Introduzione all’integrina e alla sua struttura
Le integrine sono proteine che funzionano meccanicamente, attaccando il citoscheletro cellulare alla matrice extracellulare (ECM), e biochimicamente, percependo l’avvenuta adesione. La famiglia delle proteine integrine consiste di sottotipi alfa e beta, che formano eterodimeri transmembrana. Le integrine funzionano come recettori di adesione per ligandi extracellulari e trasducono segnali biochimici nella cellula, attraverso proteine effettrici a valle. Notevolmente, funzionano in modo bidirezionale, il che significa che possono trasmettere informazioni sia all’esterno che all’interno (rivisto in ).
Struttura dell’integrina
Domini della subunità α dell’integrina: In alto: disposizione lineare dei domini. In mezzo: La struttura globulare formata dai domini della proteina. In basso: versione semplificata della subunità α dell’integrina. Il dominio αI è presente in alcuni sottotipi della subunità α.
Ogni eterodimero di integrina consiste in una subunità alfa (α) e una beta (β) associate da interazioni non covalenti che formano una testa extracellulare legante il ligando, due “gambe” multidominio, due eliche transmembrana a passaggio singolo e due brevi code citoplasmatiche. I gruppi α e β non mostrano alcuna omologia l’uno con l’altro, tuttavia, regioni conservate si trovano tra i sottotipi di entrambi i gruppi.
La gamba della subunità α consiste in una coscia e 2 domini di vitello che sostengono la testa legante il ligando formata da un dominio β-elica con 7 ripetizioni che formano le pale (mostrate come un cilindro nella figura sottostante). Alcuni dei domini ad elica contengono domini EF-hand che legano il calcio sul lato inferiore; questi influenzano allostericamente il legame con il ligando. Un ulteriore dominio αI (interattivo) contenente ~ 200 residui è presente in alcune catene α dei vertebrati (nove sottotipi α umani) tra le ripetizioni 2 e 3 dell’elica. Questo contiene un sito di adesione dipendente dagli ioni metallici (MIDAS) che è importante per il legame dei ligandi.
Domini delle subunità β di Integrin: In alto: disposizione lineare dei domini. In mezzo: La struttura globulare formata dai domini proteici. In basso: versione semplificata della subunità β dell’integrina.
La subunità β comprende 4 ripetizioni del fattore di crescita epidermico (EGF) ricche di cisteina, un dominio ibrido (diviso nella sequenza), un dominio I-like (βI) e un dominio plexin-sempahorin-integrin (PSI). Simile ad αI, il dominio βI contiene un sito MIDAS per il legame con il ligando e un ulteriore sito regolatore “adiacente a MIDAS” o ADMIDAS, inibito da Ca2+ e attivato da Mn2+ per il legame con il ligando.
i) Ligand binding
Il dominio βI lega il ligando insieme al propulsore β o con αI (se presente) attraverso MIDAS in modo dipendente da Mg2+ all’interfaccia nella testata. Mentre il gruppo carbossilico Asp coordina lo ione βI MIDAS Mg2+, l’idrogeno della catena laterale dell’Arg del ligando RGD si lega direttamente all’Asp nei domini 2 e 3 del β-elica.
ii) Dimerizzazione
Strutture dei domini globulari delle subunità α e β in un dimero stabile. Il legame del ligando avviene all’interfaccia dell’αI (pannello sinistro) o β-propeller (pannello destro) e il dominio βI.
Dimerizzazione avviene attraverso la superficie β-propeller sulla catena α e il dominio ibrido nella catena β nel citoplasma. Le sequenze su queste superfici di interazione sembrano controllare la specificità della selezione della catena. È stato dimostrato che i dimeri sono stabilizzati e rimangono inattivi grazie alle interazioni idrofobiche e ai ponti salini elettrostatici nelle regioni prossimali della membrana esterna e interna, rispettivamente.
iii) Interazioni
La coda citoplasmatica della catena β è nota per legarsi alle proteine adattatrici attraverso i motivi NPxY/F; questo attiva le integrine rompendo il ponte di sale tra i dimeri (rivisto in ). In generale, le proteine adattatrici promuovono il legame all’actina, tuttavia sono stati implicati anche i filamenti intermedi attraverso la vimentina.
Proteine adattatrici che si legano alle code citoplasmatiche delle integrine:
Adattatori strutturali (es. talina, tensina,) collegano le integrine direttamente al citoscheletro
Adattatori di rinforzo (es. paxillina, kindlin) formano ponti tra le proteine di adesione focale
Adattatori catalitici (es. chinasi di adesione focale, chinasi legata all’integrina, Src) propagano la trasduzione del segnale dai siti di adesione. Le interazioni attraverso la coda α non sono ben stabilite a causa della variabilità della sequenza, tuttavia, la coda α è implicata nell’attivazione dell’integrina specifica del tipo di cellula attraverso proteine di legame che modulano la segnalazione a valle. Lo stato di fosforilazione dei residui della coda citoplasmatica modula la competizione tra adattatori per il legame e quindi le successive interazioni citoscheletriche delle integrine e la risposta (rivista in ).
Il ruolo della struttura della proteina nella modulazione dell’affinità del ligando, la segnalazione e la dinamica della distribuzione superficiale delle integrine è rivista in .