fibronektyna jest zaangażowana w rozwój raka . W raku płuc ekspresja fibronektyny jest zwiększona , zwłaszcza w niedrobnokomórkowym raku płuc . Adhezji komórek raka płuc z fibronektyną rozszerzającą rakotwórczość oraz nadaje odporność na apoptozę -inducing chemioterapeutyków . Fibronektyny wykazano, że stymulują gonady steroidy , które oddziałują z kręgowców receptorów androgenowych , które są zdolne do regulowania ekspresji od cykliny D i pokrewnych genów biorących udział w cyklu komórkowym sterowania. Obserwacje te sugerują, że fibronektyna może sprzyjać wzrostowi /przeżyciu guza płuc i oporności na terapię i może stanowić nowy cel dla rozwoju nowych leków przeciwnowotworowych .
Fibronektyny 1 działa jako potencjalny biomarker dla radioresistance .
Fuzja FN1-FGFR1 jest częsta w fosforanowych guzach mezenchymalnych.
Rola w gojeniu się ran
Fibronektyna ma głęboki wpływ na gojenie się ran , w tym na tworzenie odpowiedniego podłoża do migracji i wzrostu komórek podczas rozwoju i organizacji tkanki ziarninowej , a także na przebudowę i resyntezę macierzy tkanki łącznej. Biologiczne znaczenie fibronektyny in vivo badano podczas mechanizmu gojenia się ran. Stężenie fibronektyny w osoczu jest obniżone w ostrym zapaleniu lub po urazie chirurgicznym oraz u pacjentów z rozsianym wykrzepianiem wewnątrznaczyniowym .
Fibronektyna znajduje się w macierzy zewnątrzkomórkowej tkanek zarodkowych i dorosłych (nie w błonach podstawnych tkanek dorosłych), ale może być szerzej rozprowadzana w zmianach zapalnych. Podczas krzepnięcia krwi fibronektyna pozostaje związana ze skrzepem, kowalencyjnie usieciowana z fibryną za pomocą czynnika XIII (czynnik stabilizujący fibrynę). Fibroblasty odgrywają główną rolę w gojeniu się ran, przylegając do fibryny. Adhezja fibroblastów do fibryny wymaga fibronektyny i była najsilniejsza, gdy fibronektyna była usieciowana z fibryną. Pacjenci z niedoborami czynnika XIII wykazują upośledzenie gojenia się ran, ponieważ fibroblasty nie rosną dobrze w fibrynie pozbawionej czynnika XIII. Fibronektyna promuje fagocytozę cząstek zarówno przez makrofagi, jak i fibroblasty. Odkładanie kolagenu w miejscu rany przez fibroblasty odbywa się za pomocą fibronektyny. Zaobserwowano również, że fibronektyna jest blisko związana z nowo odłożonymi włókienkami kolagenu . Opierając się na wielkości i histologicznej charakterystyce barwienia włókienek, prawdopodobne jest, że przynajmniej częściowo składają się one z kolagenu typu III ( retykuliny ). Badanie in vitro z natywnym kolagenem wykazało, że fibronektyna wiąże się raczej z kolagenem typu III niż z innymi typami.
In vivo vs in vitro
Fibronektyna osocza, syntetyzowana przez hepatocyty , i fibronektyna syntetyzowana przez hodowane fibroblasty są podobne, ale nie identyczne; zgłoszono różnice immunologiczne, strukturalne i funkcjonalne. Prawdopodobne jest, że te różnice wynikają z różnicowego przetwarzania pojedynczego powstającego mRNA. Niemniej jednak, fibronektyna osocza może być nierozpuszczalna w macierzy zewnątrzkomórkowej tkanki in vitro i in vivo . Zarówno plazmatyczne, jak i komórkowe fibronektyny w macierzy tworzą multimery związane wiązaniami dwusiarczkowymi o wysokiej masie cząsteczkowej . Mechanizm powstawania tych multimerów nie jest obecnie znany. Wykazano, że fibronektyna osocza zawiera dwie wolne grupy sulfhydrylowe na podjednostkę (X), a wykazano, że fibronektyna komórkowa zawiera co najmniej jeden. Te sulfhydryle prawdopodobnie są ukryte w strukturze trzeciorzędowej , ponieważ sulfhydryle są odsłonięte, gdy fibronektyna jest denaturowana. Taka denaturacja powoduje utlenianie wolnych sulfhydryli i tworzenie multimerów fibronektyny związanych mostkami dwusiarczkowymi. Doprowadziło to do spekulacji, że wolne sulfhydryle mogą być zaangażowane w tworzenie multimerów fibronektyny związanych mostkami dwusiarczkowymi w macierzy zewnątrzkomórkowej. Zgodnie z tym, sulfhydrylowa modyfikacja fibronektyny za pomocą N-etylomaleimidu zapobiega wiązaniu się z warstwami komórek. Trypsynowe wzory rozszczepiania multimerycznej fibronektyny nie ujawniają fragmentów związanych mostkami dwusiarczkowymi, których można by oczekiwać, gdyby multimeryzacja obejmowała jedną lub obie wolne grupy sulfhydrylowe. Wolne sulfhydryle fibronektyny nie są wymagane do wiązania fibronektyny z warstwą komórkową lub do jej późniejszego włączenia do macierzy zewnątrzkomórkowej. Multimeryzacja fibronektyny z wiązaniami dwusiarczkowymi w warstwie komórkowej zachodzi przez wymianę wiązań dwusiarczkowych w bogatej w dwusiarczki jednej trzeciej cząsteczki na końcu aminowym .
Interakcje
Oprócz integryny, fibronektyna wiąże się z wieloma innymi cząsteczkami gospodarza i nie-gospodarza. Na przykład wykazano, że oddziałuje z białkami takimi jak fibryna , tenascyna , TNF-α, BMP-1, rotawirus NSP-4 i wieloma białkami wiążącymi fibronektynę z bakterii (takich jak FBP-A; FBP-B na N- domena końcowa), jak również glikozaminoglikan, siarczan heparanu .
Wykazano, że fibronektyna wchodzi w interakcje z:
Zobacz też
- Fibronektyna płodowa
- Domena fibronektyny typu I
- Domena fibronektyny typu II
- Domena fibronektyny typu III
- Monobody , zmodyfikowany mimetyk przeciwciała oparty na strukturze domeny fibronektyny typu III
- Cząsteczki adhezyjne do podłoża
Bibliografia
Dalsza lektura
- francuska stała C (grudzień 1995). „Alternatywne składanie fibronektyny – wiele różnych białek, ale kilka różnych funkcji”. Eksperymentalne badania nad komórkami . 221 (2): 261-71. doi : 10.1006/excr.1995.1374 . PMID 7493623 .
- Snásel J, Pichová I (1997). „Rozszczepienie białek komórki gospodarza przez proteazę HIV-1”. Folia Biologica . 42 (5): 227–30. doi : 10.1007/BF02818986 . PMID 8997639 . S2CID 7617882 .
- Schor SL, Schor AM (2003). „Zmiany fenotypowe i genetyczne w zrębie sutka: implikacje dla progresji nowotworu” . Badania nad rakiem piersi . 3 (6): 373–9. doi : 10.1186/bcr325 . PMC 138703 . PMID 11737888 .
- Przybysz M, Katnik-Prastowska I (2002). „[Wielofunkcyjność fibronektyny]” [Wielofunkcyjność fibronektyny]. Postȩpy Higieny I Medycyny Doświadczalnej Ćwiczenia . 55 (5): 699–713. PMID 11795204 .
- Rameshwar P, Oh HS, Yook C, Gascon P, Chang VT (2003). „Interakcje substancji p-fibronektyna-cytokina w zaburzeniach mieloproliferacyjnych ze zwłóknieniem szpiku kostnego”. Acta Hematologica . 109 (1): 1–10. doi : 10.1159/000067268 . PMID 12486316 . S2CID 25830801 .
- Cho J, Mosher DF (lipiec 2006). „Rola zespołu fibronektyny w tworzeniu skrzepliny płytkowej” . Dziennik zakrzepicy i hemostazy . 4 (7): 1461-9. doi : 10.1111/j.1538-7836.2006.01943.x . PMID 16839338 . S2CID 24109462 .
- Schmidt DR, Kao WJ (styczeń 2007). „Wzajemna rola fibronektyny i interleukiny-1 w funkcji makrofagów modulowanych biomateriałem”. Biomateriały . 28 (3): 371-82. doi : 10.1016/j.biomaterials.2006.08.041 . PMID 16978691 .
- Dallas SL, Chen Q, Sivakumar P (2006). Dynamika budowy i reorganizacji białek macierzy zewnątrzkomórkowej . Aktualne tematy w biologii rozwojowej . 75 . s. 1-24. doi : 10.1016/S0070-2153(06)75001-3 . Numer ISBN 9780121531751. PMID 16984808 .
Zewnętrzne linki
- Fibronektyna, zewnątrzkomórkowa cząsteczka adhezji
- Białko fibronektyny
- Fibronektyna w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)
- Oddziaływania molekularne fibronektyny
- Przegląd wszystkich informacji strukturalnych dostępnych w PDB dla UniProt : P02751 (Ludzka fibronektyna) w PDBe-KB .
- Przegląd wszystkich informacji strukturalnych dostępnych w PDB dla UniProt : P11276 (Fibronektyna myszy) w PDBe-KB .