Fokale Adhäsion

Der dynamische Auf- und Abbau von fokalen Adhäsionen spielt eine zentrale Rolle bei der Zellwanderung. Während der Zellmigration ändern sich sowohl die Zusammensetzung als auch die Morphologie der fokalen Adhäsion. Zunächst werden kleine (0,25 μm²) fokale Adhäsionen, so genannte fokale Komplexe (FX), am vorderen Rand der Zelle in Lamellipodien gebildet: Sie bestehen aus Integrin und einigen Adapterproteinen wie Talin, Paxillin und Tensin. Viele dieser fokalen Komplexe reifen nicht aus und werden abgebaut, wenn sich die Lamellipodien zurückziehen. Einige fokale Komplexe reifen jedoch zu größeren und stabilen fokalen Adhäsionen heran und rekrutieren viele weitere Proteine wie z. B. Zyxin. Die Rekrutierung von Komponenten für die fokale Adhäsion erfolgt in einer geordneten, sequentiellen Weise. Ist eine fokale Adhäsion einmal vorhanden, bleibt sie in Bezug auf die extrazelluläre Matrix stationär, und die Zelle nutzt sie als Anker, an dem sie sich über die ECM schieben oder ziehen kann. Während sich die Zelle auf dem von ihr gewählten Weg fortbewegt, rückt eine bestimmte fokale Adhäsion immer näher an den hinteren Rand der Zelle heran. Am hinteren Rand der Zelle muss die fokale Adhäsion gelöst werden. Der Mechanismus hierfür ist nur unzureichend erforscht und wird wahrscheinlich durch eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden in Abhängigkeit von den Umständen in der Zelle ausgelöst. Eine Möglichkeit ist, dass die kalziumabhängige Protease Calpain beteiligt ist: Es wurde gezeigt, dass die Hemmung von Calpain zur Hemmung der fokalen Adhäsion-ECM-Trennung führt. Komponenten der fokalen Adhäsion gehören zu den bekannten Calpain-Substraten, und es ist möglich, dass Calpain diese Komponenten abbaut, um den Abbau der fokalen Adhäsion zu unterstützen

Actin retrograde flowEdit

Der Aufbau der naszierenden fokalen Adhäsionen ist in hohem Maße von dem Prozess des retrograden Aktinflusses abhängig. Dabei handelt es sich um ein Phänomen in einer wandernden Zelle, bei dem Aktinfilamente an der Vorderkante polymerisieren und zum Zellkörper zurückfließen. Die fokale Adhäsion wirkt wie eine molekulare Kupplung, wenn sie sich an die ECM bindet und die retrograde Bewegung des Aktins behindert, wodurch die Zugkraft (Traktion) an der Adhäsionsstelle erzeugt wird, die für die Vorwärtsbewegung der Zelle erforderlich ist. Diese Zugkraft kann mit der Zugkraftmikroskopie sichtbar gemacht werden. Eine gängige Metapher zur Erklärung des retrograden Aktinflusses ist eine große Anzahl von Menschen, die flussabwärts gespült werden und sich dabei an Felsen und Ästen entlang des Ufers festhalten, um ihre flussabwärts gerichtete Bewegung zu stoppen. Auf diese Weise wird eine Zugkraft auf den Felsen oder den Ast ausgeübt, an dem sie sich festhalten. Diese Kräfte sind für den erfolgreichen Aufbau, das Wachstum und die Reifung von fokalen Adhäsionen notwendig.

Natürlicher biomechanischer SensorEdit

Extrazelluläre mechanische Kräfte, die durch fokale Adhäsionen ausgeübt werden, können die Src-Kinase aktivieren und das Wachstum der Adhäsionen stimulieren. Dies deutet darauf hin, dass fokale Adhäsionen als mechanische Sensoren fungieren können, und legt nahe, dass die von Myosinfasern erzeugte Kraft zur Reifung der fokalen Komplexe beitragen könnte, was durch die Tatsache untermauert wird, dass die Hemmung der von Myosin erzeugten Kräfte zu einem langsamen Abbau der fokalen Adhäsionen führt, indem die Umsatzkinetik der fokalen Adhäsionsproteine verändert wird.

Die Beziehung zwischen den Kräften, die auf fokale Adhäsionen wirken, und ihrer Reifung bleibt jedoch unklar. Die Verhinderung der Reifung von fokalen Adhäsionen durch Hemmung der Myosinaktivität oder der Stressfasermontage verhindert weder die Kräfte, die von fokalen Adhäsionen ausgeübt werden, noch die Migration von Zellen. Die Kraftausbreitung durch fokale Adhäsionen wird also möglicherweise nicht auf allen Zeit- und Kraftskalen von den Zellen direkt wahrgenommen.

Ihre Rolle bei der Mechanosensierung ist wichtig für die Durotaxis.