La famiglia Kindlin di proteine adattatori

Mezzo secolo di ricerca e >75 000 pubblicazioni hanno cementato il ruolo fondamentale delle integrine come principali canali di comunicazione tra l’ambiente extracellulare e l’interno delle cellule. Fungendo da recettori di superficie cellulare per numerosi ligandi extracellulari, integrina α e β eterodimeri sono integralmente coinvolti nelle risposte fisiologiche e fisiopatologiche di praticamente tutti i tipi di cellule. Il legame eccessivo o soppresso del legante alle integrine è implicato in molte malattie, tra cui cancro, infiammazione e malattie cardiovascolari.

Dai primi studi sulle integrine sulle cellule del sangue, è diventato evidente che la loro capacità di servire come recettori funzionali deve essere strettamente controllata. Le integrine su piastrine e leucociti devono transitare rapidamente da uno stato di riposo, in cui mostrano un’attività minima di legame del legante a uno stato attivato in cui possono impegnare ligandi con elevata affinità e avidità. Quindi, le molecole e i meccanismi che governano l’attivazione dell’integrina sono diventati e sono rimasti grandi temi di ricerca. Sebbene molti modulatori, sia attivatori che inibitori, siano stati descritti, 2 proteine intracellulari, taline e kindlins, sono ora noti per svolgere ruoli essenziali nell’attivazione dell’integrina. Taline e kindlins si legano direttamente a motivi simili ma non sovrapposti nelle brevi code citoplasmatiche delle subunità integrina-β. Questa prospettiva si concentra sui kindlins; fornisce un breve riassunto della nostra attuale comprensione della loro struttura e funzione e quindi predice alcune direzioni future in cui è probabile che la ricerca sulla famiglia kindlin proceda.

I Kindlins

Ci sono 3 kindlins nei mammiferi. Kindlin-1 si trova principalmente nelle cellule ectodermiche, kindlin-2 è ampiamente distribuito e si trova nei cardiomiociti, nelle cellule endoteliali e nei fibroblasti e kindlin-3 è limitato principalmente alle cellule ematopoietiche. Tuttavia, diversi tipi di celle esprimono > 1 kindlin. Ogni kindlin è una proteina contenente il dominio FERM, così chiamata per un motivo trovato nella proteina 4.1, ezrin, radixin e monesin, che contengono sottodomini F1, F2 e F3. Nelle kindlins, F1 è preceduto da un sottodominio N-terminale F0 (Figura), che non è raro tra le proteine del dominio FERM. Distinguere kindlins da altre proteine del dominio FERM è la transezione di F2 da un dominio PH. I domini del PH sono spesso legati ai lipidi e il legame lipidico con le kindlins aiuta a indirizzarli verso le membrane, una localizzazione importante nell’attivazione dell’integrina. I 3 membri della famiglia kindlins sono simili tra loro (53% identità sequenza aminoacidica tra kindlin-2 e kindlin-3). Nel confrontare le sequenze di amminoacidi delle kindlins, le regioni variabili sono intervallate tra le regioni conservate; presumibilmente, le regioni comuni mediano funzioni condivise tra le kindlins e le regioni variabili impartiscono funzioni uniche alle singole kindlins.1

Il Passato

la Prova che kindlins sono totalmente coinvolti in integrina regolamento convergenti da diverse linee di indagine: (1) numerosi studi in vitro hanno dimostrato che la sovraespressione, atterramento, o ad eliminazione diretta, di kindlins altera integrina activation2,3; (2) in C. elegans, l’assenza di unc-112, il kindlin omologo, riassume il fenotipo derivanti assenza di omologhi di integrina α e β-subunità e ILK (integrina-collegato chinasi)4; (3) malattie umane sono state associate a mutazioni/carenze di kindlin-1 (Sindrome di Kindler) e kindlin-3 (LADIII ) e riflettere deficit integrina attivazione interessati individuals5; (4) i fenotipi di topi in cui i geni di kindlin-1 e kindlin-3 sono stati disattivati rispecchiano le malattie umane; e (5) riduzione o eliminazione di singoli kindlins porta a tessuto, per patologie specifiche, coerenti con deficit nell’attivazione dell’integrina. Insieme, queste osservazioni stabiliscono il ruolo essenziale di kindlin nelle funzioni che dipendono dall’attivazione dell’integrina.

L’attuale

Inizialmente, si pensava che l’impegno delle subunità β dell’integrina con il dominio principale della talina fosse necessario e sufficiente per l’attivazione dell’integrina. Il legame di talin favorisce una transizione conformazionale dell’integrina da una conformazione piegata a una conformazione estesa che è più permissiva all’impegno del ligando.6 Tuttavia, i fenotipi di topi e umani con carenze di ogni kindlin stabiliscono la loro importanza nell’attivazione dell’integrina. Inoltre, esaminando la sequenza di eventi dipendente dal tempo nella formazione di aderenze focali nascenti contenenti integrina nelle cellule, le kindline sono state reclutate prima di talin,7 contrariamente alla sequenza prevista di talin prima e poi kindlins per completare il processo di attivazione. Due osservazioni più recenti hanno fornito una certa chiarezza sul ruolo dei kindlins nell’attivazione. Innanzitutto, i ruoli di kindlins e talin nell’attivazione dell’integrina sono distinti: sebbene talin fosse in grado di migliorare il legame di un ligando monovalente, i kindlins non potevano raggiungere questo obiettivo, talin era necessario per la modulazione di affinità, ma i kindlins erano necessari per il clustering dell’integrina che portava alla modulazione dell’avidità.8 Poiché le integrine in alcuni pazienti di LADIII non possono sostenere le risposte cellulari produttive, quali l’attivazione della piastrina e l’immunità innata, il clustering dell’integrina mediato dai kindlins deve essere richiesto per montare le risposte funzionali. In secondo luogo, utilizzando cellule in cui i geni kindlin-2 e talin sono stati inattivati dalla tecnologia gene knockout, si è concluso che nessuno dei due è sufficiente ed entrambi sono necessari per l’attivazione ottimale dell’integrina.9

Negli ultimi 5 anni sono emerse nuove intuizioni sulla biologia kindlin: non solo controllano le risposte dipendenti dall’integrina, ma governano anche alcune risposte cellulari indipendenti dal loro legame con l’integrina. La distinzione dipende dalla capacità di un kindlin che porta mutazioni della sua sequenza Gln-Trp (QW) che lega l’integrina nel suo sottodominio F3 di mediare ancora risposte funzionali specifiche. Queste risposte dipendono dalle capacità dei kindlins di funzionare come proteine dell’adattatore. Fino ad oggi sono stati identificati più di 20 partner di rilegatura kindlin.10 Con l’identificazione di ogni nuovo partner vincolante, il repertorio delle funzioni di kindlins si espande.

Il futuro

Dal nostro punto di vista attuale, è possibile prevedere diverse aree specifiche di progressi futuri sui kindlins.

Strutture ad alta risoluzione di Kindlins e dei suoi complessi multimolecolari

Un importante progresso nella nostra comprensione dei kindlins è stato fornito dalla struttura cristallina del mutante kindlin-2 nel complesso con code citoplasmatiche di integrina. Come previsto, QW all’interno del sottodominio F3 era impegnato nel complesso. Di particolare nota, un dimero kindlin-2 è stato rilevato e implicato nell’attivazione dell’integrina.11 Questa scoperta interessante dovrà essere corroborata con un kindlin full-length. Al di là della struttura dei kindlins di per sé, i loro complessi con altri partner vincolanti avanzerebbero significativamente il campo. La microscopia crio-elettronica di molecole che si assemblano con kindlins fornirà un’alta risoluzione dell’organizzazione dei complessi di adesione focale.

Dinamica dell’attivazione dell’integrina

Molto ambigua è la sequenza temporale degli eventi che si verificano durante l’assemblaggio dell’attivazione dell’integrina. Sono necessari approcci che tracciano il reclutamento di partner vincolanti durante la segnalazione di integrina inside-out e outside-in attraverso le integrine. La microscopia ad alta risoluzione offre l’opportunità di tracciare non solo il reclutamento di molecole nella formazione di complessi focali, ma anche l’uscita temporizzata di queste molecole mentre competono per la sovrapposizione di siti di legame sulle integrine.

Come Kindlins Mediare l’Attivazione dell’Integrina

Il modello prevalente per talin ruolo nell’attivazione di integrina è la sua dissociazione/separazione di α e β citoplasmatiche code,12 causando un cambiamento nella juxtapositioning delle eliche transmembrana e, infine, le transizioni della regione extracellulare da una curva ad una conformazione estesa.13 Durante questo processo, talin può anche competere con filamin, un inattivatore dell’integrina14; e lo spostamento di filamin può promuovere l’attivazione dell’integrina. Talin deve subire uno smascheramento del suo sito di legame con l’integrina per indurre questi cambiamenti conformazionali nell’integrina.15 Il ruolo di Kindlin è quello di raggruppare le integrine ma questi sono gli unici ruoli di queste molecole nel processo di attivazione? Resta da vedere se talin si inserisce anche nel processo di clustering e se kindlin può indurre cambiamenti conformazionali con l’eterodimero dell’integrina che migliora l’attivazione dell’integrina. Si presume che i kindlin siano legati costitutivamente alle integrine, ma tuttavia un evento attivante nella regolazione dell’attività dei kindlin non è stato sistematicamente escluso.

Sarebbe consuetudine terminare un commento con un breve riassunto, ma come abbiamo cercato di trasmettere, la storia di kindlins è ancora in sviluppo. Ci sono molte aree della biologia kindlin che necessitano di studi più approfonditi. La base strutturale e il coinvolgimento dinamico delle kindline nell’attivazione dell’integrina e nelle nuove funzioni indipendenti dall’integrina sono direzioni ovvie che richiedono ulteriore enfasi. Interazioni impreviste possono ampliare ulteriormente i ruoli dei kindlins nella biologia cellulare.

Ringraziamenti

Questo è un breve commento su kindlins. Siamo fortemente limitati nella lunghezza e nel numero di riferimenti che possono essere citati e scusiamo sinceramente i colleghi i cui contributi non potevano essere adeguatamente riconosciuti.

Note a piè di pagina