Model systems for studying cell adhesion and biomimetic actin networks

Beilstein Journal of Nanotechnology

Volumn 5, Issue 1, 2014, Pages 1193-1202

  Brüggemann, Dorothea ^a,b   Frohnmayer, Johannes P ^a,b   Spatz, Joachim P ^a,b  

^a MAX PLANCK INSTITUTE FOR INTELLIGENT SYSTEMS   (Germany)

^b UNIVERSITY OF HEIDELBERG   (Germany)

Author keywords

Actin network; Cell adhesion; Giant unilamellar vesicle; Integrin; Lipid bilayer; Protein reconstitution; Synthetic cell; Talin

Indexed keywords

BIOMIMETICS; CELL ADHESION; GLYCOPROTEINS; LIPID BILAYERS;

ACTIN NETWORKS; CELL ADHESION MOLECULES; CELLULAR PROCESS; GIANT UNILAMELLAR VESICLES; INTEGRIN RECEPTORS; INTEGRINS; TALIN; TUMOR PROGRESSIONS;

PROTEINS;

EID: 84938330770     PISSN: None     EISSN: 21904286     Source Type: Journal    
DOI: 10.3762/bjnano.5.131     Document Type: Review

References (83)

1. Fenz, S. F.; Sengupta, K. Integr. Biol. 2012, 4, 982-995. doi:10.1039/c2ib00188h
2. Stano, P. Biotechnol. J. 2011, 6, 850-859. doi:10.1002/biot.201100079
3. Ruoslahti, E.; Pierschbacher, M. D. Science 1987, 238, 491-497. doi:10.1126/science.2821619
4. Albelda, S. M.; Buck, C. A. FASEB J. 1990, 4, 2868-2880.
5. Tamkun, J. W.; DeSimone, D. W.; Fonda, D.; Patel, R. S.; Buck, C.; Horwitz, A. F.; Hynes, R. O. Cell 1986, 46, 271-282. doi:10.1016/0092-8674(86)90744-0
6. Hynes, R. O. Trends Cell Biol. 1999, 9, M33-M37. doi:10.1016/S0962-8924(99)01667-0
7. Barczyk, M.; Carracedo, S.; Gullberg, D. Cell Tissue Res. 2010, 339, 269-280. doi:10.1007/s00441-009-0834-6
8. Humphries, J. D.; Byron, A.; Humphries, M. J. J. Cell Sci. 2006, 119, 3901-3903. doi:10.1242/jcs.03098
9. Evans, E. A.; Calderwood, D. A. Science 2007, 316, 1148-1153. doi:10.1126/science.1137592
10. Hynes, R. O. Cell 2002, 110, 673-687. doi:10.1016/S0092-8674(02)00971-6
11. Huttenlocher, A.; Horwitz, A. R. Cold Spring Harbor Perspect. Biol. 2011, 3, a005074. doi:10.1101/cshperspect.a005074
12. Calderwood, D. A. Biochem. Soc. Trans. 2004, 32, 434-437. doi:10.1042/BST0320434
13. Calderwood, D. A. J. Cell Sci. 2004, 117, 657-666. doi:10.1242/jcs.01014
14. Critchley, D. R.; Gingras, A. R. J. Cell Sci. 2008, 121, 1345-1347. doi:10.1242/jcs.018085
15. Wang, J.-H. Cell Res. 2012, 22, 1512-1514. doi:10.1038/cr.2012.103
16. Gailit, J.; Ruoslahti, E. J. Biol. Chem. 1988, 263, 12927-12932.
17. Selhuber-Unkel, C.; López-García, M.; Kessler, H.; Spatz, J. P. Biophys. J. 2008, 95, 5424-5431. doi:10.1529/biophysj.108.139584
18. Arnold, M.; Cavalcanti-Adam, E. A.; Glass, R.; Blümmel, J.; Eck, W.; Kantlehner, M.; Kessler, H.; Spatz, J. P. ChemPhysChem 2004, 5, 383-388. doi:10.1002/cphc.200301014
19. Selhuber-Unkel, C.; Erdmann, T.; López-García, M.; Kessler, H.; Schwarz, U. S.; Spatz, J. P. Biophys. J. 2010, 98, 543-551. doi:10.1016/j.bpj.2009.11.001
20. Hartman, M. A.; Spudich, J. A. J. Cell Sci. 2012, 125, 1627-1632. doi:10.1242/jcs.094300
21. Mitra, S. K.; Hanson, D. A.; Schlaepfer, D. D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, 6, 56-68. doi:10.1038/nrm1549
22. Geiger, B.; Spatz, J. P.; Bershadsky, A. D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10, 21-33. doi:10.1038/nrm2593
23. Parsons, J. T.; Horwitz, A. R.; Schwartz, M. A. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2010, 11, 633-643. doi:10.1038/nrm2957
24. Zaidel-Bar, R.; Geiger, B. J. Cell Sci. 2010, 123, 1385-1388. doi:10.1242/jcs.066183
25. Zaidel-Bar, R.; Itzkovitz, S.; Ma'ayan, A.; Iyengar, R.; Geiger, B. Nat. Cell Biol. 2007, 9, 858-867. doi:10.1038/ncb0807-858
26. Srichai, M. B.; Zent, R. Integrin Structure and Function. In Cell-Extracellular Matrix Interactions in Cancer; Zent, R.; Pozzi, A., Eds.; Springer: New York, 2010; pp 19-41. doi:10.1007/978-1-4419-0814-8_2
27. Zent, R.; Pozzi, A., Eds.; Springer: New York, 2010; pp 19-41. doi:10.1007/978-1-4419-0814-8_2
28. Grzesiak, J. J.; Tran Cao, H. S.; Burton, D. W.; Kaushal, S.; Vargas, F.; Clopton, P.; Snyder, C. S.; Deftos, L. J.; Hoffman, R. M.; Bouvet, M. Int. J. Cancer 2011, 129, 2905-2915. doi:10.1002/ijc.25942
29. Barczyk, M. M.; Gullberg, D.; Bolstad, A. I. Methods Mol. Biol. (N. Y., NY, U. S.) 2012, 887, 49-57. doi:10.1007/978-1-61779-860-3_6
30. Cox, D.; Brennan, M.; Moran, N. Nat. Rev. Drug Discovery 2010, 9, 804-820. doi:10.1038/nrd3266
31. Goodman, S. L.; Picard, M. Trends Pharmacol. Sci. 2012, 33, 405-412. doi:10.1016/j.tips.2012.04.002
32. Huveneers, S.; Truong, H.; Danen, E. H. J. Int. J. Radiat. Biol. 2007, 83, 743-751. doi:10.1080/09553000701481808
33. Rigaud, J. L.; Pitard, B.; Levy, D. Biochim. Biophys. Acta 1995, 1231, 223-246. doi:10.1016/0005-2728(95)00091-V
34. Parise, L. V.; Phillips, D. R. J. Biol. Chem. 1985, 260, 10698-10707.
35. Parise, L. V.; Phillips, D. R. J. Biol. Chem. 1985, 260, 1750-1756.
36. Rigaud, J.-L.; Lévy, D. Methods Enzymol. 2003, 372, 65-86. doi:10.1016/S0076-6879(03)72004-7
37. Levy, D.; Bluzat, A.; Seigneuret, M.; Rigaud, J.-L. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1025, 179-190. doi:10.1016/0005-2736(90)90096-7
38. Holloway, P. W. Anal. Biochem. 1973, 53, 304-308. doi:10.1016/0003-2697(73)90436-3
39. Rigaud, J.-L.; Levy, D.; Mosser, G.; Lambert, O. Eur. Biophys. J. 1998, 27, 305-319. doi:10.1007/s002490050138
40. Müller, B.; Zerwes, H. G.; Tangemann, K.; Peter, J.; Engel, J. J. Biol. Chem. 1993, 268, 6800-6808.
41. Erb, E.-M.; Tangemann, K.; Bohrmann, B.; Müller, B.; Engel, J. Biochemistry 1997, 36, 7395-7402. doi:10.1021/bi9702187
42. Erb, E.-M.; Engel, J. Reconstitution of Functional Integrin into Phopsholipid Vesicles and Planar Lipid Bilayers. In Extracellular Matrix Protocols; Streuli, C.; Grant, M., Eds.; Humana Press: New York, NY, USA, 2000; pp 71-82. doi:10.1385/1-59259-063-2:71
43. Ye, F.; Liu, J.; Winkler, H.; Taylor, K. A. J. Mol. Biol. 2008, 378, 976-986. doi:10.1016/j.jmb.2008.03.014
44. Goennenwein, S.; Tanaka, M.; Hu, B.; Moroder, L.; Sackmann, E. Biophys. J. 2003, 85, 646-655. doi:10.1016/S0006-3495(03)74508-1
45. Smith, A.-S.; Sengupta, K.; Goennenwein, S.; Seifert, U.; Sackmann, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 6906-6911. doi:10.1073/pnas.0801706105
46. Sinner, E.-K.; Reuning, U.; Kök, F. N.; Saccà, B.; Moroder, L.; Knoll, W.; Oesterhelt, D. Anal. Biochem. 2004, 333, 216-224. doi:10.1016/j.ab.2004.05.022
47. Kamat, N. P.; Katz, J. S.; Hammer, D. A. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1612-1623. doi:10.1021/jz200640x
48. Walde, P.; Cosentino, K.; Engel, H.; Stano, P. ChemBioChem 2010, 11, 848-865. doi:10.1002/cbic.201000010
49. Girard, P.; Pécréaux, J.; Lenoir, G.; Falson, P.; Rigaud, J.-L.; Bassereau, P. Biophys. J. 2004, 87, 419-429. doi:10.1529/biophysj.104.040360
50. Hansen, J. S.; Vararattanavech, A.; Vissing, T.; Torres, J.; Emnéus, J.; Hélix-Nielsen, C. ChemBioChem 2011, 12, 2856-2862. doi:10.1002/cbic.201100537
51. Hansen, J. S.; Thompson, J. R.; Hélix-Nielsen, C.; Malmstadt, N. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17294-17297. doi:10.1021/ja409708e
52. Dezi, M.; Di Cicco, A.; Bassereau, P.; Lévy, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 7276-7281. doi:10.1073/pnas.1303857110
53. Betaneli, V.; Petrov, E. P.; Schwille, P. Biophys. J. 2012, 102, 523-531. doi:10.1016/j.bpj.2011.12.049
54. Aimon, S.; Manzi, J.; Schmidt, D.; Poveda Larrosa, J. A.; Bassereau, P.; Toombes, G. E. S. PLoS One 2011, 6, e25529. doi:10.1371/journal.pone.0025529
55. Streicher, P.; Nassoy, P.; Bärmann, M.; Dif, A.; Marchi-Artzner, V.; Brochard-Wyart, F.; Spatz, J.; Bassereau, P. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788, 2291-2300. doi:10.1016/j.bbamem.2009.07.025
56. Cortese, J. D.; Schwab, B., III; Frieden, C.; Elson, E. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1989, 86, 5773-5777. doi:10.1073/pnas.86.15.5773
57. Bärmann, M.; Käs, J.; Kurzmeier, H.; Sackmann, E. A New Cell Model - Actin Networks Encaged by Giant Vesicles. In The Structure and Conformation of Amphiphilic Membranes; Lipowsky, R.; Richter, D.; Kremer, K., Eds.; Springer: Berlin, Heidelberg, 1992; pp 137-143. doi:10.1007/978-3-642-84763-9_26
58. Häckl, W.; Bärmann, M.; Sackmann, E. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 1786-1789. doi:10.1103/PhysRevLett.80.1786
59. Demé, B.; Hess, D.; Tristl, M.; Lee, L.-T.; Sackmann, E. Eur. Phys. J. E 2000, 2, 125-136. doi:10.1007/s101890050046
60. Limozin, L.; Barmann, M.; Sackmann, E. Eur. Phys. J. E: Soft Matter Biol. Phys. 2003, 10, 319-330.
61. Limozin, L.; Sackmann, E. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 168103. doi:10.1103/PhysRevLett.89.168103
62. Pautot, S.; Frisken, B. J.; Weitz, D. A. Langmuir 2003, 19, 2870-2879. doi:10.1021/la026100v
63. Pontani, L.-L.; van der Gucht, J.; Salbreux, G.; Heuvingh, J.; Joanny, J.-F.; Sykes, C. Biophys. J. 2009, 96, 192-198. doi:10.1016/j.bpj.2008.09.029
64. Murrell, M.; Pontani, L.-L.; Guevorkian, K.; Cuvelier, D.; Nassoy, P.; Sykes, C. Biophys. J. 2011, 100, 1400-1409. doi:10.1016/j.bpj.2011.01.038
65. Cabré, E. J.; Sánchez-Gorostiaga, A.; Carrara, P.; Ropero, N.; Casanova, M.; Palacios, P.; Stano, P.; Jiménez, M.; Rivas, G.; Vicente, M. J. Biol. Chem. 2013, 288, 26625-26634. doi:10.1074/jbc.M113.491688
66. Maeda, Y. T.; Nakadai, T.; Shin, J.; Uryu, K.; Noireaux, V.; Libchaber, A. ACS Synth. Biol. 2012, 1, 53-59. doi:10.1021/sb200003v
67. Liu, A. P.; Fletcher, D. A. Biophys. J. 2007, 92, 697. doi:10.1529/biophysj.106.0900151
68. Liu, A. P.; Richmond, D. L.; Maibaum, L.; Pronk, S.; Geissler, P. L.; Fletcher, D. A. Nat. Phys. 2008, 4, 789-793. doi:10.1038/nphys1071
69. Miyata, H.; Nishiyama, S.; Akashi, K.; Kinosita, K., Jr. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1999, 96, 2048-2053. doi:10.1073/pnas.96.5.2048
70. Takiguchi, K.; Yamada, A.; Negishi, M.; Honda, M.; Tanaka-Takiguchi, Y.; Yoshikawa, K. Methods Enzymol. 2009, 464, 31-53. doi:10.1016/S0076-6879(09)64003-9
71. Takiguchi, K.; Yamada, A.; Negishi, M.; Tanaka-Takiguchi, Y.; Yoshikawa, K. Langmuir 2008, 24, 11323-11326. doi:10.1021/la802031n
72. Carvalho, K.; Tsai, F.-C.; Lees, E.; Voituriez, R.; Koenderink, G. H.; Sykes, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 19969. doi:10.1073/pnas.1320628110
73. Tsai, F.-C.; Stuhrmann, B.; Koenderink, G. H. Langmuir 2011, 27, 10061-10071. doi:10.1021/la201604z
74. Weinberger, A.; Tsai, F.-C.; Koenderink, G. H.; Schmidt, T. F.; Itri, R.; Meier, W.; Schmatko, T.; Schröder, A.; Marques, C. Biophys. J. 2013, 105, 154-164. doi:10.1016/j.bpj.2013.05.024
75. Heise, H.; Bayerl, T.; Isenberg, G.; Sackmann, E. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1061, 121-131. doi:10.1016/0005-2736(91)90276-E
76. Kaufmann, S.; Käs, J.; Goldmann, W. H.; Sackmann, E.; Isenberg, G. FEBS Lett. 1992, 314, 203-205. doi:10.1016/0014-5793(92)80975-M
77. Goldmann, W. H.; Niggli, V.; Kaufmann, S.; Isenberg, G. Biochemistry 1992, 31, 7665-7671. doi:10.1021/bi00148a030
78. Goldmann, W. H.; Senger, R.; Kaufmann, S.; Isenberg, G. FEBS Lett. 1995, 368, 516-518. doi:10.1016/0014-5793(95)00678-3
79. Dietrich, C.; Goldmann, W. H.; Sackmann, E.; Isenberg, G. FEBS Lett. 1993, 324, 37-40. doi:10.1016/0014-5793(93)81527-7
80. Niggli, V.; Kaufmann, S.; Goldmann, W. H.; Weber, T.; Isenberg, G. Eur. J. Biochem. 1994, 224, 951-957. doi:10.1111/j.1432-1033.1994.00951.x
81. Isenberg, G.; Doerhoefer, S.; Hoekstra, D.; Goldmann, W. H. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2002, 295, 636-643. doi:10.1016/S0006-291X(02)00714-3
82. Saitoh, A.; Takiguchi, K.; Tanaka, Y.; Hotani, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998, 95, 1026-1031. doi:10.1073/pnas.95.3.1026
83. Ye, F.; Hu, G.; Taylor, D.; Ratnikov, B.; Bobkov, A. A.; McLean, M. A.; Sligar, S. G.; Taylor, K. A.; Ginsberg, M. H. J. Cell Biol. 2010, 188, 157-173. doi:10.1083/jcb.200908045