30.11
Koordynacja cytoszkieletu w migracji komórek
Migrująca komórka zmienia swój kształt podczas cyklicznych zdarzeń przyłączania i oddzielania się od podłoża i odpowiednio zmienia położenie organelli…
Migracja komórek to złożony proces, który wymaga precyzyjnej koordynacji między różnymi składnikami komórkowymi, w szczególności cytoszkieletem, który składa się z filamentów aktynowych, mikrotubul i włókien pośrednich.
Podczas migracji filamenty aktynowe są dynamicznie reorganizowane na obrzeżach komórki i pomagają ustalić krawędzie natarcia i spływu komórki.
Ta polaryzacja kieruje centrosomem, centrum organizującym mikrotubule, aby ustawił się przed jądrem i zorientował rosnące mikrotubule w kierunku krawędzi natarcia.
Silniki kinezynowe przenoszą różne ładunki na tych torach mikrotubul, w tym pęcherzyki egzocytarne zawierające integryny i nowe składniki błony, białka remodelujące aktynę i włókna pośrednie.
Włókna pośrednie stabilizują i sprzyjają dojrzewaniu nowo powstałych zrostów ogniskowych.
Na krawędzi spływu zrosty ogniskowe są demontowane, a silniki dyneinowe przenoszą endocytozowane integryny wzdłuż mikrotubul w kierunku krawędzi natarcia w celu recyklingu.
Dodatkowo składniki cytoszkieletu są usieciowane ze sobą i innymi organellami za pośrednictwem białek łącznikowych.
Te mostki krzyżowe umożliwiają składnikom cytoszkieletu synchronizację ich polaryzacji i tworzenie spójnej sieci do migracji komórek.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How do actin filaments and microtubules work together during cell migration?
Actin filaments reorganize dynamically at the cell periphery to establish leading and trailing edges, while microtubules extend from the centrosome toward the leading edge. Linker proteins like spectraplakin cross-bridge these components, enabling them to synchronize their polarity. This coordination allows the cytoskeleton to form a cohesive network that directs cell movement and maintains directional migration.
Q2: What role do Rho proteins play in establishing cell polarity?
Rho family proteins, including RhoA, Cdc42, and Rac1, are master regulators that act on all three cytoskeletal components to establish cell polarity. Cdc42 directs actin reorganization at the leading edge and regulates intermediate filament transport on microtubules. These small GTPases coordinate cytoskeletal crosstalk through signaling cascades, maintaining synchronized polarity across the entire network.
Q3: How are integrins recycled during cell migration?
Kinesin motors carry exocytic vesicles containing integrins along microtubule tracks toward the leading edge for new membrane assembly. At the trailing edge, focal adhesions disassemble and dynein motors transport endocytosed integrins back along microtubules toward the leading edge for recycling. This continuous recycling process supports sustained cell migration and adhesion turnover.
Q4: What is the function of intermediate filaments in focal adhesion maturation?
Intermediate filaments stabilize and promote maturation of newly formed focal adhesions at the leading edge during cell migration. These filaments are transported on microtubule tracks and cross-linked to other cytoskeletal components via linker proteins. Their stabilizing role ensures robust adhesion formation necessary for the cell to generate traction and move forward.
Q5: How does cytoskeletal crosstalk maintain coordinated cell migration?
Cytoskeletal crosstalk occurs through direct communication via linker proteins that form cross-bridges between actin filaments, microtubules, and intermediate filaments, and indirect communication through signaling cascades involving Rho proteins. Microtubules transport proteins and vesicles that regulate actin dynamics at the leading edge, creating positive feedback that synchronizes polarity across all three cytoskeletal components.
Q6: What cargo do kinesin motors transport on microtubules during migration?
Kinesin motors carry multiple types of cargo along microtubule tracks, including exocytic vesicles containing integrins and new membrane components, actin remodeling proteins, and intermediate filaments. This coordinated transport delivers essential building blocks and regulatory proteins to the leading edge, supporting dynamic cytoskeletal reorganization and sustained directional migration.
Q7: How does the centrosome position itself during cell migration?
The centrosome, a microtubule organizing center, is directed by actin filament polarity to position itself in front of the nucleus during cell migration. This positioning orients growing microtubules toward the leading edge, enabling efficient transport of cargo and proteins needed for migration. The centrosome's strategic location ensures microtubules can deliver vesicles and regulatory factors to support leading edge dynamics.