FAK

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Einführung

Die Zellmigration ist ein komplexer und koordinierter Prozess, der schnelle Veränderungen in der Dynamik von Aktinfilamenten sowie die Bildung und den Abbau von Zelladhäsionsstellen umfasst. Die komplexe Wechselwirkung zwischen dem Aktinzytoskelett und Zelladhäsionsstellen führt zu Membranprotrusion und Zugkräften. Transmembran-Integrine übertragen externe Reize für die Zellmigration in intrazelluläre biochemische Signale.

Damit Zellen diese verschiedenen umweltbedingten, bewegungsfördernden Reize (wie Scherkräfte, die die Deformation des Aktinzytoskeletts fördern) korrekt verarbeiten können, müssen sie sich auf intrazelluläre Signalisierungsproteine verlassen, die durch mehrere extrazelluläre Eingaben stimuliert werden und die dazu dienen, mehrere Signalisierungsweg-Ausgaben zu regulieren. Hier beschreiben wir die einzigartigen molekularen Verbindungen der fokalen Adhäsionskinase (FAK), die es diesem Tyrosinkinase ermöglichen, als wichtiger rezeptorproximale Regulator der Zellform, Adhäsion und Motilität zu fungieren.

Die FERM- und FAT-Domänen der FAK

FAK ist eine 125 kDa große Proteintyrosinkinase, die aus einer N-terminalen FERM-Domäne, einer zentralen Kinasedomäne, einer prolinreichen Region und einer C-terminalen fokalen Adhäsionsziel-Domäne (FAT) besteht. Die FERM-Domäne von FAK fördert die Signalisierungsverknüpfung wie den epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) und den plättchenabgeleiteten Wachstumsfaktor-Rezeptor (PDGFR). Bei der Analyse der zellmotilitätsfördernden Signale, die durch den G-Protein-gekoppelten Rezeptor (GPCR) initiiert werden, verhinderte die Überexpression der FAK-FERM-Domäne die FAK-Aktivierung und hemmte letztendlich die durch das G-Protein stimulierte Zellmigration. FAK wird posttranslational modifiziert, indem ein kleiner ubiquitinähnlicher Modifikator (SUMO) kovalent an die ε-Aminostelle von Lys152 angehängt wird. In den meisten Fällen ist die Sumoylierung mit dem nukleären Import von Proteinen verbunden. Obwohl die Verwendung von Leptomycin B, um den nukleären Export zu blockieren, die nukleare Akkumulation von FAK fördert und die exogene Expression der FAK-FERM-Domäne eine starke nukleare Lokalisation zeigt, ist unklar, ob diese Ereignisse von der Sumoylierung abhängen.

Die C-terminale Domäne von FAK enthält zwei prolinreiche Regionen, die Bindungsstellen für Proteine mit SRC-Homologie (SH)3-DOMÄNE sind. Die SH3-Domänen-vermittelte Bindung des Adaptorproteins p130Cas und FAK fördert die Zellmigration durch koordinierte Aktivierung von Rac an der Membranverlängerung.

Das am besten charakterisierte Phosphorylierungsereignis von FAK ist die Autophosphorylierung an Tyr397, die in cis oder trans auftreten kann. Verschiedene SH2-DOMÄNE-haltige Proteine können Motive erkennen, die durch Phosphorylierung an Tyr397 erzeugt werden; dazu gehören Phospholipase Cγ (PLCγ), SRC-FAMILIE Kinase (SFKs), Wachstumsfaktor-Rezeptor-gebundenes Protein-7 (GRB7), das Shc-Adaptorprotein, p120 RasGAP und die p85-Untereinheit der Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K). In dieser Hinsicht gibt es einen sequenziellen Assoziationsmodus, bei dem die Kombination von zellulärem Src (im Folgenden als Src bezeichnet) und FAK die Signaltransduktion initiiert, und die Assoziation von SOCS und FAK ist ein abschließendes Ereignis, das zur ubiquitinvermittelten FAK-Abbau führt.

Abbildung 1. Struktur der fokalen Adhäsionskinase-Domäne und Phosphorylierungsstellen (Mitra, S.K.; et al.2005)

FAK als Biosensor

Integrine können Umweltreize "wahrnehmen" und die ankerabhängige Zellproliferation und -überleben steuern. Integrine sind auch eng an der Umwandlung physikalischer Signale (wie kontraktiler Kräfte oder externer mechanischer Störungen) in chemische Signalisierungsereignisse beteiligt, und die FAK-Aktivierung ist ein wichtiger Teil dieses "Mechanosensing" von Zellen. Frühe Beobachtungen zeigen, dass FAK durch die tangentiale Flüssigkeitsscherkraft von Endothelzellen aktiviert werden kann, was mit der Bildung des FAK-Src-Signalkomplexes und der FAK-Tyr925-Phosphorylierung zusammenhängt, usw. Die FAK-Phosphorylierung ist an der Vorderkante beweglicher Zellen erhöht.

Ein weiteres Mittel der "Mechanoperzeption" ist die Fähigkeit der Zellen, die "Steifigkeit" der umgebenden ECM zu spüren. Diese Reaktion erfordert die FAK-Expression, und FAK-/- Zellen sind nicht empfindlich gegenüber Veränderungen der Substratflexibilität. Interessanterweise zeigte der Tyr397Phe-Mutant von FAK eine ähnliche Durotaxis-Reaktion wie Wildtyp-Zellen. Obwohl unklar ist, ob die intrinsische FAK-katalytische Aktivität oder die Rolle von FAK als Gerüstprotein am fokalen Kontakt ein bestimmender Faktor für die Durotaxis-Reaktion ist, bleibt diese Beobachtung eines der wenigen Beispiele, in denen die Phosphorylierung von Tyr397 an FAK keine Signalisierungsreaktion erfordert.

Abbildung 2. Fokale Adhäsionskinase beeinflusst Phospholipid- und Mikrotubulusstruktur (Mitra, S.K.; et al.2005)