La Famille Kindlin des Protéines Adaptatrices

Un demi-siècle de recherche et > 75 000 publications ont cimenté le rôle fondamental des intégrines en tant que canaux majeurs de communication entre l’environnement extracellulaire et l’intérieur des cellules. En servant de récepteurs de surface cellulaire pour de nombreux ligands extracellulaires, les hétérodimères α et β de l’intégrine sont intégralement impliqués dans les réponses physiologiques et physiopathologiques de pratiquement tous les types cellulaires. La liaison excessive ou supprimée du ligand aux intégrines est impliquée dans de nombreuses maladies, y compris le cancer, l’inflammation et les maladies cardiovasculaires.

Dès les premières études sur les intégrines sur les cellules sanguines, il est devenu évident que leur capacité à servir de récepteurs fonctionnels devait être étroitement contrôlée. Les intégrines sur les plaquettes et les leucocytes doivent transiter rapidement d’un état de repos, où elles présentent une activité minimale de liaison aux ligands, à un état activé où elles peuvent engager des ligands avec une affinité et une avidité élevées. Ainsi, les molécules et mécanismes régissant l’activation des intégrines sont devenus et sont restés des thèmes de recherche majeurs. Bien que de nombreux modulateurs, à la fois activateurs et inhibiteurs, aient été décrits, 2 protéines intracellulaires, les talines et les kindlines, sont maintenant connues pour jouer un rôle essentiel dans l’activation des intégrines. Les talines et les kindlines se lient directement à des motifs similaires mais non superposés dans les queues cytoplasmiques courtes des sous-unités intégrine-β. Cette prospective se concentre sur les kindlins; il fournit un bref résumé de notre compréhension actuelle de leur structure et de leur fonction, puis prédit certaines orientations futures où la recherche sur la famille Kindlin est susceptible de se poursuivre.

Les Kindlins

Il y a 3 kindlins chez les mammifères. La Kindlin-1 se trouve principalement dans les cellules ectodermiques, la kindlin-2 est largement distribuée et présente dans les cardiomyocytes, les cellules endothéliales et les fibroblastes, et la kindlin-3 se limite principalement aux cellules hématopoïétiques. Cependant, plusieurs types de cellules expriment > 1 kindlin. Chaque kindline est une protéine contenant un domaine FERM, ainsi nommée pour un motif présent dans la protéine 4.1, l’ezrine, la radixine et la monésine, qui contiennent des sous-domaines F1, F2 et F3. Dans les kindlines, F1 est précédé d’un sous-domaine F0 N-terminal (Figure), ce qui n’est pas rare parmi les protéines du domaine FERM. Distinguer les kindlines des autres protéines du domaine FERM est la transection de F2 par un domaine PH. Les domaines de PH se lient souvent aux lipides, et la liaison des lipides aux kindlines aide à les cibler sur les membranes, une localisation importante dans l’activation des intégrines. Les 3 membres de la famille des kindlines sont similaires les uns aux autres (identité de séquence d’acides aminés à 53% entre la kindlin-2 et la kindlin-3). En comparant les séquences d’acides aminés des kindlines, des régions variables sont intercalées entre des régions conservées; vraisemblablement, les régions communes médient des fonctions partagées entre les kindlines et les régions variables confèrent des fonctions uniques aux kindlines individuelles.1

Les preuves antérieures

que les kindlines sont impliquées intégralement dans la régulation des intégrines ont convergé de plusieurs lignes de recherche distinctes: (1) de nombreuses études in vitro ont montré que la surexpression, le knockdown ou le knockout des kindlines modifie l’activation2,3 de l’intégrine; (2) chez C. elegans, l’absence d’unc-112, l’homologue de la kindline, résume le phénotype résultant de l’absence des homologues des sous-unités α et β de l’intégrine et – kinase liée)4; (3) les maladies humaines ont été associées à des mutations / déficiences de la kindlin-1 (syndrome de Kindler) et de la kindlin-3 (LADIII) et reflètent des déficits d’activation de l’intégrine chez les individus affectés5; (4) les phénotypes de souris où les gènes de la kindlin-1 et de la kindlin-3 ont été inactivés reflètent étroitement les maladies humaines; et (5) la réduction ou l’élimination des kindlines individuelles conduit à des pathologies spécifiques aux tissus, compatibles avec des déficits d’activation de l’intégrine. Ensemble, ces observations établissent le rôle essentiel de la kindline dans les fonctions qui dépendent de l’activation de l’intégrine.

Le présent

Initialement, on pensait que l’engagement des sous-unités β-intégrines avec le domaine de tête de la taline était nécessaire et suffisant pour l’activation de l’intégrine. La liaison de la taline favorise une transition conformationnelle de l’intégrine d’une conformation courbée à une conformation étendue qui est plus permissive à l’engagement du ligand.6 Cependant, les phénotypes de souris et d’humains présentant des carences de chaque kindlin établissent leur importance dans l’activation des intégrines. De plus, en examinant la séquence d’événements dépendants du temps dans la formation d’adhérences focales naissantes contenant des intégrines dans les cellules, des kindlines ont été recrutées avant la talin7, contrairement à la séquence envisagée de talin d’abord, puis de kindlins pour terminer le processus d’activation. Deux observations plus récentes ont fourni une certaine clarté sur le rôle des kindlins dans l’activation. Premièrement, les rôles des kindlins et de la taline dans l’activation de l’intégrine sont distincts: bien que la taline ait pu améliorer la liaison d’un ligand monovalent, les kindlines n’ont pas pu y parvenir, la taline était nécessaire pour la modulation d’affinité, mais les kindlines étaient nécessaires pour le regroupement des intégrines conduisant à la modulation d’avidité.8 Étant donné que les intégrines chez certains patients atteints de LADIII ne peuvent pas soutenir les réponses cellulaires productives, telles que l’activation plaquettaire et l’immunité innée, un regroupement des intégrines médié par les kindlines doit être nécessaire pour monter les réponses fonctionnelles. Deuxièmement, en utilisant des cellules dans lesquelles les gènes kindlin-2 et talin ont été inactivés par la technologie de knockout génique, il a été conclu qu’aucun des deux n’est suffisant et que les deux sont nécessaires pour une activation optimale de l’intégrine.9

Au cours des 5 dernières années, de nouvelles connaissances sur la biologie de la kindline ont émergé: elles contrôlent non seulement les réponses dépendantes de l’intégrine, mais elles régissent également certaines réponses cellulaires indépendantes de leur liaison à l’intégrine. La distinction dépend de la capacité d’une kindline portant des mutations de sa séquence Gln-Trp (QW) de liaison à l’intégrine dans son sous-domaine F3 à encore médier des réponses fonctionnelles spécifiques. Ces réponses dépendent des capacités des kindlines à fonctionner comme protéines adaptatrices. Plus de 20 partenaires de liaison kindlin ont été identifiés à ce jour.10 Au fur et à mesure que chaque nouveau partenaire de liaison est identifié, le répertoire des fonctions de kindlins s’élargit.

L’avenir

De notre point de vue actuel, plusieurs domaines spécifiques de progrès futurs sur les kindlins peuvent être envisagés.

Structures à haute résolution des Kindlines et de leurs Complexes multimoléculaires

Une avancée majeure dans notre compréhension des kindlines a été apportée par la structure cristalline de la kindlin-2 mutante en complexe avec des queues cytoplasmiques d’intégrines. Comme prévu, QW au sein du sous-domaine F3 était engagé dans le complexe. Il convient de noter en particulier qu’un dimère de kindlin-2 a été détecté et impliqué dans l’activation de l’intégrine.11 Cette découverte intéressante devra être corroborée avec un kindlin complet. Au-delà de la structure des kindlins en soi, leurs complexes avec d’autres partenaires de liaison feraient progresser le domaine de manière significative. La microscopie cryo-électronique de molécules qui s’assemblent avec des kindlines fournira une haute résolution de l’organisation des complexes d’adhésion focale.

Dynamique de l’activation de l’intégrine

La séquence temporelle des événements qui se produisent lors de l’assemblage de l’activation de l’intégrine est très ambiguë. Des approches qui retracent le recrutement de partenaires de liaison au cours de la signalisation de l’intégrine à l’intérieur et à l’extérieur des intégrines sont nécessaires. La microscopie à haute résolution offre la possibilité de tracer non seulement le recrutement de molécules pour former des complexes focaux, mais également la sortie programmée de ces molécules lorsqu’elles sont en compétition pour des sites de liaison chevauchants sur les intégrines.

Comment les Kindlines interviennent dans l’activation de l’intégrine

Le modèle dominant pour le rôle de la taline dans l’activation de l’intégrine est sa dissociation / séparation des queues cytoplasmiques α et β,12 provoquant un changement dans la juxtaposition des hélices transmembranaires et, finalement, des transitions de la région extracellulaire d’une conformation courbée à une conformation étendue.13 Au cours de ce processus, la taline peut également entrer en compétition avec la filamine, un inactivateur de l’intégrine14; et le déplacement de la filamine peut favoriser l’activation de l’intégrine. Talin doit subir un démasquage de son site de liaison à l’intégrine pour induire ces changements conformationnels dans l’intégrine.15 Le rôle de la Kindline est de regrouper les intégrines, mais sont-ce les seuls rôles de ces molécules dans le processus d’activation ? Il reste à voir si la taline s’insère également dans le processus de clustering et si la kindlin peut induire des changements conformationnels avec l’hétérodimère d’intégrine qui améliore l’activation de l’intégrine. Les kindlines sont présumées être constitutivement liées aux intégrines, mais pourtant un événement activateur dans la régulation de l’activité de la kindline n’a pas été systématiquement exclu.

Il serait d’usage de terminer un commentaire par un bref résumé, mais comme nous avons essayé de le transmettre, l’histoire de kindlins est toujours en développement. Il existe de nombreux domaines de la biologie de kindlin nécessitant des études plus approfondies. La base structurelle et l’implication dynamique des kindlines dans l’activation de l’intégrine et de nouvelles fonctions indépendantes de l’intégrine sont des directions évidentes nécessitant une attention accrue. Les interactions imprévues peuvent élargir davantage les rôles des kindlins en biologie cellulaire.

Remerciements

Ceci est un très bref commentaire sur kindlins. Nous sommes très limités en longueur et en nombre de références qui peuvent être citées et nous nous excusons sincèrement auprès de collègues dont les contributions n’ont pas pu être reconnues de manière adéquate.

Notes de bas de page