β1 integrins regulate fibroblast chemotaxis through control of N-WASP stability

King, Samantha J., et al. 2011. EMBO. J. 30, 1705–1718.

Speaker: Yu-Zhen Lu (呂瑜珍)                                     Time: 14:00~14:50, Nov. 30, 2011

Commentator: Dr. Hsiao-Sheng Liu (劉校生博士)      Place: Room 601

Abstract

Integrins為細胞表面受體，可以和細胞外基質蛋白(extracellular matrix proteins) 結合來傳遞訊息，進而影響到細胞的增生、分化、移動等等。近年來的研究發現，Integrins可以和其他生長因子受體(growth factor receptors)合作，發動下游的訊息，例如:表皮細胞生長因子受體(epidermal growth factor receptor)、血小板衍生生長因子受體(platelet -derived growth factor receptor, PDGFR)；然而有關這方面的機制卻尚未了解透徹。

這篇研究的作者主要探討β1 integrins在纖維母細胞進行趨化(chemotaxis)過程中如何調控PDGFR的訊號。實驗中，作者發現將β1 integrins基因 knockout後，纖維母細胞就會失去方向性，無法移動到PDGF濃度高的地方(圖一)。且當細胞失去β1 integrins後，加入PDGF，也無法正常分解掉PDGFR；對PDGF的攝取能力也降低了。但這些現象在轉入(transfection) β1 integrins基因後就可回復。說明了β1 integrins在纖維母細胞的趨化過程中扮演重要的角色。

在經過一系列的實驗測試後發現，當細胞失去β1 integrins後，他的Wiskott-Aldrilch syndrome protein (N-WASP)的表現量也相對降低了(圖二)。N-WASP是細胞中調控細胞骨架重要的蛋白，一旦這個基因發生突變，會引起嚴重的免疫缺陷疾病。當加入PDGF後，N-WASP會和β1 integrins及PDGFR形成複合體(complex)，並一起調控細胞的趨化反應。但細胞如果失去β1 integrins，會使得N-WASP加速被分解掉；此種現象可以藉由過度表現WIP(WASP-interacting protein)來回復。WIP可以和N-WASP結合，進而穩定N-WASP，使N-WASP不會被分解掉；因此過度表現WIP，就可以穩定N-WASP，使細胞在失去β1 integrins情況下，可以稍微回復趨化反應。實驗也發現，加入PDGF後，活化的β1 integrins可以促進N-WASP-WIP 複合體的形成，調控下游的反應(圖三)。

                                                                        圖一: 纖維母細胞knockout β1 integrins基因後，會失去趨化反應。

                                                    圖二: 纖維母細胞失去β1 integrins基因後，N-WASP表現量也降低了。

                                                          圖三: 活化的活化的β1 integrins可以促進 N-WASP-WIP 複合體的形成，調控下游的反應。

以前的研究發現活化N-WASP除了需要WIP外，還需要cdc42的磷酸化。cdc42是一種小型G蛋白質(small G-protein)，屬於 Rho GTPase 群；當cdc42和GDP結合時，是不活化的；只有當cdc42和GTP結合後，才會呈現活化狀態，並去磷酸化下游蛋白，傳遞訊息。本篇實驗也證實了β1 integrins可以促進cdc42的活化，進而使cdc42和N-WASP形成複合體並活化N-WASP，使N-WASP可以進一步調控趨化反應。

本篇研究的結論就是，在纖維母細胞進行趨化反應時，除了PDGFR自己所傳遞的訊號外，β1 integrins也扮演了重要的調控角色，藉由促進N-WASP和WIP及N-WASP和cdc42複合體的形成，導致下游訊息可以順利的傳遞下去，最後產生了趨化、PDGFR分解、PDGF的攝取等反應(圖四)。

圖四:

References:

1          Streuli, Charles H. and Akhtar, N. 2009. Signal co-operation between integrins and other receptor systems. Biochem. J. 418, 491-506.

2          Kurisu, S. and Takenawa, T. 2009.The WASP and WAVE family proteins. Genome Biol. 10, 226-233.