Фокальные адгезии как субклеточные сигнальные центры пути PI3K-AKT

Путь фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K)-AKT — один из наиболее важных и интенсивно изучаемых сигнальных путей. Он является центральным регулятором различных клеточных процессов, включая рост, пролиферацию, метаболизм и выживание клеток. Гиперактивация сигналинга PI3K-AKT тесно связана с целым рядом заболеваний человека, особенно раком.

Группа исследователей под руководством доктора Хэ Каньмина из Института генетики и биологии развития и доктора Фан Сяохун из Ханчжоуского института медицины идентифицировала фокальные адгезии как субклеточные сигнальные центры, организующие активацию сигнального пути PI3K-PI(3,4,5)P₃-AKT в клетках млекопитающих в базальных условиях.

Исследование под названием «Пространственная организация сигналинга PI3K-PI(3,4,5)P₃-AKT фокальными адгезиями» было опубликовано в журнале Molecular Cell 1 ноября 2024 года.

Используя инструмент геномного редактирования CRISPR-Cas9 для флуоресцентной метки эндогенной PI3K класса IA и метод количественной визуализации отдельных молекул, учёные обнаружили, что как каталитические, так и регуляторные субъединицы PI3K класса IA предпочтительно и динамично рекрутируются в фокальные адгезии для активации. Активированная PI3K класса I катализирует образование критической сигнальной липидной молекулы PI(3,4,5)P₃.

Для визуализации субклеточного распределения и динамики следовых количеств PI(3,4,5)P₃ в покоящихся клетках млекопитающих исследователи разработали высокочувствительный сенсор PI(3,4,5)P₃. Они выявили, что PI(3,4,5)P₃ демонстрирует выраженное локальное обогащение вокруг фокальных адгезий. PI(3,4,5)P₃ играет ключевую сигнальную роль, рекрутируя и активируя различные эффекторные белки, включая серин/треониновую протеинкиназу AKT.

Анализируя мембранную динамику эндогенного AKT1 с помощью количественной визуализации отдельных молекул, они показали, что молекулы AKT1 динамично рекрутируются вокруг фокальных адгезий для активации в клетках в базальных условиях.

Кроме того, было обнаружено, что пространственный рекрутинг и активация сигналинга PI3K-PI(3,4,5)P₃-AKT регулируются киназой фокальных адгезий (FAK). Онкогенная «горячая точка» активирующей мутации в p110α увеличивает её липидкиназную активность, что сильно усиливает локализованную генерацию и, следовательно, обогащение PI(3,4,5)P₃ вокруг фокальных адгезий.

В противоположность этому, потеря PTEN препятствует удалению PI(3,4,5)P₃ с поверхности клетки, что приводит к высокому накоплению PI(3,4,5)P₃ по всей клеточной поверхности, одновременно ослабляя его компартментализованное распределение вокруг фокальных адгезий.

Каноническая точка зрения предполагает, что PI3K класса I активируются в основном нижестоящими от стимулируемых агонистами рецепторных тирозинкиназ или G-белок-сопряжённых рецепторов. Таким образом, с помощью инновационных инструментов и методологий это исследование раскрывает независимый от факторов роста, компартментализованный механизм организации сигналинга PI3K-PI(3,4,5)P₃-AKT в раковых клетках человека в базальных условиях.