Интегриновые рецепторы участвуют в клеточных сигнальных процессах
Основные положения:
- Интегрины являются сигнальными рецепторами, которые контролируют как связывание клеток с белками внеклеточного матрикса (ВКМ), так и внутриклеточные процессы сопровождающие адгезию клеток .
- Сами интегрины не проявляют ферментативной активности. Вместо этого они взаимодействуют с адаптерными белками, которые связывают их с сигнальными белками .
- Прочность связывания интегринов с белками ВКМ регулируется двумя процессами, модуляцией сродства (т.е. изменением прочности связи индивидуальных рецепторов) и модуляцией связывания (т.е. изменением степени кластеризации рецепторов).
- Центральными для обоих регуляторных процессов являются изменения конформации интегринового рецептора, которые происходят или за счет изменений цитоплазматического участка его субъединиц, или за счет изменений внеклеточной концентрации катионов.
- При передаче сигнала по схеме inside-out (изнутри наружу) изменения конформации рецептора происходят за счет внутриклеточных сигналов, которые возникают в любом месте клетки (например, на другом рецепторе).
- При передаче сигнала по схеме outside-in (снаружи внутрь) сигналы возникают на рецепторе (например, при связывании лиганда) и распространяются на другие части клетки.
- С участием интегринов в клетках образуется пять различных адгезионных комплексов. Все они обладают различной структурой и выполняют разные сигнальные функции.
- Многие процессы передачи сигнала от интегрина перекрываются с процессами передачи сигнала от рецептора фактора роста.
В ответ на внешние сигналы связывание интегриновых рецепторов с белками ВКМ может измениться. Это необходимо, например, для контроля адгезии циркулирующих в крови тромбоцитов или для обеспечения циклического характера связывания и высвобождения ВКМ при миграции клеток.
Прочность связывания интегрина с белками находится под контролем двух комплементарных механизмов ( рис. 19.33 ):
- Модуляции сродства , при которой изменение конформации рецептора влечет за собой изменение его сродства к лиганду.
- Модуляция связывания , при которой изменяется число контактов, образующихся между интегринами и белками ВКМ.
Оба механизма могут контролироваться внутриклеточными процессами передачи сигнала, и изменения конформации интегрина являются основным фактором в обоих типах модуляций.
На основании данных рентгеноструктурного анализа кристаллов интегриновых рецепторов предложена модель активации интегрина ( рис. 19.34 ). В неактивном состоянии внеклеточная часть обеих цепей согнута по направлению к плазматической мембране, и рецептор не связывает лиганд. Коленные и гибридные домены действуют как шарниры для альфа- и бета-субъединиц соответственно. Для активации интегринового рецептора необходимо, чтобы внеклеточная часть рецептора выпрямилась; считается, что чем более выпрямлен рецептор, тем больше его сродство к лиганду. В процессе выпрямления рецептора происходит его связывание с лигандом. Это связывание характеризуется сначала низким сродством, и, возможно, оно даже может способствовать еще большему выпрямлению рецептора. Одним из конформационных изменений, которое хорошо коррелируется с активацией интегрина, является разделение альфа- и бета-цитоплазматических хвостовых участков. Последующие изменения конформации рецептора находятся под контролем или локальной концентрации двухвалентных катионов, которые связываются с бета-пропеллером и областью MIDAS рецептора, или процессов передачи сигнала. Одно из наиболее важных преимуществ этой модели заключается в том, что она демонстрирует, каким образом обеспечиваются разные формы интегринов и, соответственно, возникают разные состояния связывания. Эта модель помогает объяснить, как клетки тонко регулируют связывание с белками ВКМ.
Концентрация двухвалентных катионов во внеклеточной жидкости может меняться в процессе поддержания в организме солевого баланса. Поскольку интегрины связываются с ионами Са2+ и Mg2+, это приводит к изменению их конформации и поэтому влияет на связывание с внеклеточными белками. Как правило, в условиях in vitro, удаление катионов приводит к сгибанию рецепторов и к утрате ими адгезивных свойств, а добавление катионов их выпрямляет и восстанавливает адгезивные свойства.
Изменения функции интегринов также наступают в ответ на сигнал, переданный от других рецепторов, например от рецепторов факторов роста . Такая передача обозначается как передача сигнала по схеме "изнутри наружу" и показана на ( рис. 19.35 ). Сигнал распространяется по цитоплазме и заканчивается на внеклеточных участках интегриновых субъединиц. В основе этого способа передачи сигнала на интегрины лежит связывание белков цитозоля ( талина или тензина ) с цитоплазматическим участком бета-субъединицы.
Эти изменения конформации служат важным фактором, обеспечивающим функционирование системы передачи сигнала, поскольку они определяют взаимодействие интегринов с другими белками цитозоля. Предложена модель, объясняющая, как цитоплазматические участки интегриновых рецепторов изменяют свою конформацию в ответ на изменения внешних условий или при передаче сигнала по схеме inside-out ( рис. 19.36 ). Модель предполагает, что активация приводит к расхождению их цитоплазматических участков. Это обеспечивает связывание внутриклеточных сигнальных молекул. В неактивном состоянии интегрин находится в закрытой конформации, и связывание сигнальных молекул не происходит.
Как показано на рис. 19.33 , при изменении связывания, после активации, на поверхности клетки увеличивается степень кластеризации интегриновых рецепторов. Отдельные интегрины, в большом количестве находящиеся на поверхности клеток, образуют сравнительно слабые связи со своими лигандами. Однако если такое же количество интегринов образует в плоскости мембраны кластеры, то плотность возникающих связей будет обеспечивать большую устойчивость ткани к растяжению. Таким образом, при диффузном распределении рецепторов обеспечивается меньшая степень адгезии, чем при образовании их кластеров, даже когда количество и сродство рецепторов не меняются.
Когда интегриновые рецепторы образуют кластеры на поверхности клеток, цитоплазматические участки их альфа- и бета-субъединиц служат сайтами причаливания для сборки различных белков. На основании исследований на клеточных культурах, проведенных с индивидуальными белками ВКМ, а также in vitro, интегриновые кластеры подразделяются на пять групп ( рис. 19.37 ). Кластеры, содержащие бета1-, бета2- и бета3-интегрины, образуют четыре типа связей с актиновым цитоскелетом , и полудесмосомы , содержащие альфа6-бета4-интегрин, связанный с сетью промежуточных филаментов . Фокальные контакты относятся к числу первых кластеров интегринов, формирующихся на ведущем крае мигрирующих клеток. Они индуцируются при стимуляции роста актиновых филаментов поблизости от плазматической мембраны. Если фокальный контакт образует между ВКМ и актиновыми филаментами стабильную связь, способную противостоять физическим нагрузкам (за счет растяжения актиновых филаментов миозином ), то он увеличивается в размере и формирует фокальную адгезию . Вначале предполагалось, что фокальная адгезия существует только в клетках, растущих на плоской поверхности, в культуре, однако она была обнаружена и в эндотелии сосудов in vivo, особенно в тех участках, где происходит резкая смена напрвления кровотока. Клетки, культивируемые в 3D-ВКМ-гелях образуют удлиненные интегриновые кластеры, которые носят название адгезий к 3D-матриксу . Этот тип адгезий больше напоминает тип интегриновых кластеров, образуемых клетками in vitro.
Известно более 50 белков, которые входят в состав таких комплексов. Эти белки можно подразделить на четыре группы: трансмембранные рецепторы (например, рецепторы ростового фактора , синдеканы ) и три группы белков цитозоля: структурные белки, белки-адаптеры и ферменты. Состав каждого кластера варьирует в зависимости от типа входящих в него интегринов ВКМ, связанного с интегринами, величины растягивающего усилия, приходящегося на кластер, его локализации в клетке и типа самих клеток. Функционируя совместно, эти белки контролируют различные клеточные функции.
Многие сигнальные белки, связанные с кластерами интегрина и показанные на ( рис. 19.40 ), также обнаружены в сигнальных комплексах, которые образуются вокруг рецепторов факторов роста . Действительно, многие пути передачи сигналов с участием интегринов перекрываются с сигнальными путями рецепторов факторов роста, и некоторые из этих рецепторов мобилизуются в кластеры интегрина, так что часто трудно оценить вклад каждого из двух типов рецепторов. Например, киназа белкового комплекса фокальной адгезии (FAK) , которая находится в интегриновых кластерах, организует несколько путей передачи сигнала и играет основную роль в контроле роста и миграции клеток. В результате перекрывания сигнальных путей связывание интегрина с молекулами ВКМ способствует контролю роста клеток и блокирует их программированную гибель .
Смотрите также:
