Postoji nekoliko tipova integrina, a jedna ćelija na svojoj površini uglavnom ima više različitih. Integrini se nalaze u svih životinja, dok se integrin-slični receptori nalaze u biljnim ćelijama.[3]
Integrini su obvezni heterodimeri sastavljeni od α i β podjedinice. Nekoliko gena kodira višestruke izoforme ovih podjedinica, što dovodi do niza jedinstvenih integrina različite aktivnosti. Integini su kod sisara sastavljeni od osamnaest α i osam β podjedinica,[4] u rodu Drosophila pet α i dvije β podjedinice, a kod nematodeCaenorhabditis dvije α i jedna β podjedinica.[5] Obje α podjedinice su transmembranski proteini klase I, tako da svaka jednom prodire u plazmamembranu i može imati nekoliko citoplazmatskih domena.[6]
Varijante nekih podjedinica nastaju diferencijalnom preradom RNK; naprimjer, postoje četiri varijante beta-1 podjedinice. Kroz različite kombinacije α i β podjedinica, generiraju se 24 jedinstvena integrina sisara, isključujući varijante prerade i glikozilacije.[7]
Podjedinice integrina obuhvataju ćelijsku membranu i imaju kratke citoplazmatske domene od 40–70 aminokiselina. Izuzetak je beta-4 podjedinica koja ima citoplazmatski domen od 1.088 aminokiselina, jedan od najvećih od svih membranskih proteina. Izvan ćelijske membrane, α i β lanci leže blizu jedan drugom, dužinom od oko 23 nm; konačnih 5 nm N-krajevi svakog lanca čini vezani ligand regiona za ECM. Upoređivani su s jastogovim kandžama, iako zapravo ne "štipaju" svoj ligand, već hemijski komuniciraju s njim u unutrašnjosti "vrhova" svojih "kliješta".
Molekulska masa podjedinica integrina može varirati od 90 kDa do 160 kDa. Beta podjedinice imaju četiri cisteinom – bogate ponavljajuće sekvence. I α i β podjedinice vežu nekoliko dvovalentnihkationa. Uloga dvovalentnih kationa u α podjedinici je nepoznata, ali može stabilizirati nabore proteina. kationi u β podjedinicama su zanimljiviji: oni su direktno uključeni u koordinaciju barem nekih liganda na koje se integrini vežu.
Integrini se mogu kategorizirati na više načina. Naprimjer, neki α lanci imaju dodatni strukturni element (ili "domen") umetnut prema N-kraju, alfa-A domena (takozvanoj jer ima sličnu strukturu kao A-domeni u proteinu von Willebrandov faktor; naziva se i α-I domenom). Integrini koji nose ovaj domen ili se vežu za kolagene (npr. integrini α1 β1 i α2 β1), ili djeluju kao ćelija-ćelija adhezijske molekule (integrini porodice β2). Ovaj α-I domen je mjesto vezanja za ligande takvih integrina. Oni integrini koji ne nose ovaj umetnuti domen imaju i A-domen na svom mjestu vezanja za ligand, ali ovaj A-domen nalazi se na β podjedinici.
Struktura
Uprkos dugogodišnjim naporima, otkrivanje strukture visoke rezolucije integrina pokazalo se izazovnim, jer su membranski proteini klasično teški za prečišćavanje, a integrini su veliki, složeni i povezani sa mnogim stablima šećera ("visoko glikozilirani "). Niskorezolucijske slike deterdženatskog ekstrakta integrina GPIIbIIIa , u niskoj rezoluciji, dobijene su elektronskom mikroskopijom. Čak su donijeni i podaci iz indirektnih tehnika koje istražuju svojstva rastvora integrina ultracentrifugiranjem i rasipanjem svetlosti, kombinirane s fragmentarnim kristalografskim ili NMR podacima visoke rezolucije. To je obavljeno iz pojedinačnih ili upareni domena pojedinačnih integranskih lanaca i molekulskim modelima postuliranim za ostatak lanaca.
X-kristalna struktura dobijena za kompletan vanćelijski region jednog integrina, αvβ3, pokazuje molekulusavijenu u obrnuti V-oblik koji potencijalno dovodi do vezanja mjesta liganda u blizini ćelijske membrane. Što je još važnije, dobijena je također kristalna struktura za isti integrin vezan za mali ligand koji sadrži RGD-sekvencu, lijek cilengitid.[8] Kao što je gore detaljno objašnjeno, ovo je konačno otkrilo zašto su dvovalentni kationi (u A-domenima) kritični za vezanje RGD-liganda za integrine. Vjeruje se da je interakcija takvih sekvenci s integrinom primarni prekidač kojim ECM djeluje na ponašanje ćelija.
Struktura postavlja mnoga pitanja, posebno u vezi sa vezanjem liganda i transdukcijom signala. Mjesto vezanja liganda usmereno je prema C-kraju integrina, regionu u kojem molekula izlazi iz ćelijske membrane. Ako iz membrane izlazi ortogonalno, mjesto vezanja liganda bi očigledno bilo ometano, pogotovo jer su ligani integrana obično masivne i dobro umrežene komponente ECM-a. Zapravo se malo zna o uglu koji membranski proteini imaju prema ravnini membrane; ovo je problem koji je teško riješiti dostupnim tehnologijama. Struktura integrina skrenula je pažnju na ovaj problem, koji može imati općenite implikacije na način funkcioniranja membranskih proteina. Čini se da su integrirani transmembranski heliksi nagnuti, što nagovještava da izvanstanični lanci možda nisu pravokutni u odnosu na površinu membrane.
Iako se kristalna struktura iznenađujuće malo promijenila nakon vezanja za cilengitid, sadašnja hipoteza je da funkcija integrina uključuje promjene oblika, kako bi se mjesto vezanja liganda pomaklo u pristupačniji položaj, dalje od površine ćelije, a ta promjena oblika također pokreće unutarćelijsku signalizaciju . Postoji široka citološko-biološka i biohemijska literatura koja podupire ovo gledište. Možda najuvjerljiviji dokaz uključuje upotrebu antitijela koja prepoznaju integrine samo kada su vezani za svoje ligande ili su aktivirani. Kako je "otisak" antitijela na metu vezanja otprilike krug promjera oko 3 nm, rezolucija ove tehnike je niska. Pa ipak, ta takozvana LIBS (Ligand-Induced-Binding-Sites-Sites) antitijela nedvosmisleno pokazuju da se rutinski javljaju dramatične promjene u obliku integrina. Međutim, kako promjene otkrivene antitijelima izgledajuu strukturi, još uvijek je nepoznato.
Aktivacija
Kada se puste u ćelijsku membranu, pretpostavlja se da se novosintetizirani dimeri integrina nalaze u istoj savijenoj konformaciji otkrivenoj gore opisanim strukturnim studijama. Jedna škola mišljenja tvrdi da im ovaj savijeni oblik sprečava interakciju sa njihovim ligandima, iako savijeni oblici mogu prevladati u EM-strukturi visoke rezolucije integrina vezanog za ECM ligand. Stoga, bar u biohemijskim eksperimentima, dimeri integrina očigledno ne smiju biti „savijeni“, kako bi ih grundirali i omogućili njihovo vezivanje za vanćelijski matriks (ECM). U ćelijama, prerada RNK oobavlja se proteinskim talinom, koji se veže za β rep dimera integrina i mijenja njegovu konformaciju.[9][10] Integrinski lanci α i β su transmembranski proteini klase I: prolaze kroz plazmamembranu kao pojedinačni transmembranski alfa-heliksi. Nažalost, zavojnice su preduge, a nedavna istraživanja sugeriraju da su za integrin gpIIbIIIa nagnute jedna prema drugoj i prema ravni membrane. Vezanje talina mijenja ugao nagiba transmembranskog heliksa lanca β3 u modelnim sistemima, a to može odražavati fazu u procesu signalizacije iznutra prema vani, koja daje naboj integrinima.[11] Štaviše, talinski proteini su u stanju da se dimeriziraju[12] i stoga se smatra da interveniraju u klasteriranju dimera integrina što dovodi do stvaranja fokalne adhezije. Nedavno je utvrđeno da proteini kindlin-1 i kindlin-2 također stupaju u interakciju s integrinom i aktiviraju ga.[13]
Funkcija
Integrini imaju dvije glavne funkcije: vezanje ćelija na ECM i transdukciju signala sa ECM na ćelije.[14] Također, učestvuju u širokom spektru drugih bioloških aktivnosti, uključujući ekstravazaciju, adheziju od ćelije do ćelije, migraciju ćelija i kao receptori za određene viruse, kao što su adenovirus, ehovirus, hantavirus i bolest slinavke i šapa, polio virus i drugi virusi.
Glavna funkcija integrina uočava se u molekuli GpIIb/IIIa, integrinu na površini krvnih trombocit, a odgovornom za vezanje za fibrin u krvnom ugrušku koji se razvija . Ova molekula dramatično povećava svoj afinitet vezanja za fibrin/fibrinogen, povezivanjem trombocita s izloženim kolagenima na mjestu rane. Nakon povezivanja trombocita s kolagenom, GPIIb/IIIa mijenja oblik, omogućavajući mu da se veže za fibrin i druge komponente krvi, kako bi stvorio matricu ugruška i zaustavio gubitak krvi.
Privezivanje ćelije na ECM
Integrini spajaju ECM izvan ćelije sa citoskeletom (posebno ćelijskim mikrofilament om). Na koji se ligand u ECM-u integrin može vezati, definirano je prema tome od kojih je α i β podjedinica integrin. Među ligandima integrina su fibronektin, vitronektin, kolagen i laminin. Veza između ćelije i ECM-a može pomoći ćeliji da izdrži vučne sile bez izvlačenja iz ECM-a. Sposobnost ćelije da stvori ovu vrstu veze također je od vitalnog značaja u ontogenezi.
Vezanje ćelija na ECM osnovni je zahtjev za izgradnju višećelijskog organizma. Integrini nisu samo udice, već ćeliji daju kritične signale o prirodi okoline. Zajedno sa signalima koji proizlaze iz receptora za rastvorljive faktore rasta poput VEGF, EGF i mnogih drugi, oni provode biološku akciju, bilo da je ona vezanost, kretanje, smrt ili diferencijacija. Stoga sde integrini nalaze u srcu mnogih ćelijskih bioloških procesa. Vezanje ćelije odvija se stvaranjem kompleksa adhezija ćelija, koji se sastoje od integrina i mnogih citoplazmatskih proteina, kao što su talin, vinkulin, paksilin i alfa - aktinin. Oni djeluju regulirajući kinaze, kao što su FAK (kinaza fokalne adhezije) i Src kinaza, kako bi fosforilirali supstrate kao što je p130CAS, regrutirajući tako adaptere za signalizaciju, naprimjer CRK. Ovi kompleksi adhezije vežu se za aktinskicitoskelet. Integrini na taj način služe za povezivanje dvije mreže preko plazmamembrane: vanćelijski ECM i unutarćelijski sistem aktinskih niti. Integrin α6β4 je izuzetak, jer povezuje se s keratinskim intermedijarnim sistemom filamenta u epitelnim ćelijama.[15]
Fokalne adhezije su veliki molekulski kompleksi, koji nastaju interakcijom integrina sa ECM, a zatim njihovim grupiranjem. Klasteri vjerovatno pružaju dovoljno unutarćelijskih mjesta vezanja da omoguće stvaranje stabilnih signalnih kompleksa na citoplazmatskoj strani ćelijske membrane. Dakle, fokalne adhezije sadrže integrinski ligand, molekulu integrina i pridruženi proteinski plak. Vezanje se pokreće promjenama u slobodnoj energiji.[16] Kao što je prethodno rečeno, ovi kompleksi povezuju vanćelijski matriks sa snopovima aktina. Krioelektronska tomografija otkriva da adhezija sadrži čestice na ćelijskoj membrani, promjera 25 +/– 5 nm, razmaknutih približno 45 nm.[17] Tretman inhibitorom Rho-kinaze Y-27632 smanjuje veličinu čestice i izuzetno je mehanoosjetljiv.[18]
Jedna od važnih funkcija integrina u ćelijama u kulturi tkiva je njihova uloga u migraciji ćelija. Ćelije se lijepe za supstrat putem svojih integrina. Tokom kretanja, ćelija stvara nove priključke za supstrat, s prednje strane i istodobno oslobađa one sa stražnje strane. Kada se oslobode iz supstrata, molekule integrina se vraćaju u ćeliju endocitozom; prenose se kroz ćeliju do njenog prednjeg dijela endocitnog ciklusa, gdje se dodaju natrag na površinu. Na taj način recikliraju za ponovnu upotrebu, omogućavajući ćeliji da postavi nove priključke na svom prednjem prednjem dijelu.[19] Ciklus endgrinske endocitoze i reciklaže natrag na ćelijsku površinu važan je i zbog migracije ćelija i tokom razvoja životinja.[20]
Transdukcija signala
Integrini igraju važnu ulogu u ćelijskoj signalizaciji, modulirajući ćelijske signalne puteve transmembranskih protein-kinaza, kao što su receptorske tirozin kinaze (RTK). Iako se prvobitno smatralo da je interakcija između integrina i receptorskih tirozin-kinaza jednosmjerna i potporna, nedavne studije pokazuju da integrini imaju dodatne, višestrane uloge u ćelijskoj signalizaciji.
Integrini mogu regulirati signalizaciju receptorske tirozin-kinaze, regrutovanjem specifičnih adaptera na plazmamembranu. Naprimjer, β1c integrin aktivira Gab1/Shp2 i ekprimira Shp2 do IGF1R, što rezultira defosforilacijom receptora.[21] U obrnutom smjeru, kada se aktivira receptorska tirozin-kinaza, integrini se kolokaliziraju u žarišnoj adheziji sa receptorskim tirozin-kinazama i njima povezanim signalnim molekulama.
Repertoar integrina eksprimiranih na određenoj ćeliji može odrediti signalni put, zbog diferencijalnog afiniteta vezanja ECM liganada za integrine. Ukočenost tkiva i sastav matrice mogu inicirati određene signalne puteve koji reguliraju ponašanje ćelija. Klasterizacija i aktivacija kompleksa integrin/ aktin jačaju interakciju fokalne adhezije i iniciraju okvir za ćelijsku signalizaciju, sklapanjem adhesoma.[22]
Ovisno o regulacijskom uticaju integrina na specifične receptorske tirozin-kinaze, ćelija može doživjeti:
Poznavanje međuodnosa integrina i receptorske tirozin-kinaze postavilo je temelje za nove pristupe terapiji karcinoma. Konkretno, ciljanje integrina povezanih sa RTK-ovima je novi pristup za inhibiranje angiogeneze.[24]
Integrini su lokalizirani u konusu rasta regenerirajućih neurona.
Beta-1 integrini stupaju u interakciju s mnogim lancima alfa-integrina. Genetički nokauti integrina kod miševa nisu uvijek smrtonosni, što sugerira da tokom razvoja embriona jedan od integrina može zamijeniti svoju funkciju drugim, kako bi omogućio preživljavanje. Neki integrini se nalaze na površini ćelije u neaktivnom stanju i citokini ih mogu brzo nanijeti na početnu površinu ili dovesti u stanje sposobno za vezanje njihovih liganada. Integrini mogu poprimiti nekoliko različitih dobro definiranih oblika ili "konformacijskih stanja". Jednom pripremljeno, konformacijsko stanje se mijenja, kako bi stimuliralo vezanje liganda, koji zatim aktivira receptore – također inducirajući promjenu oblika – da pokrenu transdukciju signala spolja.
^Goldmann WH, Bremer A, Häner M, Aebi U, Isenberg G (1994). "Native talin is a dumbbell-shaped homodimer when it interacts with actin". Journal of Structural Biology. 112 (1): 3–10. doi:10.1006/jsbi.1994.1002. PMID8031639.
^Yamada KM, Miyamoto S (oktobar 1995). "Integrin transmembrane signaling and cytoskeletal control". Current Opinion in Cell Biology. 7 (5): 681–9. doi:10.1016/0955-0674(95)80110-3. PMID8573343.
^Patla I, Volberg T, Elad N, Hirschfeld-Warneken V, Grashoff C, Fässler R, Spatz JP, Geiger B, Medalia O (septembar 2010). "Dissecting the molecular architecture of integrin adhesion sites by cryo-electron tomography". Nature Cell Biology. 12 (9): 909–15. doi:10.1038/ncb2095. PMID20694000.
^Gullingsrud J, Sotomayor M. "Mechanosensitive channels". Theoretical and Computational Biophysics Group, Beckman Institute for Advanced Science and Technology: University of Illinois at Urbana-Champaign. Arhivirano s originala, 2. 12. 2010.
