Подосомы — это конические богатые актином структуры, расположенные на внешней поверхности плазматической мембраны клеток животных . [1] Их размер колеблется от примерно 0,5 мкм до 2,0 мкм в диаметре. Хотя эти уникальные структуры обычно расположены на периферии клеточной мембраны, они демонстрируют поляризованный характер распределения в мигрирующих клетках, располагаясь на передней границе между ламеллиподием и пластинкой . [2] Их основная цель связана с клеточной подвижностью и инвазией; следовательно, они служат как местами прикрепления, так и местами деградации во внеклеточном матриксе . Многие различные специализированные клетки демонстрируют эти динамические структуры, такие как инвазивные раковые клетки, остеокласты , гладкомышечные клетки сосудов , эндотелиальные клетки и некоторые иммунные клетки, такие как макрофаги и дендритные клетки . [3]
Подосома состоит из ядра, богатого актином, окруженного белками адгезии и каркаса. Актиновые нити внутри этих структур в высокой степени регулируются многими актиновыми нуклеаторами, активаторами полимеризации, актинсвязывающими и сшивающими белками, киназами , малыми GTPases и каркасными белками; следовательно, полный оборот актина происходит в течение нескольких секунд. [4] Чтобы отличить подосомы от других типов клеточных спаек, белок Tks5 и WASP ( белок синдрома Вискотта-Олдрича ) используются в качестве маркеров наряду с актином , кортактином и комплексом Arp2/3 для локализации и изоляции этих выступов, поскольку Tks5 и WASP являются уникален для подосомы по сравнению с другими клеточными структурами на основе актина. [5] [ не удалось проверить ]
По своей внешней структуре подосомы демонстрируют две отличительные особенности: актиновое ядро и кольцевой комплекс. Внутри ядра обнаружены координаторы нуклеации актина . В частности, эту группу белков составляют комплекс Arp2/3 и WASP, когда они расположены близко к плазматической мембране, или кортактин, когда они находятся дальше. Из плотного ядра актина радиально отходят актиновые нити, достигающие плазматической мембраны и между соседними подосомами. [6]
В кольцевом комплексе интегрины и связанные с интегринами белки служат для соединения цитоскелета с интегринами клеточной поверхности, образующими выступ наружу. [7] Первоначальные исследования показали, что суперструктура подосом была цилиндрической, но новые достижения в методах биовизуализации изменили это восприятие и показали, что кольцевой комплекс имеет многоугольную форму. Эти открытия стали возможными благодаря применению анализа байесовского мерцания и обесцвечивания к данным, полученным в результате стандартной широкопольной микроскопии с использованием клеток, которые экспрессируют флуоресцентно меченные белки, специфичные для кольцевого комплекса подосом. [8]
Обычно размер подосомы составляет от 0,5 до 2,0 мкм в диаметре и глубине. Время жизни структуры составляет всего несколько минут, что намного короче, чем наблюдается у инвадоподий . [9] [10]
Считается, что подосомы тесно связаны с клеточной подвижностью внутри тканевого микроокружения посредством координации деградации внеклеточного матрикса с клеточным движением. Миграция клеток необходима для правильного эмбрионального развития , а в зрелом возрасте — для заживления ран и воспалительной реакции . [11] Примеры такого поведения подвижных клеток включают: трансэндотелиальную миграцию дендритных клеток, миграцию эндотелиальных клеток аорты для ремоделирования артериальных сосудов и инфильтрацию тканей макрофагами. Нарушения миграции клеток лежат в основе патологий, связанных с развитием, сосудистой сетью и иммунитетом. Следовательно, подосомы присутствуют в типах клеток, связанных с ремоделированием тканей и иммунной системой. [12] [13]
Пациенты, страдающие синдромом Вискотта-Олдрича , через свои иммунные клетки демонстрируют постоянные доказательства роли подосом в подвижности клеток. У этих пациентов нет полностью сформированного WASP, который, как было показано в предыдущих исследованиях, локализуется в подосомах и является неотъемлемой частью их формирования. [14] Дендритные клетки и макрофаги иммунной системы этих пациентов не проявляют подосомных образований и демонстрируют дефекты клеточного движения внутри тканевого микроокружения. [15] Некоторые исследователи подозревают, что подосомы могут быть вовлечены в миграцию клеток нервного гребня. Известно , что пациенты с синдромом Франк-тера-Хаара являются мутантами по специфическому белку подосомы Tks4 и демонстрируют дефекты миграции клеток нервного гребня . [16]
В дополнение к известным функциям подосом исследования показывают, что эти динамические структуры также обладают механосенсорными свойствами. [17] Первоначальное формирование подосом, по-видимому, зависит от структуры и состава основного субстрата, включая наличие и распределение специфических лигандов . [18] Различные рецепторы интегрина контролируют механические свойства клеточного микроокружения и могут влиять и инициировать образование подосомы. После полного формирования целостность матриксного субстрата определяет продолжительность жизни подосомы с повышенной жесткостью, что приводит к большей выносливости и более близкому расстоянию между участками подосом. [19]
Некоторые исследования также указывают на предполагаемую роль подосом даже в регуляции функции стволовых клеток костного мозга. Было показано, что подосомы широко присутствуют in vitro на мезодермальных клетках-предшественниках (MPC), клетках, способных дифференцироваться в мезенхимальные стромальные клетки . Было высказано предположение, что подосомы играют важную роль в мобилизации МПК в случае физиологической необходимости. [20]
Остеокласты – это крупные многоядерные костные клетки , которые осуществляют процесс резорбции кости . В этом процессе ремоделирования подосомы играют важную роль. [21] Во время созревания предшественников остеокластов группы подосом образуют более упорядоченные кольцевые структуры, которые в конечном итоге сливаются в полосу на периферии клетки. В результате расположение подосом тесно взаимосвязано посредством плотной радиальной сети актиновых нитей, которые простираются между соседними подосомами и на них. [22]
Накопление F-актина , винкулина , паксиллина и α-актина в подосомах сливающейся полосы сигнализирует о развитии полностью созревшего остеокласта. [23] После начала резорбции кости полоса подосом разбирается, оставляя после себя сетку, состоящую в основном из F-актина, которая действует как «зона уплотнения». Эта зона уплотнения становится местом прикрепления остеокластов к костному матриксу. [24] Ингибирование резорбции кости посредством лекарственного вмешательства приводит к отсутствию подосомной полосы во время ранней дифференцировки остеокластов и в конечном итоге к отсутствию зоны уплотнения. [25]
В начале 1980-х годов фибробласты куриных эмбрионов были трансформированы с помощью вируса саркомы Рауса (RSV), содержащего онкоген v-src. Эта трансформация вызвала релокализацию винкулина и α-актина в цитоскелете из фокальных спаек, образующих круговые кластеры. Позже, в 1985 г., с использованием тех же клеток было показано, что эти белковые кластеры локализуются в выступах вентральной плазматической мембраны и представляют собой места адгезии субстрата; поэтому эти структуры были названы подосомами, что указывает на их стопообразный характер в клетках. В 1989 году было продемонстрировано, что эти подосомы играют роль в деградации матрикса. Чтобы отразить эту недавно обнаруженную разрушительную природу , этим динамическим структурам было дано название инвадоподии . [26]
Поскольку оба термина «инвадоподии» и «подосомы» изначально использовались для обозначения идентичных структур в идентичных клеточных линиях, существует путаница в номенклатуре. Обычно, когда эти структуры обнаруживаются в нормальных клетках, их называют подосомами, а в раковых клетках — инвадоподиями .
