Ein halbes Jahrhundert Forschung und >75 000 Publikationen haben die grundlegende Rolle von Integrinen als wichtige Kommunikationswege zwischen der extrazellulären Umgebung und dem Inneren von Zellen gefestigt. Indem sie als Zelloberflächenrezeptoren für zahlreiche extrazelluläre Liganden dienen, sind Integrin-α- und β-Heterodimere integral an den physiologischen und pathophysiologischen Reaktionen praktisch aller Zelltypen beteiligt. Übermäßige oder unterdrückte Ligandenbindung an Integrine ist an vielen Krankheiten beteiligt, einschließlich Krebs, Entzündungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Aus den frühesten Untersuchungen von Integrinen an Blutzellen wurde deutlich, dass ihre Fähigkeit, als funktionelle Rezeptoren zu dienen, streng kontrolliert werden muss. Integrine auf Thrombozyten und Leukozyten müssen schnell von einem Ruhezustand, in dem sie eine minimale Ligandenbindungsaktivität aufweisen, in einen aktivierten Zustand übergehen, in dem sie Liganden mit hoher Affinität und Avidität binden können. Daher wurden und sind die Moleküle und Mechanismen, die die Integrin-Aktivierung steuern, Hauptthemen der Forschung. Obwohl viele Modulatoren, sowohl Aktivatoren als auch Inhibitoren, beschrieben wurden, ist bekannt, dass 2 intrazelluläre Proteine, Taline und Kindline, eine wesentliche Rolle bei der Integrin-Aktivierung spielen. Taline und Kindline binden direkt an ähnliche, aber nicht überlappende Motive in den kurzen cytoplasmatischen Schwänzen von Integrin-β-Untereinheiten. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Kindlins; es bietet eine kurze Zusammenfassung unseres gegenwärtigen Verständnisses ihrer Struktur und Funktion und sagt dann einige zukünftige Richtungen voraus, in denen die Forschung an der Kindlin-Familie wahrscheinlich voranschreiten wird.
Die Kindlins
Es gibt 3 Kindlins bei Säugetieren. Kindlin-1 kommt hauptsächlich in ektodermalen Zellen vor, Kindlin-2 ist weit verbreitet und kommt in Kardiomyozyten, Endothelzellen und Fibroblasten vor, und Kindlin-3 ist hauptsächlich auf hämatopoetische Zellen beschränkt. Mehrere Zelltypen exprimieren jedoch >1 kindlin. Jedes Kindlin ist ein FERM-domänenhaltiges Protein, das nach einem Motiv benannt ist, das in Protein 4.1, Ezrin, Radixin und Monesin gefunden wurde, die F1-, F2- und F3-Subdomänen enthalten. Bei Kindlins geht F1 eine N-terminale F0-Subdomäne voraus (Abbildung), die bei FERM-Domänenproteinen nicht selten vorkommt. Kindlins von anderen FERM-Domänenproteinen zu unterscheiden, ist die Durchtrennung von F2 durch eine PH-Domäne. PH-Domänen sind häufig lipidbindend, und die Lipidbindung an Kindline hilft, sie auf Membranen abzuzielen, eine Lokalisierung, die für die Integrin-Aktivierung wichtig ist. Die 3 Mitglieder der Kindlins-Familie sind einander ähnlich (53% Aminosäuresequenz-Identität zwischen Kindlin-2 und Kindlin-3). Beim Vergleich von Aminosäuresequenzen der Kindline werden variable Regionen zwischen konservierten Regionen durchsetzt; Vermutlich vermitteln die gemeinsamen Regionen gemeinsame Funktionen zwischen den Kindlinen und die variablen Regionen verleihen den einzelnen Kindlinen einzigartige Funktionen.1
Abbildung. Subdomain Organisation von kindlin-2. Top, Subdomains von kindlin-2 und ihre entsprechenden Sequenznummern. Unten, Kristallstruktur von Kindlin-2 (PDB-Code 5xpy) mit hervorgehobenen Subdomains. Beachten Sie, dass F2-N der N-terminale Teil von F2 vor der PH-Domäne ist, da der Struktur die PH-Domäne und der C-terminale F2-Teil fehlen. Bestimmte Regionen, die untersucht werden, werden durch Pfeile hervorgehoben, einschließlich der C-terminalen Helix, die F1 und F3 überbrückt; QW, das mit Integrin interagiert; und Clathrin-Box, die möglicherweise an Clathrin bindet.
Die Vergangenheit
Beweise dafür, dass Kindline integral an der Integrin-Regulation beteiligt sind, konvergierten aus mehreren verschiedenen Untersuchungslinien: (1) Zahlreiche In-vitro-Studien zeigten, dass Überexpression, Knockdown oder Knockout von Kindlinen die Integrin-Aktivierung2,3 verändert; (2) In C. elegans rekapituliert das Fehlen von unc-112, dem Kindlin-Homolog, den Phänotyp, der auf das Fehlen der Homologen von α- und β-Integrin-Untereinheiten und ILK ( integrin-verknüpfte Kinase)4; (3) menschliche Krankheiten wurden mit Mutationen / Mängeln von Kindlin-1 (Kindler-Syndrom) und Kindlin-3 (LADIII) in Verbindung gebracht und spiegeln Defizite bei der Integrin-Aktivierung bei betroffenen Personen wider5; (4) die Phänotypen von Mäusen, bei denen die Gene von Kindlin-1 und Kindlin-3 inaktiviert wurden, spiegeln die menschlichen Krankheiten eng wider; und (5) Die Reduktion oder der Knockout einzelner Kindline führt zu gewebespezifischen Pathologien, die mit Defiziten bei der Integrin-Aktivierung übereinstimmen. Zusammen stellen diese Beobachtungen die wesentliche Rolle von Kindlin in Funktionen fest, die von der Integrin-Aktivierung abhängen.
Die vorliegende
Anfänglich wurde angenommen, dass das Engagement von Integrin β-Untereinheiten mit der Kopfdomäne von Talin notwendig und ausreichend für die Integrin-Aktivierung war. Die Bindung von Talin begünstigt einen Konformationsübergang von Integrin von einer gebogenen zu einer erweiterten Konformation, die für die Ligandenbindung permissiver ist.6 Die Phänotypen von Mäusen und Menschen mit Mängeln jeder Art belegen jedoch ihre Bedeutung für die Integrin-Aktivierung. Bei der Untersuchung der zeitabhängigen Abfolge von Ereignissen bei der Bildung von Integrin-haltigen nascenten fokalen Adhäsionen in Zellen wurden Kindline vor Talin rekrutiert,7 entgegen der vorgesehenen Abfolge von Talin zuerst und dann Kindlins, um den Aktivierungsprozess abzuschließen. Zwei neuere Beobachtungen haben Klarheit über die Rolle von Kindlins bei der Aktivierung gebracht. Erstens sind die Rollen von Kindlins und Talin bei der Integrin-Aktivierung unterschiedlich: obwohl Talin in der Lage war, die Bindung eines monovalenten Liganden zu verstärken, konnte Kindlins dies nicht erreichen, Talin war für die Affinitätsmodulation notwendig, aber Kindlins waren für das Integrin-Clustering erforderlich, was zu einer Aviditätsmodulation führte.8 Da Integrine bei einigen LADIII-Patienten keine produktiven zellulären Reaktionen wie Thrombozytenaktivierung und angeborene Immunität unterstützen können, muss ein durch Kindline vermitteltes Integrin-Clustering erforderlich sein, um funktionelle Reaktionen zu unterstützen. Zweitens wurde unter Verwendung von Zellen, in denen die Gene Kindlin-2 und Talin durch Gen-Knockout-Technologie inaktiviert wurden, der Schluss gezogen, dass keines von beiden ausreichend ist und beide für eine optimale Integrin-Aktivierung benötigt werden.9
In den letzten 5 Jahren sind neue Einblicke in die Kindlin-Biologie entstanden: Sie kontrollieren nicht nur integrin-abhängige Reaktionen, sondern steuern auch einige zelluläre Reaktionen, die unabhängig von ihrer Integrin-Bindung sind. Die Unterscheidung hängt von der Fähigkeit eines Kindlins ab, Mutationen seiner Integrin-bindenden Gln-Trp (QW) -Sequenz in seiner F3-Subdomäne zu tragen, um noch spezifische funktionelle Reaktionen zu vermitteln. Diese Reaktionen hängen von der Fähigkeit der Kindline ab, als Adapterproteine zu fungieren. Bisher wurden mehr als 20 kindlin-Bindungspartner identifiziert.10 Da jeder neue Bindungspartner identifiziert wird, erweitert sich das Repertoire der Kindlins-Funktionen.
Die Zukunft
Von unserem derzeitigen Standpunkt aus können mehrere spezifische Bereiche des zukünftigen Fortschritts bei den Kindlins in Betracht gezogen werden.
Hochauflösende Strukturen von Kindlins und seinen multimolekularen Komplexen
Ein großer Fortschritt in unserem Verständnis von Kindlins wurde durch die Kristallstruktur des mutierten Kindlin-2 im Komplex mit cytoplasmatischen Integrinschwänzen erzielt. Wie erwartet war QW innerhalb der F3-Subdomain an dem Komplex beteiligt. Insbesondere wurde ein Kindlin-2-Dimer nachgewiesen und an der Integrin-Aktivierung beteiligt.11 Dieser interessante Befund muss mit einem Kindlin in voller Länge bestätigt werden. Über die Struktur der Kindline an sich hinaus würden ihre Komplexe mit anderen Bindungspartnern das Feld erheblich vorantreiben. Die Kryoelektronenmikroskopie von Molekülen, die sich mit Kindlins zusammensetzen, liefert eine hohe Auflösung der Organisation fokaler Adhäsionskomplexe.
Dynamik der Integrin-Aktivierung
Sehr zweideutig ist die zeitliche Abfolge von Ereignissen, die während der Montage der Integrin-Aktivierung auftreten. Ansätze, die die Rekrutierung von Bindungspartnern während der Integrin-Inside-Out- und Outside-In-Signalisierung über Integrine hinweg verfolgen, sind erforderlich. Die hochauflösende Mikroskopie bietet die Möglichkeit, nicht nur die Rekrutierung von Molekülen zu fokalen Komplexen zu verfolgen, sondern auch den zeitgesteuerten Austritt dieser Moleküle, wenn sie um überlappende Bindungsstellen auf Integrinen konkurrieren.
Wie Kindline die Integrin-Aktivierung vermitteln
Das vorherrschende Modell für die Rolle von Talin bei der Integrin-Aktivierung ist die Dissoziation / Trennung der α- und β-zytoplasmatischen Schwänze,12 was zu einer Veränderung der Nebeneinanderstellung der Transmembranhelices und letztendlich zu Übergängen der extrazellulären Region von einer gebogenen zu einer ausgedehnten Konformation führt.13 Während dieses Prozesses kann Talin auch mit Filamin, einem Integrin-Inaktivator, konkurrieren14; und die Verdrängung von Filamin kann die Integrin-Aktivierung fördern. Talin muss einer Entlarvung seiner Integrin-Bindungsstelle unterzogen werden, um diese Konformationsänderungen im Integrin zu induzieren.15 Kindlins Rolle besteht darin, Integrine zu clustern, aber sind dies die einzigen Rollen dieser Moleküle im Aktivierungsprozess? Es bleibt abzuwarten, ob Talin auch in den Clustering-Prozess einfügt und ob Kindlin Konformationsänderungen mit dem Integrin-Heterodimer induzieren kann, das die Integrin-Aktivierung verstärkt. Es wird vermutet, dass Kindline konstitutionell an Integrine gebunden sind, ein aktivierendes Ereignis bei der Regulierung der Kindlinaktivität wurde jedoch nicht systematisch ausgeschlossen.
Es wäre üblich, einen Kommentar mit einer kurzen Zusammenfassung zu beenden, aber wie wir versucht haben zu vermitteln, befindet sich die Geschichte von Kindlins noch in der Entwicklung. Es gibt viele Bereiche der Kindlin-Biologie, die eingehender untersucht werden müssen. Die strukturelle Basis und die dynamische Beteiligung von Kindlins an der Integrin-Aktivierung und neuartigen Integrin-unabhängigen Funktionen sind offensichtliche Richtungen, die weiterer Betonung bedürfen. Unerwartete Wechselwirkungen können die Rolle von Kindlinen in der Zellbiologie weiter erweitern.
Danksagungen
Dies ist ein sehr kurzer Kommentar zu Kindlins. Wir sind in der Länge und Anzahl der Referenzen, die zitiert werden können, stark eingeschränkt und entschuldigen uns aufrichtig bei Kollegen, deren Beiträge nicht angemessen gewürdigt werden konnten.
Finanzierungsquellen
Diese Studie wurde von den National Institutes of Health Grants R01 HL096062, PO1 HL073311 und P01 HL076491 unterstützt.
Angaben
Keine.
Fußnoten
Die in diesem Artikel geäußerten Meinungen sind nicht unbedingt die der Herausgeber oder der American Heart Association.
