Wprowadzenie do integryn i ich struktury
Integryny są białkami, które działają mechanicznie, poprzez przyłączanie cytoszkieletu komórkowego do macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), oraz biochemicznie, poprzez wykrywanie, czy adhezja nastąpiła. Rodzina białek integryn składa się z podtypów alfa i beta, które tworzą transmembranowe heterodimery. Integryny funkcjonują jako receptory adhezyjne dla ligandów zewnątrzkomórkowych i przekazują sygnały biochemiczne do wnętrza komórki za pośrednictwem białek efektorowych. Co niezwykłe, działają one dwukierunkowo, co oznacza, że mogą przekazywać informacje zarówno na zewnątrz, jak i do wewnątrz komórki (przegląd w ).
Struktura integryny
Domeny podjednostki α integryny: Góra: Liniowy układ domen. Środek: Struktura globularna utworzona przez domeny białkowe. Dół: uproszczona wersja podjednostki integryny α. Domena αI jest obecna w niektórych podtypach podjednostki α.
Każdy heterodimer integryny składa się z podjednostki alfa (α) i beta (β) powiązanych niekowalencyjnymi interakcjami tworzącymi zewnątrzkomórkową głowę wiążącą ligand, dwie wielodomenowe „nogi”, dwie jednoprzejściowe heliksy transmembranowe i dwa krótkie ogony cytoplazmatyczne. Grupy α i β nie wykazują homologii między sobą, jednak konserwowane regiony znajdują się wśród podtypów obu grup.
Noga podjednostki α składa się z uda i 2 domen cielęcych, które wspierają głowę wiążącą ligand, utworzoną przez domenę β-śmigła z 7 powtórzeniami tworzącymi łopatki (pokazane jako cylinder na rysunku poniżej). Niektóre z domen łopatek śmigła zawierają na dolnej stronie domeny EF-hand wiążące wapń; wpływają one allosterycznie na wiązanie ligandu. Dodatkowa domena αI (interaktywna) zawierająca ~200 reszt jest obecna w niektórych łańcuchach α kręgowców (dziewięć ludzkich podtypów α) pomiędzy powtórzeniami śmigła 2 i 3 . Zawiera ona miejsce adhezyjne zależne od jonów metalu (MIDAS), które jest ważne dla wiązania ligandów.
Domeny podjednostki β integryny: Góra: Liniowy układ domen. Środek: Struktura globularna utworzona przez domeny białkowe. Dół: uproszczona wersja podjednostki β integryny.
Podjednostka β składa się z 4 bogatych w cysteinę powtórzeń naskórkowego czynnika wzrostu (EGF), domeny hybrydowej (podzielonej sekwencyjnie), domeny I-podobnej (βI) i domeny plexin-sempahorin-integrin (PSI). Podobnie jak w przypadku αI, domena βI zawiera miejsce MIDAS do wiązania ligandu oraz dodatkowe miejsce regulacyjne „adjacent to MIDAS” lub ADMIDAS, hamowane przez Ca2+ i aktywowane przez Mn2+ do wiązania ligandu.
i) Wiązanie ligandu
Domena βI wiąże ligand razem z β-pędnikiem lub z αI (jeśli jest obecny) poprzez MIDAS w sposób zależny od Mg2+ na interfejsie w główce. Podczas gdy grupa karboksylowa Asp koordynuje jon Mg2+ w domenie βI MIDAS, wodór w łańcuchu bocznym Arg liganda RGD wiąże się bezpośrednio z Asp w domenach 2 i 3 β-propelleru.
ii) Dimeryzacja
Globularne struktury domenowe podjednostek α i β w stabilnym dimerze. Wiązanie ligandu zachodzi na interfejsie αI (lewy panel) lub β-propeller (prawy panel) i domeny βI.
Dimeryzacja zachodzi poprzez powierzchnię β-propeller na łańcuchu α i domenę hybrydową w łańcuchu β w cytoplazmie. Sekwencje na tych współdziałających powierzchniach wydają się kontrolować specyficzność selekcji łańcucha. Wykazano, że dimery są stabilizowane i pozostają nieaktywne przez oddziaływania hydrofobowe i elektrostatyczne mostki solne odpowiednio w proksymalnych regionach zewnętrznej i wewnętrznej błony.
iii) Interakcje
Ogon cytoplazmatyczny łańcucha β wiąże się z białkami adaptorowymi poprzez motywy NPxY/F; aktywuje to integryny poprzez przerwanie mostka solnego pomiędzy dimerami (przegląd w ). Ogólnie rzecz biorąc, białka adaptorowe promują połączenie z aktyną, jednak filamenty pośrednie zostały również włączone poprzez wimentyny.
Białkowe adaptory, które wiążą się z cytoplazmatycznymi ogonami integryn:
Adaptory strukturalne (np. talin, tensin,) łączą integryny bezpośrednio z cytoszkieletem
Adaptory rusztowania (np. paxillin, kindlin) tworzą mostki między białkami ogniskowej adhezji
Adaptory katalityczne (np. kinaza ogniskowej adhezji, kinaza związana z integryną, Src) propagują transdukcję sygnału z miejsc adhezji. Interakcje poprzez ogon α nie są dobrze poznane ze względu na zmienność sekwencji, jednak ogon α jest zaangażowany w specyficzną dla danego typu komórki aktywację integryn poprzez wiązanie białek modulujących sygnalizację. Stan fosforylacji reszt ogona cytoplazmatycznego moduluje konkurencję pomiędzy adaptorami o wiązanie, a tym samym późniejsze interakcje cytoszkieletowe integryn i odpowiedzi (przegląd w ).
Rola struktury białek w modulacji powinowactwa ligandów, sygnalizacji i dynamiki dystrybucji powierzchni integryn jest opisana w .