Actin, Its Associated Proteins and Metastasis

אקטין, החלבונים הנלווים אליו וגרורות

אליזבת בוטון, קלייר שפלנד ודורוורד לוסון

תנועות תאים תקינות הן בעלות חשיבות מכרעת בהתפתחות מערכת העצבים, עיצוב מחודש של עצמות, עיבוד אנטיגן ותהליך בולענות. ידוע שהאקטין הוא זה המספק את המנגנון המולקולרי לתנועות אלו, בעוד שמערך עצום של חלבונים הנלווים לאקטין ( “AAPs”) שולטים על ההרכבה ועל מבנה שלד האקטין. יש עכשיו, לפחות, 100 AAPs, ששילובם של גנטיקה מולקולרית, ביוכימיה ומחקרים פונקציונליים, מציע שהם מחולקים ל-48 סוגים, לפחות. מולקולות אלו יוצרות גרעין, מתנתקות, מתכסות, מתפרקות באופן עצמאי, מייצבות ומצלבות את סיבי האקטין. הם מקיימים אינטראקציה עם אקטין תוך שימוש, לפחות, בארבעה אתרי קשירה מוגדרים ספציפית לאקטין; מספר ,שלבטח, יגדל בעתיד הקרוב.

בסרטן, תנועה מוגברת של תאי גידול ממאירים שפולשת והורסת את מבנה הרקמה הרגילה, בעלת תרומה מרכזית להתקדמות מחה זו, עם תאים רבים שנמצאו בגידולים משניים באתרים המרוחקים מזה המקורי. בכדי לשלוח גרורות, תא סרטני חייב להתנתק תחילה מהגידול הראשוני (במקביל מהדבקות תא:תא ומתא:משתית), לנדוד דרך רקמת חיבור ודפנות נימים לתוך מערכת הדם, לחדור, להתרחב וליצור גידול משני. תנועות התאים הללו, בעלי אופי אונקוגני, ושינויים בצורתם דורשים הפרשת פרוטאז מבוקרת במרחב ובזמן, שינוי בביטוי האינטגרין, שינוי של חלבוני הקישור אינטגרין:אקטין, וההפעלה המתואמת של שלד האקטין שגורמת להגברת הפלישה התאית דרך מחסום רקמתי וכלה בשינוי מיקומם. התפרצותו של הפנוטיפ שעבר טרנספורמציה/ממאירות נמצא, כרגע, בקורלציה עם 11 AAPs שעברו ביטוי שונה.

בסקירה קצרה זו, נדון בזריזות על ההשפעות שיש לטרנספורמציה על רשת האקטין והחלבונים הנלווים אליו יחד עם התפקיד העשוי להיות למולקולות אלה בטרנספורמציה וגרורות.

אקטין

תאים רבים הקשורים לרקמה תקינה מכילים צרורות של אקטין בצורת סיבי לחץ שחוצים את הציטופלסמה. סיבי לחץ קשורים לתלות בעגינה, ניידות מופחתת ועיכוב מגע.

עם זאת, בתאים תנועתיים ובתאים רבים מזנכימליים שעברו טרנספורמציה, נעדרים צרורות סיבי הלחץ של אקטין וחוטי האקטין מחולקים בצורה מפוזרת ברחבי הציטופלסמה או מרוכזים בקליפת המח, שבה הם יוצרים רשת של חוטים מוצלבים באופן אקראי. שינויים אלה באדריכלות האקטין במקביל לתהליך מופרז של היווצרות בועיות בקרום התא וקמטוטים, הגברה בניידות של הגליקופרוטאינים של ממברנת הפלסמה וירידה בהידבקות של תא:משתית במקביל לצמצום בגודל ובמספר של לוחיות ההידבקות כשהתא יותר פלישה תאית. שינויים בחלבון האקטין, המושרים באופן אונקוגני, עשויים, חלקית, לפחות, להסביר את ההתמרות הפנוטיפיות הללו, הכוללות: א. ירידה בוסות של האיזופורם אלפאאקטין היוצר את מנגנון ההתכווצות של תאי שריר מזנכימליים ותאי שריר חלק ואשר הביטוי שלהם קשור לשמירה על מורפולוגיה שטוחה/מתפשטת; ב. הביטוי של איזופורמים של אקטין מוטנטי אשר יכול להיות או שאינו כשיר לפלמור או שיש לו חלוקה חריגה עם התא; ג. חוסר איזון ביחס של איזופורמים של אקטין, שבנוסף להשפעתם על המורפולוגיה של התא, עשויים גם להשפיע על הביטוי של חלבונים קושרי אקטין, כמו טרופומיוזין; ד. היצור של מולקולות אקטין היברידיות כגון p70gag-fgr  שעשויות להפריע להרכבת סיב האקטין או לפעילות קינאז ישירה למטרות שאינן בהכרח זמינות לזרחון.

החלבונים הנלווים לאקטין

עד כה, החלבונים הנלווים לאקטין שידועים שניתנים לשינוי ע”י טרנספורמציה כוללים: טרופומיוזין; קלדסמון; מיוזין שריר חלק שרשרת קלה 2; קלפונין; טרנסגלין; 280ABP; אלפא-אקטינין;MARCKS; שוונומין; טימוזין β4; וגלסולין (טבלה 1).

איזופורמים מרובים של טרופומיוזין נמצאים בתאים שאינם שרירים, שבהם מציגים התפלגות איזופורמית ספציפית.

באופן כללי, מיקום גבוה של טרופומיוזינים, אשר להם זיקה גבוהה לאקטין, נמצאים יחד עם סיבי סטרס, בעוד שהאיזופורמים הממוקמים נמוך הנקשרים לאקטין בצורה חלשה יותר, נמצאים בקשר עם בטא אקטין בסלסולים בקצה המוביל של תאים תנועתיים. בעוד שתפקידו של טרופומיוזין בתאים שאינם שרירים אינו ברור, הוא עשוי למלא תפקיד מבני ו/או רגולטורי בארגון סיבי האקטין ושינויים בצורת התא. לדוגמא, טרופומיוזינים מייצבים את סיבי האקטין ע”י הגברת קשיחותם ו”הגנה” עליהם מהשפעות של חלבונים מנתקי אקטין כגון ADF. טרנספורמציה מפחיתה את הביטוי של אחד או שניים משלושת האיזופורמים הממוקמים גבוה ומגבירה את הרמות של האיזופורמים התחתונים במקביל לסידור מחודש של אדריכלות המיקרופילמנטים, פירוק של סיבי סטרס וגידול בממאירויות. הביטוי הדיפרנציאלי של איזופורמים של טרופומיוזין בעקבות טרנספורמציה לא תמיד תואם את רמות mRNA, מה שמצביע על כך שבקרת התרגום עשויה לשחק כאן תפקיד נוסף. יתר על כן, שינויים בביטוי גן האקטין בתאים שאינם שריר יכולים להשפיע על הביטוי של טרופומיוזינים באופן ספציפי לאיזופורמים עם ירידה ביחסי בטא:גמא אקטין שמתרחש במקביל להורדת הרגולציה של האיזופורמים של טרופומיוזין הממוקמים גבוה. טרנספקציה/ביטוי מחדש של איזופורם בודד רק בחלקו, מבטל את הממאירות, מה שמרמז על כך ששחזור של פנוטיפ נורמלי ידרוש ביטוי של יותר מאיזופורם אחד של טרופומיוזין. רמת מורכבות נוספת מתווספת לממצא שאזור ה- 3‘ הלא מתורגם של אלפא טרופומיוזין,יעיל בדיכוי הממאירויות בתאים שחסר בהם טרופומיוזין. מכאן, זה אפשרי, שההשפעה המשתנה של חלבון היברידי המכיל את האזור הN טרמינלי של טרופומיוזין וטירוזין קינאז, עשויה להיות משום שההיבריד נטול האזור הלא מתורגם של טרופומיוזין mRNA  3‘. לחילופין, זרחון של אתרים בשלד הציטופלסמתי ע”י חלק הקינאז בחלבון זה עלול לגרום לטרנספורמציה. קלדסמון נלווה הן לסיבי סטרס והן לאקטין והקישור שלו לאקטין מעוכב ע”י סידן/קלמודולין. נחשב שקלדסמון נוטה לפעול ע”י ויסות התכווצות מבוססת אקטומיוזין, חיבור סיבי אקטין והגברת ההשפעה המייצבת שיש לטרופומיוזין על סיבי האקטין.  בתאים שעברו טרנספורמציה, רמות קלדסמון ירדו בכ-70%, בעוד שרמות הסידן/הקלמודולין גדלות, ולכן, הקישור של טרופומיוזין:אקטין ע”י שיירי קלדסמון, כמו בתאים נורמליים, עלול להמנע, מה שיביא לסטיה באדריכלות האקטין. השפעה נוספת על מולקולות האקטין שעברו טרנספורמציה המווסתות את פעילות ההתכווצות היא הורדת הרגולציה של MLC-2 ואיזופורמים של קלפונין הממוקמים למטה. בתאים שאינם שרירים, זרחון של MLC-2 חושף את אתר הקשירה של האקטין למיוזין ובכך מאפשר למיוזין להרכיב סיבים דו קוטביים קצרים שיכולים להצליב סיבי אקטין ובכך תורמים לשלמות סיבי הלחץ. דיכוי מלא של ביטוי ה MLC-2בפיברובלסטים שעברו טרנספורמציה תגרום לכך שמולקולת המיוזין תישאר בצורה הלא מקופלת והלא פעילה, אשר בהינתן התפלגות המיוזין בסיבי סטרס אקטין שבפיברובלסטים, יחד עם תפקידו בשמירה על התכווצות איזומטרית, תוביל לשיפור כושר התנועה.

טרנסגלין, חלבון הנלווה לסיב סטרס אקטין עם פעילות ג’ל חוץ גופית, המתרחשת במבחנה, בעל רגולציה ירודה, לחלוטין, בעקבות טרנספורמציה אונקוגנית עם וירוסי DNA או RNA. הדבר ניתן לחיקוי ע”י גידול בתרבית של תאים נורמליים בהשעיה, מה שמרמז על קורלציה בין העדר ביטוי טרנסגלין לבין המורפולוגיה המעוגלת/אובדן צרורות סיבי הסטרס הנלווים לטרנספורמציה ולתנועתיות מוגברת.

טרנספורמציה משפיעה גם על חלבונים מקשרים כמו 280ABP (שמייצבים את הציטופלסמה ההיקפית) ותאים החסרים מולקולה זו מראים תהליך לא מבוקר של היווצרות בועיות בממברנת התא ותנועתיות חסרת כיוון. עדות ישירה יותר לתפקיד של מולקולה זו בהיווצרות גידולים מגיעה מהממצא שחולים במלנומה כאשר 280ABP בעל רגולציה ירודה הם בעלי פרוגנוזה טובה יותר מאלו החולים במחלה זו בעלי 280ABP תקין. זו עשויה להיות השתקפות התפקיד שמולקולה זו ממלאה בתנועה מכוונת, מאז טרנספקציה של הגן המקודד ל280ABP שמביא להתנהגות תנועתית תקינה. בגוף החי, אלפא-אקטינין מצלב סיבי אקטין בסיבי סטרס ובכך מגביר את היציבות שלהם, ובנוסף, נמצא בהצטלבות תאים, שם מעורב בהתקשרות של סיבי האקטין לממברנת הפלסמה. אובדן ביטוי אלפא-אקטינין בתאים שעברו טרנספורמציה גורם למורפולוגיה מעוגלת יותר ולהגברת הממאירויות בגוף החי. טרנספקציה של הגן המקודד לאלפא-אקטינין לתאים שעברו טרנספורמציה משחזרת את הפנוטיפ התקין, ממצא שעשוי לשקף את ההשפעה המייצבת שיש לאלפא אקטינין על צרורות סיבי האקטין, או תפקידו כחלק מהקסקדה המולקולרית המקשרת בין אקטין לבין המטריצה החוץ תאית באמצעות אינטגרינים. באופן דומה, רמות ביטוי של MARCKS, חלבון המצלב חוטי אקטין ומעגן אותם לממברנת הפלסמה, מופחתים בתאים שעברו טרנספורמציה v-src, מה שמשקף את התפקיד שיש למולקולה זו בשמירה על מורפולוגיה מפוזרת היטב בתאים תקינים. בעקבות עיכוב הפעילות של טירוזין קינאז של v-src, רמות MARCKS שוחזרו. היעדר MARCKS עשוי ליצור את אותו הפנוטיפ כמו זרחון של MARCKS ולהוביל לניתוק של סיבי אקטין ממברנת הפלסמה, השראה של מורפולוגיה מעוגלת יותר, ופוטנציאל גרורתי מוגבר. מולקולת הצמדת אקטין:ממברנה המשוערת שוואנומין (החולקת הומולוגיה עם בני משפחת האזרין/רדיקסין) היא תוצר של גן המדכא גידול שאינו פעיל בנוירופיברומטוזיס 2, והיא מקבילה להתפתחות גידולים במערכת העצבים המרכזית. אובדן שוואנומין עלול להוביל לשינויים באינטרקציות של תא:תא, תא:משתית, שינויי צורת התא ונדידה מוגברת. חלבונים הנלווים לאקטין המעורבים בבידוד מונומר האקטין, כגון טימוזין בטא 4 עוברים שינוי ע”י אונקוגנזה. בהווה, ישנם 9 טימוזינים, מתוכם טימוזין בטא 4 ובטא 10 המתפקדים, בעיקר, כמבודדי G-אקטין. בשורת תאים אחת, לפחות, רגולציה מופחתת של ביטוי של טימוזין בטא 4, בקורלציה עם קיבולת גרורתית. גלסולין ידוע ביכולתו לנתק ולכסות את הקצה הדוקרני של סיבי האקטין ויכול גם ליצור גרעין במצבור סיבי אקטין. סוברים שמולקולה זו פועלת ע”י שליטה בהרכבת האקטין בציטופלסמה הקורטיקלית כתגובה לסידן ולפוליפוספואינוזיטידים. גלסולין בעל רגולציה מופחתת בתאים שעברו טרנספורמציה ובתאים לא ממוינים המתרבים במהירות. היות שגלסולין בעל תפקידים חשובים בארגון אקטין קורטיקלי,כימוטקסיס, חלוקת תאים ותנועתיות תאים, אובדן בו עלול להוביל להופעת פנוטיפ הזהה לתאים שעברו טרנספורמציה.

טבלה 1: חלבונים הקשורים לאקטין המשתנים ע”י טרנספורמציה

סיכום

במאמר קצר זה סקרנו את ההשפעה של טרנספורמציה עלAAPs. לא עסקנו במולקולות הנלוות בעקיפין לאקטין אשר משתנות ע”י טרנספורמציה, כגון הקטנינים, הקדרינים, וינקולין ואינטגרינים, למרות שיחסיהם עם פנוטיפ התאים שעברו טרנספורמציה וחשיבותם לכך לא יסולא בפז. באופן דומה, שינויים במטבוליזם של פוליפוספואינוזיטיד המתרחשים בתאים שעברו טרנספורמציה עשוים גם לקדם או לגרום לשינויים בסיב השלד הציטופלסמתי באמצעות אינטרקציות עם חלבונים כגון גלסולין, אלפא-אקטינין, ו MARCKS. נכון לעכשיו, אין כללים ברורים לגבי ההשפעה שיש לאונקוגנזה על AAPs משום שרמת הביטוי של AAP אחד שעבר שינוי אונקוגני יכול להשתנות מגידול אחד למשנהו, אפילו באותו סוג של גידול. יתכן שחוסר העקביות הזה נובע מכך שעדין ישנם נתונים חסרים, או שהוא עשוי לשקף את מנגנון הבקרה המורכב ביותר שבו כל הפרעה של רמות הביטוי הנורמליות של אקטין/ AAPs מפרה את שיווי המשקל העדין אשר שורר בהתנהגות תא נורמלי. למשל, יתכן שמבחינה אונקוגנית שינויים מושרים שגרמו לביטוי איזופורמי של אקטין מופעלים באופן טבעי על ביטוי חלבון הנלווה לאקטין.

תנועות תאים מבוססות אקטין המושרה אונקוגנית ניתן להפעיל ע”י שינויים בAAP בודד או יחידה תפקודית סינרגטית של מולקולות אלו. לדוגמא, הטרופומיוזינים הממוקמים גבוה בעלי רגולציה מופחתת בטרנספורמציה מגנים על סיבי האקטין מפני פעילות הניתוק של גלסולין ווילין, פעילות הדפולימריזציה של ADF, ומעכבים את הקישור של גלסולין, אלפא-אקטינין וספקטרין. השפעה זו מועצמת ע”י קלדסמון, המאפשרת גם לטרופומיוזינים נמוכים לייצב באופן דומה את סיבי האקטין. לפיכך, ההפסד של טרופומיוזינים הממוקמים גבוה וקלדסמון מתאים שעברו טרנספורמציה עשויים להיות נחוצים לארגון מחדש של השלד הציטופלסמתי. מצב זה עשוי גם לשקף את החפיפה התפקודית הנראית לעין בין החלבונים הללו שהיא הכרחית לספק מערכת גיבוי מולקולרית לתא. עם זאת, במקרים מסוימים טרנספקציה וביטוי מחדש של חלבון בודד, למשל אלפא-אקטינין או וינקולין, בתא ממאיר יכול להציל את הפנוטיפ שעבר טרנספורמציה, מה שמצביע על נוכחותם של ,לפחות, שני מסלולים מולקולריים, אחד מהם, אפשרי שמערב את קסקדת האקטין:אינטגרין, אינו מובטח ע”י AAPs אחרים. משום שתנועתם של תאים גרורתיים דומה לזו של תאים נורמליים רבים במהלך התפתחות עוברית, תיקון רקמות ופלישה לאתרים של זיהום ע”י תאים של מערכת החיסון, לא סביר שיהיה כרוך באובדן בשלד פונקציונלי ציטופלסמתי של אקטין, אלא בפעילותו המתמשכת שחשובה באונקוגנזה. תנועות מופעלות אלה מדוכאות, בדר”כ, ע”י AAPs שהם, לכן, פועלים בצורה של מדכאי ממאירויות והשינוי שלהם מסיר סדרה של בלמים מולקולריים, דבר המביא לתנועות תאים משופרות המאפיינות תאים גרורתיים.