půl století výzkumu a >75 000 publikací upevnilo základní roli integrinů jako hlavních kanálů komunikace mezi extracelulárním prostředím a vnitřkem buněk. Tím, že slouží jako receptory buněčného povrchu pro četné extracelulární ligandy, integrin α a β heterodimery jsou integrálně zapojeny do fyziologických a patofyziologických odpovědí prakticky všech typů buněk. Nadměrná nebo potlačená vazba ligandu na integriny se podílí na mnoha onemocněních, včetně rakoviny, zánětu a kardiovaskulárních chorob.
z prvních studií integrinů na krevních buňkách bylo zřejmé, že jejich schopnost sloužit jako funkční receptory musí být přísně kontrolována. Integriny na krevních destičkách a leukocytech musí rychle přecházet z klidového stavu, kde vykazují minimální aktivitu vázající ligand do aktivovaného stavu, kde mohou zapojit ligandy s vysokou afinitou a aviditou. Molekuly a mechanismy, kterými se řídí aktivace integrinu, se proto staly a zůstaly hlavními tématy výzkumu. Ačkoli bylo popsáno mnoho modulátorů, aktivátorů i inhibitorů, je nyní známo, že 2 intracelulární proteiny, taliny a kindliny hrají zásadní roli při aktivaci integrinu. Taliny a kindliny se vážou přímo na podobné, ale nepřekrývající motivy v krátkých cytoplazmatických ocasech integrinových-β podjednotek. Tato perspektiva se zaměřuje na kindlins; poskytuje stručné shrnutí našeho současného chápání jejich struktury a funkce a poté předpovídá některé budoucí směry, kde bude pravděpodobně pokračovat výzkum rodiny kindlinů.
Kindlins
existují 3 kindlins u savců. Kindlin-1 se nachází primárně v ektodermálních buňkách, kindlin-2 je široce distribuován a Nachází se v kardiomyocytech, endotelových buňkách a fibroblastech a kindlin-3 je omezen primárně na hematopoetické buňky. Nicméně, několik typů buněk exprimuje >1 kindlin. Každý kindlin je protein obsahující FERM doménu, tak pojmenovaný pro motiv nalezený v proteinu 4.1, ezrin, radixin a monesin, které obsahují subdomény F1, F2 a F3. V kindlinech F1 předchází N-terminální F0 subdoména (obrázek), která není mezi Ferm doménovými proteiny vzácná. Rozlišování kindlinů od jiných proteinů FERM domény je transekce F2 doménou PH. PH domény jsou často vázány na lipidy a vazba lipidů na kindliny pomáhá zacílit je na membrány, což je lokalizace důležitá při aktivaci integrinu. 3 členové rodiny kindlinů jsou si navzájem podobní (53% identita sekvence aminokyselin mezi kindlin-2 a kindlin-3). Při porovnávání aminokyselinových sekvencí kindlinů, variabilní oblasti jsou rozptýleny mezi konzervovanými regiony; pravděpodobně, společné oblasti zprostředkovávají sdílené funkce mezi kindlins a variabilní oblasti dodávají funkce jedinečné pro jednotlivé kindlins.1
obrázek. Subdoménní organizace kindlin-2. Top, subdomény kindlin-2 a jejich odpovídající pořadová čísla. Spodní, krystalová struktura kindlin-2 (PDB kód 5xpy) se zvýrazněnými subdoménami. Všimněte si, že F2-N je n-koncová část F2 před doménou PH, protože struktura postrádá doménu PH a část C-terminálu F2. Některé oblasti, které jsou předmětem šetření, jsou zvýrazněny šipkami, včetně C-koncové šroubovice, která přemosťuje F1 a F3; QW, která interaguje s integrinem; a clathrin box, který se potenciálně váže na klathrin.
minulé
důkazy o tom, že kindliny jsou integrálně zapojeny do regulace integrinu, se sbíhaly z několika odlišných linií výzkumu: (1) četné studie in vitro ukázaly,že nadměrná exprese, knockdown nebo knockout kindlinů mění aktivaci integrinu2, 3; (2) v C. elegans absence unc-112, kindlin homolog, rekapituluje fenotyp vznikající nepřítomnost homologů integrinu α – a β-podjednotek a ILK (integrin-linked homolog). kináza) 4; (3) lidská onemocnění byla spojena s mutacemi / nedostatky kindlin-1 (Kindlerův syndrom) a kindlin-3 (LADIII) a odrážejí deficity aktivace integrinu u postižených jedinců5; (4) fenotypy myší, kde byly inaktivovány geny kindlin-1 a kindlin-3, těsně zrcadlí lidská onemocnění; a (5) redukce nebo vyřazení jednotlivých kindlinů vede k patologiím specifickým pro tkáň, které jsou v souladu s deficity aktivace integrinu. Společně tato pozorování stanoví zásadní roli kindlin ve funkcích, které závisí na aktivaci integrinu.
současnost
zpočátku se předpokládalo, že interakce β-podjednotek integrinu s hlavní doménou Talinu je nezbytná a dostatečná pro aktivaci integrinu. Vazba Talinu podporuje konformační přechod integrinu z ohnuté na prodlouženou konformaci, která je tolerantnější k ligandové angažovanosti.6 fenotypy myší a lidí s nedostatky každého druhu však určují jejich význam při aktivaci integrinu. Kromě toho při zkoumání časově závislé sekvence událostí při tvorbě vznikajících fokálních adhezí obsahujících integrin v buňkách byly kindliny rekrutovány před talinem, 7 na rozdíl od předpokládané sekvence Talinu nejprve a poté kindlinů k dokončení aktivačního procesu. Dvě novější pozorování poskytla určitou jasnost úloze kindlinů při aktivaci. Za prvé, role kindlins a talin v aktivaci integrinu jsou odlišné: ačkoli talin byl schopen zvýšit vazbu monovalentního ligandu, kindlins toho nemohl dosáhnout, talin byl nezbytný pro afinitní modulaci, ale kindlins byly vyžadovány pro integrinové shlukování vedoucí k aviditní modulaci.8 protože integriny u některých pacientů s LADIII nemohou podporovat produktivní buněčné odpovědi, jako je aktivace krevních destiček a vrozená imunita, musí být pro připojení funkčních odpovědí vyžadováno shlukování integrinů zprostředkované kindliny. Za druhé, s použitím buněk, ve kterých byly geny kindlin-2 a talin inaktivovány technologií Gen knockout, byl učiněn závěr, že ani jeden není dostatečný a oba jsou potřebné pro optimální aktivaci integrinu.9
během posledních 5 let se objevily nové poznatky o biologii kindlin: nejenže kontrolují reakce závislé na integrinu, ale také řídí některé buněčné odpovědi, které jsou nezávislé na jejich vazbě na integrin. Rozlišení závisí na schopnosti mutací kindlin nesoucích sekvenci GLN-Trp (QW) vázající integrin ve své subdoméně F3 stále zprostředkovat specifické funkční odpovědi. Tyto reakce závisí na schopnostech kindlinů fungovat jako adaptační proteiny. K dnešnímu dni bylo identifikováno více než 20 vazebných partnerů kindlin.10 Jak je identifikován každý nový vazebný partner, repertoár kindlinových funkcí se rozšiřuje.
budoucnost
z našeho současného úhlu pohledu si lze představit několik konkrétních oblastí budoucího pokroku na kindlinech.
struktury Kindlinů s vysokým rozlišením a jejich multimolekulárních komplexů
významný pokrok v našem chápání kindlinů byla zajištěna krystalovou strukturou mutantu kindlin-2 v komplexu s integrinovými cytoplazmatickými ocasy. Jak se očekávalo, QW v rámci subdomény F3 byl zapojen do komplexu. Za zmínku stojí, že byl detekován dimer kindlin-2, který se podílel na aktivaci integrinu.11 tento zajímavý nález bude muset být potvrzen celovečerním kindlinem. Kromě struktury kindlins jako takové by jejich komplexy s dalšími vazebnými partnery významně posunuly pole. Kryo-elektronová mikroskopie molekul, které se shromažďují s kindlinem, zajistí vysoké rozlišení organizace fokálních adhezních komplexů.
dynamika aktivace integrinu
velmi nejednoznačná je časová posloupnost událostí, ke kterým dochází během montáže aktivace integrinu. Je zapotřebí přístupů, které sledují nábor vazebných partnerů během signalizace integrinu uvnitř a venku v rámci integrinů. Mikroskopie s vysokým rozlišením nabízí příležitost sledovat nejen nábor molekul do formování fokálních komplexů, ale také časovaný výstup těchto molekul, protože soutěží o překrývající se vazebná místa na integrinech.
jak Kindliny zprostředkovávají aktivaci integrinu
převládajícím modelem pro talinovu roli v aktivaci integrinu je jeho disociace / separace α a β cytoplazmatických ocasů, 12 způsobující změnu juxtapositioningu transmembránových šroubovic a nakonec přechody extracelulární oblasti z ohnuté do rozšířené konformace.13 během tohoto procesu může talin také soutěžit s filaminem, inaktivátorem integrinu14; a vytěsnění filaminu může podporovat aktivaci integrinu. Talin musí podstoupit odmaskování vazebného místa integrinu, aby indukoval tyto konformační změny integrinu.15 Kindlinova role spočívá v shlukování integrinů, ale jsou to jediné role těchto molekul v aktivačním procesu? Zbývá zjistit, zda talin také vloží do procesu shlukování a zda kindlin může indukovat konformační změny s heterodimerem integrinu, který zvyšuje aktivaci integrinu. Předpokládá se, že kindliny jsou ústavně vázány na integriny, ale aktivační událost v regulaci aktivity kindlin nebyla systematicky vyloučena.
bylo by obvyklé ukončit komentář stručným shrnutím, ale jak jsme se pokusili sdělit, příběh kindlins je stále ve vývoji. Existuje mnoho oblastí kindlin biologie, které potřebují podrobnější studie. Strukturální základ a dynamické zapojení kindlinů do aktivace integrinu a nové funkce nezávislé na integrinu jsou zřejmými směry vyžadujícími další důraz. Neočekávané interakce mohou dále rozšířit roli kindlinů v buněčné biologii.
poděkování
Toto je velmi stručný komentář k kindlins. Jsme velmi omezeni délkou a počtem odkazů, které lze citovat, a skutečně se omlouváme kolegům, jejichž příspěvky nemohly být dostatečně uznány.
zdroje financování
tato studie byla podpořena granty National Institutes of Health R01 HL096062, PO1 HL073311 a P01 HL076491.
Zveřejnění
Žádné.
poznámky pod čarou
názory vyjádřené v tomto článku nemusí být nutně názory redaktorů nebo American Heart Association.
