Molecole Adesione

1. Molecole Adesione Integrine 1. Introduzione http://www.uphs.upenn.edu/news/News_Releases/mar07/integrin-highres.jpg

3. Le integrine interrogano costantemente il loro ambiente circostante mediante la loro capacità di interagire con la matrice extracellulare Desgrosellier JS, Cheresh DA. Integrins in cancer: biological implications and therapeutic opportunities. Nat Rev Cancer. 10:9-22, 2010.

4. Engler AJ, Humbert PO, Wehrle-Haller B, Weaver VM. Multiscale modeling of form and function. Science. 2009 Apr 10;324(5924):208-12.

5. http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/f06pm/lect06.htm

6. Il segnalamentomediato da integrineregola: proliferazione differenziamento Motilità Sopravvivenza

7. Integrine [1] • Principali molecole di collegamento delle cellule con la Matrice ExtraCellulare (MEC) e di risposta a segnali provenienti dalla MEC • Sono costituite da due subunità glicoproteiche transmembrana ( e ) di dimensioni 120-170 kDa e 90-100 kDa, rispettivamente, associate in modo non-covalente, entrambe delle quali contribuiscono al legame con la MEC o con le altre cellule. • Alcune integrine sembrano legarsi soltanto ad un singolo tipo di macromolecola della matrice (ad es. fibronectina o laminina) • Altre invece si legano a più di un tipo: ad es. collagene + fibronectina + laminina. Alberts

8. Integrine [2] • Alcune integrine riconoscono la tripleta di aminoacidi RGD (arginina - glicina - acido aspartico) • Altre riconoscono altre sequenza aminoacidiche o domini proteici • La stessa molecola di integrinain tipi cellulari diversi può avere diverse cinetiche di legame con il ligando. • Ci sono fattori aggiuntivi, specifici per il tipo cellulare, che interagiscono con le integrine per modulare la loro attività Alberts

9. Integrine [3] • Il legame Integrina – Ligando è Ca2+o Mg2+ - dipendente (ci sono da 3 a 4 siti di legame per ione divalente nel dominio extracellulare della catena ). • Il tipo di catione influenza l’affinità per il ligando e la specificità del legame con il ligando • La stessa proteina extracellulare può essere riconosciuta da diverse integrine. Ad es: • Fibronectina: riconosciuta da > 8 integrine • Laminina: “ “ > 4 “ Alberts

10. Integrine (4) • Sono noti attualmente almeno 24 tipi diversi di integrine, dati dalla combinazione di • 8 tipi diversi di subunità  • 18 tipi diversi di subunità  • La diversità delle integrine è aumentata dalla possibilità di “splicing” alternativo sullo stesso mRNA. Alberts

12. Integrine funzioni

13. Principali funzioni delle integrine • Collegamento della cellula alla matrice extracellulare (MEC). • Trasduzione di segnale tra la MEC e la cellula. • Hanno inoltre una gran varietà di attività biologiche, che includono il pattugliamento immunologico, la migrazione cellulare e il legame alle cellule di certi virus, quali l’adenovirus, l’ecovirus, lo hantavirus e virus che provocano patologie alla bocca e al piede. • Una importante funzione delle integrine si vede nella molecola GPIIbIIIa, un’integrina presente sulla superficie delle piastrine, responsabile dal collegamento alla fibrina all’interno di un coagolo sanguigno in formazione. Questa molecola aumenta in modo dramatico la sua affinità di legame per la fibrina/fibrinogeno mediante associazione delle piastrine con i collageni esposti nel sito della ferita. • Dopo associazione delle piastrine con il collagene, la GPIIbIIIa cambia conformazione, permettendole di legarsi alla fibrina e ad altri componenti del sangue per formare la matrice del coagolo e fermare la perdita di sangue.

14. FUNZIONI DELLE INTEGRINE NEI LEUCOCITI (1)

15. FUNZIONI DELLE INTEGRINE NEI LEUCOCITI (2)

16. FUNZIONI DELLE INTEGRINE NEI LEUCOCITI (3)

17. Integrine Concetti generali http://www.uib.no/rg/matrix/nyheter/2009/05/integrins-during-evolution

18. Integrine • Grande famiglia di molecole di adesione coinvolte nell’adesione cellula-cellula e nelle interazioni delle cellule con proteine della matrice extracellulare (ECM) (es. laminina, collagene, fibronectina, vitronectina). • I domini extracellulari sono di solito collegati alle proteine della ECM; • I domini intracellulari sono collegati funzionalmente al citoscheletro. • Mediano la comunicazione fra gli ambienti extra- e intracellulari: • L’interazione integrina-citoscheletro influenzano l’affinità e l’avidità delle integrine verso i ligandi nella ECM («inside-out signalling») • Le interazioni ECM-integrine portano ad alterazioni nelle forma e composizione dell’archittetura cellulare («outside-in signalling»). • Tutte le interazioni integrina-ligando dipendono alla presenza di cationi divalenti (Ca2+, Mg2+ e Mn2+). Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

19. http://www.nature.com/nrm/journal/v11/n4/box/nrm2871_BX2.htmlhttp://www.nature.com/nrm/journal/v11/n4/box/nrm2871_BX2.html

20. Struttura: subunità α e β [1] • Sono glicoproteine transmembrana eterodimeriche, che consistono in due subunità α e β legate in modo non-covalente. • Nell’Uomo sono state descritte 18 subunità α e 8 subunità β che si assemblano in 24 integrine diverse. • Le subunità αeβ non condividono alcuna omologia, essendo due polipeptidi distinti con strutture a domini specifiche. • I domini extracellulari di entrambe le subunità contribuiscono al sito di legame dell’eterodimero con il ligando. Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

21. Struttura di un’integrina. (A) La strutturacomplessiva illustrate è quelladellaregionedellatesta “head region” [domini “propeller” e “thigh” dellasubunitàα- e idominiβAibridi(notianche come βI), e PSI dellasubunitàβ-] sostenuti da due gambe “legs” checontengonodomini “calf1” e “calf2 nellasubunitàα- e ripetizioni EGF e ildominio di coda-β dellasubunitàβ. Il legame con i ligandi ha luogosull’interfacciafraildominio “propeller” e ildominioβA. Askari JA, Buckley PA, Mould AP, Humphries MJ. Linking integrin conformation to function. J Cell Sci. 2009 Jan 15;122(Pt 2):165-70.

22. Struttura: subunità α e β[2] • Il dominio extracellulare della subunità α contiene sette ripetizioni di circa 60 residui, che si ripiegano formando una struttura ad elica («propeller»), con sette pale formate da foglietti β disposte attorno ad un asse centrale. • Un sotto-insieme di catene α delle integrine ha un dominio di inserzione (αA) che contiene un sito di legame per i cationi, localizzato fra le ripetizioni due e tre dell’elica. • Il C-terminale dell’elica è un dominio tipo immunoglobulinico, detto «Thigh» (coscia), seguito da due moduli a «β-sandwich», Calf-1 e Calf-2 («calf»: polpaccio) e un piccolo dominio transmembrana. • I domini intracellulari delle subunità α mostrano poca omologia, tranne che per un motivo conservato prossimo alla regione transmembrana che si associa con la coda citoplasmatica della subunità β. Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

23. Struttura: subunità α e β[3] • La regione extracellulare delle subunità β delle integrine contengono un dominio ibrido, un dominio «plexin-semaphorin-integrin» (PSI), quattro ripetizioni tipo «Epidermal Growth Factor» (EGF) e un dominio di coda β. • Il dominio ibrido è un dominio «Ig-like» che comprende un motivo tipo αA (dominio βA) inserito fra due β-foglietti. • Il dominio βA contiene un motivo di legame ai metalli che si lega a cationi divalenti quando la subunità αnon contiene il dominio di inserzione αA. • Il dominio PSI forma un β-foglietto antiparallelo a due filamenti fiancheggiato da due corte eliche e contribuisce all’attivazione delle integrine. • Le code citoplasmatiche delle catene β delle integrine sono corte e altamente conservate e contengono due motivi di fosforilazione. • Le code reclutano proteine quali la talina, che si lega ai filamenti di actina, con ciò collegando le integrine al citoscheletro di actina. • Le interazioni integrine-citoscheletro sono essenziali per l’attivazione delle integrine. Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

24. L’eterodimero delle integrine • La struttura extracellulare degli eterodimeri di integrine consiste in una «testa» e in due «gambe». • La «testa», che media le interazioni integrina-ligando, è il principale punto di contatto tra le subunità α e β. • I contatti sono formati da interazioni fra la elica (catena α) con il dominio βα (catena β). • Le «gambe» sono formate dai domini Thigh («coscia») e Calf-1 («polpaccio) della subunità α e i domini PSI, EGF, e βTD della subunità β. • Le «ginocchia» permettono alle integrine di adottare una conformazione ripiegata o dritta, che è fondamentale per l’attivazione delle integrine. • Ulteriori contatti fra le subunità α e β hanno luogo fra Calf-1 e EGF3, fra Calf-2 e EGF4, fra Calf2 e βTD e fra le code citoplasmatiche di α e β. Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

25. http://www.nature.com/nrm/journal/v11/n4/images/nrm2871-i1.jpghttp://www.nature.com/nrm/journal/v11/n4/images/nrm2871-i1.jpg

26. Arnout et al., 2005

27. Legame integrina-ligando (1) • Le integrine possono legarsi a cationi divalenti mediante due domini diversi: αA e βA. • Il dominio αA si trova nelle catene α (α1, α2, α11, αM, αX e αD) e quando presente media il legame con i cationi. • Se il dominio αA è assente, il legame con il catione ha luogo mediante il dominio βA che si trova in tutte le catene β. • La tasca di legame con il ligando si forma all’interfaccia fra le lame 2 e 3 del dominio a elica della subunità α e il dominio βA della catena β. • Il suo orientamento si altera leggermente a seconda che la subunità α abbia o meno il dominio αA. Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

28. Legame integrina-ligando (2) • Le integrine sono classificate a seconda della presenza o assenza del dominio αA. • Quattro catene α contenenti αA (α1, α2, α10 e α11) si combinano con β1 per dare una sottofamiglia distinta di legame con laminina/collagene. • Le integrine non contenenti αA (α3β1, α6β1, α7β1 e α6β4) sono recettori selettivi per la laminina(glicoproteina della lamina basale) e si legano a siti sulla laminina diversi da quelli a cui si legano le integrine contenenti il dominio αA. • Le integrine αV e α5β1, α8β1 e αIIIβ3 riconoscono la sequenza RGD (arginina-glicina-acido aspartico), che è importante per il legame delle integrine alla fibronectina, vitronectina e collagene. Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

29. Legame integrina-ligando (3) • Nonostante molte integrine che si legano a RGD interagiscano con gli stessi ligandi, esse si legano con affinità diverse, riflettendo la precisione dell’incastro del motivo RGD con le tasche di legame con il ligando, creati dalle diverse combinazioni tra catene α e β. • Le integrine α4β1, α4β7, α9β1 e αEβ7 riconoscono un motivo acido LDV (leucina - acido aspartico – valina) che si trova nella fibronectina e in alcuni membri della IgSF. • Le integrine β2 (αDβ2, αLβ2, αMβ2 e αXβ2) si legano ad un motivo LEV simile, in cui l’acido aspartico (D) è sostituito dal glutamato (E). Coombe & Dye. In: Cell Adhesion Molecules, CRC Press

30. Definizioni • Affinità: forza di legametraunaintegrinasingola e ilsuoiligando. Questa puòesserealterata da alterazioniconformazionalinellastrutturadell’integrina. • Avidità: misuradellaforzacomplessiva di legame di integrine aggregate. Evans R, Patzak I, Svensson L, De Filippo K, Jones K, McDowall A, Hogg N. Integrins in immunity. J Cell Sci. 2009 Jan 15;122(Pt 2):215-25.

31. http://bme.virginia.edu/ley/vla-4.html Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

32. Catene 1 • Formano dimeri con 9 tipi di catena  (si trovano in quasi tutte le cellule dei Vertebrati): • 51: recettore per la fibronectina (VLA) • 61: recettore per la laminina. • Il più importante membro della subfamiglia delle integrine 1 dei leucociti é il Very Late Antigen-4 (VLA-4, CD49d/CD29, 41). Il VLA-4 si lega al suo ligando VCAM-1, ed é il principale responsabile dell’adesione dei linfociti all’endotelio vascolare e del reclutamento dei leucociti alle zone infiammate. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

33. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

34. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

35. Catene 2 (a) • Le integrine 2 sono espresse esclusivamente dai leucociti e subiscono un’alterazione conformazionale che coinvolge la fosforilazione della subunità nel processo di attivazione. • Tuttavia, questa fosforilazione non é nè necessaria nè sufficiente per l’attivazione conformazionale. • Lo stato di attivazione é controllato dal sito GFFKR (Gly-Phe-Phe-Lys-Arg) immediatamente adiacente al dominio transmembrana della catena . Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

36. Catene 2 (b)- CD18 • Le integrine 2 includono 4 diversi eterodimeri • CD11a/CD18[Lymphocyte Function-Associated Antigen-1] (LFA-1) l’integrina 2 predominante. • CD11b/CD18 (Mac-1), esclusiva dei granulociti e monociti • CD11c/CD18 (p150,95) • CD11d/CD18. • Una mutazione nel gene che codifica per la molecola 2 (CD18) provoca una malattia genetica, la LAD, Leukocyte Adhesion Deficiency. I pazienti con LAD hanno infezioni batteriche ricorrenti dovuto all’incapacità di reclutare attivamente i granulociti in risposta alle infezioni. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

37. Integrine β2 http://bme.virginia.edu/ley/images/integrins.gif

38. http://bme.virginia.edu/ley/lfa-1.html

39. http://bme.virginia.edu/ley/mac-1.html

40. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

41. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

42. Catene 3 • Sono espresse da diversi tipi cellulari (es. piastrine) • Si legano a diverse proteine della matrice extracellulare, incluso fibrinogeno nel processo di coagulazione del sangue • Malattia di Glanzmann: deficienza di catene 3, eccessivo sanguinamento. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

43. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

44. Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules

45. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3032/?report=objectonlyhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3032/?report=objectonly

47. + emodesmosomi Pharmigen/Transduction Laboratories: cell Adhesion Molecules