Epiteelisten integriinien roolit soluväliaineen kemiallisessa ja fysikaalisessa aistimisessa solun muodon ja polaarisuuden säätelemiseksi

Tässä väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin miten epiteelisolujen pinnalla olevat erityiset solukalvoreseptorit, integriinit, välittävät soluväliaineen kemiallisesta koostumuksesta, jäykkyydestä ja sijainnista kertovia signaaleja soluun. Solut käyttävät näitä signaaleja ympäristöstä kertovina vihjeinä orientoidakseen pintarakenteensa oikein suhteessa soluväliaineeseen ja siten järjestäytyäkseen monisoluisiksi rakkularakenteiksi. Tämän kaltaisia onttoja epiteelirakenteita muodostuu alkionkehityksen aikana esimerkiksi munuaisissa, joiden toiminnalliset yksiköt eli nefronit suodattavat virtsaa verestä. Tässä työssä käytimme mallina munuaisperäisiä epiteelisoluja.

Havaitsimme soluväliaineen kollageenia ja laminiinia sitovien integriinien yhdessä säätelevän epiteelisolujen orientaatiota, jonka seurauksena solut kykenivät koordinoidusti muodostamaan epiteelisen rakkularakenteen onton sisäosan, joko polarisoituneen kalvokuljetuksen tai valikoidun solukuoleman eli apoptoosin kautta. Lisäksi laminiinia sitova integriini α3β1 ohjasi solun jakaantumista epiteelitasoon nähden siten, että tytärsolut säilyivät epiteelirakenteen sisällä päätymättä sen onttoon sisäosaan.

Integriinien välittämät signaalit myös viestivät soluväliaineen jäykkyydestä, mikä saa solut muokkaamaan sisäistä tukirankaansa sopeuttaakseen muotoaan ja elastisuuttaan. Integriinien soluväliaineen sitomiskohdat eli adheesiot ankkuroivat solun tukirangan välittäen siihen soluväliaineen mekaaniset vaikutukset. Solujen supistuminen suhteessa jäykkään soluväliaineeseen on olennaista solujen liikkuessa yksittäin tai ryhmissä. Osoitimme, että αV-alayksikön sisältämät integriinit, jotka eivät ensisijaisesti välittäneet solujen tarttumista soluväliaineeseen, tarvittiin silti väliaineen mekaaniseen signaalinvälitykseen.

Solut osallistuvat väliaineen molekyylien eritykseen ja näitä molekyylejä sitovat solukalvon reseptorit, mukaan lukien integriinit, kokoavat ne ei-liukoisiksi säikeiksi tai verkostoiksi. Tyvikalvo on erityinen soluväliaineen rakenne, joka ohjaa epiteelisolujen järjestäytymistä kehityksen aikana. Osoitimme, että integriini β4-alayksikkö osallistuu tyvikalvon muodostumiseen säätelemällä sen sisältämän laminiinin polymerisaatiota. Yllättävä löydös oli se, että integriini β4-alayksikön muodostamaa heterodimeeriä integriini alpha6 alayksikön kanssa ei nähtävästi tähän tehtävään vaadittu vaan β4-alayksikkö suoriutui tehtävästä myös ilman α6-alayksikköä.