Medio siglo de investigación y > 75 000 publicaciones han cimentado el papel fundamental de las integrinas como conductos principales de comunicación entre el entorno extracelular y el interior de las células. Al servir como receptores de superficie celular para numerosos ligandos extracelulares, los heterodímeros α y β de integrina participan integralmente en las respuestas fisiológicas y fisiopatológicas de prácticamente todos los tipos de células. La unión excesiva o suprimida de ligandos a integrinas está implicada en muchas enfermedades, incluyendo cáncer, inflamación y enfermedades cardiovasculares.
Desde los primeros estudios de integrinas en células sanguíneas, se hizo evidente que su capacidad para servir como receptores funcionales debe controlarse estrechamente. Las integrinas en plaquetas y leucocitos deben transitar rápidamente de un estado de reposo, donde muestran una actividad mínima de unión a ligandos, a un estado activado donde pueden enganchar ligandos con alta afinidad y avidez. Por lo tanto, las moléculas y los mecanismos que rigen la activación de la integrina se convirtieron y han seguido siendo los principales temas de investigación. Aunque se han descrito muchos moduladores, tanto activadores como inhibidores, se sabe que las proteínas intracelulares, las talinas y las kindlinas, desempeñan un papel esencial en la activación de la integrina. Las talinas y kindlins se unen directamente a motivos similares pero no envolventes en las colas citoplasmáticas cortas de las subunidades integrina-β. Esta perspectiva se centra en los kindlin; proporciona un breve resumen de nuestra comprensión actual de su estructura y función y luego predice algunas direcciones futuras en las que es probable que continúe la investigación sobre la familia kindlin.
Los Kindlin
Hay 3 kindlin en mamíferos. La kindlin-1 se encuentra principalmente en las células ectodérmicas, la kindlin-2 se distribuye ampliamente y se encuentra en cardiomiocitos, células endoteliales y fibroblastos, y la kindlin-3 se restringe principalmente a las células hematopoyéticas. Sin embargo, varios tipos de células expresan >1 kindlin. Cada kindlin es una proteína que contiene un dominio FERM, llamada así por un motivo que se encuentra en la proteína 4.1, ezrin, radixina y monesina, que contienen subdominios F1, F2 y F3. En kindlins, F1 está precedida por un subdominio N-terminal F0 (Figura), que no es infrecuente entre las proteínas de dominio FERM. Distinguir las kindlins de otras proteínas de dominio FERM es la transección de F2 por un dominio de PH. Los dominios de PH a menudo se unen a los lípidos, y la unión a los lípidos ayuda a dirigirlos a las membranas, una localización importante en la activación de la integrina. Los 3 miembros de la familia kindlin son similares entre sí (53% de identidad de secuencia de aminoácidos entre kindlin-2 y kindlin-3). En la comparación de secuencias de aminoácidos de las kindlins, las regiones variables se intercalan entre regiones conservadas; presumiblemente, las regiones comunes median funciones compartidas entre las kindlins y las regiones variables imparten funciones únicas a las kindlins individuales.1
Figura. Subdominio organización de kindlin-2. Arriba, Subdominios de kindlin-2 y sus números de secuencia correspondientes. Estructura de cristal inferior de kindlin – 2 (código PDB 5xpy) con subdominios resaltados. Tenga en cuenta que F2-N es la porción N-terminal de F2 antes del dominio PH porque la estructura carece de dominio PH y parte C-terminal F2. Ciertas regiones que están bajo investigación se resaltan con flechas que incluyen hélice C-terminal que une F1 y F3; QW que interactúa con integrina; y caja de clatrina que potencialmente se une a clatrina.
La evidencia anterior
de que las kindlin están involucradas integralmente en la regulación de la integrina convergió a partir de varias líneas de investigación distintas: (1) numerosos estudios in vitro mostraron que la sobreexpresión, caída o eliminación de kindlin altera la activación de la integrina2, 3; (2) en C. elegans,la ausencia de unc-112, el homólogo de kindlin, recapitula el fenotipo que surge de la ausencia de los homólogos de las subunidades α y β de la integrina y de la clase k (quinasa ligada a la integrina)4; (3) las enfermedades humanas se han asociado con mutaciones/deficiencias de kindlin-1 (Síndrome de Kindler ) y kindlin-3 (LADIII) y reflejan déficits en la activación de la integrina en individuos afectados5; (4) los fenotipos de ratones donde los genes de kindlin-1 y kindlin-3 fueron inactivados reflejan de cerca las enfermedades humanas; y (5) la reducción o eliminación de kindlin individuales conduce a patologías específicas de los tejidos, consistentes con déficits en la activación de la integrina. En conjunto, estas observaciones establecen el papel esencial de kindlin en las funciones que dependen de la activación de la integrina.
El presente
Inicialmente, se pensó que el compromiso de las subunidades β de la integrina con el dominio de la cabeza de la talina era necesario y suficiente para la activación de la integrina. La unión de la talina favorece una transición conformacional de la integrina de una conformación doblada a una conformación extendida que es más permisiva al compromiso del ligando.6 Sin embargo, los fenotipos de ratones y humanos con deficiencias de cada kindlin establecen su importancia en la activación de la integrina. Además, al examinar la secuencia de eventos dependientes del tiempo en la formación de adherencias focales nacientes que contienen integrinas en las células, se reclutaron kindlins antes de la talin7, contrariamente a la secuencia prevista de talin primero y luego kindlins para completar el proceso de activación. Dos observaciones más recientes han proporcionado cierta claridad sobre el papel de las kindlins en la activación. En primer lugar, las funciones de kindlins y talin en la activación de integrinas son distintas: aunque la talina era capaz de mejorar la unión de un ligando monovalente, las kindlin no podían lograr esto, la talina era necesaria para la modulación de afinidad, pero las kindlin eran necesarias para la agrupación de integrinas que conduce a la modulación de avidez.8 Debido a que las integrinas en algunos pacientes con LADII no pueden soportar respuestas celulares productivas, como la activación plaquetaria y la inmunidad innata, se debe requerir el agrupamiento de integrinas mediado por kindlin para montar respuestas funcionales. En segundo lugar, utilizando células en las que los genes kindlin-2 y talin fueron inactivados por tecnología de eliminación de genes, se concluyó que ninguno de los dos es suficiente y ambos son necesarios para una activación óptima de la integrina.9
En los últimos 5 años, han surgido nuevos conocimientos sobre la biología de la kindlin: no solo controlan las respuestas dependientes de la integrina, sino que también gobiernan algunas respuestas celulares que son independientes de su unión a la integrina. La distinción depende de la capacidad de una mutación portadora de kindlin de su secuencia de unión a la integrina Gln-Trp (QW) en su subdominio F3 para mediar respuestas funcionales específicas. Estas respuestas dependen de la capacidad de las kindlins para funcionar como proteínas adaptadoras. Hasta la fecha se han identificado más de 20 socios vinculantes de kindlin.10 A medida que se identifica cada nuevo socio de enlace, se amplía el repertorio de funciones de kindlins.
El futuro
Desde nuestro punto de vista actual, se pueden vislumbrar varias áreas específicas de progreso futuro en los kindlin.
Estructuras de alta Resolución de Kindlin y Sus Complejos Multimoleculares
La estructura cristalina de kindlin-2 mutante en complejo con colas citoplasmáticas de integrina proporcionó un avance importante en nuestra comprensión de las kindlin. Como era de esperar, QW dentro del subdominio F3 estaba involucrado en el complejo. Cabe destacar que se detectó un dímero de kindlin – 2 implicado en la activación de la integrina.11 Este interesante hallazgo tendrá que ser corroborado con un kindlin de longitud completa. Más allá de la estructura de kindlins per se, sus complejos con otros socios de enlace harían avanzar el campo de manera significativa. La microscopía crioelectrónica de moléculas que se ensamblan con kindlins proporcionará una alta resolución de la organización de complejos de adhesión focal.
Dinámica de Activación de Integrina
Muy ambigua es la secuencia temporal de eventos que ocurren durante el ensamblaje de la activación de integrina. Se necesitan enfoques que rastreen el reclutamiento de socios de unión durante la señalización de la integrina de adentro hacia afuera y de afuera hacia adentro a través de las integrinas. La microscopía de alta resolución ofrece la oportunidad de rastrear no solo el reclutamiento de moléculas para formar complejos focales, sino también la salida cronometrada de estas moléculas mientras compiten por sitios de unión superpuestos en integrinas.
Cómo median las Kindlinas la Activación de la Integrina
El modelo predominante para el papel de la talina en la activación de la integrina es su disociación/separación de las colas citoplasmáticas α y β,12 causando un cambio en la yuxtaposición de las hélices transmembranas y, en última instancia, transiciones de la región extracelular de una conformación doblada a una conformación extendida.13 Durante este proceso, la talina también puede competir con la filamina, un inactivador de integrina14; y el desplazamiento de la filamina puede promover la activación de la integrina. La talina debe ser desenmascarada de su sitio de unión a la integrina para inducir estos cambios conformacionales en la integrina.15 El papel de Kindlin es agrupar integrinas, pero ¿son estos los únicos roles de estas moléculas en el proceso de activación? Queda por ver si la talina también se inserta en el proceso de agrupamiento y si la kindlin puede inducir cambios conformacionales con el heterodímero de integrina que mejora la activación de la integrina. Se presume que las kindlin están constitutivamente unidas a las integrinas, pero sin embargo, un evento activador en la regulación de la actividad de kindlin no se ha excluido sistemáticamente.
Sería costumbre terminar un comentario con un breve resumen, pero como hemos tratado de transmitir, la historia de kindlins todavía está en desarrollo. Hay muchas áreas de la biología de kindlin que necesitan estudios más profundos. La base estructural y la implicación dinámica de las kindlins en la activación de la integrina y las nuevas funciones independientes de la integrina son direcciones obvias que requieren mayor énfasis. Las interacciones imprevistas pueden ampliar aún más el papel de las kindlins en la biología celular.
Agradecimientos
Este es un comentario muy breve sobre kindlins. Estamos muy limitados en extensión y número de referencias que se pueden citar y pedir disculpas genuinamente a colegas cuyas contribuciones no se han podido reconocer adecuadamente.
Fuentes de financiación
Este estudio fue apoyado por las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud R01 HL096062, PO1 HL073311 y P01 HL076491.
Revelaciones
Ninguno.
Notas al pie de página
Las opiniones expresadas en este artículo no son necesariamente las de los editores o de la American Heart Association.
