Fokale Adhäsionen sind Integrin-haltige Multiproteinstrukturen, die in vielen Zelltypen mechanische Verbindungen zwischen intrazellulären Aktinbündeln und der extrazellulären Matrix oder dem Substrat bilden. Die Bildung und Funktion von fokalen Adhäsionen lässt sich in definierten Schritten beschreiben, die die Initiierung, die Clusterbildung, das Wachstum, die Reifung und den Abbau umfassen. Sie finden sich häufig an der ventralen Oberfläche von Zellen in zweidimensionalen Gewebekulturen und können als die Füße der Zelle angesehen werden, die als interaktive Informationsschnittstellen zwischen Zellen und ihrer Umgebung fungieren.
Studien zeigen, dass neue Adhäsionen an der Vorderkante von wandernden Zellen gebildet werden, an Größe zunehmen und reifen, wenn die Zellen sich über sie hinweg bewegen. Während der Zellwanderung und -ausbreitung dienen fokale Adhäsionen als Haltepunkte, die die Membrankontraktion unterdrücken und die Protrusion an der Vorderkante fördern (nachzulesen in ). In stationären Zellen dienen sie als Verankerungsvorrichtungen, die die Zellmorphologie aufrechterhalten.
Fokale Adhäsionen (FAs) sind hochdynamische Strukturen, die aufgrund des Umsatzes ihrer Komponentenproteine (allgemein bekannt als „Plaque-Proteine“) als Reaktion auf wechselnde mechanische Belastungen (z. B. durch Aktomyosin erzeugte Kräfte, externe Kräfte, die von oder durch die umgebende Matrix ausgeübt werden) wachsen oder schrumpfen. Während die Adhäsionen ihren Ursprung an der Zellperipherie haben, scheinen sie sich relativ zum Zellzentrum nach innen zu bewegen, wenn die Zelle darüber wandert. Die Strukturen als solche sind jedoch relativ zum darunter liegenden Substrat weitgehend ortsfest, gleiten jedoch und verändern langsam ihre Position während des Abbaus bzw. des Umsatzes. Ihr Wachstum korreliert mit der relativen Bewegung, während die Zusammensetzung und Organisation von Veränderungen in ihrer Mikroumgebung abhängt, was sowohl in vitro als auch in vivo nachgewiesen wurde. Im Gegensatz zu Podosomen sind FAs nach der Reifung langlebig.
Die verschiedenen Stadien des Lebenszyklus der fokalen Adhäsion und die entsprechenden kraftabhängigen morphologischen Veränderungen werden im Detail erörtert. Mehrere Komponenten unterliegen einer Fluktuation, so dass frühe, naszierende Adhäsionen eine hohe Fluktuationsrate aufweisen und reife Adhäsionen eine erhöhte Stabilität zeigen.
Fokale Adhäsionen finden sich durchweg am Ende von Stressfasern und sind daher in hohem Maße mit dem Großteil des Zytoskeletts integriert. Folglich dienen fokale Adhäsionen der Übertragung von Kräften, die intern durch das Zytoskelett-Netzwerk erzeugt werden, auf die ECM und umgekehrt über Adhäsionsrezeptoren. Der Aufbau und die Reifung von Adhäsionen hängen in hohem Maße von der Anwesenheit von Kraft ab, von der man annimmt, dass sie strukturelle Umstrukturierungen auslöst, die wiederum die Rekrutierung zusätzlicher Proteine (Wachstum) fördern und Signalkaskaden induzieren, die zur Aktinpolymerisation (Stärkung) führen (reviewed in ).
Aktinpolymerisation und Aktomyosinkontraktilität erzeugen Kräfte, die auf mechanosensitive Proteine im Aktinverknüpfungsmodul, im Rezeptormodul (z. B. Integrine), im Signalisierungsmodul und im Aktinpolymerisationsmodul wirken. Dies führt zum Aufbau und zur Veränderung von Aktomyosin-Stressfasern, die letztlich zu globalen Reaktionen wie gerichtete Bewegung, Zellwachstum, Differenzierung und Überleben führen. Somit können FAs allgemein als mechanosensorische Maschinen beschrieben werden, die in der Lage sind, mehrere raum-zeitliche Hinweise zu integrieren und diese Signale in mehrere Pfade zu übertragen und weiterzuleiten (überprüft in ), die kritische Entscheidungsprozesse auf zellulärer Ebene beeinflussen .
Fokale Adhäsionen wurden auch in physiologisch relevanten Szenarien beobachtet, z. B. in Endothelzellen an der starren Basalmembran von Blutgefäßen, deren Dynamik durch scherungsabhängige Matrixänderungen moduliert wird, und in Drosophila-Embryonen, wo FAs die von der Oberflächensteifigkeit abhängige Entwicklung vermitteln (Übersicht in ). Aufgrund der schwierigen Visualisierung der FA-Dynamik in drei Dimensionen sind diese jedoch weniger gut dokumentiert, selbst wenn sie anhand von In-vitro-Studien untersucht werden. Aus den verfügbaren Daten ist bekannt, dass FAs in 3-Dimensionen im Allgemeinen viel kleiner und dynamischer sind, wobei auch verlängerte FAs vorkommen. Zukünftige Studien in diesem Zusammenhang werden mögliche durch Adhäsion vermittelte zelluläre Phänotypen und ihre Rolle in physiologischen Prozessen aufzeigen.