Úvod do problematiky integrinů a jejich struktury
Integriny jsou proteiny, které fungují mechanicky tím, že připojují buněčný cytoskelet k extracelulární matrix (ECM), a biochemicky tím, že zjišťují, zda došlo k adhezi. Rodina integrinů se skládá z podtypů alfa a beta, které tvoří transmembránové heterodimery. Integriny fungují jako adhezní receptory pro extracelulární ligandy a přenášejí biochemické signály do buňky prostřednictvím následných efektorových proteinů. Pozoruhodné je, že fungují obousměrně, což znamená, že mohou přenášet informace jak zvenčí dovnitř, tak zevnitř ven (přehled v ).
Struktura integrinů
Domény podjednotky α integrinů: Nahoře: Lineární uspořádání domén. Uprostřed: Globulární struktura tvořená proteinovými doménami. Dole: Zjednodušená verze podjednotky integrinu α. U některých podtypů podjednotky α je přítomna doména αI.
Každý integrinový heterodimer se skládá z podjednotky alfa (α) a beta (β) spojených nekovalentními interakcemi a tvořících extracelulární hlavu vázající ligand, dvě vícedoménové ´nohy´, dvě jednoprůchodové transmembránové šroubovice a dva krátké cytoplazmatické ocasy. Skupiny α a β nevykazují žádnou vzájemnou homologii,avšak mezi podtypy obou skupin se nacházejí konzervované oblasti.
Noha podjednotky α se skládá ze stehna a 2 lýtkových domén, které podporují hlavu vážící ligand tvořenou doménou β s 7 repeticemi tvořícími lopatky (na obrázku níže je znázorněna jako válec). Některé z domén lopatek vrtule obsahují na spodní straně domény EF-hand vázající vápník; ty alostericky ovlivňují vazbu ligandu . U některých řetězců α obratlovců (devět lidských podtypů α) je mezi opakováním vrtule 2 a 3 přítomna další doména αI (interaktivní) obsahující ~ 200 zbytků . Ta obsahuje adhezní místo závislé na iontech kovů (MIDAS), které je důležité pro vazbu ligandu.
Domény podjednotky β integrinu: Nahoře: Lineární uspořádání domén. Uprostřed: Globulární struktura tvořená proteinovými doménami. Dole: Zjednodušená verze podjednotky integrinu β.
Podjednotka β se skládá ze 4 na cystein bohatých opakování epidermálního růstového faktoru (EGF), hybridní domény (rozdělené v sekvenci), domény podobné I (βI) a domény plexin-sempahorin-integrin (PSI). Podobně jako αI obsahuje doména βI místo MIDAS pro vazbu ligandu a další regulační místo „přilehlé k MIDAS“ neboli ADMIDAS, které je inhibováno Ca2+ a aktivováno Mn2+ pro vazbu ligandu.
i) Vazba ligandu
Doména βI váže ligand společně s β-propellerem nebo s αI (je-li přítomen) prostřednictvím MIDAS v závislosti na Mg2+ na rozhraní v hlavici. Zatímco karboxylová skupina Asp koordinuje iont Mg2+ MIDAS βI, vodík postranního řetězce Arg ligandu RGD se váže přímo na Asp v doménách 2 a 3 β-propelleru .
ii) Dimerizace
Globulární struktury domén α a β podjednotky ve stabilním dimeru. K vazbě ligandu dochází na rozhraní domény αI (levý panel) nebo β-propelleru (pravý panel) a domény βI.
Dimerizace probíhá prostřednictvím povrchu β-propelleru na řetězci α a hybridní domény v řetězci β v cytoplazmě . Zdá se, že sekvence na těchto interagujících površích řídí specifičnost selekce řetězců. Bylo prokázáno, že dimery jsou stabilizovány a zůstávají neaktivní díky hydrofobním interakcím a elektrostatickým solným můstkům v proximálních oblastech vnější a vnitřní membrány .
iii) Interakce
Je známo, že cytoplazmatický ocas β-řetězce se váže na proteinové adaptory prostřednictvím motivů NPxY/F ; to aktivuje integriny přerušením solného můstku mezi dimery (přehled v ). Obecně adaptorové proteiny podporují vazbu na aktin , avšak intermediární filamenta byla rovněž zapojena prostřednictvím vimentinu .
Proteinové adaptory, které se vážou na cytoplazmatické ocasy integrinů:
Strukturální adaptory (např. talin, tenzin,) spojují integriny přímo s cytoskeletem
Skládací adaptory (např. paxilin, kindlin) tvoří mosty mezi proteiny fokální adheze
Katalytické adaptory (např. kináza fokální adheze, kináza spojená s integrinem, Src) šíří přenos signálu z míst adheze. Interakce prostřednictvím α-ocasu nejsou vzhledem k variabilitě sekvence dobře stanoveny, nicméně α-ocas se podílí na aktivaci integrinů specifických pro daný buněčný typ prostřednictvím vazebných proteinů, které modulují následnou signalizaci . Fosforylační stav cytoplazmatických zbytků ocasu moduluje soutěž mezi adaptory o vazbu, a tedy následné cytoskeletální interakce integrinů a odpověď (přehled v ).
Úloha struktury proteinu v modulaci afinity ligandu, signalizaci a dynamice povrchové distribuce integrinů je přehledně popsána v .