Aβ에 따른 세포접착, 세포이동, 세포사의 변화에 관여하는 국소유착의 분리의 역할에 관한 연구

Abstract

The ligation of extracellular matrix proteins such as fibronectin and laminin to integrins is critical to many cellular processes, such as cell adhesion, migration, and survival. Previous studies have demonstrated that the binding of Aβ to integrins is required for Aβ-induced neurotoxicity and that Aβ mimics some early stages of integrin signaling. However, it is unclear how Aβ-induced activation of integrin signaling per se can account for Aβ-induced neurotoxicity, since physiological integrin signaling has been shown to be neuroprotective. In this study, we hypothesized that the ligation of Aβ to β1-integrin complexes induces abnormal changes to integrin-dependent focal adhesions and downstream biological processes. Indeed, we found that Aβ oligomers and fibrils, by inappropriate ligation to β1-integrin complexes and caspase activation, exerted completely opposing effects to that known with physiological integrin ligation in cell adhesion, migration, and survival. These effects could largely be reversed by the integrin ligand fibronectin, pan-caspase inhibitor Z-VAD-FMK, and a proven β1-integrin blocking antibody. At the same time, Aβ strongly inhibited the localization of two structural focal adhesion components that link β-integrins to the F-actin cytoskeleton, Talin and Vinculin. Such disassembly of focal adhesion components occurred rapidly prior to any signs of cell death, suggesting that focal adhesion disassembly represent an early and critical component of Aβ-induced cell death. Taken together, these data allow us to propose that the breakdown of focal adhesion complexes by the ligation of Aβ to β1-integrin complexes, rather than the activation of integrin signaling, underlies Aβ-induced inhibition of cell adhesion and migration as well as promotion of cell death.

Integrin은 fibronectin과 laminin같은 세포외기질(extracellular matrix)에 결합하여 세포의 접착, 이동, 생존과 같은 다양한 세포과정에서 중요한 역할을 하고 있다. 이전 연구에 따르면, Aβ는 integrin에 결합하여 integrin signaling을 모방함으로써 Aβ에 인한 신경독성(neurotoxicity)을 일으키고 있다. 하지만 생체적인 integrin signaling은 신경보호기능이 있기 때문에, Aβ에 인한 신경독성 과정에 Aβ로 인해 활성화된 integrin이 어떻게 연계가 되어있는지는 확실치 않다. 이번 연구에서 우리는 β1 integrin 복합체에 결합하는 Aβ가 integrin이 연계된 국소유착(focal adhesion)과 생물적 과정에서 비정상적인 변화를 일으킬 것이라 가정하였다. 그 결과, β1에 부적절하게 결합된 Aβ oligomer와 fibril이 세포 접착, 이동, 생존에 대한 생체적인 integrin signaling의 기능과는 완전히 반대되는 작용을 일으키는 것을 확인하였다. 이러한 효과들은 integrin의 기질인 fibronectin, 특정 β1 integrin의 항체, 그리고 caspase의 억제제인 Z-VAD-FMK를 추가로 처리함으로써 저해될 수 있었다. 또한, Aβ는 β1 integrin과 F-actin을 연결하는 구조 단백질인 Talin과 Vinculin의 발현을 크게 억제하였다. 이런 국소유착의 분리는 세포사(cell death)의 증후가 나타나기 전에 빠르게 진행되었으며, 이는 이 분리가 Aβ로 인한 세포사에 중요한 조기 요소임을 의미한다. 따라서, 이 실험 결과는 β1 integrin에 결합한 Aβ로 인한 국소유착의 분리는 Aβ에 인한 세포 접착이나 이동의 방해와 세포사(cell death)를 증가시키는 데에 있어 가장 근본적인 바탕이 됨을 보여준다.