Интегрин

Доступные белковые структуры:
Pfam	структуры / ECOD
PDB	RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum	обзор структуры
PDB	1jv2, 1kup, 1kuz, 1l3y, 1l5g, 1m1x, 1m8o, 1s4x, 1txv, 1ty3, 1ty5, 1ty6, 1ty7, 1tye, 1u8c

Цитоплазматический домен интегрина бета 7: комплекс с кристаллической структурой филамина

повтора 21 филамина в комплексе с пептидом цитоплазматического хвоста интегрина бета7

Идентификаторы

Символ

Integrin_b_cyt

1m8O / SUPFAM

Доступные белковые структуры:
Pfam	структуры / ECOD
PDB	RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum	краткое описание структуры

Интегрины представляют собой трансмембранные рецепторы, которые способствуют адгезии между клетками и внеклеточным матриксом (ЕСМ). После связывания лиганда интегрины активируют пути передачи сигнала, которые опосредуют клеточные сигналы, такие как регуляция клеточного цикла, организация внутриклеточного цитоскелета и перемещение новых рецепторов к клеточной мембране. Присутствие интегринов позволяет быстро и гибко реагировать на события на клеточной поверхности (например, сигнал тромбоцитов инициировать взаимодействие с факторами свертывания ).

Существует несколько типов интегринов, и одна клетка может иметь несколько различных типов на своей поверхности. Интегрины обнаружены у всех животных, в то время как интегриноподобные рецепторы обнаружены в клетках растений.

Интегрины работают вместе с другими белками, такими как кадгерины, суперсемейство иммуноглобулинов молекулы клеточной адгезии, селектины и синдеканы, чтобы опосредовать взаимодействие клетка-клетка и клетка-матрица. Лиганды для интегринов включают фибронектин, витронектин, коллаген и ламинин.

Содержание

1 Структура
- 1.1 Структура
- 1.2 Активация
2 Функция
- 2.1 Присоединение клетки к ECM
- 2.2 Передача сигнала
3 Интегрины и восстановление нервов
4 Интегрины позвоночных
5 Ссылки
6 Внешние ссылки

Структура

Интегрины являются облигатными гетеродимерами, что означает, что они имеют две субъединицы: α (альфа) и β (бета). Интегрины у млекопитающих содержат восемнадцать α и восемь β субъединиц, у Drosophila пять α и две β субъединицы, а у нематод Caenorhabditis две α субъединицы и одну β субъединицу. Каждая из субъединиц α и β проникает через плазматическую мембрану и имеет несколько цитоплазматических доменов.

альфа (млекопитающее)
ген	белок	синонимы
ITGA1	CD49a	VLA1
ITGA2	CD49b	VLA2
ITGA3	CD49c	VLA3
ITGA4	CD49d	VLA4
ITGA5	CD49e	VLA5
ITGA6	CD49f	VLA6
ITGA7	ITGA7	FLJ25220
ITGA8	ITGA8
ITGA9	ITGA9	RLC
ITGA10	ITGA10	PRO827
ITGA11	ITGA11	HsT18964
ITGAD	CD11D	FLJ39841
ITGAE	CD103	HUMINAE
ITGAL	CD11a	LFA1A
ITGAM	CD11b	MAC-1
ITGAV	CD51	VNRA, MSK8
ITGA2B	CD41	GPIIb
ITGAX	CD11c

бета (млекопитающее)
ген	белок	синонимы
ITGB1	CD29	FNRB, MSK12, MDF2
ITGB2	CD18	LFA-1, MAC-1, MFI7
ITGB3	CD61	GP3A, GPIIIa
ITGB4	CD104
ITGB5	ITGB5	FLJ26658
ITGB6	ITGB6
ITGB7	ITG B7
ITGB8	ITGB8

Варианты некоторых субъединиц образуются путем дифференциального сплайсинга РНК ; например, существует четыре варианта субъединицы бета-1. Посредством различных комбинаций субъединиц α и β образуется около 24 уникальных интегринов.

Субъединицы интегрина охватывают клеточную мембрану и имеют короткие цитоплазматические домены из 40–70 аминокислот. Исключением является субъединица бета-4, цитоплазматический домен которой состоит из 1088 аминокислот, что является одним из крупнейших среди мембранных белков. Вне клеточной мембраны цепи α и β лежат близко друг к другу на длине около 23 нм ; последние 5 нм N-конец каждой цепи образуют лиганд-связывающую область для ЕСМ. Их сравнивают с клешнями омара, хотя на самом деле они не «зажимают» свой лиганд, они химически взаимодействуют с ним на внутренней стороне «кончиков» своих «щипцов».

Молекулярная масса субъединиц интегрина может варьироваться от 90 кДа до 160 кДа. Бета-субъединицы имеют четыре повторяющиеся последовательности, богатые цистеином. Обе субъединицы α и β связывают несколько двухвалентных катионов. Роль двухвалентных катионов в субъединице α неизвестна, но они могут стабилизировать складки белка. Катионы в субъединицах β более интересны: они непосредственно участвуют в координации по крайней мере некоторых из лигандов , которые связывают интегрины.

Интегрины можно разделить на несколько категорий. Например, некоторые α-цепи имеют дополнительный структурный элемент (или «домен»), вставленный к N-концу, альфа-A-домен (так называемый, потому что он имеет структуру, аналогичную найденным A-доменам. в белке фактор фон Виллебранда ; он также называется доменом α-I). Интегрины, несущие этот домен, либо связываются с коллагенами (например, интегринами α1 β1 и α2 β1), либо действуют как молекулы адгезии клетка-клетка (интегрины семейства β2). Этот домен α-I является сайтом связывания лигандов таких интегринов. Те интегрины, которые не несут этот встроенный домен, также имеют A-домен в своем сайте связывания лиганда, но этот A-домен находится на субъединице β.

В обоих случаях A-домены несут до трех сайтов связывания двухвалентных катионов. Один постоянно занят в физиологических концентрациях двухвалентных катионов и несет ион кальция или магния, основные двухвалентные катионы в крови при средних концентрациях 1,4 мМ (кальций) и 0,8 мМ (магний). Два других сайта становятся занятыми катионами, когда лиганды связываются - по крайней мере, для тех лигандов, которые содержат кислую аминокислоту в своих сайтах взаимодействия. Кислая аминокислота присутствует в сайте взаимодействия с интегрином многих белков ЕСМ, например, как часть аминокислотной последовательности аргинин-глицин-аспарагиновая кислота («RGD» в однобуквенном коде аминокислоты).

Структура

Несмотря на многолетние усилия, открытие структуры интегринов с высоким разрешением оказалось сложной задачей, поскольку мембранные белки классически трудно очищать, а интегрины большие, сложные и связанные ко многим сахарным деревьям («сильно гликозилированный »). Изображения с низким разрешением детергентных экстрактов интактного интегрина GPIIbIIIa, полученные с помощью электронной микроскопии, и даже данные косвенных методов, которые исследуют свойства растворов интегринов с использованием ультрацентрифугирования и светорассеяния, были объединены с фрагментарными кристаллографическими данными или данными ЯМР с высоким разрешением от одного или парные домены единичных цепей интегрина и молекулярные модели, постулируемые для остальных цепей.

Кристаллическая структура рентгеновского излучения, полученная для всей внеклеточной области одного интегрина, αvβ3, показывает молекулу, которая должна быть свернута в перевернутую V-образную форму, которая потенциально приводит к участкам связывания лиганда близко к клеточной мембране. Возможно, что более важно, кристаллическая структура была также получена для того же интегрина, связанного с небольшим лигандом, содержащим RGD-последовательность, лекарством циленгитидом. Как подробно описано выше, это наконец показало, почему двухвалентные катионы (в A-доменах) критичны для связывания RGD-лиганда с интегринами. Считается, что взаимодействие таких последовательностей с интегринами является основным переключателем, с помощью которого ЕСМ оказывает свое влияние на поведение клеток.

Структура вызывает много вопросов, особенно в отношении связывания лиганда и передачи сигнала. Сайт связывания лиганда направлен к С-концу интегрина, области, где молекула выходит из клеточной мембраны. Если он выходит ортогонально из мембраны, сайт связывания лиганда, по-видимому, будет заблокирован, особенно потому, что лиганды интегрина обычно являются массивными и хорошо сшитыми компонентами ECM. Фактически, мало что известно об угле, под которым мембранные белки наклонены к плоскости мембраны; эту проблему трудно решить с помощью имеющихся технологий. По умолчанию предполагается, что они появляются скорее как маленькие леденцы на палочке, но доказательство этого приятного предположения заметно по его отсутствию. Структура интегрина привлекла внимание к этой проблеме, которая может иметь общие последствия для работы мембранных белков. Похоже, что трансмембранные спирали интегрина наклонены (см. «Активация» ниже), что указывает на то, что внеклеточные цепи также могут быть не ортогональными по отношению к поверхности мембраны.

Хотя кристаллическая структура изменилась на удивление мало после связывания с циленгитидом, текущая гипотеза состоит в том, что функция интегрина включает изменения формы, чтобы переместить сайт связывания лиганда в более доступное положение, подальше от поверхности клетки, и это изменение формы также запускает внутриклеточную передачу сигналов. В поддержку этой точки зрения имеется обширная литература по клеточной биологии и биохимии. Возможно, наиболее убедительные доказательства связаны с использованием антител, которые распознают интегрины только тогда, когда они связаны со своими лигандами или активированы. Поскольку «след», который антитело оставляет на своей мишени для связывания, представляет собой примерно круг диаметром около 3 нм, разрешение этого метода низкое. Тем не менее, эти так называемые антитела LIBS (лиганд-индуцированные-связывающие-сайты) недвусмысленно показывают, что обычно происходят драматические изменения в форме интегрина. Однако как изменения, обнаруженные с помощью антител, выглядят на структуре, пока неизвестно.

Активация

Предполагается, что при высвобождении в клеточную мембрану вновь синтезированные димеры интегрина находятся в той же «изогнутой» конформации, которая была выявлена структурными исследованиями, описанными выше. Одна школа мысли утверждает, что эта изогнутая форма предотвращает их взаимодействие со своими лигандами, хотя изогнутые формы могут преобладать в ЭМ-структурах высокого разрешения интегрина, связанного с лигандом ECM. Следовательно, по крайней мере, в биохимических экспериментах димеры интегринов, по-видимому, не должны быть «разогнутыми», чтобы примировать их и позволить им связываться с ECM. В клетках праймирование осуществляется протеином талином, который связывается с β-хвостом димера интегрина и изменяет его конформацию. Цепи интегрина α и β являются трансмембранными белками класса I: они проходят через плазматическую мембрану в виде одиночных трансмембранных альфа-спиралей. К сожалению, спирали слишком длинные, и недавние исследования показывают, что для интегрина gpIIbIIIa они наклонены как по отношению друг к другу, так и к плоскости мембраны. Связывание талина изменяет угол наклона трансмембранной спирали β3 цепи в модельных системах, и это может отражать стадию в процессе передачи сигналов наизнанку, которая запускает интегрины. Более того, белки талина способны димеризоваться и, таким образом, считается, что они вмешиваются в кластеризацию димеров интегрина, что приводит к образованию фокальной адгезии. Недавно было обнаружено, что белки Киндлин-1 и Киндлин-2 взаимодействуют с интегрином и активируют его.

Функция

Интегрины имеют две основные функции: прикрепление клеток к ЕСМ и передача сигнала от ЕСМ к клеткам. Они также участвуют в широком спектре других биологических активностей, включая экстравазацию, межклеточную адгезию, миграцию клеток и в качестве рецепторов для определенных вирусов, таких как аденовирус, эховирус, хантавирус и ящур, вирус полиомиелита и другие вирусы.

Видная функция интегринов видна в молекуле GpIIb / IIIa, интегрине на поверхности крови тромбоцитов (тромбоцитов), ответственных за прикрепление к фибрину внутри развивающийся тромб. Эта молекула резко увеличивает свое сродство связывания с фибрином / фибриногеном за счет ассоциации тромбоцитов с открытыми коллагенами в месте раны. При ассоциации тромбоцитов с коллагеном GPIIb / IIIa меняет форму, позволяя ему связываться с фибрином и другими компонентами крови, чтобы сформировать матрикс сгустка и остановить потерю крови.

Присоединение клетки к ECM

Интегрины соединяют ECM вне клетки с цитоскелетом (в частности, микрофиламентами ) внутри клетки. С каким лигандом в ЕСМ может связываться интегрин, определяется, из каких α и β субъединиц состоит интегрин. Среди лигандов интегринов есть фибронектин, витронектин, коллаген и ламинин. Соединение между ячейкой и ECM может помочь ячейке выдержать тянущие силы, не будучи вырванной из ECM. Способность клетки создавать такой вид связи также имеет жизненно важное значение в онтогенезе.

Прикрепление клетки к ECM является основным требованием для построения многоклеточного организма. Интегрины - это не просто крючки, они подают клетке критические сигналы о природе окружающей среды. Вместе с сигналами, исходящими от рецепторов растворимых факторов роста, таких как VEGF, EGF и многих других, они заставляют клетку принимать решение о том, какое биологическое действие предпринять, будь то привязанность, движение, смерть., или дифференциация. Таким образом, интегрины лежат в основе многих клеточных биологических процессов. Присоединение клетки происходит за счет образования комплексов клеточной адгезии, которые состоят из интегринов и многих цитоплазматических белков, таких как талин, винкулин, паксиллин и альфа- актинин. Они действуют, регулируя киназы, такие как FAK (киназа фокальной адгезии ) и члены семейства Src-киназы, фосфорилируя субстраты, такие как p130CAS, тем самым рекрутируя сигнальные адаптеры, такие как CRK. Эти адгезионные комплексы прикрепляются к актиновому цитоскелету. Таким образом, интегрины служат для связывания двух сетей через плазматическую мембрану: внеклеточного ECM и внутриклеточной филаментозной системы актина. Интегрин α6β4 является исключением: он связывается с системой промежуточных филаментов кератина в эпителиальных клетках.

Фокальные адгезии - это большие молекулярные комплексы, которые образуются после взаимодействия интегринов с ECM, а затем их кластеризации. Кластеры, вероятно, обеспечивают достаточное количество сайтов внутриклеточного связывания, чтобы позволить образование стабильных сигнальных комплексов на цитоплазматической стороне клеточной мембраны. Таким образом, очаговые адгезии содержат лиганд интегрина, молекулу интегрина и ассоциированные белки бляшек. Связывание происходит за счет изменения свободной энергии. Как указывалось ранее, эти комплексы соединяют внеклеточный матрикс с пучками актина. Криоэлектронная томография показывает, что адгезия содержит частицы на клеточной мембране диаметром 25 +/- 5 нм, расположенные на расстоянии примерно 45 нм. Обработка ингибитором Rho-киназы Y-27632 уменьшает размер частицы и является чрезвычайно механочувствительной.

Одной из важных функций интегринов на клетках в культуре ткани является их роль в миграция клеток. Клетки прикрепляются к субстрату через свои интегрины. Во время движения клетка создает новые прикрепления к субстрату спереди и одновременно освобождает те, что находятся сзади. При высвобождении из субстрата молекулы интегрина возвращаются в клетку за счет эндоцитоза ; они транспортируются через клетку к ее передней части с помощью эндоцитарного цикла, где они добавляются обратно на поверхность. Таким образом, они циклируются для повторного использования, что позволяет клетке создавать новые прикрепления на переднем фронте. Цикл эндоцитоза интегрина и его рециркуляции обратно на клеточную поверхность важен также для неподвижных клеток и во время развития животных.

Передача сигнала

Интегрины играют важную роль в передаче клеточных сигналов, модулируя клетку сигнальные пути трансмембранных протеинкиназ, таких как рецепторные тирозинкиназы (RTK). В то время как взаимодействие между интегрином и рецепторными тирозинкиназами первоначально считалось однонаправленным и поддерживающим, недавние исследования показывают, что интегрины играют дополнительные, многогранные роли в передаче сигналов в клетках. Интегрины могут регулировать передачу сигналов рецепторной тирозинкиназы путем привлечения специфических адаптеров к плазматической мембране. Например, интегрин β1c рекрутирует Gab1 / Shp2 и представляет Shp2 IGF1R, что приводит к дефосфорилированию рецептора. В обратном направлении, когда рецепторная тирозинкиназа активируется, интегрины совместно локализуются в очаговой адгезии с рецепторными тирозинкиназами и связанными с ними сигнальными молекулами.

Репертуар интегринов, экспрессируемых в конкретной клетке, может определять путь передачи сигнала из-за дифференциальной аффинности связывания лигандов ЕСМ с интегринами. Жесткость ткани и состав матрикса могут инициировать специфические сигнальные пути, регулирующие поведение клеток. Кластеризация и активация комплексов интегринов / актина усиливают фокальное адгезионное взаимодействие и инициируют каркас для передачи клеточных сигналов посредством сборки адгезом.

В зависимости от регулирующего воздействия интегрина на специфические рецепторные тирозинкиназы клетка может испытывать:

рост клеток
деление клеток
выживаемость клеток
дифференцировка клеток
апоптоз (запрограммированная смерть клеток)

Знание о взаимосвязи между интегринами и рецепторной тирозинкиназой заложило основу для новых подходов к раку терапия. В частности, нацеливание на интегрины, связанные с RTK, представляет собой новый подход к ингибированию ангиогенеза.

Интегрины локализуются в конусе роста регенерирующих нейронов.

Интегрины и восстановление нервов

Интегрины выполняют важную функцию в нейрорегенерация после повреждения периферической нервной системы (ПНС). Интегрины присутствуют в конусе роста поврежденных нейронов ПНС и прикрепляются к лигандам в ЕСМ, чтобы способствовать регенерации аксонов. Неясно, могут ли интегрины способствовать регенерации аксонов во взрослой центральной нервной системе (ЦНС). Есть два препятствия, которые предотвращают опосредованную интегрином регенерацию в ЦНС: 1) интегрины не локализуются в аксоне большинства взрослых нейронов ЦНС и 2) интегрины после травмы инактивируются молекулами в рубцовой ткани.

Позвоночные интегрины

Ниже приведены 16 из ~ 24 интегринов, обнаруженных у позвоночных:

Имя	Синонимы	Распространение	Лиганды
α1β1	VLA-1	Многие	Коллагены, ламинины
α2β1	VLA-2	Многие	Коллагены, ламинины
α3β1	VLA-3	Многие	ламинин-5
α4β1	VLA-4	гематопоэтические клетки	фибронектин, VCAM-1
α5β1	VLA-5; рецептор фибронектина	широко распространенный	фибронектин и протеиназы
α6β1	VLA-6; рецептор ламинина	широко распространенные	ламинины
α7β1		мышца, глиома	ламинины
αLβ2	LFA-1	Т-лимфоциты	ICAM-1, ICAM-2
αMβ2	Mac-1, CR3	нейтрофилы и моноциты	сывороточные белки, ICAM-1
αIIb β3	рецептор фибриногена; gpIIbIIIa	Тромбоциты	фибриноген, фибронектин
αVβ1		меланома глаза; неврологические опухоли	витронектин ; фибриноген
αVβ3	рецептор витронектина	активированные эндотелиальные клетки, меланома, глиобластома	витронектин, фибронектин, фибриноген, остеопонтин, Cyr61, тироксин,
αVβ5		широко распространен, особенно фибробласты, эпителиальные клетки	витронектин и пролиферирующий эпителий аденовируса
αVβ6		, особенно легкие и молочные железы	фибронектин ; TGFβ 1 + 3
αVβ8		нервная ткань; периферический нерв	фибронектин ; TGFβ 1 + 3
α6β4		Эпителиальные клетки	Ламинин

Интегрины бета-1 взаимодействуют со многими цепями альфа-интегрина. Нокауты генов интегринов у мышей не всегда приводят к летальному исходу, что предполагает, что во время эмбрионального развития один интегрин может замещать свою функцию другим, чтобы обеспечить выживание. Некоторые интегрины находятся на поверхности клетки в неактивном состоянии и могут быть быстро примированы или переведены в состояние, способное связывать свои лиганды, цитокинами. Интегрины могут принимать несколько различных четко определенных форм или «конформационных состояний». После праймирования конформационное состояние изменяется, чтобы стимулировать связывание лиганда, которое затем активирует рецепторы - также вызывая изменение формы - для запуска передачи сигнала извне внутрь.

Ссылки

Внешние ссылки

Средства массовой информации, относящиеся к Integrins на Wikimedia Commons

Талиновый субстрат для кальпаина - PMAP Карта протеолиза анимация.
Интегринс в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)