29.9
צמתי אדהרנס המעגנים תאים יחד הם קומפלקסים מרובי חלבונים המסתגלים באופן דינמי לגירויים מכניים כמו כוחות מתיחה ומתח גזירה. חלבונים מכנו-סנסוריים בצמתים…
רקמות כמו העור ואפיתל המעי חוות כל הזמן כוחות מכניים חיצוניים כגון צביטה או מתיחה.
הצמתים הנצמדים שמעגנים את תאי האפיתל הללו יחד יכולים להשתנות באופן דינמי בתגובה למתח מכני כזה. המרה זו של גירויים מכניים לשינויים ביוכימיים נקראת מכנוטרנסדוקציה.
בתאים אלה, הצמתים הנצמדים יוצרים אזור התקשרות רציף – חגורת ההדבקה – הכולל אשכולות גדולים של קדהרינים, קטנינים וצרורות כיווץ אקטומיוזינים.
האלפא-קטנין בצמתים אלה פועלים כחלבונים מכנו-סנסוריים המשנים קונפורמציה בתגובה למתח מכני.
כאשר כוחות כיווץ מוגברים מושכים את חוטי האקטין (actin filaments), האלפא-קטנין משתנה מהקונפורמציה המקופלת לקונפורמציה הפרושה.
התפתחות זו פותחת אתר קשירה מסתורי לווינקולין, חלבון קושר ציטו-שלד שנותר בצורתו הסגורה והלא פעילה בציטופלסמה.
עם קשירת אלפא-קטנין, וינקולין משנה את הקונפורמציה לצורתו הפתוחה והפעילה.
הוינקולין הפעיל מקדם גיוס חוטי אקטין נוספים לאתר, ובכך מחזק את הצומת ומפזר את הכוח על פני התאים.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is mechanotransduction at adherens junctions?
Mechanotransduction is the conversion of mechanical stimuli, such as tension or stretching, into biochemical changes at adherens junctions. Epithelial tissues like skin and intestinal epithelium constantly experience external mechanical forces. Mechanosensory proteins at these junctions detect these forces and undergo conformational changes that alter their function, allowing cells to respond dynamically to mechanical stress.
Q2: How does alpha-catenin respond to mechanical tension?
Alpha-catenin is a mechanosensory protein that changes conformation when contractile forces pull on actin filaments. Under normal conditions, alpha-catenin remains folded with its vinculin homology binding domains inaccessible. When tension increases, alpha-catenin unfolds, exposing these cryptic binding sites and enabling interaction with other proteins like vinculin to strengthen the junction.
Q3: What role does vinculin play in junction strengthening?
Vinculin is a cytoskeletal binding protein that exists in an inactive, closed form in the cytoplasm. When exposed alpha-catenin binding sites activate vinculin, it changes to an open conformation. The active vinculin recruits additional actin filaments to the junction, strengthening it and distributing mechanical force across cells more effectively.
Q4: What is the adhesion belt in epithelial cells?
The adhesion belt is a continuous zone of attachment formed by adherens junctions, comprising large clusters of cadherins, catenins, and actomyosin contractile bundles. This structure anchors epithelial cells together and provides the mechanical foundation for cells to respond to external forces like pinching or stretching while maintaining tissue integrity.
Q5: How does vinculin binding affect the actin cytoskeleton?
When vinculin binds to unfolded alpha-catenin, its open neck region becomes accessible to actin-regulating proteins like Arp2/3. This allows vinculin to recruit more actin filaments and dynamically reorganize the actin cytoskeleton in response to mechanical stress, enhancing junction stability and force distribution.
Q6: Why do adherens junctions need to adapt to mechanical forces?
Tissues like skin and intestinal epithelium experience constant external mechanical forces such as pinching and stretching. Adherens junctions must dynamically adapt to these forces to maintain tissue integrity and prevent cell separation. This adaptive response through mechanotransduction allows cells to strengthen junctions under stress and distribute forces efficiently across the tissue.
Q7: What structural changes occur in alpha-catenin during mechanotransduction?
Alpha-catenin undergoes an allosteric shift from a folded to an unfolded conformation when mechanical tension increases. This unfolding exposes three vinculin homology domains that were previously inaccessible. The conformational change allows these domains to bind vinculin and other actin-binding proteins, initiating the cascade that strengthens the junction.