633
interacciones celulares con matrices tridimensionales
Edna Cukierman *, Roumen Pankov y Kenneth M Yamada Señalización Señalización y otras funciones celulares diferentes en tres dimensiones en comparación con los
sistema modelo para las células fibroblásticas en el cuerpo utilizando matrices de
in vitro hacia en sistemas de dos dimensiones. estructuras de adhesión celular pueden evolucionar in
colágeno I polimerizados in vitro para formar una red fibrosa tridimensional. Estos
vivo- como adherencias con actividades biológicas distintas. En esta revisión, examinamos los
geles de colágeno tridimensionales inducidos cambios morfológicos en fibroblastos
recientes avances en los estudios de las interacciones de fibroblastos con geles de colágeno y
que parcialmente imitaban células del tejido conectivo en vivo [ 1 ]. geles de colágeno
matrices que contienen fibronectina que imitan
se han utilizado ampliamente desde entonces para el estudio de la motilidad celular [7] y las funciones del estado físico de geles tridimensionales [8]. En la investigación
en vivo microambientes tridimensionales. Estos sistemas tridimensionales están
del cáncer, las interacciones tumor-estroma se consideran importantes en la
iluminando mecanismos de las interacciones célula-matriz en los organismos vivos.
progresión tumoral [9], y geles de colágeno se utilizan como microambientes para estudiar explantes de melanoma primario, por ejemplo para la caracterización de la importancia de las integrinas en el proceso de la motilidad celular maligna [10]. entornos tridimensionales que imitan
direcciones
Biología del desarrollo craneofacial y Regeneración Branch, Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial, Institutos Nacionales de Salud, Bethesda, MD 20892-4370, EE.UU.
* e-mail:
[email protected] o
[email protected] Current Opinion in Cell Biology 2002, 14: 633-639 0.955 hasta
0674/02 / $ - see front matter © 2002 Elsevier Science Ltd. Todos los derechos reservados.
en vivo microambientes promueven epitelial normal de la polaridad celular y la
diferenciación [11] y se han utilizado con éxito como sistemas modelo para mamaria [12] y de próstata [13] progresión del cáncer. Mediante la identificación de los factores que controlan la arquitectura y los patrones de las células en vivo,d ebería teóricamente ser posible controlar no sólo los tipos y posiciones de las células en una matriz, sino también para presentar
Publicado 5 de agosto de de 2002 en línea
Abreviaturas 3D-adhesión adhesión de la matriz tridimensional
estructuras topográficas, la arquitectura y los estímulos que imitan el entorno natural y microambientes reguladores de las células en vivo [ 14 •, 1 5,16 ••].
señalización 3D transducción de señales en 3D matrices
ECM
la matriz extracelular
ERK
extracelular señal-quinasa regulada
FAK
quinasa de adhesión focal
En esta revisión, nos centramos en las adhesiones celulares formados dentro de las
MAPK
mitogen-activated proteína quinasa
matrices tridimensionales. Se discuten los eventos y las interdependencias entre los
MMP-13
metaloproteinasa de matriz 13
TGF ββ
factor de crecimiento transformante β
tipos de adhesiones celulares de células de fibroblasto que encuentran la tercera dimensión de señalización tres dimensionaldependent en vivo y en sistemas que imitan
Introducción
microambientes (Figura 1). en vivo tridimensionales microambientes
La investigación en biología celular depende con frecuencia en cultivo de tejidos, sin embargo, los sustratos artificiales tales como plástico o vidrio son susceptibles de
La transducción de señales dentro de los sistemas tridimensionales
falsear los resultados forzando las células para ajustar a superficies artificialmente planas y rígidas [1]. Por el contrario, el sustrato auténtica para la mayoría de las
En vivo eventos de adhesión se producen de forma tridimensional, tridimensional, donde las células se
células en los organismos vivos es la matriz extracelular (ECM), que es tridimensional,
adhieren a que rodea las fibras de tipo malla tridimensional en lugar de a las superficies
complejo y dinámico en su composición molecular, y variable en plegabilidad [2,3]. El
recubiertas de dos dimensiones. Las comparaciones entre la transducción de señales en
ECM está organizado y detectada por células a través de las integrinas, que son
matrices tridimensionales tridimensionales (3D de señalización) con los eventos de señalización en las
receptores heterodiméricos que abarcan la membrana que median la comunicación
superficies recubiertas de dos dimensiones dimensiones revelan algunas diferencias llamativas. Por
entre el ECM y las células [4 •]. Las integrinas en diversos tipos de estructuras
ejemplo, una discrepancia importante se puede observar en tres dimensiones en
membraneassociated, denominados adherencias célula-matriz, transmitir información
comparación con la señalización de dos dimensiones de la no-receptor quinasa de
de manera bidireccional entre ECM y el citoplasma [5 •]. a dherencias célula-matriz
adhesión focal (FAK). los niveles de autofosforilación de FAK se redujeron reguladas en
median las respuestas fisiológicas que regulan el crecimiento celular, la migración, la
cultivos tridimensionales tridimensionales de estado estacionario en comparación con los controles de dos
diferenciación, la supervivencia, la organización del tejido y la matriz de remodelación
dimensiones, tanto para geles de colágeno tridimensionales [17] y matrices
[6]. Los tipos de adherencias célula-matriz organizados por integrinas in vitro
tridimensionales tridimensionales derivadas de células, incluso mientras que los niveles de fosforilación de las proteínas tales como paxillin son sin cambios [16 • •]. E n ambos sistemas, la fosforilación concomitante de aguas abajo de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) se ve reforzada [16 ••, 17], lo que sugiere la independencia de la vía FAK-regulado.
y las señales que transducen se ven fuertemente afectados por las superficies planas, rígidas de placas de cultivo tisular; por lo tanto, una aproximación más cercana a en vivo ambientes deben ser alcanzados por las células que crecen en geles tridimensionales o matrices.
Remodelación Remodelación de matrices tridimensionales en úlceras crónicas conduce a El cultivo de células dentro de tales matrices tridimensionales no es una idea
la expresión elevada de la metaloproteinasa de matriz 13 (MMP-13) mRNA.
novedosa. En 1972, Elsdale y Bard [1] describieron una
Una inducción similar de este
634 Cell-a-célula de contacto y la matriz extracelular
Figura 1
señalización 3D también varía dependiendo del estado físico del sustrato tridimensional. Los fibroblastos en adjunto, destacaron las matrices de colágeno proliferan, mientras que las células en matrices relajado cargada o descargada se vuelven quiescentes [23]. Las interacciones entre los fibroblastos y geles de colágeno conducen a una disminución del nivel de receptor auto-fosforilación estimulada por el factor de crecimiento derivado de plaquetas dentro mecánicamente relajado (carga y descarga) geles, lo que resulta en la regulación por disminución de la proliferación celular (Figura 2; [8,24]) . quiescencia celular en geles de colágeno relajado puede ser explicado por una disminución de la señalización a través de la vía ERK [25], aunque la ausencia de la tensión isométrica en las células no puede dar cuenta de los cambios ERK [23]. l igandos específicos tales como el ácido lisofosfatídico (LPA [8]) y factor de crecimiento transformante β ( TGF β [ 26 •]) a ctuar a través de distintas vías de señalización, dependiendo del estado de carga de contraer geles de colágeno. A su vez, la detección celular del estado físico de un microentorno tridimensional está regulada por factores de crecimiento mechanoregulatory (TGF β 1
y TGF β 3), q ue regulan la expresión de integrinas específicas [27 •]. c ontracción de fibroblastos guiado de geles de colágeno cargadas resultados resultados en Ca 2+ afluencia, que regula al alza cAMP y ácido fosfatídico través de la activación de la fosfolipasa D [28].
El 'tridimensional matriz de adhesión' formado por las células en matrices tridimensionales. fibroblastos humanos 3D que contienen adherencias
Tomados en conjunto, las observaciones descritas anteriormente no sólo ponen de
α 5 integrinas (naranja y amarillo) interactúan con una matriz a base de fibronectina producido por
relieve las diferencias entre la señalización de dos dimensiones y 3D, pero también
ratón NIH-3T3 fibroblastos (verde). El núcleo de la célula es de color azul. Barra = 10 μ metro.
muestran que el estado físico de un sustrato tridimensional dado puede afectar a la señalización. Los mecanismos pueden implicar varios factores, incluyendo tridimensionalidad y diferentes modos de presentación de fibrillas de ECM a las células.
Se observa metaloproteinasa in vitro en geles de colágeno tridimensionales en
Si bien estos factores todavía necesitan evaluación experimental, los estudios
comparación con cultivos celulares bidimensionales convencionales [18]. La
anteriores indican que la tensión de la matriz puede regular 3D de señalización (Figura
inducción de la expresión de MMP-13 se atribuye al contacto de fibroblastos
2). Tensionado geles de colágeno contraen activamente después de ser liberado de la
con el gel de colágeno tridimensional, lo que lleva a la activación de α
1 β 1
y α 2 β 1 placa de [8], y fibrillas de fibronectina se encogen hasta cuatro veces después de cortar su unión a las células [29]. Esta tensión isométrica podría estar implicado en la
integrinas y la estimulación coordinada de tres clases distintas de MAPKs (es
presentación de las proteínas de la matriz en una conformación favorable para la unión
decir, ERK1 / 2, JNK y p38) [19]. En geles de colágeno, α 1 β 1 integrina también
de la integrina específico (es decir el uso de integrina preferencial), influyendo así de
se ha implicado en la señalización de 3D resultante en la regulación de la
señalización. De hecho, las células se vuelven dependientes de un receptor de
contracción de gel, la migración de fibroblastos pero no unión [20], y la inhibición
integrina particular, cuando se sembraron en geles de colágeno [10,27 •] o en matrices
de la acumulación de colágeno I [21].
de fibronectina tridimensionales derivadas de células [16 ••].
geles de colágeno que permanecen adheridas a una placa de cultivo después de la polimerización se consideran mecánicamente 'destacaron' geles. Las células se desarrollan tensión isométrica dentro de estos geles
Además, los fibroblastos pueden interactuar interactuar con diferentes secuencias
estresados, y posteriormente cuando estos geles se liberan - por ejemplo,
collagenrecognition, dependiendo de la organización topográfica del sustrato
separando de la placa - se contraen y se denominan geles de colágeno
[30]. Por otra parte, el estiramiento de la molécula de fibronectina no sólo
'relajadas y cargados. Sin embargo, si geles de colágeno se liberan de la
expone sitios selfpolymerization crípticos necesarios para el montaje de la
placa antes de que las células dentro de los geles se desarrollan tensión
matriz [5 •],
intrínseca, el gel de contratación se denomina 'relajado y sin carga' (Figura
pero también puede regular la exposición de los diferentes sitios de reconocimiento de la
2). El modelo de contracción de fibroblastos-colágeno-gel fibroblastos-colágeno-gel proporciona una
integrina. simulaciones dinámicas moleculares desviaron predicen que el estiramiento de
manera única para evaluar el papel de la tensión isométrica desarrollada
la fibronectina será reducir la unión de
dentro de geles de colágeno tridimensionales estresados, así como para
α 5 β 1 integrina a RGD y de sinergia sitios PHSRN [31], dejando el sitio
estudiar los mecanismos que regulan la contracción de la herida [8].
integrinbinding 70 kDa amino-terminal fibronectina [32] en una posición más favorable para la unión a esta integrina. Curiosamente, la unión de las células a superficies bidimensionales recubiertas con este (70 kDa) porción de la molécula de fibronectina promueve la motilidad celular pero suprime
interacciones celulares con matrices 3D Cukierman, Pankov y Yamada 635
Figura 2 Propiedades de imitar sistemas experimentales en vivo tridimensionales microambientes y las respuestas celulares.
Fibroblastos
Los fibroblastos dentro de
La composición y el estado físico de matrices desencadenan
dentro de ECM
geles de colágeno
respuestas celulares distintas. Aunque diferentes en composición, geles de colágeno en un cierto estado físico y matrices gel de colágeno
tridimensionales derivadas de células parecen evocar respuestas
gel de colágeno
gel de colágeno
sin carga
similares celulares, eventos de señalización, y otras respuestas
Cargado
matriz 3D derivado
tensionada
de células
inducida por ligando. Estos eventos se producen independientemente del tipo de receptor de integrina utilizado por las células para interactuar con la matriz ( 'uso integrina'). En cambio, dependen principalmente de las propiedades físicas de la ECM ( 'Estado físico'). Los signos de interrogación indican que más comparaciones directas siguen siendo necesarias. GRAMO1 2/13, el G α1 2/13 subunidad clase de proteínas G heterotriméricas; GRAMO yo,
a o l u d l a é t c s a e l e d a t s e u p s a c e i r s í f
Liberado
Adjunto
Sin tensión
Después de la
isométrica
tensiónisométrica
Sin deposición de fibronectina
isométrica integrina?
deposición de fibronectina?
deposición de fibronectina y la
o Nueva
polimerización de actina
polimerización de la actina
polimerización de la actina?
el G α ι subunidad clase de proteínas G heterotriméricas; LPA, ácido lisofosfatídico; PDGF, factor de crecimiento derivado de plaquetas; PDGFR, el receptor de PDGF; PI3K, fosfoinosítido 3-quinasa.
tensión isométricaProliferación
La apoptosis
MAPK ↓ PDGFR-Py FAK? No inducción MMP-13 ↓
s o t n e v e
e d n o ó s i u c a a z n i i l r a g ñ e e t n S I
s a t s s e a u d p i s c u e d r n i
α 1 β 1 integrina α 2 β 1 integrina
LPA → GRAMO 1 2/13 → Rho No
LPA → GRAMO yo → ?
PDGF → PI3K → rac TGF β → β 1 integrinas
gel relajada
PDGF respuesta TGF β → indirecto
↑
MAPK
PDGFR-Py ↓ FAK-Py 397 ↑ MMP-13
↓
α 1 β 1 integrina α 2 β 1 integrina Bajo
α 5 β 1 L a tensión
PDGFR? FAK-Py 397 MMP-13?
↑
LPA? PDGF? TGF β para la diferenciación
sustrato tensionada Current Opinion in Cell Biology
FAK y paxillin fosforilación [32], lo que sugiere posible señalización diferencial en
laminillas hacia el cuerpo de la célula [5 •, 37 •]. E sta translocación impulsa la
función de la cual se expone dominio molecular durante la formación de una
formación de un tipo diferente de la adhesión célula-matriz, las adhesiones
matriz tridimensional. La investigación que utiliza modelos de cultivos celulares
fibrilares. Se cree que estas estructuras para aplicar tensión a la fibronectina, la
futuras deberían ayudar en el tratamiento de estos mecanismos moleculares
exposición de los sitios crípticos para la polimerización y facilitando de este modo
potenciales.
la fibrilogénesis de fibronectina de una manera dependiente de tensina [37 •, 38 •].
modelo de maduración: a partir de complejos de coordinación a adherencias matriz tridimensional
fibrilogénesis curso conduce a la acumulación de una matriz de espesor, que
Varias publicaciones recientes identifican in vitro evolución o la maduración de
presenta un nuevo entorno tridimensional para las células. Este proceso se
las adherencias célula-matriz [5 •, d ieciséis ••, 3 3,34]. Un resumen de las relaciones
produce de forma espontánea en cultivos de células fibroblásticas confluentes
propuestas entre cuatro tipos diferentes de adherencias célula-matriz se ilustra
tales como fibroblastos de prepucio humano, cultivos de células NIH-3T3 [ 39], y
en la Figura 3. El primer encuentro de una célula con su sustrato circundante
fibroblastos de pulmón, o en un TGF β- de manera dependiente en la
(incluso antes de la integrina compromiso) está regulada por hialuronano
diferenciación de mio-fibroblastos [33]. Como la malla f ibronectina tridimensional
asociada a la superficie celular [35].
se acumula, las células se adaptan mediante la sustitución de la adhesión a ella en lugar de a la superficie plana y rígida artificial de la placa de cultivo tisular. Esta adaptación está marcada por la aparición de un nuevo tipo de adhesión
Cuando las células comienzan a extenderse y formar láminas, pequeña (1 μ m) estructuras de
célula-matriz - adherencias de matriz tridimensionales (3D-adherencias) -que
puntos-como aparecen en el borde de lamellipodia [5 •].
posee una composición y la fosforilación patrón distinto [16 ••].
Estas pequeñas estructuras, complejos de coordinación denominadas, son las primeras estructuras de adhesivo que contiene la integrina bien definidos formados por la lamellipodium avance. complejos de coordinación se cree que son precursores de las adhesiones focales, la bestcharacterized y más comúnmente
Debajo in vitro condiciones de cultivo de tejidos, los diferentes tipos de
observados in vitro
adherencias célula-matriz aparecen consecutivamente y de manera
adherencias célula-matriz [5 •, 3 4]. haces de adhesiones focales de anclaje de los
interrelacionada. Por ejemplo, la inhibición de Rho o contractilidad celular
filamentos de actina y mediar en la adhesión fuerte al sustrato [5 •, 3 4,36]. Una
impide la transición de los complejos de coordinación en adhesiones focales
vez que una adhesión focal es estable y maduro, que sirve como un punto de
[34], y la inhibición de α 5 β 1 integrina translocación de las adhesiones focales
anclaje de la que dedica y activado α 5 β 1 integrinas translocan en forma centrípeta
suprime la formación de adhesiones fibrilares [37 •]. E ste interconversión de
636 Cell-a-célula de contacto y la matriz extracelular
figura 3 modelo de maduración que ilustra las relaciones y la evolución de las adherencias célula-matriz in vitro. Las imágenes en forma de punta de flecha apuntan en la dirección de la generación, maduración o interconversión del complejo de coordinación para el 3D-adherencia. Cada tipo de adhesión se distingue por una morfología característica (ver flecha blanca en cada imagen) y los componentes moleculares específicos ( 'marcadores'), que incluyen paxilina (rojo) y α 5 subunidad de integrina (verde). 3D-adherencias se caracterizan por la localización de paxillin superposición y α 5
Adhesión
compleja
focal
focal
3D-adhesión
adherencia
integrina (amarillo). Los diferentes tipos de adherencia tienen requisitos diferentes para ligandos de integrina ( 'Sustrato'). Otros
fibrilar
factores implicados en el desencadenamiento de la formación de un
Paxilina Vinculin s e r o d a c r a m
o r t O o t a r t s u s
fosfo-Tyr FAK
Paxilina Vinculin fosfo-Tyr
-
FAK FAK-Py 397
-
-
α 5 β 1 i ntegrina
α 5 β 1 i ntegrina
Tensin
Tensin
Tensin
Al menos proteína
uno ECM
uno ECM
la contractilidad celular
Rho
La fibronectina y uno más proteínas
Fibronectina y más de una
ECM
contractilidad celular
tipo particular de adherencia se indican. Barra = 2 μ metro.
-
α v β 3 i ntegrina
Al menos proteína proteína
rac
Paxilina Vinculin fosfo-Tyr FAK
proteínas ECM
Tridimensional
ligaron α 5 β 1 sustrato flexible del integrina
α 5 β 1 s ustrato flexible del integrina
Current Opinion in Cell Biology
adherencias célula-matriz in vitro sugiere la existencia de un proceso de
ha caracterizado ampliamente [5 •]. Por ejemplo, paxillin es una proteína bien
maduración relacionada en vivo para la producción de 3D-adherencias. los in vitro procesocaracterizada multidominio andamios [40,41] que se localiza en los complejos de maduración puede representar un medio para células cultivadas para mejorar su
de coordinación, adhesiones focales y 3D-adherencias, pero es deficiente en
microambiente por acercarla a en vivo condiciones.
adhesiones fibrilares que contiene fibronectina (Figura 3). Informes recientes presentan evidencia de vínculos entre paxillin y fibronectina en vivo
El largo proceso de maduración de adhesión se puede omitir experimentalmente
[dieciséis ••, 4 2], así como entre paxillin y α 5 β 1 integrina [16 ••, 4 3]. Además,
mediante siembra de células directamente en matrices aisladas, libres de células
TGF β, que induce la deposición de matriz, que también aumenta la
producidos a partir de matrices tridimensionales célula o derivadas de tejido.
producción de paxillin [44]. Otro ejemplo es vinculina, que se localiza en las
Curiosamente, 3D-adherencias se forman muy rápidamente en las células dentro de
mismas estructuras que paxillin (Figura 3) y se encuentra en vivo en
estas matrices, lo que indica que la información esencial se retiene en las matrices
estructuras fibrilares que contienen proteínas ECM [16 ••, 4 5]. los
tridimensionales, incluso después de la eliminación de las células que los forman. Además, la unión celular, la proliferación proliferación y la migración se han mejorado mejorado en
α 2 β 1 integrina sirve como un ejemplo adicional, y a que contribuye significativamente
comparación con una variedad de sustratos bidimensionales [16• •].
a la adhesión celular a colágeno f ibrilar en vivo [ 46] y puede representar un buen candidato para un enlazador transmembrana integrina en 3D-adherencias en
La matriz tridimensional derivado de células proporciona un nuevo sistema de tres
matrices naturales a base de colágeno. En Xenopus el desarrollo, la falta de f ibrillas
dimensiones, molecularmente complejo para los estudios de las interacciones
de fibronectina se correlaciona con una pérdida de la polaridad celular profunda [47],
célula-matriz que pueden tomar ventaja completa de tradicional in vitro el cultivo de
haciendo hincapié en la importancia de la organización de fibronectina y de células
tejidos (Figura 1).
interacciones con la matriz tridimensional en etapas muy tempranas del desarrollo en vivo. Tomados en conjunto, los anteriores en vivo apoyo observaciones in vitro hallazgos
los en vivo las interacciones célula-matriz en tres dimensiones:
sobre la adhesión célula-matriz en tres dimensiones.
búsqueda
La última 'prueba de verdad' para in vitro hallazgos es siempre en vivo. Estudios recientes proporcionan apoyo para la correlativa
in vitro conceptos acerca de adherencias bidimensionales y tridimensionales.
Conclusiones y direcciones futuras
Los componentes moleculares de las adherencias célula-matriz formados in
adherencias célula-matriz dependen del estado de diferenciación de las células,
vitro en superficies planas tener
su ubicación física y las fuerzas locales detectadas
interacciones celulares con matrices 3D Cukierman, Pankov y Yamada 637
por las células. Uno de los principales retos para la comprensión de las
Actualizar
adherencias célula-matriz célula-matriz es la enorme diversidad y complejidad de la en vivo microambientes Dos estudios recientes han fotografiado directamente el comportamiento dinámico que las células se encuentran. En consecuencia, consecuencia, las conclusiones conclusiones de un
de los linfocitos en el entorno tridimensional natural de los ganglios linfáticos
sistema no siempre puede ser cierto para otro.
intactos [50,51]. Ambos describen las diferencias en el comportamiento celular en comparación con in vitro Los sistemas. De dos fotones en tiempo real de formación de imágenes confocal de
Las diferencias observadas en dos dimensiones en 3D frente a los estudios de
fluorescencia permite la visualización de los linfocitos pre-etiquetados profundo dentro
señalización hacen hincapié en la importancia de evaluar la tridimensionalidad y en
de los ganglios linfáticos; su movimiento tridimensional aparece al azar y
vivo relevancia fisiológica hora de sacar conclusiones acerca de las vías de
significativamente más rápido [50] que se informó anteriormente in vitro mediciones.
transducción de señales y respuestas de células en sistemas de cultivo celular (ver
En un estudio complementario utilizando formación de imágenes confocal
Boletín). Por otra parte, el estado físico de una matriz tridimensional también ha
convencional en tiempo real, no se encontraron células T pre-marcadas y células
demostrado ser importante en la modificación de las respuestas de células a una
dendríticas para mostrar asociaciones muy duraderos dentro del ganglio linfático [51].
molécula de señalización específica [8,26 •, 27 •, 3 1,32].
Estos contactos célula-célula prolongados posteriormente iniciar la activación de linfocitos, y que contrastan con la secuencial anteriormente descrito, breves contactos observaron en geles de colágeno in vitro.
Un proceso de maduración o evolución de las adherencias de fibroblastos
in vitro ( L a Figura 3) en última instancia genera adherencias comparables comparables a
3D-adherencias en vivo,a l menos en el tejido mesenquimal embrionario [16
• •]. Sin
embargo, otros tejidos en vivo puede tener otros tipos de 3D-adherencias, 3D-adherencias, que
Expresiones de gratitud
pueden diferir en el tipo de integrina u otro receptor ECM y en l as proteínas del
Los autores agradecen K Clark, H y J Hoffman Koblinski para sugerencias y comentarios, y H subvención
citoesqueleto de anclaje.
para la prueba de lectura de este manuscrito.
Referencias y lecturas recomendadas Las adherencias bidimensionales observados en el cultivo celular pueden representar etapas exageradas de dinámica en vivo
Los artículos de especial interés, publicada en el período anual de revisión, se han destacado como:
• de especial interés •• un interés excepcional
estructuras en un ambiente molecular y física específica. Por ejemplo, debido en vivo Las matrices son dinámicas y deben regenerarse constantemente, no se
1. Elsdale T, Bard J: sustratos colágeno para los estudios sobre el comportamiento celular.
requiere anclaje local y fibrilogénesis. Por otra parte, si bien aparecen las adhesiones focales a ser relativamente poco frecuente en vivo,p equeñas
J Cell Biol 1972, 54:6 26-637. 2. Hay ED: Biología Celular de la matriz extracelular, 2ª edición. Nueva York: Plenum Press; 1991.
estructuras en forma de puntos que contienen la integrina adhesión focal α v β 3 y fosforilados FAK [16 ••] p ueden cumplir funciones de anclaje en tres dimensiones
célula-a-célula y la matriz Burridge K, Tsukita S: Editorial visión general: contacto de la célula-a-célula
3.
extracelular. Cell Biol Curr Opin 2001, 13: 525-528.
y sistemas en vivo.
4. Schwartz MA: Señalización de la integrina revisited. Biol Trends Cell 2001,
•
11:4 66-470.
Esta revisión proporciona una actualización de direcciones de investigación en la señalización de la integrina en la última
Dos tipos muy diferentes de ECM son el estroma similar a una malla fibrosa de tejido conectivo que rodea las células fibroblásticas y las células epiteliales
década.
subyacentes de la membrana basal y separándolos de tejido conectivo [2].
5. Geiger B, Bershadsky A, Pankov R, Yamada KM: transmembrana • diafonía entre la matriz extracelular y el citoesqueleto.
pérdida transitoria de la membrana basal en el epitelio pre-maligno es un
mechanosensors, interruptores moleculares y los transductores de señal para vías activadas e integrado
evento temprano asociado con la progresión del tumor [48]. Esta pérdida facilita
por la adhesión celular.
93-805. Esta revisión describe las funciones de la integrina como Cell Biol Nat Rev Mol 2001, 2:7
las interacciones entre las células epiteliales y estroma. De hecho, la mayoría de las células mioepiteliales derivados del tumor son deficientes en su
6. Hynes RO: La adhesión celular: preguntas nuevas y viejas. Biol Trends Cell
1999, 9:M 33-M77.
capacidad para impartir polaridad debido a la síntesis aberrante y la matriz de deposición [49]. Estas y otras alteraciones complejas en las interacciones tumor-estroma en la progresión del cáncer pueden ser excelentes candidatos para el estudio utilizando in vitro sistemas de matriz tridimensionales.
7.
Friedl P, Brocker EB: La biología de la locomoción celular dentro de tres matriz 1-64. extracelular dimensional. Cell dimensional. Cell Mol Life Sci 2000, 57:4
8. Grinnell F: Fibroblasto-colágeno-matriz de contracción: factor de crecimiento
de señalización y carga mecánica. Biol mecánica. Biol Trends Cell 2000,
62-365. 10:3 9. Coussens LM, Fingleton B, Matrisian LM: metaloproteinasas de la matriz inhibidores y cáncer: pruebas y tribulaciones. Ciencia 2002, 387-2392. 295:2
cultivo de tejidos tradicional ha proporcionado proporcionado muchas ideas sobre las adherencias célula-matriz célula-matriz y su regulación por tipo de célula, las interacciones de células, factores solubles, los sustratos, y el estado físico de un sustrato. La comprensión de los pasos estructura, función y maduración de estas estructuras
10. Hegerfeldt Y, Tusch M, Brocker EB, Friedl P: celular colectiva movimiento en explantes de melanoma primarios: plasticidad de interacción célula-célula, función beta1-integrina, y migración estrategias.
Cancer Res 2002, 62:2 125-2130.
11. Barcellos-Hoff MH, Aggeler J, Ram TG, Bissell MJ: Funcional la diferenciación y la morfogénesis alveolar de las culturas mamarios primarios
puede ayudar a iluminar las interacciones célula-matriz célula-matriz en vivo.E stamos sólo
sobre la membrana basal reconstituida. Desarrollo
empezando a descubrir las interacciones maravillosamente maravillosamente multifacéticos que las
1989, 105:2 23-235.
células encuentran dentro de los tres dimensiones matrices extracelulares en vivo.
12. Petersen OW, Ronnov-Jessen L, Howlett AR, Bissell MJ: Interacción con la membrana basal sirve para distinguir rápidamente patrón de crecimiento y diferenciación de células epiteliales de mama humana normales y malignas. Proc Natl Acad Sci EE.UU. 1992, 89:9 .064 a 9.068.
638 Cell-a-célula de contacto y la matriz extracelular
13. Lang SH, Sharrard RM, Stark H, Villette JM, Maitland NJ: Próstata
29. Ohashi T, Kiehart DP, Erickson HP: Dinámica y elasticidad de la
líneas de células epiteliales forman esferoides con evidencia de diferenciación diferenciación glandular en
matriz de fibronectina en cultivos de células de estar visualizado por proteína fluorescente
cultivos tridimensionales de Matrigel. Br J Cancer
fibronectina-verde. Proc Natl Acad Sci EE.UU.
2001, 85:5 90-599.
1999, 96:2 153-2158.
14. Jung DR, Kapur R, Adams T, Giuliano KA, Mrksich M, Craighead HG, Taylor DL: modificación topográfica y fisicoquímica de superficie de material para • permitir que los patrones de las células vivas. Crit Rev Biotechnol 2001, 21:1 11-154.
30. Grinnell F, Fukamizu H, Pawelek P, Nakagawa S: El colágeno procesamiento, reticulación, y el haz de fibrillas de montaje en la matriz producida por los fibroblastos en cultivos a largo plazo suplementadas con ácido ascórbico.Exp ascórbico.Exp Cell Res 1989, 181:4 83-491.
Esta revisión presenta importantes descubrimientos tempranos, y hace hin capié en los resultados de procedimientos de modelado de células recientes del estado de la técnica para el control de la arquitectura de múltiples células en cultivo en yn e vivo, a través de la ingeniería precisa de las propiedades de superficie del material.
31. Vogel V, Thomas WE, Craig DW, Krammer A, Baneyx G: Estructural conocimientos sobre la regulación mecánica de los sitios de reconocimiento molecular. Trends Biotechnol 2001, 19: 416-423.
15. Rowley JA, Mooney DJ: Tipo de alginato y control de densidad RGD fenotipo de mioblastos. J Biomed Mater Res 2002, 60: 217-223.
32. Hocking DC, Sottile J, McKeown Longo-PJ: La activación de los distintos alpha5beta1 mediada por vías de señalización por los dominios de adhesión celular y de montaje de la matriz de fibronectina. J Cell Biol 1998,
16. Cukierman E, Pankov R, Stevens DR, Yamada KM: Tomando adherencias célula-matriz a la tercera dimensión. Ciencia 2001, •• 708-1712. 294:1 Los autores describen por primera vez la en vivo adhesión de la matriz tridimensional. Se identifican discrepancias discrepancias entre tridimensional y dos- estructuras de adhesión dimensionales y eventos de señalización, usando células y de tejido deriva tridimensional matrices para imitar en vivo microambientes para estudiar interacciones célula a matriz tridimensional.
141:2 41-253.
33. Dugina V, Fontao L, Chaponnier C, Vasiliev J, Gabbiani G: Focal características de adhesión durante la diferenciación myofibroblastic son controladas por factores intracelulares y extracelulares. J Cell Sci
2001, 114:3 285 a 3296. 34. Geiger B, Bershadsky A: Asamblea y la función mecanosensorial de contactos focales. Cell Biol Curr Opin 2001, 13:5 84-592.
17.
Ishii I, Tomizawa A, Kawachi H, Suzuki T, Kotani A, Koshushi I, Itoh H, Morisaki N, Bujo H, 35. Zimmerman E, B Geiger, Addadi L: Las etapas iniciales de célula-matriz Histológico y análisis funcional de las células del músculo liso vascular Saito Y et al .: Histológico adhesión puede ser mediada y modulada por el hialuronano de la superficie en un sistema de cultivo novela con estructura de panal. La aterosclerosis 2001, 158: 377-384. celular. Biophys J 2002, 82:1 848-1857.
18. Vaalamo M, Mattila L, Johansson N, Kariniemi AL, Karjalainen-Lindsberg ML, Kahari VM, Saarialho-Kere U: poblaciones distintas de células del estroma expresa la colagenasa-3 (MMP-13) y la colagenasa-1 (MMP-1) en úlceras crónicas, pero no en las heridas de cicatrización cicatrización normal. J Invest Dermatol 1997, 109: 96-101.
36. Adams JC: Regulación de la célula-matriz protrusión y contráctil contactos. J Cell Sci 2002, 115: 257-265. 37. Pankov R, Cukierman E, Katz BZ, Matsumoto K, Lin DC, Lin S, Hahn C, Yamada KM: dinámica de integrina y montaje de la matriz. translocación • Tensin dependiente de alfa (5) beta (1) integrinas promueve la fibrilogénesis de
19. Ravanti L, Heino J, López-Otin C, Kahari VM: La inducción de la la colagenasa-3 (MMP-13) expresión en fibroblastos de piel humana por el colágeno
fibronectina temprano. J temprano. J Cell Biol 2000,
148:1 075-1090. Este informe, junto con Ohashi et al. ( 2002) [38 •], d emuestra la translocación
tridimensional está mediada por la proteína quinasa activada por mitógeno p38. J Biol
directa de α 5 β 1 integrina de adhesiones focales a, y a lo largo de, adhesiones fibrilares que
Chem 1999, 274:2 446-2455.
impulsan la formación de la matriz de fibronectina.
20. Kagami S, Urushihara M, Kondo S, Loster K, Reutter W, Tamaki T, Yoshizumi M, Kuroda Y: Requisito para la tirosina quinasa-ERK1 / 2 señalización en alfa 1 beta 1 integrina mediada por colágeno de la matriz de remodelación por las células mesangiales de rata. Exp Cell Res 2001,
38. Ohashi T, Kiehart DP, Erickson HP: doble etiquetado de la fibronectina matriz y el citoesqueleto de actina con variantes de la proteína fluorescente verde. J • Cell Sci 2002, 115:1 221-1229. Véase la anotación Pankov et al. ( 2 000) [37
•].
268:2 74-283.
21. Broberg A, Nissinen L, Potila M, Heino J: Tridimensional colágeno regula la expresión génica de colágeno por un mecanismo que requiere
39. Cukierman E: Preparación de matrices extracelulares producidas por fibroblastos cultivados. Cell Biol Curr Protocolos 2002, 10.9.1-10.9.14.
serina / treonina quinasas y es independiente de la contracción mecánica. Biochem Biophys Res Commun 2001,
280:3 28-333.
22. Halliday NL, Tomášek JJ: propiedades mecánicas de la extracelular conjunto de fibronectina fibrillas influencia matriz in vitro. Exp Cell Res
1995, 217:1 09-117. 23. Fringer J, Grinnell F: quiescencia de fibroblastos en la flotación o liberado matrices de colágeno: contribución de la vía de señalización de ERK y la organización del
40. Schaller MD: Paxilina: un adaptador de adhesión focal proteína asociada.
.459 a 6.472. oncogén 2001, 20:6 41. Turner CE: Paxilina y la señalización de adhesión focal. Cell Biol Nat
2000, 2:E 231-E236. 42. Hagel M, George EL, Kim A, R Tamimi, Opitz SL, Turner CE, Imamoto A, Thomas SM: El paxillin proteína adaptadora es esencial para el desarrollo normal en el ratón y es un transductor crítico de la señalización de la fibronectina. Biol Cell Mol 2002, 22:9 01-915.
citoesqueleto de actina. J Biol Chem 2001,
276: 31047 a 31052. 24. Lin YC, Grinnell F: Disminución del nivel de receptor estimulada por PDGF
43. Duncan MK, KOZMIK Z, Cveklova K, Piatigorsky J, Cvekl A: La sobreexpresión de PAX6 (5a) en la lente células de fibra resultados en la catarata y la regulación
autofosforilación por los fibroblastos en matrices de colágeno mecánicamente
positiva de (alfa) 5 expresión de la integrina (beta) 1. J Cell Sci
63-672. relajado. J Cell Biol 1993, 122:6
2000, 113:D esde 3173 hasta 3185.
25. Rosenfeldt H, Grinnell F: quiescencia de fibroblastos y la interrupción
44. Han X, Stewart JE Jr., Bellis SL, Benveniste ES, Ding Q, K Tachibana, Grammer JR, Gladson
de ERK señalización en matrices de colágeno descargadas mecánicamente. mecánicamente.
CL: TGF-beta1 hasta regula la expresión de proteínas paxillin en células de
J Biol Chem 2000, 275:3 .088 hasta 30.892.
astrocitoma maligno: requisito para un sustrato de fibronectina. oncogén 2001, 20:7 .976-7.986.
26. Grinnell F, Ho CH: Transformando estimula beta del factor de crecimiento
•
fibroblastos-colágeno de la matriz contracción por diferentes mecanismos en matrices mecánicamente cargadas y descargadas.Exp descargadas. Exp Cell Res 2002,
273:2 48-255.
Este informe, junto con Brown et al. ( 2002) [27 •], presenta TGF β como un factor mechanoregulatory la transmisión de señales a la célula que depende del estado físico de un sustrato de gel de colágeno.
45. Hagg P, Väisänen T, Tuomisto A, Rehn M, Tu H, Huhtala P, Eskelinen S, Pihlajaniemi T: Tipo XIII colágeno: a novel adhesión celular componente presente en un intervalo de adherencias célula-matriz y en los discos intercaladas entre las células musculares cardíacas. Matrix Biol 2001, 19:7 27-742.
46. Holtkotter O, Nieswandt B, Smyth N, Muller W, Hafner M, Schulte V, Krieg T, Eckes B: Integrina alfa
27. Brown RA, Sethi KK, Gwanmesia I, Raemdonck D, M Eastwood, Mudera V: Enhanced contracción de fibroblastos de redes de colágeno y la expresión de la •
ratones 2-deficientes desarrollan normalmente, son fértiles, pero muestran la interacción de plaquetas parcialmente defectuoso con el colágeno.J colágeno. J Biol Chem 2002, 277:1 0.789-10.794.
integrina en tres dimensiones por el TGF-beta1 y
- beta3: factores de crecimiento mechanoregulatory?Exp mechanoregulatory?Exp Cell Res 2002, 274:3 10-322.
Véase la anotación Grinnell y Ho (2002) [26 •].
47. Marsden M, DeSimone DW: Reglamento de la polaridad celular, radial intercalación y la epibolia en Xenopus: nuevos Xenopus: nuevos papeles para la integrina y fibronectina. Desarrollo
2001, 128: 3635 a 3647.
28. Y, Grinnell F: Papel de la fosfolipasa D en la señal de cAMP vía de transducción de activado durante la contracción de fibroblastos de matrices de colágeno. J Cell Biol 1995, 130: 1197-1205.
48. Yang DH, Smith ER, Cohen C, Wu H, Patriotis C, Godwin A, Hamilton T, Xu XX: eventos moleculares asociados con
interacciones celulares con matrices 3D Cukierman, Pankov y Yamada 639
transformación morfológica displásicos y el inicio de la tumorigenicidad de ovario. Cáncer 2002, 94:2 380-2392.
50. Miller MJ, Wei SH, Parker I, Cahalan MD: dos fotones de imágenes de motilidad de linfocitos y la respuesta al antígeno en los ganglios linfáticos intacto.
869-1873. Ciencia 2002, 296:1 49. Gudjonsson T, Ronnov-Jessen L, Villadsen R, Rango F, Bissell MJ, Petersen OW: células mioepiteliales normales y derivados de tumores difieren en su capacidad de interactuar con las células
51. Stoll S, Delon J, Brotz TM, Germain RN: imágenes dinámicas de
epiteliales de mama luminal para la deposición polaridad y la membrana basal. J Cell Sci 2002, 115:
interacciones de las células en los ganglios linfáticos dendríticas de células-T. Ciencia 2002,
39-50.
873-1876. 296:1
