Introduktion till integrin och dess struktur
Integriner är proteiner som fungerar mekaniskt genom att fästa cellens cytoskelett vid den extracellulära matrisen (ECM) och biokemiskt genom att känna av om vidhäftning har skett. Integrinfamiljen av proteiner består av alfa- och betasubtyper som bildar transmembrana heterodimerer. Integriner fungerar som adhesionsreceptorer för extracellulära ligander och överför biokemiska signaler till cellen genom nedströms effektorproteiner. De fungerar anmärkningsvärt nog dubbelriktat, vilket innebär att de kan överföra information både utåt och inåt (se ).
Integrinstruktur
Integrin α-underenhetsdomäner: Överst: Linjärt domänarrangemang. I mitten: Den globulära strukturen som bildas av proteindomäner. Nederst: Förenklad version av integrin α-underenheten. αI-domänen finns i vissa subtyper av α-underenheten.
Varje integrin-heterodimer består av en alfa- (α) och en beta- (β) underenhet som är associerade genom icke-kovalenta interaktioner och som bildar ett extracellulärt ligandbindande huvud, två multidomän-”ben”, två transmembranhelixar med en enda passage och två korta cytoplasmatiska svansar. α- och β-grupperna uppvisar ingen homologi till varandra,dock finns konserverade regioner bland subtyper av båda grupperna.
Benen på α-underenheten består av en lår- och 2 kalvdomäner som stödjer det ligandbindande huvudet som bildas av en β-propellerdomän med 7 upprepningar som bildar bladen (visas som en cylinder i figuren nedan). Några av propellerbladens domäner innehåller kalciumbindande EF-hand-domäner på undersidan; dessa påverkar allosteriskt ligandbindningen . En ytterligare αI (interaktiv) domän som innehåller ~200 rester finns i vissa α-kedjor från ryggradsdjur (nio mänskliga α-subtyper) mellan propellerrepetitionerna 2 och 3 . Denna innehåller en metalljonberoende adhesionsplats (MIDAS) som är viktig för ligandbindning.
Integrin β-underenhetsdomäner: Överst: Linjärt domänarrangemang. I mitten: Den globulära strukturen som bildas av proteindomäner. Nederst: Förenklad version av integrin β-underenheten.
Den β-underenheten består av 4 cysteinrika epidermal tillväxtfaktor (EGF)-repeats, en hybriddomän (delad i sekvens), en I-liknande domän (βI) och en plexin-sempahorin-integrin (PSI)-domän. I likhet med αI innehåller βI-domänen en MIDAS-plats för ligandbindning och ytterligare en regulatorisk plats ”adjacent to MIDAS” eller ADMIDAS, som hämmas av Ca2+ och aktiveras av Mn2+ för ligandbindning.
i) Ligandbindning
Den βI-domänen binder ligand tillsammans med β-propellern eller med αI (om den finns) genom MIDAS på ett Mg2+ -beroende sätt vid gränssnittet i huvudstycket. Medan Asp-karboxylgruppen samordnar βI MIDAS-jonen Mg2+, binder sidokedjans väte i Arg i RGD-liganden direkt till Asp i domänerna 2 och 3 av β-propellern .
ii) Dimerisering
Globulära domänstrukturer av α- och β-underenheter i en stabil dimer. Ligandbindning sker vid gränssnittet mellan αI (vänster panel) eller β-propeller (höger panel) och βI-domänen.
Dimerisering sker via β-propellerytan på α-kedjan och hybriddomänen i β-kedjan i cytoplasman . Sekvenserna vid dessa interagerande ytor verkar styra specificiteten i kedjevalet. Dimererna har visats stabiliseras och förblir inaktiva genom hydrofoba interaktioner och elektrostatiska saltbryggor vid de yttre respektive inre membranens proximala regioner .
iii) Interaktioner
Den cytoplasmatiska svansen av β-kedjan är känd för att binda till proteinadaptorer genom NPxY/F-motiv ; detta aktiverar integrinerna genom att bryta saltbryggan mellan dimeren (granskad i ). I allmänhet främjar adaptorproteinerna kopplingen till aktin , men intermediära filamenter har också involverats via vimentin .
Proteinadaptorer som binder till integrins cytoplasmatiska svansar:
Strukturella adaptrar (t.ex. talin, tensin) länkar integriner direkt till cytoskelettet
Adaptrar för uppbyggnad (t.ex. paxillin, kindlin) bildar broar mellan fokala adhesionsproteiner
Katalytiska adaptrar (t.ex. fokalt adhesionskinas, integrinlänkat kinas, Src) sprider signaltransduktion från adhesionsställen. Interaktioner via α-tail är inte väl etablerade på grund av sekvensvariabilitet, men α-tail är dock inblandad i den celltypsspecifika integrinaktiveringen genom bindningsproteiner som modulerar nedströms signalering . Fosforyleringstillståndet hos cytoplasmatiska svansrester modulerar konkurrensen mellan adaptrar för bindning och därmed de efterföljande cytoskeletala interaktionerna mellan integriner och respons (granskad i ).
Proteinstrukturens roll i ligandernas affinitetsmodulering, signalering och dynamiken i integrinernas ytfördelning granskas i .
.