Phospho-caveolin-1 mediates integrin-regulated membrane domain internalization

Miguel A. del Pozo, Nagaraj Balasubramanian, Nazilla B. Alderson, William B. Kiosses, Araceli Grande-Garcia, Richard G. W. Anderson and Martin A. Schwartz

Nature cell biology, 7 (9), 901-908, 2005

時間：2005.11.02

Speaker：賴柏吟

Commentator：謝奇璋 醫師

introduction

貼附型生長的細胞，細胞膜上的integrins必須持續接收來自細胞外基質(extracellular matrix, ECM)的刺激，傳達生長訊號，稱之為anchorage-dependent of growth；若失去此項特性，細胞生長將失控走向癌化。在作者之前的研究中發現，當貼附型細胞懸浮時，integrin失去ECM刺激後會調控lipid raft進行 internalization，使得依附在rafts周圍參與訊息傳導的蛋白質，自執行功

 能的細胞膜周圍一起被帶到細胞質，因而中斷了生長訊息的傳遞(Fig.1)。Fig.1

如此藉由lipid raft internalization來調控細胞生長的機制，有別於以往使蛋白質磷酸化或去磷酸化的調控方式，也因此這項有趣的新發現被刊登在2004年Science期刊上。延續之前的研究，作者Miguel A. del Pozo等人想進一步探討lipid raft internalization是如何調控細胞生長，所以他們鎖定了lipid raft中的一種分型，稱之為caveolae。Caveolae狀似燒瓶型分布在細胞膜上，有一種特殊的結構性蛋白組成其中稱之為caveolin，並且以caveolin-1最普遍表現於許多組織中(Fig.2)。

Fig.2

Results

利用螢光顯微鏡，作者首先發現到當貼附型細胞懸浮的時候，原本分布在細胞表面的caveolin-1蛋白會伴隨著lipid raft internalization而translocation到細胞質中(Fig.3)，隨後再證明了lipid raft internalization必須要有caveolin-1參與(Fig.4)。

Fig.3

Fig.4

在接下來的實驗中，作者想知道細胞表現caveolin是否調控懸浮後的生長訊息傳導，實驗證明表現caveolin的細胞在懸浮後進行lipid raft internalization，Rac蛋白會隨之從細胞表面translocation到細胞質中，無法活化下游製造F-actin蛋白，使細胞失去lamellipodia的結構(Fig.5)；此外，代表細胞生長的Erk和Akt兩個蛋白質其磷酸化也隨著lipid raft internalization而下降(Fig.6)。反之不表現caveolin的細胞其懸浮後持續維持lamellipodia結構與較高的Erk、Akt磷酸化。這樣的結果證明了caveolin的確參與由integrin調控的生長訊息傳導。

Fig.5

Fig.6

    最後，作者利用mutant證明caveolin的tyrosin 14磷酸化位置是調控上述生長訊息傳導所必須的(Fig.7)。

Fig.7

Summary

當細胞貼附ECM時，integrin持續收到刺激訊號，傳遞生長訊息；當細胞懸浮時，integrin喪失ECM刺激，caveolae (lipid raft)進行internalization，帶領Rac離開原本執行功能的位置，阻斷生長訊息傳導。本篇研究結果證明上述過程是由phospho-caveolin^Y14參與。

Discussion

    就本篇研究看來，caveolin扮演了調控細胞正常生長的重要角色。由於caveolin的存在，貼附型的細胞在懸浮後會停止生長，避免生長失控的情形，理論上是抑制腫瘤發生。然而臨床上觀察癌細胞caveolin的表現卻不這麼單純，部分癌細胞甚至表現更多的caveolin蛋白！caveolin與腫瘤發生之間的關係值得我們進一步探索。

Reference:

1.            Miguel A. del Pozo, et al. Integrins regulate Rac targeting by internalization of membrane domains, Science 303, 839-842, 2004.

2.            Alex W. Cohen, et al. Role of caveolae and caveolins in health and disease, Physiology Review 84, 1341-1379, 2004.