Инвадоподии представляют собой богатые актином выпячивания плазматической мембраны , которые связаны с деградацией внеклеточного матрикса при инвазивности рака и метастазировании. [1] [2] Очень похожие на подосомы , инвадоподии обнаруживаются в инвазивных раковых клетках и важны из-за их способности проникать через внеклеточный матрикс, особенно при экстравазации раковых клеток . [3] Инвадоподии обычно визуализируются по отверстиям, которые они создают в пластинах, покрытых ЕСМ ( фибронектином , коллагеном и т. д.), в сочетании с иммуногистохимическим исследованием белков, локализующих инвадоподии, таких как кортактин, актин, Tks5 [1] [2] [4] и т. д. Invadopodia также может использоваться в качестве маркера для количественной оценки инвазивности линий раковых клеток in vitro с использованием анализа гидрогеля гиалуроновой кислоты . [5]
В начале 1980-х годов исследователи заметили выступы, исходящие из вентральной мембраны клеток, трансформированных вирусом саркомы Рауса , и что они находились в местах адгезии клетки к внеклеточному матриксу (ECM). [1] Они назвали эти структуры подосомами или клеточными ножками, но позже было замечено, что в этих участках происходит деградация ЕСМ, и название «инвадоподии» было придумано, чтобы подчеркнуть инвазивную природу этих выступов. [1] С тех пор исследователи часто использовали эти два названия как синонимы, но общепринято, что подосомы — это структуры, участвующие в нормальных биологических процессах (например, когда иммунные клетки должны преодолевать тканевые барьеры или в ремоделировании кости [6] ), а инвадоподии — это структуры при вторжении раковых клеток. [1] Тем не менее, вокруг этой номенклатуры остаются разногласия: некоторые ученые утверждают, что они достаточно различны, чтобы их можно было считать отдельными структурами, в то время как другие утверждают, что инвадоподии — это просто нерегулируемые подосомы, а раковые клетки не просто «изобретают» новые механизмы. Из-за этой путаницы и большого сходства между этими двумя структурами многие начали группировать их под общим термином «инвадосомы». [3]
Инвадоподии имеют актиновое ядро, окруженное кольцевой структурой, обогащенной актинсвязывающими белками, молекулами адгезии, интегринами и каркасными белками. [1] [2] [3] [7] Инвадоподии обычно длиннее подосом, их ширина составляет 0,5–2,0 мкм, а длина превышает 2 мкм, и они сохраняются намного дольше, чем подосомы. [1] Инвадоподии также проникают глубоко в ЕСМ, в то время как подосомы обычно простираются вверх в цитоплазму и не вызывают такой значительной деградации ЕСМ. [3]
Формирование инвадоподий представляет собой сложный процесс, который включает в себя множество сигнальных путей и может быть описан как состоящий из трех этапов: инициация, стабилизация и созревание. [7] [8] Инициация инвадоподий включает образование зачатков в плазматической мембране и инициируется такими факторами роста, как эпидермальный фактор роста (EGF), трансформирующий фактор роста бета (TGFB) или фактор роста тромбоцитов (PDGF), которые действовать через фосфоинозитид-3-киназу (PI3K), активируя киназы семейства Src . [1] Эти киназы играют ключевую роль в формировании инвадоподий и при активации фосфорилируют множество белков, участвующих в формировании инвадоподий, включая Tks5, синаптянин-2 и киназу Arg4 семейства Abl. Фосфорилирование этих белков приводит к рекрутированию белка синдрома нейронного Вискотта-Олдрича (N-Wasp) в инвадоподии, что требует Arp2/3 для активации полимеризации актина и, следовательно, удлинения инвадоподий. [9] Ключевым этапом формирования инвадоподий является стабилизация инвадоподий, которая включает взаимодействие PX-домена Tks5 (каркасного белка) с фосфолипидом PI(3,4)P 2 для закрепления ядра инвадоподий на плазматической мембране. [7] Созревание инвадоподий требует устойчивой полимеризации актина, и на этом этапе участвует несколько регуляторов полимеризации актина, включая кофилин, фасцин, киназу Arg и mDia2. [9] Инвадоподии считаются зрелыми, когда матриксные металлопротеазы (ММП), особенно ММП2, 9 и 14, рекрутируются в инвадоподии для высвобождения во внеклеточный матрикс. [9]
Метастазирование является основной причиной смертности онкологических больных; он основан на способности раковых клеток разрушать окружающий внеклеточный матрикс и проникать в другие ткани. Механизмы этого процесса до сих пор полностью не изучены, и из-за инвазивных свойств инвадоподий они исследуются в этом контексте. Действительно, инвадоподии участвуют во многих видах рака и раковых клетках. Повышенная инвазивность раковых клеток коррелирует с наличием инвадоподий, и было замечено, что раковые клетки проецируют их в эндотелий кровеносных сосудов во время экстравазации , что является важным этапом метастазирования. [10] Также было показано, что инвадоподии коррелируют с худшим прогнозом у пациентов с раком молочной железы. [11]
Tks5, белок, специфичный для инвадоподий, участвует в инвазивности рака. Повышенные уровни tks5 были обнаружены при раке простаты, и сверхэкспрессия Tks5 была достаточной, чтобы вызвать образование инвадоподий и деградацию внеклеточного матрикса Src-зависимым образом. [12] Было показано, что повышенная экспрессия Tks5 коррелирует с плохим прогнозом для пациентов с глиомами . [13] На мышиной модели аденокарциномы легких было показано, что инвазивные опухоли имеют повышенную экспрессию длинной изоформы tks5, тогда как неметастатические опухоли имели короткую изоформу. Было также показано, что сверхэкспрессия длинной изоформы tks5 достаточна для того, чтобы неметастатические опухоли стали инвазивными. [14]
Из-за инвазивной природы инвадоподий в раковых клетках исследования были сосредоточены на использовании инвадоподий в качестве потенциальной терапевтической мишени для подавления метастазирования. Ингибирование образования инвадоподий путем воздействия на киназу Src с помощью саракатаниба в модельной системе кур показало снижение заболеваемости инвадоподиями и уменьшение экстравазации рака. У мышей прямое ингибирование образования инвадоподий посредством РНКи против tks4 или tks5 значительно снижало экстравазацию рака. [10] Скрининг лекарственных средств-активаторов и ингибиторов инвадоподий показал, что Cdc5 может быть мишенью для ингибирования образования инвадоподий, а также, как это ни парадоксально, паклитаксел , препарат, обычно используемый для лечения рака, индуцирует образование инвадоподий. [15] Эти результаты показывают потенциал инвадоподий в качестве терапевтической мишени, и исследования в этой области продолжаются.