Inleiding tot integrine en zijn structuur
Integrines zijn eiwitten die mechanisch functioneren, door het cytoskelet van de cel aan de extracellulaire matrix (ECM) te hechten, en biochemisch, door te detecteren of adhesie heeft plaatsgevonden. De integrine-familie van eiwitten bestaat uit alfa en bèta subtypes, die transmembraan heterodimeren vormen. Integrines fungeren als adhesiereceptoren voor extracellulaire liganden en geven biochemische signalen door aan de cel, via stroomafwaartse effectoreiwitten. Opmerkelijk is dat ze bidirectioneel werken, wat betekent dat ze informatie zowel van buiten naar binnen als van binnen naar buiten kunnen overbrengen (besproken in ).
Integrin Structuur
Integrin α-subeenheid domeinen: Boven: Lineaire domeinindeling. Midden: De bolvormige structuur gevormd door de eiwitdomeinen. Onder: vereenvoudigde versie van de integrine α-subeenheid. Het αI domein is aanwezig in sommige subtypen van de α subeenheid.
Elk integrine heterodimeer bestaat uit een alpha (α) en een beta (β) subeenheid die geassocieerd zijn door niet-covalente interacties die een extracellulaire ligand-bindende kop vormen, twee multi-domein `legs’, twee single-pass transmembraan helices en twee korte cytoplasmatische staarten. De α en β groepen vertonen geen homologie ten opzichte van elkaar, maar er worden wel geconserveerde gebieden gevonden bij de subtypes van beide groepen.
Het α subunit been bestaat uit een dijbeen en 2 kuitdomeinen die de ligand bindende kop ondersteunen, gevormd door een β-propeller domein met 7 herhalingen die de bladen vormen (weergegeven als een cilinder in de onderstaande figuur). Sommige van de propellerbladdomeinen bevatten calciumbindende EF-handdomeinen aan de onderzijde; deze beïnvloeden allosterisch de ligandbinding. Een extra αI (interactief) domein van ~200 residuen is aanwezig in sommige vertebrate α ketens (negen menselijke α subtypes) tussen de propeller herhalingen 2 en 3 . Dit bevat een metaal-ion afhankelijke adhesie plaats (MIDAS) die belangrijk is voor ligand binding.
Integrin β subeenheid domeinen: Boven: Lineaire domeinindeling. Midden: De bolvormige structuur gevormd door de eiwitdomeinen. Onder: vereenvoudigde versie van de integrine β-subeenheid.
De β-subeenheid bestaat uit 4 cysteïnerijke epidermale groeifactor (EGF)-herhalingen, een hybride domein (gesplitst in sequentie), een I-achtig domein (βI) en een plexine-sempahorine-integrine (PSI)-domein. Vergelijkbaar met αI bevat het βI-domein een MIDAS-site voor ligandbinding en een extra regulerende site “adjacent to MIDAS” of ADMIDAS, geremd door Ca2+ en geactiveerd door Mn2+ voor ligandbinding.
i) Ligandbinding
Het βI domein bindt ligand samen met de β-propeller of met αI (indien aanwezig) via MIDAS op een Mg2+ afhankelijke manier aan de interface in het kopstuk. Terwijl de carboxylgroep van Asp het βI MIDAS-ion Mg2+ coördineert, bindt het zijketenwaterstof van het Arg van het RGD-ligand direct aan het Asp in de domeinen 2 en 3 van de β-propeller .
ii) Dimerisatie
Globulaire domeinstructuren van α- en β-subeenheden in een stabiel dimeer. Ligandbinding gebeurt op het grensvlak van de αI (linker paneel) of β-propeller (rechter paneel) en het βI-domein.
Dimerisatie gebeurt via het β-propeller oppervlak op de α-keten en het hybride domein in de β-keten in het cytoplasma . De sequenties op deze interagerende oppervlakken lijken de specificiteit van de ketenselectie te regelen. Aangetoond is dat de dimeren gestabiliseerd worden en inactief blijven door hydrofobe interacties en elektrostatische zoutbruggen in respectievelijk de buitenste en binnenste membraan proximale regio’s.
iii) Interacties
Het is bekend dat de cytoplasmatische staart van de β-keten zich bindt aan eiwit-adaptoren via NPxY/F motieven ; dit activeert de integrines door de zoutbrug tussen het dimeer te verbreken (besproken in ). In het algemeen bevorderen de adaptoreiwitten de koppeling aan actine, maar intermediaire filamenten zijn ook betrokken via vimentine.
Eiwitadapters die zich binden aan integrine cytoplasmatische staarten:
Structurele adaptors (bv. talin, tensin,) verbinden integrines direct met het cytoskelet
Scaffolding adaptors (bv. paxillin, kindlin) vormen bruggen tussen focal adhesion eiwitten
Catalytische adaptors (bv. focal adhesion kinase, integrin-linked kinase, Src) propageren signaaltransductie vanaf adhesieplaatsen. Interacties via α-staart zijn niet goed vastgesteld vanwege sequentievariabiliteit, maar α-staart is betrokken bij de celtype-specifieke integrine-activatie via bindende eiwitten die downstream signalering moduleren. Fosforylatie toestand van cytoplasmatische staart residuen moduleren de competitie tussen adapters voor binding en dus de daaropvolgende cytoskeletale interacties van integrines en respons (besproken in ).
De rol van eiwitstructuur in ligand affiniteit modulatie, signalering en de dynamiek van de oppervlaktedistributie van integrines wordt besproken in .