Подосомы представляют собой конические, богатые актином структуры, обнаруженные в виде придатков на внешней поверхности плазматической мембраны клеток животных . [1] [2] Их размер колеблется от приблизительно 0,5 мкм до 2,0 мкм в диаметре. Хотя обычно они располагаются на периферии клеточной мембраны, эти уникальные структуры демонстрируют поляризованный рисунок распределения в мигрирующих клетках, располагаясь на передней границе между ламеллиподием и ламеллюмом . [3] Их основная цель связана с клеточной подвижностью и инвазией; поэтому они служат как местами прикрепления, так и деградации вдоль внеклеточного матрикса . Многие различные специализированные клетки демонстрируют эти динамические структуры, такие как инвадоподии (инвазивные раковые клетки), остеокласты , сосудистые гладкомышечные клетки , эндотелиальные клетки и некоторые иммунные клетки, такие как макрофаги и дендритные клетки . [4]
Подосома состоит из ядра, богатого актином, окруженного адгезионными и каркасными белками. Актиновые нити внутри этих структур строго регулируются многими актиновыми нуклеаторами, активаторами полимеризации, связывающими и сшивающими актин белками, киназами , малыми ГТФазами и каркасными белками; поэтому полный оборот актина происходит в течение нескольких секунд. [5] Чтобы отличить подосомы от других типов клеточных адгезий, белки 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 уникальны для подосомы по сравнению с другими клеточными структурами на основе актина. [6] [ не удалось проверить ]
В своей внешней структуре подосомы демонстрируют две отличительные особенности: актиновое ядро и кольцевой комплекс. Внутри ядра находятся координаторы зарождения актина . В частности, комплекс Arp2/3 и WASP, когда они находятся близко к плазматической мембране, или кортактин, когда они находятся дальше, составляют эту группу белков. Радиально от плотного ядра актина исходят актиновые нити, достигающие плазматической мембраны и между соседними подосомами. [7]
В кольцевом комплексе интегрины и ассоциированные с интегринами белки служат для соединения цитоскелета с интегринами клеточной поверхности, образуя наружный выступ. [8] Первоначальные исследования предполагали, что надструктура 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 байесовского мерцания и аналитики обесцвечивания к данным, полученным с помощью стандартной широкопольной микроскопии с использованием клеток, которые экспрессировали флуоресцентно помеченные белки, специфичные для кольцевого комплекса подосом. [9]
Обычно размер подосомы колеблется между 0,5 мкм и 2,0 мкм в диаметре и глубине. Продолжительность жизни структуры составляет всего несколько минут, что намного короче, чем наблюдается у инвадоподий . [10] [11]
Подосомы, как полагают, тесно связаны с клеточной подвижностью в тканевой микросреде 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 . [12] Примерами такого поведения подвижных клеток являются: трансэндотелиальная миграция дендритных клеток, миграция эндотелиальных клеток аорты для ремоделирования артериальных сосудов и инфильтрация тканей макрофагами. Аберрации в клеточной миграции лежат в основе патологий, связанных с развитием, сосудистой системой и иммунитетом. Следовательно, подосомы присутствуют в типах клеток, связанных с ремоделированием тканей и иммунной системой. [13] [14]
Пациенты, страдающие синдромом Вискотта-Олдрича, демонстрируют через свои иммунные клетки постоянное доказательство роли подосом в подвижности клеток. У этих пациентов не полностью сформирован WASP, который, как было показано в предыдущих исследованиях, локализуется в подосомах и является неотъемлемой частью их формирования. [15] Дендритные клетки и макрофаги иммунной системы этих пациентов не проявляют формирования подосом и демонстрируют дефекты клеточного движения в тканевой микросреде. [16] Некоторые исследователи подозревают, что подосомы могут быть вовлечены в миграцию клеток нервного гребня. Известно, что пациенты, у которых проявляется синдром Франка-тер Хаара, являются мутантами по специфичному для подосом белку Tks4 и демонстрируют дефекты миграции клеток нервного гребня . [17]
В дополнение к известным функциональным возможностям подосом, исследования показывают, что эти динамические структуры также проявляют механосенсорные свойства. [18] Первоначальное формирование подосом, по-видимому, зависит от структуры и состава подлежащего субстрата, включая наличие и распределение специфических лигандов . [19] Различные рецепторы интегрина контролируют механические свойства клеточной микросреды и могут влиять на формирование подосомы и инициировать его. После полного формирования целостность матричного субстрата определяет продолжительность жизни подосомы с повышенной жесткостью, что приводит к большей выносливости и более близкому расстоянию между участками подосомы. [20]
Некоторые исследования также указывают на предполагаемую роль подосом даже в регуляции функции стволовых клеток костного мозга. Было показано, что подосомы широко представлены in vitro на мезодермальных прогениторных клетках (MPC), клетках, способных дифференцироваться в мезенхимальные стромальные клетки . Было высказано предположение, что подосомы важны для мобилизации MPC в случае физиологической необходимости. [21]
Остеокласты — это крупные многоядерные костные клетки , которые осуществляют процесс резорбции кости . В этом процессе ремоделирования подосомы играют неотъемлемую роль. [22] Во время созревания предшественников остеокластов группы подосом образуют более упорядоченные кольцевые структуры, которые в конечном итоге объединяются в полосу на периферии клетки. Полученное расположение подосом тесно взаимосвязано через плотную радиальную сеть актиновых нитей, которые простираются между соседними подосомами и на них. [23]
Накопление F-актина , винкулина , паксиллина и α-актина в подосомах коалесцентной полосы сигнализирует о развитии полностью зрелого остеокласта. [24] После начала резорбции кости полоса подосом разбирается, оставляя после себя сетку, в основном состоящую из F-актина, которая функционирует как «зона уплотнения». Эта зона уплотнения становится местом прикрепления остеокласта к костному матриксу. [25] Ингибирование резорбции кости посредством лекарственного вмешательства приводит к отсутствию полосы подосом во время ранней дифференциации остеокластов и окончательному отсутствию зоны уплотнения. [26]
В начале 1980-х годов фибробласты куриных эмбрионов были трансформированы с использованием вируса саркомы Рауса (RSV), содержащего онкоген v-src. Эта трансформация вызвала перемещение винкулина и α-актина в цитоскелете из очаговых спаек, образующих кольцевые кластеры. Позже, в 1985 году, с использованием тех же клеток было показано, что эти белковые кластеры были локализованы в выступах в вентральной плазматической мембране, были участками адгезии субстрата; поэтому эти структуры были названы подосомами, что указывает на их подобный ноге характер в клетках. В 1989 году было показано, что эти подосомы играют роль в деградации матрикса. Чтобы отразить эту недавно обнаруженную деструктивную природу, этим динамическим структурам было дано название инвадоподии . [27]
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 когда в раковых клетках, то инвадоподиями .
