Фибронектин представляет собой высокомолекулярный ( ~500-~600 кДа ) [5] гликопротеин внеклеточного матрикса , который связывается с трансмембранными рецепторными белками , называемыми интегринами . [6] Он одобрен для продажи в Индии в качестве раствора для местного применения организацией Central Drug Standard Control в 2020 году под торговой маркой FIBREGA для лечения хронических ран. [7] Фибронектин также связывается с другими белками внеклеточного матрикса, такими как коллаген , фибрин и протеогликаны гепарансульфата (например, синдеканы ).
Фибронектин существует в виде белкового димера , состоящего из двух почти идентичных мономеров , связанных парой дисульфидных связей . [6] Белок фибронектин производится из одного гена, но альтернативный сплайсинг его пре-мРНК приводит к созданию нескольких изоформ .
У позвоночных присутствуют два типа фибронектина : [6]
Фибронектин играет важную роль в клеточной адгезии , росте , миграции и дифференцировке , а также важен для таких процессов, как заживление ран и эмбриональное развитие . [6] Изменение экспрессии , деградации и организации фибронектина связано с рядом патологий , включая рак, артрит и фиброз . [8] [9]
Фибронектин существует в виде белкового димера, состоящего из двух почти идентичных полипептидных цепей, соединенных парой С-концевых дисульфидных связей . [10] Каждая субъединица фибронектина имеет молекулярную массу ~230–~275 кДа [11] и содержит три типа модулей : тип I, II и III. Все три модуля состоят из двух антипараллельных β-листов, образующих бета-сэндвич ; однако типы I и типа II стабилизируются внутрицепочечными дисульфидными связями, тогда как модули типа III не содержат дисульфидных связей. Отсутствие дисульфидных связей в модулях III типа позволяет им частично разворачиваться под действием силы. [12]
По длине протомера фибронектина встречаются три области вариабельного сплайсинга . Один или оба «дополнительных» модуля типа III (EIIIA и EIIIB) могут присутствовать в клеточном фибронектине, но они никогда не присутствуют в фибронектине плазмы. «Вариабельная» V-область существует между III 14–15 (14-й и 15-й модуль III типа). Структура V-области отличается от модулей типа I, II и III, ее наличие и длина могут варьироваться. V-область содержит сайт связывания интегринов α4β1 . Он присутствует в большинстве клеточных фибронектинов, но только одна из двух субъединиц димера фибронектина плазмы содержит последовательность V-области.
Модули организованы в несколько функциональных и белок -связывающих доменов по длине мономера фибронектина . Существует четыре фибронектин-связывающих домена, позволяющих фибронектину связываться с другими молекулами фибронектина. [10] Один из этих связывающих фибронектин доменов, I 1–5 , называется «доменом сборки», и он необходим для инициации сборки фибронектинового матрикса. Модули III 9–10 соответствуют «клеточно-связывающему домену» фибронектина. Последовательность RGD (Arg-Gly-Asp) расположена в III 10 и является местом прикрепления клеток через интегрины α5β1 и αVβ3 на поверхности клетки. «Участок синергии» находится в III 9 и играет роль в модуляции ассоциации фибронектина с интегринами α5β1 . [13] Фибронектин также содержит домены, связывающие фибрин (I 1–5 , I 10–12 ), коллаген -связывающие (I 6–9 ), связывающие фибулин-1 (III 13–14 ), гепарин -связывающие и синдекан . -связывание (III 12–14 ). [10]
Фибронектин выполняет многочисленные функции, обеспечивающие нормальное функционирование позвоночных организмов. [6] Он участвует в клеточной адгезии , росте , миграции и дифференцировке . Клеточный фибронектин собирается во внеклеточный матрикс — нерастворимую сеть, которая разделяет и поддерживает органы и ткани организма.
Фибронектин играет решающую роль в заживлении ран . [14] [15] Вместе с фибрином фибронектин плазмы откладывается в месте повреждения, образуя сгусток крови , который останавливает кровотечение и защищает подлежащие ткани . По мере продолжения восстановления поврежденной ткани фибробласты и макрофаги начинают реконструировать эту область, разрушая белки, образующие временный матрикс сгустка крови , и заменяя их матриксом , который больше напоминает нормальную окружающую ткань. Фибробласты секретируют протеазы , в том числе матриксные металлопротеиназы , которые переваривают фибронектин плазмы, а затем фибробласты секретируют клеточный фибронектин и собирают его в нерастворимый матрикс . Было высказано предположение, что фрагментация фибронектина протеазами способствует сокращению раны, что является критическим этапом заживления ран . Фрагментация фибронектина дополнительно обнажает его V-область, которая содержит сайт связывания интегрина α4β1 . Считается, что эти фрагменты фибронектина усиливают связывание клеток, экспрессирующих интегрин α4β1, позволяя им прилипать и сильно сжимать окружающий матрикс.
Фибронектин необходим для эмбриогенеза , а инактивация гена фибронектина приводит к ранней эмбриональной смертности . [16] Фибронектин важен для управления прикреплением и миграцией клеток во время эмбрионального развития . В развитии млекопитающих отсутствие фибронектина приводит к дефектам развития мезодермы , нервной трубки и сосудов . Сходным образом отсутствие нормального фибронектинового матрикса у развивающихся амфибий вызывает дефекты в формировании мезодермального паттерна и ингибирует гаструляцию . [17]
Фибронектин также содержится в нормальной слюне человека, что помогает предотвратить колонизацию полости рта и глотки патогенными бактериями . [18]
Клеточный фибронектин собирается в нерастворимый фибриллярный матрикс в ходе сложного клеточно-опосредованного процесса. [19] Сборка фибронектинового матрикса начинается, когда из клеток, часто фибробластов , выделяются растворимые компактные димеры фибронектина . Эти растворимые димеры связываются с рецепторами интегрина α5β1 на поверхности клетки и способствуют кластеризации интегринов. Локальная концентрация фибронектина, связанного с интегрином, увеличивается, позволяя связанным молекулам фибронектина более легко взаимодействовать друг с другом. Затем между соседними клетками начинают формироваться короткие фибриллы фибронектина. По мере сборки матрикса растворимые фибриллы превращаются в более крупные нерастворимые фибриллы, составляющие внеклеточный матрикс .
Сдвиг фибронектина от растворимых фибрилл к нерастворимым происходит, когда по всей длине связанной молекулы фибронектина обнажаются скрытые участки связывания фибронектина. Считается, что клетки растягивают фибронектин, натягивая связанные с фибронектином рецепторы интегрина. Эта сила частично разворачивает лиганд фибронектина , демаскируя скрытые участки связывания фибронектина и позволяя соседним молекулам фибронектина связываться. Это взаимодействие фибронектин-фибронектин позволяет растворимым, связанным с клетками фибриллам разветвляться и стабилизироваться в нерастворимый матрикс фибронектина .
Было показано, что трансмембранный белок CD93 необходим для сборки фибронектинового матрикса (фибриллогенеза) в эндотелиальных клетках дермальной крови человека. [20] Как следствие, нокдаун CD93 в этих клетках приводил к нарушению фибриллогенеза фибронектина. Более того, в сетчатке мышей с нокаутом CD93 наблюдался разрушенный фибронектиновый матрикс в передней части отростка сетчатки. [20]
В опухолях и клеточных линиях, полученных из опухолей, наблюдалось несколько морфологических изменений , которые объясняются снижением экспрессии фибронектина , усилением деградации фибронектина и/или снижением экспрессии рецепторов , связывающих фибронектин , таких как интегрины α5β1 . [21]
Фибронектин участвует в развитии карциномы . [22] При карциноме легкого экспрессия фибронектина увеличивается, особенно при немелкоклеточной карциноме легкого . Адгезия клеток карциномы легких к фибронектину повышает туморогенность и придает устойчивость к химиотерапевтическим агентам , индуцирующим апоптоз . Было показано, что фибронектин стимулирует гонадные стероиды , которые взаимодействуют с андрогенными рецепторами позвоночных , которые способны контролировать экспрессию циклина D и родственных генов , участвующих в контроле клеточного цикла . Эти наблюдения позволяют предположить, что фибронектин может способствовать росту /выживаемости опухолей легких и устойчивости к терапии, а также может представлять собой новую мишень для разработки новых противораковых препаратов .
Фибронектин 1 действует как потенциальный биомаркер радиорезистентности [23] и прогноза панрака. [24]
Слияние FN1-FGFR1 часто встречается в фосфатурических мезенхимальных опухолях. [25] [26]
Фибронектин оказывает глубокое влияние на заживление ран , включая формирование надлежащего субстрата для миграции и роста клеток во время развития и организации грануляционной ткани , а также ремоделирование и ресинтез матрикса соединительной ткани. [27] Биологическое значение фибронектина in vivo изучалось в механизме заживления ран. [27] Уровни фибронектина в плазме снижаются при остром воспалении или после хирургической травмы, а также у пациентов с диссеминированным внутрисосудистым свертыванием крови . [28]
Фибронектин локализован во внеклеточном матриксе эмбриональных и взрослых тканей (не в базальных мембранах взрослых тканей), но может более широко распределяться в воспалительных поражениях. Во время свертывания крови фибронектин остается связанным со сгустком, ковалентно сшитым с фибрином с помощью фактора XIII (фактора стабилизации фибрина). [29] [30] Фибробласты играют важную роль в заживлении ран, прикрепляясь к фибрину. Адгезия фибробластов к фибрину требует фибронектина, и она была наиболее сильной, когда фибронектин был сшит с фибрином. У пациентов с дефицитом фактора XIII наблюдается ухудшение заживления ран, поскольку фибробласты плохо растут в фибрине, лишенном фактора XIII. Фибронектин способствует фагоцитозу частиц как макрофагами , так и фибробластами. Отложение коллагена на месте раны фибробластами происходит с помощью фибронектина. Также было обнаружено, что фибронектин тесно связан с вновь отложенными коллагеновыми фибриллами. Судя по размеру и гистологическим характеристикам окрашивания фибрилл, вполне вероятно, что они, по крайней мере частично, состоят из коллагена III типа ( ретикулина ). Исследование in vitro с нативным коллагеном показало, что фибронектин связывается с коллагеном III типа, а не с другими типами. [31]
Плазменный фибронектин, синтезируемый гепатоцитами , [32] и фибронектин, синтезируемый культивируемыми фибробластами , сходны, но не идентичны; Сообщалось об иммунологических, структурных и функциональных различиях. [33] Вполне вероятно, что эти различия являются результатом дифференциального процессинга одной возникающей мРНК. Тем не менее, плазменный фибронектин может быть нерастворим в тканевом внеклеточном матриксе in vitro и in vivo . Как плазменные, так и клеточные фибронектины в матриксе образуют высокомолекулярные мультимеры с дисульфидными связями . Механизм образования этих мультимеров в настоящее время неизвестен. Было показано, что фибронектин плазмы содержит два свободных сульфгидрила на субъединицу (X), а клеточный фибронектин содержит по крайней мере один. Эти сульфгидрилы, вероятно, скрыты внутри третичной структуры , поскольку сульфгидрилы подвергаются воздействию при денатурации фибронектина. Такая денатурация приводит к окислению свободных сульфгидрилов и образованию мультимеров фибронектина с дисульфидными связями. Это привело к предположению, что свободные сульфгидрилы могут участвовать в образовании мультимеров фибронектина с дисульфидными связями во внеклеточном матриксе. В соответствии с этим сульфгидрильная модификация фибронектина N-этилмалеимидом предотвращает связывание с клеточными слоями. Характер триптического расщепления мультимерного фибронектина не выявляет фрагментов с дисульфидными связями, которые можно было бы ожидать, если бы в мультимеризации участвовал один или оба свободных сульфгидрила. Свободные сульфгидрилы фибронектина не требуются для связывания фибронектина с клеточным слоем или для его последующего включения во внеклеточный матрикс. Мультимеризация фибронектина с дисульфидными связями в клеточном слое происходит путем обмена дисульфидных связей в богатой дисульфидами аминоконцевой трети молекулы. [33]
Помимо интегрина, фибронектин связывается со многими другими молекулами хозяина и нехозяина. Например, было показано, что он взаимодействует с такими белками, как фибрин , тенасцин , TNF-α, BMP-1, ротавирус NSP-4 и многими фибронектин-связывающими белками бактерий (такими как FBP-A; FBP-B на N- концевой домен), а также гликозаминогликан, гепарансульфат .
Было показано, что фибронектин взаимодействует с :
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )