Integrinas: cechy, struktura i funkcje

Integryny są dużą grupą lub rodziną białek powierzchniowych komórek, pozornie unikalnych w królestwie zwierząt. Są głównym zasobem komórek, które utrzymują interakcję (w postaci adhezji) z innymi komórkami i macierzą komórkową.

Jego struktura składa się z dwóch podjednostek zwanych alfa i beta. U ssaków wiadomo, że istnieje 16-18 jednostek alfa i 3-8 beta, które będą działać w zależności od ich kombinacji, a także stanu fizjologicznego konkretnej komórki lub tkanki.

Istnieje kilka białek, które mają funkcje adhezyjne. Jednakże grupa integryn jest tą, która jest najbardziej rozproszona i oddziałuje ze wszystkimi kluczowymi białkami macierzy komórkowej. Integryny uczestniczą w fagocytozie, migracji komórek i gojeniu się ran, a nawet są bardzo dobrze zbadane pod kątem ich udziału w przerzutach.

Funkcje

Są to białka charakteryzujące się mechanicznym wiązaniem cytoszkieletu komórkowego z jednej komórki do drugiej i / lub macierzy zewnątrzkomórkowej (w interakcji komórka-komórka i / lub komórka-macierz). Biochemicznie wykrywają, czy wykonano adhezję i czy przekazują sygnały komórkowe łączące środowisko zewnątrzkomórkowe z wewnątrzkomórkowym w obu kierunkach.

Pracują lub współpracują z innymi receptorami, takimi jak immunoglobuliny, kadheryna, selektyny i syndekandy. W odniesieniu do ligandów integryn, składają się one między innymi z fibronektyny, fibrynogenu, kolagenu i witronektyny.

Wiązanie ich z ich ligandami wynika z zewnątrzkomórkowych dwuwartościowych kationów, takich jak wapń lub magnez. Zastosowanie jednego lub drugiego zależy od specyficznej integryny.

Integryny mają wydłużony kształt zakończony głowicą w kształcie kuli ziemskiej, która zgodnie z obserwacjami pod mikroskopem elektronowym wyświetla ponad 20 nanometrów dwuwarstwy lipidowej.

Struktura

Integryny są heterodimerami, to znaczy są cząsteczkami składającymi się zawsze z dwóch białek. Oba białka są uważane za podjednostki lub protomery i są zróżnicowane jako podjednostka alfa i podjednostka beta. Obie podjednostki są połączone niekowalencyjnie. Mają masę cząsteczkową od 90 do 160 kDa.

Liczba podjednostek alfa i beta różni się w różnych grupach organizmów w królestwie zwierząt. Na przykład u owadów, takich jak muszka owocowa ( Drosophyla ), występują podjednostki 5 alfa i 2 beta, podczas gdy u robaków nicienia z rodzaju Caenorhabditis występują 2 alfy i jedna beta.

U ssaków naukowcy sugerują, że istnieje stała liczba podjednostek i ich kombinacji; jednak w bibliografii nie ma zgody co do tej liczby. Na przykład niektórzy wspominają, że istnieje 18 podjednostek alfa, 8 kombinacji beta i 24 kombinacje, podczas gdy inni mówią o 16 alfa i 8 beta dla 22 kombinacji.

Każda podjednostka ma następującą strukturę.

Podjednostka alfa

Podjednostka alfa ma strukturę z domeną β-helikalną siedmiu liści lub arkuszy, które tworzą głowę, domenę w udzie, dwie domeny cielęce, pojedynczą domenę transbłonową, a także krótki ogon cytoplazmatyczny, który nie ma aktywności enzymatycznej lub wiązania aktyny.

Prezentuje łańcuchy z około 1000 do 1200 reszt. Może wiązać kationy dwuwartościowe.

U ssaków, gdzie badano integryny, większość podjednostek alfa może być pogrupowana według tego, czy zawierają one wstawioną domenę (alfa I).

Z alfa wstawiłem domenę

Wstawiona domena alfa I składa się z obszaru 200 aminokwasów. Obecność tej domeny w integrynach wskazuje, że są receptorami kolagenu i leukocytów.

Bez wstawionej domeny

Integryny alfa, które nie mają zintegrowanej domeny, są podzielone na 4 podrodziny, które zobaczymy poniżej.

PS1

Receptory glikoprotein, zwane również lamininami, są niezbędne do integracji tkanek mięśniowych, nerkowych i skórnych.

PS2

Ta podrodzina jest receptorem kwasu arginyloglicylowego, znanego również jako RGD lub Arg-Gly-Asp.

PS3

Podrodzinę tę obserwowano u bezkręgowców, zwłaszcza u owadów. Chociaż niewiele wiadomo na ten temat, istnieją badania, które oceniają jego istotną rolę w funkcjonalnej aktywności genu integryny leukocytów CD11d u ludzi.

PS4

Ta podrodzina jest znana jako grupa alfa 4 / alfa 9 i obejmuje podjednostki o tych samych nazwach.

Wymienione podjednostki są zdolne do parowania z podjednostkami beta 1 i beta 7. Są również podzielone ligandami bardzo podobnymi do podjednostek alfa, które mają domenę wprowadzoną do alfa I, takich jak cząsteczki adhezji komórek naczyniowych, ligandy rozpuszczalne we krwi, fibrynogen i inne. w tym nawet patogeny.

Podjednostka beta

Strukturalnie podjednostka beta składa się z głowy, sekcji zwanej łodygą / nogą, domeny transbłonowej i ogona cytoplazmatycznego. Głowa składa się z domeny beta I, która jest wstawiona do domeny hybrydowej, która wiąże się z domeną integryny plexin-semafor, znaną również jako PSI.

Część łodyga / noga zawiera cztery moduły równe lub bardzo podobne do naskórkowego czynnika wzrostu integryny bogatej w cysteinę i, jak już wspomniano, ogon cytoplazmatyczny. Ten ogon cytoplazmatyczny, podobnie jak w podjednostce alfa, nie ma aktywności enzymatycznej ani wiązania aktyny.

Przedstawiają łańcuchy z wieloma resztami, które oscylują między 760 a 790 i mogą się łączyć, podobnie jak podjednostki alfa, kationy dwuwartościowe.

Funkcje

Integryny mają wiele funkcji, jednak dla których są one znane, są to te, które zobaczymy dalej.

Związek lub sprzężenie komórki z macierzą pozakomórkową

Połączenie, które istnieje między komórką a macierzą pozakomórkową dzięki integrynom sprzyja odporności komórki na ciąg mechaniczny, zapobiegając ich wyrwaniu z matrycy.

Kilka badań sugeruje, że sprzężenie z macierzą komórkową jest podstawowym wymogiem dla rozwoju wielokomórkowych organizmów eukariotycznych.

Migracja komórek jest procesem, w którym integryny interweniują przez wiązanie lub sprzęganie z różnymi substratami. Dzięki temu interweniują w odpowiedzi immunologicznej i gojeniu ran.

Transdukcja sygnałów z macierzy zewnątrzkomórkowej do komórki

Integryny uczestniczą w procesie przekazywania sygnału. Oznacza to, że interweniują w odbiorze informacji z płynu pozakomórkowego, kodują go, a następnie rozpoczynają zmianę cząsteczek wewnątrzkomórkowych w odpowiedzi.

Ta transdukcja sygnału interweniuje w wielu procesach fizjologicznych, takich jak zaprogramowane niszczenie komórek, różnicowanie komórek, mejoza i mitoza (podział komórek) i wzrost komórek, między innymi.

Integriny i rak

Kilka badań pokazuje, że integryny odgrywają ważną rolę w rozwoju nowotworów, zwłaszcza w przerzutach i angiogenezie. Przykładem tego są między innymi integryny αVβ3 i α1β1.

Integryny te są związane ze wzrostem nowotworowym, z rosnącą opornością terapeutyczną i nowotworami krwiotwórczymi.

Perspektywa ewolucyjna

Skuteczna adhezja między komórkami w celu utworzenia tkanek była bez wątpienia kluczową cechą, która powinna była być obecna w ewolucyjnej ewolucji organizmów wielokomórkowych.

Pojawienie się rodziny integryn wywodzi się z pojawienia się przeżuwaczy około 600 milionów lat temu.

Grupą zwierząt o przodkowej charakterystyce histologicznej są porifera, powszechnie nazywane gąbkami morskimi. U tych zwierząt adhezja komórek zachodzi przez zewnątrzkomórkową macierz proteoglikanu. Receptory wiążące się z tą matrycą posiadają typowy motyw wiążący integrynę.

W rzeczywistości w tej grupie zwierząt byliśmy w stanie zidentyfikować geny związane ze specyficznymi podjednostkami niektórych integryn.

W trakcie ewolucji przodek przeżuwaczy nabył integrynę i domenę wiążącą, która została zachowana w tej ogromnej grupie zwierząt.

Strukturalnie, maksymalna złożoność integryn jest widoczna w grupie kręgowców. Istnieją różne integryny, które nie występują u bezkręgowców, z nowymi domenami. W istocie u ludzi zidentyfikowano ponad 24 różne integryny funkcjonalne - podczas gdy w muszce owocowej Drosophila melanogaster jest tylko 5.