Zelladhäsionsmoleküle (CAMs)

Zelladhäsionsmoleküle (CAMs) sind Zelloberflächenproteine, die die Bindung zwischen Zellen sowie zwischen Zellen und der extrazellulären Matrix vermitteln. Sie werden in verschiedene Familien – Cadherine, Integrine, Selectine und Proteine der Immunglobulin-Superfamilie – eingeteilt und sind die molekularen Komponenten, die Zellverbindungen aufbauen, die Morphogenese steuern und es Zellen ermöglichen, ihre Nachbarn und ihre Umgebung zu erkennen und darauf zu reagieren.

Definition

Zelladhäsionsmoleküle sind Transmembran- oder Membran-assoziierte Proteine, deren extrazelluläre Domänen Liganden auf anderen Zellen oder in der extrazellulären Matrix binden, wodurch Adhäsion vermittelt und oft Signale über die Membran übertragen werden; die Hauptfamilien sind die Cadherine, Integrine, Selectine und CAMs der Immunglobulin-Superfamilie.

Scope

Dieses Thema behandelt die wichtigsten CAM-Familien, die Unterscheidung zwischen kalziumabhängiger und kalziumunabhängiger Adhäsion, den Unterschied zwischen homophiler und heterophiler Bindung, den Kontrast zwischen Zell-Zell- und Zell-Matrix-Adhäsion sowie die Rolle von CAMs als Signalrezeptoren. Es wird als Referenz- und Bildungsbeitrag behandelt, nicht als klinische Leitlinie.

Key concepts

• Cadherine (kalziumabhängige Zell-Zell-Adhäsion)
• Integrine (Zell-Matrix-Adhäsion)
• Selectine (Kohlenhydrat-bindende Adhäsion)
• CAMs der Immunglobulin-Superfamilie
• Homophile versus heterophile Bindung
• Zell-Zell- versus Zell-Matrix-Adhäsion
• Adhäsionsabhängige Signalübertragung und Mechanosensorik

Mechanisms

Jede CAM-Familie verwendet eine charakteristische Bindungsstrategie. Cadherine vermitteln kalziumabhängige, weitgehend homophile Zell-Zell-Adhäsion und sind der adhäsive Kern von Adhärenzverbindungen und Desmosomen; die Kalziumbindung zwischen ihren extrazellulären Wiederholungen ist für die Adhäsion erforderlich. Integrine sind heterodimere Rezeptoren, die Liganden der extrazellulären Matrix binden und die Matrix mit dem Aktin-Zytoskelett verbinden, wodurch die Zell-Matrix-Adhäsion vermittelt wird. Selectine binden spezifische Kohlenhydratliganden und unterstützen eine transiente Adhäsion, insbesondere das Rollen von Leukozyten auf dem Endothel. CAMs der Immunglobulin-Superfamilie verwenden Immunglobulin-ähnliche Domänen für die kalziumunabhängige homophile oder heterophile Bindung. Über das Festhalten von Zellen hinaus fungieren Adhäsionsmoleküle als Rezeptoren: Die Bindung überträgt Signale nach innen und ermöglicht es Zellen, die mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung wahrzunehmen, sodass Adhäsion und Signalübertragung gekoppelt sind.

Clinical relevance

CAMs steuern Prozesse wie Gewebebildung, Leukozyten-Trafficking und Zellmigration, und veränderte Adhäsion ist ein wiederkehrendes Thema in Studien zu Entzündungen, Entwicklung und Krebs. Dieser Eintrag beschreibt die Moleküle und ihre Mechanismen zu Referenz- und Bildungszwecken und ist keine Grundlage für Diagnose oder Behandlung.

History

Die Erkenntnis, dass unterschiedliche Proteinfamilien die Zelladhäsion vermitteln, entstand in den 1980er Jahren, als Cadherine, Integrine und andere Adhäsionsrezeptoren biochemisch definiert wurden. Gumbiners Synthese (1996) fasste die Zelladhäsion als molekulare Grundlage der Gewebearchitektur und Morphogenese auf, und spätere strukturelle Arbeiten klärten, wie Cadherine und Catenine zusammenwirken und wie Adhäsion mit Signalübertragung und Mechanosensorik gekoppelt ist.

Key figures

• Barry Gumbiner
• Masatoshi Takeichi
• Richard Hynes
• Benjamin Geiger

Seminal works

• gumbiner-1996
• gumbiner-2005
• shapiro-weis-2009

Frequently asked questions

Was sind die Hauptfamilien der Zelladhäsionsmoleküle?

Die Hauptfamilien sind Cadherine, Integrine, Selectine und CAMs der Immunglobulin-Superfamilie, jede mit einem spezifischen Bindungsmechanismus und einer typischen Rolle bei der Zell-Zell- oder Zell-Matrix-Adhäsion.

Halten Zelladhäsionsmoleküle nur Zellen zusammen?

Nein. Viele CAMs fungieren nicht nur als Adhäsionsvermittler, sondern auch als Signalrezeptoren: Die Bindung ihrer Liganden überträgt Informationen in die Zelle und ermöglicht es den Zellen, die mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung wahrzunehmen.