Signalizace integriny Vytášek 2010

Extracelulární matrix (ECM) Pletivo makromolekul vně buněk (bílkoviny, glykoproteiny, proteoglykany a polysacharidy) Poskytuje mechanickou podporu pro buňky Ovlivňuje chování, proliferaci a diferenciaci buněk, které jsou s ní v kontaktu Hlavními receptory buněk, které zprostředkovávají interakci buněk s ECM jsou integriny

Integriny Nepostradatelné komponenty všech Metazoí (od mořských hub po člověka) Členy velké rodiny transmembránových proteinů, které jsou receptory pro adhesivní sekvence molekul extracelulární matrix Zprostředkují přichycení buňky k ECM nebo k jiné buňce a umožňují přenos signálu (informace) mezi ECM a buňkou. Signalizace probíhá jak z ECM do buňky (outside-in signaling), tak z buňky do extracelulárního prostoru (inside-out signaling) Vytášek 2009

Integrin Heterodimerní molekula v které jsou  and  podjednotka spolu nekovalentně vázány  podjednotka má čtyři vazné domény pro Ca2+ v extracelulární části polypeptidického řetězce  podjednotka má několik domén bohatých na cystein v extracelulární části polypeptidického řetězce

Adhesivní sekvence v proteinech ECM a jejich integrinový receptor

Outside-in signalizace Vazba komponenty ECM (specifické sekvence) na vazné místo integrinu způsobí konformační změny v molekule integrinu K změně konformace dochází i v cytoplasmatické části integrinu a to vyvolá následné interakce s procesy, které řídí intracelulární signální dráhy (např. aktivace cytoplasmatických TPK (FAK) a serin/threonin kinas , aktivace malých GTPas, indukce vápníkového transportu a změny v fosfolipidové syntéze)

Outside-in signalizace Konformační změny vedou také k shlukování molekul integrinu v membráně (tzv. clusterimg) a to dále modifikuje interakce cytoplasmatických domén integrinu Buněčný fenotyp je určován tímto typem signalisace; integriny slouží buňkám jako mechanické sensory přenášející informaci o ECM do buňky a ta dle toho modifikuje svůj cytoskeleton

Fokal adhesivní kinasa (FAK) Protein tyrosin kinasa 2 (PTK2) cytoplasmatická nereceptorová protein tyrosin kinasa koncentrovaná ve fokálních adhesích (focal adhesions) fosforylována po interakci s integrinem první krok aktivace FAK je autofosforylace na Tyr397 , plné aktivace je dosaženo další fosforylací (Src, Fyn)

Stavy vazného místa pro ligand ECM v integrinu Receptor má nízkou afinitu pro ligand (buňka není aktivovaná) Receptor má vysokou afinitu (aktivované buňky) Shlukování (clustering) molekul integrinu v membráně (modulace pomocí avidity)

Inside-out signalisace Mechanismus této signalisace je založen na změně afinity receptoru (vazného místa pro ligand ECM) Neaktivované buňky mají integrin s nízkou afinitou Aktivace buněk vede k tomu, že intracelulární část molekuly integrinu se váže na integrin aktivující komplex (IAC). To vede ke konformační změně celé molekuly integrinu Konformační změna extracelulární části integrinu následně změní afinitu ligand vázajícího místa z nízkoafinitního na vysoce afinitní Díky vysoce afinitnímu receptoru je více komponent vázáno přes integriny na aktivovanou buňku

Aktivace hematopoietických buněk Typický příklad je aktivace krevních destiček Integrin trombocytů je v inaktivním stavu nízkoafinitní pro svůj hlavní ligand ECM – fibrinogen Po stimulaci trombocytů je integrin rychle převáděn do vysoce afinitní formy a následně jsou krevní destičky přes svůj aktivovaný integrin navazovány na fibrinogen

Aktivace v tkáních (adherentmích buněk) Adherentní buňky(např. fibroblasty, epitheliální buňky atd.) musí být ukotveny na ECM stabilním způsobem, aby si uchovaly své základní vlastnosti a funkce a udržely i základní organisaci buněk v tkáni Inside-out signalisace integriny je velmi důležitá pro řízení tkáňového hojení a remodelace po předchozím tkáňovém poškození Tento typ signalisace je také důležitý pro regulaci migrace buněk

Souhrn Integriny, společné pro všechny Metazoa, zprostředkovávají přichycení buněk k extracelulární matrix a k ostatním buňkám Outside-in integrin signalisace (vazba ligandu z ECM na extracelulární doménu integrinu) reguluje dráhy procesů jako je fosforylace proteinů, proliferace, diferenciace and apoptosa Inside-out signalisace je vytvářena změnou afinity vazného místa pro ligand vlivem allosterické přestavby po asociaci intracelulární části integrinu s intracelulárním integrin aktivujícím komplexem

Zdroj informací : Goldfinger,L.E., Ginsberg,M.H. : Integrin signaling in Encyklopedia of Biological Chemistry Vol.2 (2004) 441-445 http://student.biology.arizona.edu/honors2001/group08/intro/intro2.htm http://student.biology.arizona.edu/honors2001/group08/intro/intro3.htm http://www.geocities.com/capecanaveral/9629/ Trends Cell Biol 14(2004)678-686 Schwartz, M.A. : The Force Is with Us. Science 323(2009) 588-589