Lực kích hoạt hoạt động của trình điều khiển α-actin cơ trơn thông qua con đường tín hiệu Rho
Tóm tắt
Trong tình trạng quá tải áp lực hoặc thể tích, sự tăng trưởng phì đại của cơ tim có liên quan đến sự biệt hóa myofibroblast, một quá trình mà trong đó các fibroblast tim biểu hiện α-actin cơ trơn (SMA). Các cơ chế tín hiệu trung gian sự biệt hóa myofibroblast và biểu hiện SMA do lực gây ra vẫn chưa được xác định. Chúng tôi đã khảo sát vai trò của con đường Rho–Rho-kinase trong việc biểu hiện SMA do lực gây ra ở các fibroblast bằng hệ thống mô hình in vitro áp dụng lực kéo tĩnh (0.65 pN/μm2) lên các integrin thông qua các hạt từ tính được phủ collagen. Lực tối đa kích hoạt RhoA sau 10 phút ở các vị trí ứng dụng lực và yêu cầu các sợi actin nguyên vẹn. Việc áp dụng lực đã kích thích phosphoryl hóa LIM kinase (5-10 phút) và phosphoryl hóa giảm sớm của cofilin (5 phút) sau đó được theo sau bởi phosphoryl hóa kéo dài của cofilin. Những phản ứng này đã bị chặn bởi Y27632, một loại thuốc ức chế Rho kinase. Lực đã thúc đẩy sự lắp ráp các sợi actin tại các vị trí ứng dụng lực (10-20 phút), một quá trình yêu cầu Rho kinase và cofilin. Việc áp dụng lực đã dẫn đến sự di chuyển vào nhân của đồng hoạt hóa phiên mã MRTF-A nhưng không phải MRTF-B. Sự di chuyển vào nhân của MRTF-A yêu cầu Rho kinase và các sợi actin nguyên vẹn. Lực gây ra sự gia tăng gấp 3.5 lần hoạt động của trình điều khiển SMA, điều này hoàn toàn bị chặn bởi việc chuyển gen vào các tế bào với MRTF-A có tính áp đảo hoặc bằng cách ức chế Rho kinase hoặc bằng cách phân tách các sợi actin. Những dữ liệu này chỉ ra rằng các lực cơ học trung gian sự lắp ráp actin thông qua con đường Rho–Rho-kinase–LIMK cofilin. Sự lắp ráp sợi actin trung gian bởi lực thúc đẩy sự di chuyển vào nhân của MRTF và kích hoạt tiếp theo trình điều khiển SMA để tăng cường việc biểu hiện SMA.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Arber, S., Barbayannis, F. A., Hanser, H., Schneider, C., Stanyon, C. A., Bernard, O. and Caroni, P. (1998). Regulation of actin dynamics through phosphorylation of cofilin by LIM-kinase. Nature393, 805-809.
Bamburg, J. R., McGough, A. and Ono, S. (1999). Putting a new twist on actin: ADF/cofilins modulate actin dynamics. Trends Cell Biol.9, 364-370.
Berdeaux, R. L., Diaz, B., Kim, L. and Martin, G. S. (2004). Active Rho is localized to podosomes induced by oncogenic Src and is required for their assembly and function. J. Cell Biol.166, 317-323.
Cen, B., Selvaraj, A., Burgess, R. C., Hitzler, J. K., Ma, Z., Morris, S. W. and Prywes, R. (2003). Megakaryoblastic leukemia 1, a potent transcriptional coactivator for serum response factor (SRF), is required for serum induction of SRF target genes. Mol. Cell Biol.23, 6597-6608.
Chrzanowska-Wodnicka, M. and Burridge, K. (1996). Rho-stimulated contractility drives the formation of stress fibers and focal adhesions. J. Cell Biol.133, 1403-1415.
Clark, K., Langeslag, M., Figdor, C. G. and van Leeuwen, F. N. (2007). Myosin II and mechanotransduction: a balancing act. Trends Cell. Biol.17, 178-186.
Copeland, J. W. and Treisman, R. (2002). The diaphanous-related formin mDia1 controls serum response factor activity through its effects on actin polymerization. Mol. Biol Cell.13, 4088-4099.
Darby, I., Skalli, O. and Gabbiani, G. (1990). Alpha-smooth muscle actin is transiently expressed by myofibroblasts during experimental wound healing. Lab. Invest.63, 21-29.
Eghbali, M. (1992). Cardiac fibroblasts: function, regulation of gene expression, and phenotypic modulation. Basic Res. Cardiol.87 Suppl 2, 183-189.
Geneste, O., Copeland, J. W. and Treisman, R. (2002). LIM kinase and Diaphanous cooperate to regulate serum response factor and actin dynamics. J. Cell Biol.157, 831-838.
Glogauer, M. and Ferrier, J. (1998). A new method for application of force to cells via ferric oxide beads. Pflugers Arch.435, 320-327.
Glogauer, M., Ferrier, J. and McCulloch, C. A. (1995). Magnetic fields applied to collagen-coated ferric oxide beads induce stretch-activated Ca2+ flux in fibroblasts. Am. J. Physiol.269, C1093-C1104.
Glogauer, M., Arora, P., Yao, G., Sokholov, I., Ferrier, J. and McCulloch, C. A. (1997). Calcium ions and tyrosine phosphorylation interact coordinately with actin to regulate cytoprotective responses to stretching. J. Cell. Sci.110, 11-21.
Gong, M. C., Fujihara, H., Somlyo, A. V. and Somlyo, A. P. (1997). Translocation of rhoA associated with Ca2+ sensitization of smooth muscle. J. Biol. Chem.272, 10704-10709.
Grinnell, F. and Ho, C. H. (2002). Transforming growth factor beta stimulates fibroblast-collagen matrix contraction by different mechanisms in mechanically loaded and unloaded matrices. Exp. Cell Res.273, 248-255.
Hinz, B., Mastrangelo, D., Iselin, C. E., Chaponnier, C. and Gabbiani, G. (2001). Mechanical tension controls granulation tissue contractile activity and myofibroblast differentiation. Am. J. Pathol.159, 1009-1020.
Ishizaki, T., Naito, M., Fujisawa, K., Maekawa, M., Watanabe, N., Saito, Y. and Narumiya, S. (1997). p160ROCK, a Rho-associated coiled-coil forming protein kinase, works downstream of Rho and induces focal adhesions. FEBS Lett.404, 118-124.
Kainulainen, T., Pender, A., D'Addario, M., Feng, Y., Lekic, P. and McCulloch, C. A. (2002). Cell death and mechanoprotection by filamin a in connective tissues after challenge by applied tensile forces. J. Biol. Chem.277, 21998-22009.
Knowles, G. C. and McCulloch, C. A. (1992). Simultaneous localization and quantification of relative G and F actin content: optimization of fluorescence labeling methods. J. Histochem. Cytochem.40, 1605-1612.
Kuwahara, K., Barrientos, T., Pipes, G. C., Li, S. and Olson, E. N. (2005). Muscle-specific signaling mechanism that links actin dynamics to serum response factor. Mol. Cell Biol.25, 3173-3181.
Lappalainen, P. and Drubin, D. G. (1997). Cofilin promotes rapid actin filament turnover in vivo. Nature388, 78-82.
Leslie, K. O., Taatjes, D. J., Schwarz, J., vonTurkovich, M. and Low, R. B. (1991). Cardiac myofibroblasts express alpha smooth muscle actin during right ventricular pressure overload in the rabbit. Am. J. Pathol.139, 207-216.
Lew, A. M., Glogauer, M. and McUlloch, C. A. (1999). Specific inhibition of skeletal alpha-actin gene transcription by applied mechanical forces through integrins and actin. Biochem. J.341, 647-653.
Li, S., Chen, B. P., Azuma, N., Hu, Y. L., Wu, S. Z., Sumpio, B. E., Shyy, J. Y. and Chien, S. (1999). Distinct roles for the small GTPases Cdc42 and Rho in endothelial responses to shear stress. J. Clin. Invest.103, 1141-1150.
Lin, T., Zeng, L., Liu, Y., DeFea, K., Schwartz, M. A., Chien, S. and Shyy, J. Y. (2003). Rho-ROCK-LIMK-cofilin pathway regulates shear stress activation of sterol regulatory element binding proteins. Circ. Res.92, 1296-1304.
Mack, C. P. and Owens, G. K. (1999). Regulation of smooth muscle alpha-actin expression in vivo is dependent on CArG elements within the 5′ and first intron promoter regions. Circ. Res.84, 852-861.
MacKenna, D., Summerour, S. R. and Villarreal, F. J. (2000). Role of mechanical factors in modulating cardiac fibroblast function and extracellular matrix synthesis. Cardiovasc. Res.46, 257-263.
Miralles, F., Posern, G., Zaromytidou, A. I. and Treisman, R. (2003). Actin dynamics control SRF activity by regulation of its coactivator MAL. Cell113, 329-342.
Nicoletti, A. and Michel, J. B. (1999). Cardiac fibrosis and inflammation: interaction with hemodynamic and hormonal factors. Cardiovasc. Res.41, 532-543.
Nobes, C. D. and Hall, A. (1995). Rho, rac and cdc42 GTPases: regulators of actin structures, cell adhesion and motility. Biochem. Soc. Trans.23, 456-459.
Pender, N. and McCulloch, C. A. (1991). Quantitation of actin polymerization in two human fibroblast sub-types responding to mechanical stretching. J. Cell Sci.100, 187-193.
Pipes, G. C., Creemers, E. E. and Olson, E. N. (2006). The myocardin family of transcriptional coactivators: versatile regulators of cell growth, migration, and myogenesis. Genes Dev.20, 1545-1556.
Riveline, D., Zamir, E., Balaban, N. Q., Schwarz, U. S., Ishizaki, T., Narumiya, S., Kam, Z., Geiger, B. and Bershadsky, A. D. (2001). Focal contacts as mechanosensors: externally applied local mechanical force induces growth of focal contacts by an mDia1-dependent and ROCK-independent mechanism. J. Cell Biol.153, 1175-1186.
Serini, G. and Gabbiani, G. (1999). Mechanisms of myofibroblast activity and phenotypic modulation. Exp. Cell Res.250, 273-283.
Smith, P. G., Roy, C., Zhang, Y. N. and Chauduri, S. (2003). Mechanical stress increases RhoA activation in airway smooth muscle cells. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol.28, 436-442.
Somogyi, K. and Rorth, P. (2004). Evidence for tension-based regulation of Drosophila MAL and SRF during invasive cell migration. Dev. Cell7, 85-93.
Straight, A. F., Cheung, A., Limouze, J., Chen, I., Westwood, N. J., Sellers, J. R. and Mitchison, T. J. (2003). Dissecting temporal and spatial control of cytokinesis with a myosin II Inhibitor. Science299, 1743-1747.
Sun, Y. and Weber, K. T. (1996). Cells expressing angiotensin II receptors in fibrous tissue of rat heart. Cardiovasc. Res.31, 518-525.
Theriot, J. A. (1997). Accelerating on a treadmill: ADF/cofilin promotes rapid actin filament turnover in the dynamic cytoskeleton. J. Cell Biol.136, 1165-1168.
Tomasek, J. J., Gabbiani, G., Hinz, B., Chaponnier, C. and Brown, R. A. (2002). Myofibroblasts and mechano-regulation of connective tissue remodelling. Nat. Rev. Mol. Cell Biol.3, 349-363.
Wang, J., Su, M., Fan, J., Seth, A. and McCulloch, C. A. (2002). Transcriptional regulation of a contractile gene by mechanical forces applied through integrins in osteoblasts. J. Biol. Chem.277, 22889-22895.
Wang, J., Chen, H., Seth, A. and McCulloch, C. A. (2003). Mechanical force regulation of myofibroblast differentiation in cardiac fibroblasts. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol.285, H1871-H1881.
Wang, J., Fan, J., Laschinger, C., Arora, P. D., Kapus, A., Seth, A. and McCulloch, C. A. (2005). Smooth muscle actin determines mechanical force-induced p38 activation. J. Biol. Chem.280, 7273-7284.