Фибронектин - Fibronectin
Фибронектина представляет собой высокопроизводительная молекулярная массу (\ 500- \ 600 кДа) гликопротеин из внеклеточного матрикса , который связывается с мембранным -spanning рецепторных белков , называемых интегриными . 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 . Белок фибронектин продуцируется из одного гена, но альтернативное сплайсинг его пре-мРНК приводит к созданию нескольких изоформ .
У позвоночных присутствуют два типа фибронектина :
- растворимый в плазме фибронектин (ранее называемый «холодный нерастворимый глобулин», или сигом) является одним из основного белкового компонента плазмы крови (300 мкг / мл) , и получает в печени с помощью гепатоцитов .
- нерастворимый клеточный фибронектин является основным компонентом внеклеточного матрикса. Он секретируется различными клетками , в первую очередь фибробластами , в виде димера растворимого белка, а затем собирается в нерастворимый матрикс в сложном клеточно-опосредованном процессе.
Фибронектин играет важную роль в адгезии , росте , миграции и дифференцировке клеток и важен для таких процессов, как заживление ран и эмбриональное развитие . Измененная экспрессия , деградация и организация фибронектина были связаны с рядом патологий , включая рак, артрит и фиброз .
Состав
Фибронектин существует в виде белкового димера, состоящего из двух почти идентичных полипептидных цепей, связанных парой С-концевых дисульфидных связей . Каждая субъединица фибронектина имеет аминокислотную молекулярную массу ~ 230– ~ 275 кДа и содержит три типа модулей : тип I, II и III. Все три модуля состоят из двух антипараллельных β-листов, в результате чего получается бета-сэндвич ; однако типы I и тип II стабилизируются внутрицепочечными дисульфидными связями, в то время как модули типа III не содержат никаких дисульфидных связей. Отсутствие дисульфидных связей в модулях типа III позволяет им частично разворачиваться под действием приложенной силы.
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 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 типов I, II и III, и 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 в димере фибронектина плазмы содержит последовательность V-области.
Модули расположены в несколько функциональных и связывающих белок доменов по длине мономера фибронектина . Существует четыре фибронектин-связывающих домена, позволяющих фибронектину связываться с другими молекулами фибронектина. Один из этих фибронектин-связывающих доменов, I 1–5 , упоминается как «сборочный домен», и он необходим для инициации сборки фибронектинового матрикса. Модули III 9–10 соответствуют «клеточному домену» фибронектина. Последовательность RGD (Arg – Gly – Asp) расположена в III 10 и является местом прикрепления клеток через интегрины α5β1 и αVβ3 на поверхности клетки. «Сайт синергии» находится в III 9 и играет роль в модуляции ассоциации фибронектина с интегринами α5β1 . Фибронектин также содержит домены для связывания фибрина (I 1–5 , I 10–12 ), связывания коллагена (I 6–9 ), связывания фибулина-1 (III 13–14 ), связывания гепарина и связывания синдекана ( III 12–14 ).
Функция
Фибронектин выполняет множество функций, которые обеспечивают нормальное функционирование организмов позвоночных . Он участвует в адгезии , росте , миграции и дифференцировке клеток . Клеточный фибронектин собирается во внеклеточный матрикс , нерастворимую сеть, которая разделяет и поддерживает органы и ткани организма.
Фибронектин играет решающую роль в заживлении ран . Наряду с фибрином , плазменный фибронектин осаждаются на месте повреждения, образуя тромб , который останавливает кровотечение и защищает основную ткань . По мере того как восстановление поврежденной ткани продолжается, фибробласты и макрофаги начинают реконструировать область, разрушая белки, которые образуют временный матрикс сгустка крови, и заменяя их матрицей, которая 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 шагом в заживлении ран . Фрагментирующий фибронектин 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 к окружающей матрице и сильно сокращаться.
Фибронектин необходим для эмбриогенеза и инактивировать на ген для результатов фибронектина в раннем эмбриональной летальности. 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 земноводных вызывает дефекты формирования мезодермального паттерна и ингибирует гаструляцию .
Фибронектина также находится в нормальной человеческой слюны, которая помогает предотвратить колонизацию в полости рта и глотки от патогенных бактерий .
Матрица в сборе
Клеточный фибронектин собирается в нерастворимый фибриллярный матрикс в сложном клеточно-опосредованном процессе. Матрица фибронектина сборки начинается тогда , когда растворимые, компактные фибронектина димеры являются секретируемыми из клеток, часто фибробластов . Эти растворимые димеры связываются с рецепторами интегрина α5β1 на поверхности клетки и способствуют кластеризации интегринов. Локальная концентрация связанного с интегрином фибронектина 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, которые составляют внеклеточный матрикс .
Переход фибронектина от растворимых к нерастворимым фибриллам происходит, когда скрытые участки связывания фибронектина обнажаются по длине связанной молекулы фибронектина. Считается, что клетки растягивают фибронектин, притягивая свои рецепторы интегрина, связанные с фибронектином. Эта сила частично разворачивает лиганд фибронектина , демаскируя скрытые участки связывания фибронектина и позволяя близлежащим молекулам фибронектина связываться. Это взаимодействие фибронектин-фибронектин позволяет растворимым, ассоциированным с клетками фибриллам разветвляться и стабилизироваться в нерастворимый фибронектиновый матрикс .
Было показано, что трансмембранный белок CD93 необходим для сборки фибронектинового матрикса (фибриллогенеза) в эндотелиальных клетках дермальной крови человека. Как следствие, нокдаун CD93 в этих клетках приводил к нарушению фибриллогенеза фибронектина. Более того, сетчатки мышей с нокаутом CD93 демонстрировали разрушенный фибронектиновый матрикс на фронте прорастания сетчатки.
Роль в раке
В опухолях и клеточных линиях , происходящих из опухолей, наблюдались некоторые морфологические изменения , которые были приписаны снижению экспрессии фибронектина , усилению деградации фибронектина и / или снижению экспрессии связывающих фибронектин рецепторов , таких как интегрины α5β1 .
Фибронектин участвует в развитии карциномы . При карциноме легкого экспрессия фибронектина повышена, особенно при немелкоклеточной карциноме легкого . Адгезии на клетки карциномы легких с фибронектином Усиливает онкогенность и придает сопротивление к апоптозным -inducing химиотерапевтических агентам . Фибронектина , как было показано , чтобы стимулировать гонадной стероиды , которые взаимодействуют с позвоночным андрогенных рецепторов , которые способны контролировать экспрессию в циклин D и родственных генов , участвующих в клеточном цикле управления. Эти наблюдения предполагают, что фибронектин может способствовать росту / выживанию опухоли легких и устойчивости к терапии, и он может представлять собой новую цель для разработки новых противоопухолевых препаратов .
Фибронектина 1 выступает в качестве потенциального биомаркера для радиорезистентности .
Слияние FN1-FGFR1 часто встречается в фосфатурических мезенхимальных опухолях.
Роль в заживлении ран
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 на ремоделирование и ресинтез матрикса соединительной ткани. Биологическое значение фибронектина in vivo изучали в механизме заживления ран. Уровни фибронектина в плазме снижаются при остром воспалении или после хирургической травмы, а также у пациентов с диссеминированным внутрисосудистым свертыванием .
Фибронектин находится во внеклеточном матриксе эмбриональных и взрослых тканей (не в базальных мембранах взрослых тканей), но может быть более широко распространен в воспалительных поражениях. Во время свертывания крови фибронектин остается связанным со сгустком, ковалентно сшитым с фибрином с помощью фактора XIII (фибрин-стабилизирующий фактор). Фибробласты играют важную роль в заживлении ран, прикрепляясь к фибрину. Адгезия фибробластов к фибрину требует фибронектина и была самой сильной, когда фибронектин был поперечно связан с фибрином. У пациентов с дефицитом фактора XIII наблюдается нарушение заживления ран, поскольку фибробласты плохо растут в фибрине, лишенном фактора XIII. Фибронектин способствует фагоцитозу частиц как макрофагами, так и фибробластами. Отложение коллагена в месте раны фибробластами происходит с помощью фибронектина. Также было обнаружено, что фибронектин тесно связан с вновь отложившимися фибриллами коллагена . Основываясь на размере и гистологических характеристиках окрашивания фибрилл, вполне вероятно, что по крайней мере частично они состоят из коллагена III типа ( ретикулина ). В пробирке исследование с нативным коллагеном показало , что фибронектин связывается с III типа коллагена , а не другие типами.
In vivo против in vitro
Фибронектин плазмы, синтезируемый гепатоцитами , и фибронектин, синтезируемый культивированными фибробластами , подобны, но не идентичны; Сообщалось об иммунологических, структурных и функциональных различиях. Вероятно, что эти различия являются результатом дифференциального процессинга единственной возникающей мРНК. Тем не менее, фибронектин плазмы может быть переведен в нерастворимую форму во внеклеточный матрикс ткани in vitro и in vivo . И плазменные, и клеточные фибронектины в матрице образуют высокомолекулярные мультимеры с дисульфидной связью . 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 , потому что сульфгидрилы открываются при денатурировании фибронектина. Такая денатурация приводит к окислению свободных сульфгидрилов и образованию мультимеров фибронектина с дисульфидной связью. Это привело к предположению, что свободные сульфгидрилы могут участвовать в образовании мультимеров фибронектина с дисульфидной связью во внеклеточном матриксе. В соответствии с этим, сульфгидрильная модификация фибронектина N-этилмалеимидом предотвращает связывание со слоями клеток. Паттерны триптического расщепления мультимерного фибронектина не выявляют фрагменты с дисульфидной связью, которых 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 дисульфидной связью в клеточном слое происходит за счет обмена дисульфидной связью в богатой дисульфидом аминоконцевой трети молекулы.
Взаимодействия
Помимо интегрина, фибронектин связывается со многими другими молекулами хозяина и нехозяина. Например, было показано, что он взаимодействует с белками, такими как фибрин , тенасцин , TNF-α, BMP-1, ротавирусный NSP-4, и многими фибронектин-связывающими белками бактерий (такими как FBP-A; FBP-B на N- терминальный домен), а также гликозаминогликан, гепарансульфат .
Было показано, что фибронектин взаимодействует с:
Смотрите также
- Фетальный фибронектин
- Домен фибронектина I типа
- Домен фибронектина типа II
- Домен фибронектина III типа
- Монотело , сконструированный миметик антитела, основанный на структуре домена фибронектина типа III.
- Молекулы адгезии субстрата
использованная литература
дальнейшее чтение
- французский-Constant C (декабрь 1995 г.). «Альтернативный сплайсинг фибронектина - много разных белков, но мало разных функций». Экспериментальные исследования клеток . 221 (2): 261–71. DOI : 10.1006 / excr.1995.1374 . PMID 7493623 .
- Snásel J, Pichová I (1997). «Расщепление белков клетки-хозяина протеазой ВИЧ-1». Folia Biologica . 42 (5): 227–30. DOI : 10.1007 / BF02818986 . PMID 8997639 . S2CID 7617882 .
- Шор SL, Шор AM (2003). «Фенотипические и генетические изменения в строме молочной железы: последствия для прогрессирования опухоли» . Исследование рака груди . 3 (6): 373–9. DOI : 10.1186 / bcr325 . PMC 138703 . PMID 11737888 .
- Przybysz M, Katnik-Prastowska I (2002). «[Многофункциональность фибронектина]» [Многофункциональность фибронектина]. Postȩpy Higieny I Medycyny Doświadczalnej (на польском языке). 55 (5): 699–713. PMID 11795204 .
- Рамешвар П., О Х. С., Юк С., Гасконец П., Чанг В. Т. (2003). «Взаимодействие субстанции р-фибронектин-цитокин при миелопролиферативных заболеваниях с фиброзом костного мозга». Acta Haematologica . 109 (1): 1–10. DOI : 10.1159 / 000067268 . PMID 12486316 . S2CID 25830801 .
- Чо Дж, Мошер Д.Ф. (июль 2006 г.). «Роль сборки фибронектина в образовании тромбоцитов» . Журнал тромбоза и гемостаза . 4 (7): 1461–9. DOI : 10.1111 / j.1538-7836.2006.01943.x . PMID 16839338 . S2CID 24109462 .
- Шмидт Д. Р., Као В. Дж. (Январь 2007 г.). «Взаимосвязанная роль фибронектина и интерлейкина-1 в модулированной биоматериалом функции макрофагов». Биоматериалы . 28 (3): 371–82. DOI : 10.1016 / j.biomaterials.2006.08.041 . PMID 16978691 .
- Даллас С.Л., Чен К., Сивакумар П. (2006). Динамика сборки и реорганизации белков внеклеточного матрикса . Актуальные темы биологии развития . 75 . С. 1–24. DOI : 10.1016 / S0070-2153 (06) 75001-3 . ISBN 9780121531751. PMID 16984808 .
внешние ссылки
- Фибронектин, внеклеточная молекула адгезии
- Белок фибронектин
- Фибронектин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Молекулярные взаимодействия фибронектина
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P02751 (человеческий фибронектин) в PDBe-KB .
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P11276 (мышиный фибронектин) в PDBe-KB .