Integrine: trasduzione di segnale

07/04/2013
SEGNALAMENTO MEDIATO DA INTEGRINE
Integrine
2. Trasduzione segnali & Meccanotrasduzione
http://jcs.biologists.org/content/115/19/3729/F1.expansion.html
L’interazione delle integrine con la matrice extracellulare nei punti di contatto o di adesioni focali porta all’aggregazione delle integrine e al reclutamento di molecole di segnalamento e di filamenti di actina ai domini citoplasmatici delle integrine.
L’adesione cellulare alla matrice di per può attivare diverse molecole di segnalamento che includono la “focal adhesion kinase” (FAK), le MAP chinasi Erk e c‐Jun kinase (JNKs) e i membri Rho della famiglia delle GTPasi, incluso RhoA, Rac1 e CDC42.
Le integrine regolano l’adesione cellulare, lo “spreading” delle cellule sulla matrice , la proliferazione, la sopravvivenza (o l’apoptosi) e alterazioni morfologiche di diversi tipi cellulari (ad es. cellule epiteliali, endoteliali, fibroblasti e altri tipi di cellule mesenchimali). Lee JW, Juliano R. Mitogenic signal transduction by integrin‐ and growth factor receptor‐mediated pathways. Mol Cells. 2004 Apr 30;17(2):188‐202.
Integrine/actina e trasduzione di segnale (1)
Integrine/actina e trasduzione di segnale (2)
Oltre a catalizzare l’assemblaggio della matrice, il legame delle integrine alla fibronectina (FN) o ad altri ligandi porta all’induzione di diversi tipi di segnalamento intracellulare.
Il legame integrine‐actina è molto importantee per il funzionamento delle integrine sotto diversi aspetti:
1. La polimerizzazione activa dell’actina, la formazione di legami incrociati e l’ulteriore generazione di forza sono fondamentali per la maturazione delle adesioni mediate da integrine che si creano e sono di vita breve in adesioni focali stabili e in grado di trasmettere il segnale.
2. E’ richiesto per il preciso controllo spazio‐temporale delle protrusioni cellulari e loro retrazione durante la migrazione cellulare.
3. Permette alle cellule di adottare o modificare la loro forma caratteristica, ad esempio, per diventare polarizzate.
E’ critica per l’assemblaggio della matrice di fibronectina
Questi includono l’attivazione di vie classiche di segnalazione tramite fosforilazione di residui di tirosina e serina in substrati specifici che ha come risultato finale la regolazione della sopravvivenza, crescita o differenziamento cellulari.
Questo segnalamento opera in stretta collaborazione con il segnalamento indotto da fattori di crescita, rendendo difficile la comprensione dei segnali che specificamente scaturiscono dalle integrine legate.
Un ulteriore modo di segnalamento è il reclutamento di actina filamentosa (F‐actina) si siti di adesione tramite integrine, un processo strettamente accoppiato al rimodellamento attivo del citoscheletro di actina.
Wickstrom et al. In: Additional perspectives on Extracellula Biology, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2011.
http://www.nature.com/nrm/journal/v3/n4/fig_tab/nrm779_F3.html
http://0‐physrev.physiology.org.library.pcc.edu/content/88/2/489/F1.large.jpg
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Francavilla C, Maddaluno L, Cavallaro U. The functional role of cell adhesion molecules in tumor angiogenesis. Semin Cancer Biol. 19:98‐309, 2009.
L’interazione con le proteine della matrice extracellulare (es. fibronectina e vitronectina) o con immunoglobuline sulle superficie cellulare (es. «intercellular adhesion molecule 1» (ICAM‐1) e «vascular adhesion molecule‐1», VCAM‐1) promuove l’aggregazione delle integrine e conseguente trasduzione di segnale mediata dalle integrine.
In conseguenza del legame le integrine (che non hanno attività enzimatiche o chinasiche specifiche) attivano complesse vie di segnalamento associandosi con chinasi e proteine adattatrici nei complessi delle adesioni focali.
Hynes RO. Integrins: bidirectional, allosteric signaling machines. Cell. 2002 Sep 20;110(6):673‐87.
Francavilla C, Maddaluno L, Cavallaro U. The functional role of cell adhesion molecules in tumor angiogenesis. Semin Cancer Biol. 19:98‐309, 2009.
I complessi delle adesioni focali, identificati come strutture specializzate di adesione, sono composti da:
Integrine
Proteina chinasi, quali le «focal adhesion kinase», FAK, e il «non‐
receptor tyrosine kinase receptor Src
Proteine adattatrici (es. Shc)
Intermediari di segnalamento (es. famiglia Rho delle GTPasi)
Proteine citoscheletriche che legano l’actina (es. talina, la α‐actinina, la paxillina, la tensina e la vinculina)
Altre proteine di segnalamento.
Francavilla C, Maddaluno L, Cavallaro U. The functional role of cell adhesion molecules in tumor angiogenesis. Semin Cancer Biol. 19:98‐309, 2009.
Un’impedita regolazione del signaling mediato dalle integrine può contribuire alla progressione della malattia in diverse tipologie di patologie, che includono le malattie autoimmuni, le disfunzioni trombotiche e il cancro.
Il signaling mediato dalle integrine regola l’espressione genica, la crescita cellulare, il differenziamento e la sopravvivenza.
Il segnalamento mediato da integrine dipende dalla attività tirosina chinasiche non recettoriali delle proteine FAK (“focal adhesion kinase”) e src, nonchè dalla funzioni di proteina adattatrici FAK, src e Shc per iniziare eventi di segnalamento a valle.
Sono illustrate le comuni cascate di chinasi ma per semplicità sono omesse la cooperatività e l’attivazione incrociata fra le differenti cascate.
Un ammonimento all’interpretazione del ruolo delle integrine nella mediazione della sopravvivenza è che gli effetti delle chinasi sono spesso studiati mediante l’uso di costrutti attivi costituzionalemente.
Non è chiaro se questo approccio simola precisamente le vie di segnalamento mediato dalle integrine...
Attivazione delle integrine mediante comunicazione intrecciata con altre vie di segnalazione. Dei segnali ricevuti dall’esterno della cellula mediante altri tipi di recettori di superficie, quali recettori accoppiati a proteine G e recettori ad attività tirosina chinasica, possono alterare la conformazione della talina e quindi attivare le integrine
Sono assenti nello schema anche un gran numero di proteine citoscheletriche, quali la α‐
actinina, l’actina, la vinculina,la talina e la paxcillina, che fungono da adattatori, reclutatori e impalcature su cui questi eventi hanno luogo. Stupack & Cheresh, 2002
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07/04/2013
Integrin Signaling via Focal Adhesion Kinase
Munger JS, Sheppard D. Cross talk among TGF‐β signaling pathways, integrins, and the extracellular matrix. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2011 Nov 1;3(11):a005017
Focal adhesion kinases (FAKs) (1)
Focal adhesion kinases (FAKs) (2)
La FAK comprende un dominio catalitico centrale fiancheggiato da grandi domini N‐ e C‐terminali non catalitici.
Il dominio N‐terminale ha somiglianza di sequenza con una famiglia di proteine che contiene domini detti FERM (erythrocyte band four.1 ezrin‐
radixin‐moesin).
Di solito, i membri di qeusta familia collegano flicoproteine transmembrana al citoscheletro di actina, Nel caso della FAX il ruolo del dominio FERM non è chiaro.
In vitro il N‐terminale della FAX si lega a sequenze del dominio citoplasmatico delle subunità β delle integrine, ma non ci sono prove di un simile collegamento in vivo.
Il dominio N‐terminale media inoltre l’interazione con forme attivate del recettore per l’Epidermal Growth Factor (EGF).
Diversi dati indicano che il dominio FERM può dirigere la FAK a siti di aggregazione di integrine o di recettori per fattori di crescita e regolare l’attività catalitica e la localizzaione subcellulare della FAK.
Parsons JT. Focal adhesion kinase: the first ten years. J Cell Sci. 2003 Apr 15;116(Pt 8):1409‐16.
Focal adhesion kinases (FAKs) (3)
La regione C‐terminale della FAK è ricca di siti di interazione proteina‐
proteina.
Una sequenza con circa 100 residui di AA designata «FAT» (Focal Adhesion Targetting») indirizza la FAK verso complessi adesivi di nuova formazione o già formati.
L’integrità di questa regione è essenziale per il segnalamento della FAK.
Il dominio FAT è inoltre un sito di legame per la proteina delle adesioni focali paxilina.
Poichè la paxlina si lega direttamente ai domini citoplasmatici dei recettori integrinici nonchè alla proteina delle adesioni focali vinculina, la paxillina può fungere da «docking partner» per la FAK nei complessi di adesione.
Il dominio chinasico della FAK condivide somiglianza di sequenza con altre tirosina chinasi sia recettoriali che non.
Parsons JT. Focal adhesion kinase: the first ten years. J Cell Sci. 2003 Apr 15;116(Pt 8):1409‐16.
Parsons JT. Focal adhesion kinase: the first ten years. J Cell Sci. 2003 Apr 15;116(Pt 8):1409‐16.
La FAK come interrutore
per molteplici segnali di uscita
La fosforilazione della FAK in risposta al’ingagio delle integrine con un ligando porta alla formazione di fosfotirosine che fungono da siti di ancoraggio per diverse classi di molecole di segnalamento e può essere importante per il legame indotto da cambiamenti conformazionali di proteine ad altri motivi strutturali all’interno dei domini non‐catalitici C‐ e N‐terminali.
La fosforilazione di Tyr397 crea un sito ad alta affinità per il dominio SH2 delle famiglia di chinasi Src e porta al reclutamento e attivazione della Src mediante formazione di un complesso bipartito di chinasi.
Questo complesso porta alla fosforilazione su tirosine di siti addizionali della FAK e su proteine liganti la FAK quali Cas e paxilina.
La fosforilazione della Tyr397 inoltre sembra essere importante per il reclutamento di altre proteine contenenti SH2, che inclusono la subunità di 85kDa della phosphoinositide 3‐kinase (PI 3‐kinase), la fosfolipasi C (PLC)γ e la proteina adattatrice Grb7.
Parsons JT. Focal adhesion kinase: the first ten years. J Cell Sci. 2003 Apr 15;116(Pt 8):1409‐16.
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Parsons JT. Focal adhesion kinase: the first ten years. J Cell Sci. 2003 Apr 15;116(Pt 8):1409‐16.
Adesione focale/Contatto focale
Giunzioni
ADESIONI FOCALI
Adesioni focali (1)
Quando fibroblasti e cellule epiteliali sono coltivati in vitro su una piastra la superficie inferiore della cellula non è uniformemente schiacciata contro il substrato.
La cellula è ancorata alla superficie solo in corrispondenza di alcuni siti sparsi e ben definiti: adesioni focali.
Le adesioni focali sono strutture dinamiche che possono disassemblarsi rapidamente se la cellula è stimolata a muoversi o ad entrare in mitosi.
In un’adesione focale la membrana plasmatica contiene degli ammassi delle proteine di adesione dette integrine, per lo più αvβ3.
Zona di adesione specializzata fra la cellula e il substrato sottostante. Complessi macromolecolari proteici che collegano la matrice extracellulare al citoscheletro di actina mediante le integrine.
Un gran numero di proteine specifiche sono
concentrate nei contatti focali
Queste sono di solito proteine strutturali, del citoscheletro ma anche di segnalamento. Adesioni focali (2)
I domini citoplasmatici delle integrine sono collegati tramite vari adattatori ai filamenti di actina.
Le adesioni focali possono fungere come un sensore che raccoglie informazioni sulle caratteristiche fisiche (meccaniche) e chimiche (composizione proteica, glicoproteica, proteoglicanica, glicosaminoglicanica) e le trasmette all’interno delle cellule.
Tali informazioni possono indurre cambiamenti di adesione cellulare, proliferazione, differenziamento e sopravvivenza.
Le adesioni focali sono inoltre implicate nella locomozione cellulare, durante le quali le integrine sviluppano interazioni transienti con il substrato extracellulare.
Le adesioni focali creano e rispondono a sollecitazioni meccaniche.
Le adesioni focali sono osservate più comunemente in vitro, sebbene tipi analoghi di contatti adesivi si trovino nel tessuto muscolare e nei tendini.
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Connecting the actin cytoskeleton to the extracellular
matrix by focal contacts
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Co alignment of actin stress fibers and focal adhesions
Focal adhesions in cell motility
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