Integrines

ÍNDEX

1. Característiques moleculars de les integrines.
	1.1 Estructura i dominis funcionals de les integrines.
		1.1.1 Domini αR.
		1.1.2 Domini αI.
		1.1.3 Domini ßI.
		1.1.4 Regions d'unió als lligands: regió LC i regió I.
	1.2 Canvis conformacionals en les integrines durant l'activació.
	1.3 Les subunitats α i ß.
		1.3.1 Característiques d'algunes integrines.
	1.4 Patrons d'expressió de les integrines.
		1.4.1 Filogènia de les integrines.
		1.4.2 Expressió de les integrines durant el desenvolupament.
Bibliografia.

1. CARACTERÍSTIQUES MOLECULARS DE LES INTEGRINES

Durant la dècada dels vuitanta, Tamkum i altres col·laboradors van descriure un complex molecular a la membrana plasmàtica de cèl·lules de pollastre que estava implicat en l'adhesió a la laminina i a la fibronectina. Aquest grup de molècules es va denominar integrines, per la seva possible funció en la integració d'elements de la matriu extracel·lular amb la membrana plasmàtica i el citosquelet d'actina. Les integrines són receptors de senyalització bidireccional, que condueixen informació cap a dins i cap a fora de la cèl·lula. S'expressen en la major part de tipus cel·lulars normals i tumorals i es troben pràcticament en tots els sistemes multicel·lulars (per exemple, cèl·lules de mamífer, cèl·lules d'invertebrats: Drosophila, Caenorhabditis, etc.), cosa que les identifica com un tipus de receptor molt universal.

1.1 Estructura i dominis funcionals de les integrines

Les integrines són heterodímers formats per glicoproteïnes transmembranoses de tipus I, constituïdes per dues subunitats: una cadena α de 120 a 180 kDa i una cadena ß de 90 a 110 kDa, lligades de forma no covalent, que poden dissociar-se mitjançant detergents iònics.

Els dominis aminoterminals extracel·lulars són globulars: superiors a 75 kDa per la subunitat ß i a 100 kDa per a la α. Cada subunitat té una regió carboxiterminal citoplasmàtica curta, de 13 a 70 residus d'aminoàcids, amb excepció de la subunitat ß₄, que té un llarg domini citoplasmàtic d'uns 1.000 aminoàcids. La regió N-terminal extracel·lular és més llarga, d'uns 700 aminoàcids per les subunitats i d'uns 1100 aminoàcids, per les subunitats α. Els dominis transmembranosos són hidrofòbics i reduïts, aproximadament d'uns 20 aminoàcids.

Els dominis citoplasmàtics de les dues subunitats tenen una regió adjacent a la membrana, amb seqüències polars i no polars, que tenen rellevància en els processos d'activació de les integrines. La subunitat α conté el motiu de 5 aminoàcids GFFKR, regió hidrofòbica immersa en la membrana. Les regions citoplasmàtiques de les subunitats α i ß de totes les integrines contenen un aminoàcid amb càrrega positiva, molt conservat (R a les integrines α_v i ß₇, K en les restants), situat a la proximitat del domini transmembranós, amb els 4 o 6 residus hidrofòbics. Aquesta regió podria presentar una certa mobilitat, amb una topografia diferent en diferents estadis d'activació de les integrines. En la forma inactiva, aquesta regió hidrofòbica estaria immersa a la membrana, i estaria estabilitzada per un pont salí entre els residus R de la subunitat α i el residu D de la subunitat ß. L'activació de les integrines podria provocar un desplaçament d'aquests residus fora de la membrana.

Ambdues subunitats presenten regions amb un nombre elevat de ponts disulfur, amb una estructura molt plegada i compacta, que els confereix una resistència relativa a l'acció proteolítica.

En la regió N-terminal extracel·lular de les subunitats ß es troba un segment ric en cisteïnes, amb 4 repeticions, similar als dominis EGF (epidermal growth factor), de la laminina.

Dominis estructurals de les integrines

1.1.1 Domini αR

La regió N-terminal de la subunitat α conté 7 repeticions de polipèptids (aproximadament d'uns 60 aminoàcids cada una), en què cada una adopta una estructura de 4-6 làmines ß paral·leles situades en el centre i envoltades per 6 hèlixs α amfipàtiques, interconnectades per llaços (loops). El conjunt de les 7 repeticions forma una estructura tòrica, similar a les fulles d'una hèlix (ß-propeller).

Dins de αR hi ha els dominis EF i el domini αI. Els dominis EF són 3 o 4 de les regions repetides, amb una seqüència consens DXDXDGDXXD (X = qualsevol aminoàcid) capaces d'unir cations divalents (Ca²⁺).

1.1.2 Domini αI (= αA)

La major part de les cadenes α contenen, a més, un domini I d'uns 190 aminoàcids (domini A), inserit entre el segon i el tercer full de l'hèlix. Presenta homologia amb el domini A de la proteïna plasmàtica factor de Von Willebrand (VWF). Diferents treballs han suggerit que el domini I presenta un domini d'unió a cations divalents (Mg²⁺, Mn²⁺): el motiu MIDAS (metal ion-dependent adhesion site), a la regió superior o externa dels fulls de l'hèlix ß. El motiu MIDAS conté la seqüència d'aminoàcids molt conservada DxSxS (x = qualsevol aminoàcid). Aquest domini situat a la regió exposada a diferents molècules intervé en la unió dels lligands a les integrines.

1.1.3 Domini ßI (= ßA)

La regió N-terminal de la subunitat ß presenta una regió altament conservada de 250 aminoàcids, que és estructuralment similar al domini I de la subunitat α, també amb residus per a la unió de cations. En la subunitat ß, també es localitza la seqüència DxSxS, que intervé en la unió dels lligands a les integrines, de manera que les mutacions en aquesta seqüència eliminen la unió als lligands. Mentre que només 9 integrines contenen dominis I a la subunitat α, totes les subunitats ß contenen la seqüència conservada que presenta similitud amb el domini I.

Adjacent al domini ßI hi ha una regió descrita recentment en l'estructura d'algunes famílies de proteïnes, el domini PSI de plexines, semaforines i integrines, de 90 residus d'aminoàcids, que presenta una conformació helicoïdal.

La subunitat α conté a la regió N-terminal un pont disulfur que contribueix a estabilitzar el domini d'unió al lligand

Estructura de l'heterodímer d'integrines amb els dominis d'unió als cations

1.1.4 Regions d'unió als lligands

Una de les característiques més rellevants de les integrines és la capacitat que tenen per reconèixer múltiples lligands, establint interaccions que impliquen principalment aquelles integrines que contenen domini I: el domini d'unió a cations que també contribueix a la unió dels lligands a les integrines. Un nombre elevat d'aquests lligands inclou diferents proteïnes de la matriu extracel·lular, com ara la fibronectina i la laminina, però alguns contrareceptors també són lligands per a les integrines (taula). La unió preferent de les integrines pels lligands està determinada per l'afinitat relativa, és a dir, per l'avidesa, la conformació del lligand i la disponibilitat dels lligands en l'entorn cel·lular.

Els ions metàl·lics tenen un paper essencial en la unió dels lligands amb els heterodímers de les integrines, a les regions EF i als motius MIDAS. S'ha demostrat que la unió als lligands depèn de cations divalents, ja que una incubació amb EDTA elimina totalment l'activitat d'unió al lligand de les integrines i redueix l'adhesió al substrat. D'aquesta manera, la regió de la MEC reconeguda per les integrines contribueix a la interacció d'ambdues subunitats, tot i que la subunitat α és la que confereix més especificitat, a causa de l'existència de la regió responsable de la unió amb els metalls: el domini I de la subunitat α. El domini I també està implicat en la unió de patògens, com és el cas d'algunes espècies de fongs (Candida albicans), de l'echovirus humà 1 i determinades toxines.

Així doncs, des de la perspectiva funcional, cal tenir en compte que els cations divalents poden actuar com a:

• efectors, i provocar la unió dels lligands,
• antagonistes, i inhibir la unió del lligand,
• selectors, i canviar l'especificitat d'unió del lligand.

Des del punt de vista estructural, els dominis d'unió als cations són els dominis I de cada subunitat de les integrines. Tres o quatre de les regions repetides a l'extrem N-terminal de la subunitat α (els dominis EF) són capaces d'unir cations divalents. A la regió I també existeix especificitat d'unió per al Ca²⁺, que augmenta el nivell de dissociació del lligand i, per tant, té un efecte inhibidor de la unió del lligand.

Els dominis d'unió de les integrines als lligands també serien a les regions globulars properes als extrems N-terminals de les subunitats α i ß, i constituirien la regió LC (lloc competent per al lligand). Probablement, el lloc d'unió al lligand és a la cara oposada als llocs d'unió als cations.

Des del punt de vista funcional, la unió dels cations és necessària perquè la integrina formi l'heterodímer. Així doncs, la coordinació entre els llocs d'unió competents per al lligand LC i els llocs d'unió a cations és el que regula la unió al lligand. El coneixement de les interaccions entre les integrines i els lligands o contrareceptors es basa, en bona part, en la identificació d'anticossos monoclonals, que, reconeixent diferents epítops del domini I en la subunitat α, bloquegen la unió dels lligands amb les integrines.

L'efecte dels cations en la funcionalitat de les integrines s'explicaria considerant que els lligands i els cations divalents s'uneixen a les integrines i comparteixen una regió comuna d'unió a la integrina, segons un "model de desplaçament". A les integrines, s'han descrit mecanismes de desplaçament d'ions metàl·lics per lligands del tipus RGD. Els lligands RGD formen inicialment un complex ternari amb el receptor unit als cations divalents. Posteriorment, quan la interacció entre la seqüència RGD i la integrina s'estabilitza, els cations divalents són desplaçats.

Per explicar el paper dels cations en la funció de les integrines, es parteix de la hipòtesi que el lligand i el catió divalent comparteixen un mateix domini d'unió a la integrina.

1.2 Canvis conformacionals en les integrines durant l'activació

L'activació de les integrines pot definir-se com un canvi en la conformació d'aquestes molècules, que augmenta l'afinitat d'unió entre els receptors i els lligands (modulació de l'afinitat). Les integrines presenten diferents estadis d'activació.

Així, les integrines condueixen informació cap a dins i cap a fora de la cèl·lula, funcionant com a receptors de senyalització bidireccional. En l'àmbit cel·lular existeixen dos tipus de transmissió de senyals per als receptors, que poden modular-ne l'afinitat:

-Els canvis de conformació induïts pels lligands en els receptors, alhora, exposen nous llocs d'unió per a diferents molècules.

Activació de les integrines

-Els lligands poden provocar l'agregació dels receptors (clustering), cosa que genera un senyal que es transmet al llarg d'una via de senyalització i provoca modificacions posttraduccionals i/o conformacionals en les molècules efectores. Ambdós mecanismes tenen una gran importància per al funcionament correcte de les integrines.

Les integrines modulen la seva afinitat pels lligands mitjançant l'activació dels mateixos receptors (senyalització dins-fora -inside-out). Experiments realitzats amb quimeres integrades per diferents regions subunitats, permeten establir que els dominis citoplasmàtics de les subunitats α controlen l'afinitat de la integrina en aquesta via de senyalització. D'altra banda, la unió dels lligands a les integrines modifica l'activitat de diferents molècules citoplasmàtiques, com ara les cinases, GTPases, fosfolipases, així com la reorganització del citosquelet i el reclutament de diferents proteïnes (senyalització fora-dins -outside-in).

La modulació de l'afinitat en les integrines es pot mesurar per canvis en la unió amb lligands solubles o bé utilitzant anticossos monoclonals (mAb) que actuen mimetitzant els lligands o bé induint altres canvis conformacionals característics de l'activació del receptor. S'anomenen anti-LIBS (ligand-induced binding site) o anti-CLIBS (cation-and-ligand induced binding site). Són anticossos que reconeixen epítops de les integrines que queden exposats com a resultat de la unió amb un lligand o bé com a resposta a l'activació "artificial" del receptor per cations divalents com ara el Mn²⁺.

La unió de proteïnes de la matriu extracel·lular als dominis N-terminals pot provocar un canvi conformacional que alliberi els extrems que bloquegen les interaccions estèriques i, així, provocar la unió a proteïnes de senyalització intracel·lular. De manera semblant, canvis en la disposició de les cues citoplasmàtiques haurien d'alterar la conformació de les regions d'unió als lligands, cosa que provocaria canvis en l'afinitat per les proteïnes de la matriu extracel·lular.

Les integrines es troben en equilibri entre dues conformacions (quaternàries): un estadi de baixa afinitat i un d'alta afinitat. En l'estadi de baixa afinitat, el domini αI es manté en la conformació tancada per contacte directe o indirecte entre el domini αR de la subunitat α i el domini I de la subunitat ß. En aquest estadi de baixa afinitat la conformació de la molècula d'integrina conté Ca²⁺ en els llocs d'unió específics, cosa que estabilitza el receptor en un estadi inactiu o "de repòs". En presència de Mn²⁺ o Mg²⁺ la integrina pot activar-se i quedar en un estadi d'alta afinitat o "actiu", en què el lloc d'unió al lligand queda exposat.

Afinitat de les integrines pel lligand

Un exemple de canvi conformacional que afecta l'afinitat d'unió pels lligands el tenim en la modulació de l'afinitat que presenten les integrines de les plaquetes (α_IIbß₃), que modifiquen la seva afinitat segons si les plaquetes es troben a la sang circulant o bé intervenen en el mecanisme d'agregació durant l'hemostàsia.

L'obertura i el tancament del domini d'unió als lligands, mitjançant la reorientació de les subunitats α i ß provoca canvis conformacionals que afecten els dominis citoplasmàtics, en què canvia la separació entre les regions de les tiges. Possiblement la separació entre els extrems C-terminal de les dues subunitats comporta un canvi conformacional bidireccional entre el domini d'unió al lligand i el domini citoplasmàtic, cosa que facilita una interacció d'alta afinitat amb el lligand en diferents llocs de contacte.

Com es regula l'afinitat que tenen les integrines pels lligands?

Existeix un mecanisme de transmissió de canvis conformacionals a través de la regió transmembranosa, de manera que les interaccions entre els segments juxtamembranosos de les subunitats α i ß és suficient per a l'activació de les integrines. Els dominis citoplasmàtics propers a la membrana contenen una seqüència d'aminoàcids molt conservada: són els residus GFFKR, que faciliten el desplaçament de les dues subunitats. Delecions en aquesta regió alteren l'afinitat de la integrina pel lligand. Aquesta topografia l'estabilitzaria el pont salí existent entre els residus R i D de les dues subunitats. Mutacions en la seqüència conservada GFFKR disminuirien la hidrofòbia d'aquesta regió, cosa que escurçaria el domini transmembranós i mantindria la integrina en un estadi d'alta afinitat (vegeu la figura).

1.3 Les subunitats α I ß

Les combinacions específiques de les subunitats αß que constitueixen l'heterodímer determinen l'activitat d'unió als lligands i diferents funcions de senyalització. A causa del fet que la major part de les cèl·lules expressen múltiples integrines, el comportament d'una cèl·lula determinada en relació a les funcions d'adhesió reflecteix de manera característica una combinació d'associacions entre lligand i receptor. Així doncs, un dels elements distintius de les integrines és la capacitat de reconèixer múltiples lligands que tenen els membres d'aquesta família de molècules. La diversitat de les integrines s'amplia, a més, per maduració alternativa, per modificacions posttraduccionals i per interaccions amb altres molècules de la superfície cel·lular.

En els mamífers es coneixen, almenys, 22 heterodímers d'integrines, dels quals 13 s'expressen en leucòcits. Les integrines estan constituïdes per 18 tipus de subunitats α i 8 tipus de subunitats ß. Aquestes subunitats interactuen de forma no covalent, de manera que una determinada subunitat ß pot interactuar amb múltiples subunitats α, i formar les subfamílies d'integrines que s'uneixen a diferents lligands. La preferència d'una determinada integrina pels lligands depèn de l'afinitat, de la disponibilitat del lligand en un microambient determinat i de la conformació del lligand, que determina l'exposició de la seqüència de reconeixement enfront de la integrina.

Subfamilies de les integrines en els vertebrats

A la taula I es mostren els principals lligands extracel·lulars de les integrines, que inclouen proteïnes de la matriu extracel·lular (proteïnes de la matriu òssia, col·làgens, fibronectines, fibrinogen, laminines, trombospondines, vitronectina i el factor de Von Willebrand). Així, queda reflectida la funció primària de les integrines en l'adhesió de les cèl·lules a la matriu extracel·lular. Molts contrareceptors són lligands, que il·lustren el paper de les integrines en les interaccions cèl·lula-cèl·lula. També s'inclouen a la taula, alguns microorganismes, que les integrines utilitzen per penetrar a l'interior de les cèl·lules. Així, tenim les integrines α₁ß₁ i α₂ß₁, que s'uneixen a un segment del domini C-terminal del col·lagen tipus IV. Aquestes integrines, juntament amb les α₆ß₁, també s'uneixen, almenys, a dues regions diferents de laminina. La α₅ß₁ s'uneix exclusivament a la fibronectina de la matriu extracel·lular; en canvi, la α_vß₃ s'uneix a set lligands diferents de la matriu extracel·lular (MEC). Aquesta diversitat d'especificitat entre les integrines i els lligands corresponents de la matriu extracel·lular confereix a les cèl·lules la capacitat de migrar cap a les zones de localització correctes, durant la morfogènesi dels teixits.

És evident que un dels factors determinants de l'especificitat d'unió de les integrines és la composició de cada heterodímer. Les combinacions específiques de les subunitats αß defineixen l'activitat d'unió amb els lligands i les diferents funcions de senyalització. La subfamília ß₁ en constitueix un exemple: cada un dels 12 receptors que contenen la subunitat ß₁ es diferencien en el nombre de lligands i en els llocs d'unió de cada tipus de lligand. Així doncs, la subunitat α és la que defineix l'especificitat d'unió d'un receptor determinat.

La diversitat de les integrines d'una mateixa família es genera per maduració alternativa dels transcrits d'algunes subunitats α i ß, de la qual resulten variants de les integrines que difereixen en els dominis citoplasmàtics i/o extracel·lulars. Així, la integrina α₃ß₁ s'expressa en una amplia sèrie de teixits normals i la forma deficient de la α₃ß₁ en ratolins dóna lloc a defectes de desenvolupament en diferents òrgans (pell, ronyó, pulmó i cervell).

La majoria d'integrines s'expressen en diferents cèl·lules i la major part de cèl·lules expressen diverses integrines, cosa que possibilita la unió amb diferents molècules de la matriu. Tanmateix, algunes integrines, com ara les que contenen ß₂, s'expressen exclusivament en leucòcits.

Taula 1. Lligands extracel·lulars de les integrines

Lligand	Integrina
Proteïna base de l'adenovirus penton	α_Vß₃, α_Vß₅
Sialoproteïna òssia	α_Vß₃, α_Vß₅
Borrelia burgdorferi	α_VIbß₃
Candida albicans	α_Mß₂
Col·làgens	α₁ß₁, α₂ß₁, α₁₁ß₁, α_Ibß₃
Col·lagen desnaturalitzat	α₅ß₁, α_Vß₃, α_Ibß₃
Citotactina / Tenascina C	α₈ß₁,α_I9ß₁,α_Vß₃,α_IVß₆
Decorsina	α_IIbß₃
Desintegrines	α_Vß₃, α_IIbß₃
Cadherina E	α_IEß₇
Echovirus 1	α_I2ß₁
Epiligrina	α₃ß₁
Factor X	α_Mß₂
Fibronectina	α_I2ß₁, α₃ß₁, α₄ß₁, α₄ß₇, α₅ß₁, α₈ß₁
Fibrinogen	α_Vß₁, α_Vß₃, α_Vß₅, α_Vß₆, α_Vß₈, α_IIbß₃
HIV Tat protein	α_Vß₃, α_Vß₅
iC3b	α_Mß₂, α_Xß₂
ICAM-1	α_Mß₂, α_Lß₂
ICAM 2,3,4,5	α_Lß₂
Invasina	α₃ß₁, α₄ß₁, α₅ß₁, α₆ß₁
Laminina	α₁ß₁, α₂ß₁, α₆ß₁, α₇ß₁, α₆ß₄, α_Vß₃
MadCAM-1	α₄ß₇
Metal·loproteasa 2 (matriu)	α_Vß₃
Fact. inhibidor neutròfils	α_Mß₂
Osteopontina	α_Vß₃
Plasminogen	α_IIbß₃
Protrombina	α_Vß₃, α_IIbß₃
Fertilina (espermatozoide)	α₆ß₁
Trombospondina	α₃ß₁, α_Vß₃, α_IIbß₃
VCAM-1	α₄ß₁, α₄ß₇
Vitronectina	α_Vß₁, α_Vß₃, α_Vß₅, α_IIbß₃
Factor de Von Willebrand (vWf)	α_Vß₃, α_IIbß₃

Plow et al. J. Biol. Chem.275(29).2000

Característiques d'algunes integrines

α₁ß₁. És un receptor per al col·lagen I - col·lagen IV i per a la laminina. Les cèl·lules T activades, els monòcits, les cèl·lules de melanoma i les de musculatura llisa expressen aquesta integrina, que també es coneix com a VLA-1 (very late activation antigen 1).

α₃ß₁. Aquesta integrina, in vivo, normalment només es localitza en les cèl·lules epitelials de la pell i del tracte digestiu, en les cèl·lules endotelials i en les cèl·lules mesangials del ronyó. En canvi, és expressada en la majoria de les cèl·lules en cultiu i en cèl·lules tumorals in vivo. La laminina 5 és el lligand principal d'aquesta integrina; i sota certes condicions es pot unir a fibronectina i a altres lligands.

α₄ß₁. La funció d'aquesta integrina s'ha estudiat principalment en leucòcits, però també l'expressen altres cèl·lules. Pot fer de mediadora dels contactes cèl·lula-cèl·lula i cèl·lula-matriu a través de dos coneguts lligands, VCAM-1 i fibronectina, respectivament. Aquestes interaccions són importants per als processos d'extravasació de leucòcits i en nombrosos processos immunològics i inflamatoris. Es requereixen senyals d'activació per induir una unió forta de α₄ß₁ a VCAM1 o fibronectina. Malgrat tot, la integrina α₄ß₁ en estat inactivat pot fer de mediadora en unions amb VCAM-1 i és la responsable del rodament (rolling) de limfòcits sobre cèl·lules endotelials activades.

α₅ß₁. És el primer receptor de la fibronectina que es va identificar. S'expressa en molts tipus cel·lulars i probablement és el receptor de fibronectina majoritari de les cèl·lules. Reconeix la seqüència RGD a III10, però requereix la sinergia de PSHRN a III9, perquè hi hagi una unió amb alta afinitat. La α₅ß₁ present en els leucòcits contribueix a l'extravasació d'aquestes cèl·lules.

α₆ß₁. Present en les cèl·lules epidèrmiques, ancora les cèl·lules a la membrana basal.

α_Vß₁. Es localitza en la superfície d'algunes línies cel·lulars i sembla que reconeix majoritàriament fibronectina. Malgrat que moltes cèl·lules expressen simultàniament α_V, ß₁, i ß₃, la combinació α_Vß₁ és dóna molt poques vegades.

α₈ß₁. Aquest receptor és expressat en la majoria de les cèl·lules epitelials, en la musculatura llisa, en els miofibroblasts i en les cèl·lules neurals embrionàries. S'ha demostrat que s'uneix a llocs RGD de la fibronectina i de la vitronectina. La tenascina C també és capaç d'unir-se a α₈ß₁ per mitjà d'interaccions dependents d'RGD i independents d'RGD. Altres proteïnes que contenen RGD, com ara el col·lagen i les CAM, no són reconegudes per α₈ß₁.

α_IIbß₃. És una integrina majoritària de la superfície de les plaquetes i també ha estat identificada en els megacariòcits. La principal funció que té és unir-se a fibrinogen durant la formació de trombes.

α_Vß₃. Aquesta integrina és expressada abundantment en cèl·lules en cultiu, però la distribució in vivo es restringeix a cèl·lules endotelials activades, osteoclasts i cèl·lules tumorals. S'ha demostrat que intervé en l'angiogènesi, i estudiar-la pot ser útil amb l'objectiu de la inhibició de creixements tumorals. La α_Vß₃ ha estat identificada, primer, com un receptor de la vitronectina, i posteriorment s'ha vist que també s'uneix a fibronectina i a altres proteïnes d'adhesió: osteopontina, fibrinogen, fibronectina i col·lagen desnaturalitzat. En tots els casos el motiu RGD dels lligands té una importància crítica en la unió amb α_vß₃. Aquesta integrina no requereix els llocs de sinergia de la fibronectina per tenir interaccions estables.

α₆ß₄. És la molècula d'ancoratge principal entre elements de la matriu extracel·lular i els filaments intermedis en els hemidesmosomes. Actua com a receptor de la laminina 5 i, a la vegada, la inusual regió llarga citosòlica d'aquesta integrina interactua amb les proteïnes de la placa hemidesmosòmica.

α_Vß₆. És expressada exclusivament en cèl·lules epitelials durant el desenvolupament, en la cicatrització de ferides i en molts tumors epitelials.

És interessant remarcar que l'extrem carboxiterminal citoplasmàtic de la subunitat ß₆ conte onze aminoàcids amb activitat promotora. La cua citoplasmàtica de ß₆ també conté tres regions requerides per localitzar α_vß₆ en els contactes focals (la regió proximal a la membrana) i dos motius NPXY (a les subunitats ß₁ i ß₃ també es troben regions amb la mateixa funció).

El principal lligand de la α_Vß₆ és la fibronectina, però també s'han descrit interaccions amb la tenascina C. La α_Vß₆ s'uneix a la fibronectina via RGD i, com en el cas de α_Vß₃, no es requereix el lloc sinèrgic en la fibronectina.

α₄ß₇. Aquesta integrina és expressada en limfòcits. De manera semblant a la integrina α₄ß₁, s'uneix a la regió III14-V de la fibronectina, a les VCAM i al lloc LDV de la subunitat α₄. També reconeix la MAdCAM-1, una interacció que és important per al homing de les poblacions de limfòcits en les mucoses.

1.4 Patrons d'expressió de les integrines

1.4.1 Filogènia de les integrines

En funció de la seva implicació en molts processos d'adhesió, les integrines estan molt conservades en un grup ampli d'organismes animals. En els invertebrats, les integrines han estat identificades sobre la base de les dades de sis fílums: porífers, cnidaris, nematodes, artròpodes, mol·luscs i equinoderms. No existeixen dades per determinar algun tipus de funció immunològica per a les integrines d'invertebrats, encara que s'ha aïllat una subunitat ß en hemòcits de cranc.

Tal com hem vist anteriorment, els dominis I de la subunitat α dels leucòcits de mamífer tenen un paper rellevant en el reconeixement i la unió de diferents lligands, mitjançant el lloc d'adhesió d'ions metàl·lics (MIDAS). El domini I també existeix en les proteïnes C3, C2 i Bf d'unió al complement, caracteritzades en eriçons i ascidis. Així, doncs, el reconeixement de C3 a traves del domini I podria constituir un mecanisme conservat en l'evolució del sistema immunitari. No obstant això, en les subunitats α de la major part de cèl·lules d'invertebrats no s'han detectat dominis I. Encara que les subunitats d'integrines dels invertebrats presenten força similituds de seqüència amb les integrines dels vertebrats, existeixen un nombre relativament reduït de subunitats α i ß caracteritzades en les espècies d'invertebrats, tal com s'ha evidenciat per les recents seqüenciacions completes dels genomes de Caenorhabditis elegans i Drosophila melanogaster. Només dues subunitats α i una subunitat ß estan codificades pel genoma de C. elegans, així com cinc subunitats α i dues subunitats ß han estat identificades per a Drosophila. També s'han pogut clonar una subunitat α i una subunitat ß en esponges, així com una subunitat ß en una espècie de corall. No obstant això, les funcions que duen a terme les integrines en aquests organismes són ben poc conegudes.

Considerant que la funció principal dels dominis citoplasmàtics de la subunitat α és mantenir la integrina en un estat inactiu, s'han determinat els percentatges d'identitat d'aquestes subunitats en diferents integrines. Les subunitats α₃, α₆ i α₇ presenten aproximadament un 40 % d'identitat Aquests dominis citoplasmàtics A i B no mostren similituds amb cap altre motiu adjacent a la membrana plasmàtica.

KXGFFKR (X és un residu no conservat) és un motiu conservat en totes les subunitats α. Els estudis realitzats en què es comparen les funcions de les variants α_6Aß₁ i α_6Bß₁ mostren la mateixa especificitat d'unió per als lligands, però característiques d'adhesió, com són l'expansió cel·lular, la migració i la transducció de senyals, diferents.

L'expressió de α₃ß₁ en diferents teixits, així com l'expressió de la variant α_3A, és la més comuna en diferents òrgans. En canvi, la α_3B només es detecta en alguns teixits de mamífers. La seqüència d'aminoàcids de la variant α_3B, així com les formes de maduració alternativa que genera, es troba conservada en mamífers i en vertebrats no mamífers. En estudis realitzats en fibroblasts d'embrió de pollastre, per comparar les funcions de α_3Aß₁ i de α_3Aß₁, utilitzant cèl·lules transfectades amb integrines intactes i subunitats quimèriques de integrines, s'ha demostrat que el domini citoplasmàtic de α_3B inhibeix l'expressió del receptor a la superfície cel·lular. Malgrat que no se'n coneix el significat fisiològic, el possible paper de α_3B en la regulació de l'expressió de les integrines fóra similar al que s'ha descrit per a les variants ß_1C-1 i ß_1C-2, que provoca la retenció de les integrines ß₁ al RE i la seva degradació intracel·lular.

A diferència dels vertebrats, que tenen almenys nou gens per a la subunitat ß, el nematode Caenorhabditis elegans expressa dues subunitats α (PAT-2 i INA-1) de les integrines i una subunitat ß (PAT-3) en diferents teixits: múscul, neurones i gònada. En els músculs de la paret del cos, les integrines ßpat-3 es localitzen en regions d'adhesió de la musculatura, denominades cossos densos. L'adhesió de les cèl·lules musculars a l'hipoderma és essencial per a l'engalzament dels filaments musculars i les alteracions funcionals provocades per la pèrdua de la funció de αpat-2 i ßpat-3 originen paràlisis i aturades en el desenvolupament embrionari.

La pèrdua de funcionalitat de la integrina ß₁ en mamífers i de les integrines relacionades amb aquesta ( ß_PS en la mosca de la fruita i ßpat en nematodes) provoca un fenotip embrionari letal.

Un altre element que dóna suport a la idea que les integrines confereixen característiques d'adhesió específiques de teixit en diferents estadis del desenvolupament, prové dels estudis fets amb Drosophila. Les integrines d'aquesta espècie es van descriure inicialment com a antígens específics de posició (PS), a causa dels patrons que presentaven en els discs imaginals i a les anàlisis d'embrions mutants. S'ha proposat que una de les funcions principals de les integrines PS fóra la intervenció en els processos mecànics d'adhesió entre els teixits, si bé sembla que aquesta activitat adhesiva de les integrines PS seria regulada posttraduccionalment en el temps i en l'espai.

1.4.2 Expressió de les integrines durant el desenvolupament

Les etapes inicials del desenvolupament embrionari constitueixen un procés molt dinàmic de reestructuracions dels teixits i associacions cel·lulars freqüents de curta durada. El caràcter transitori de moltes interaccions entre cèl·lules embrionàries implica que les funcions d'adhesió varien en l'espai i en el temps. No obstant això, en les interaccions d'adhesió entre les cèl·lules també hi ha implicades el mateix tipus de molècules que en les interaccions estables: les cadherines i les integrines. En els estudis realitzats per determinar el paper de la matriu extracel·lular en el desenvolupament, s'han utilitzat embrions d'amfibis i de pollastre, en què el comportament de les cèl·lules durant l'etapa de la gastrulació depèn d'integrines. Els treballs realitzats sobre l'adhesió de mioblasts de pollastre, utilitzant anticossos bloquejadors de l'adhesió cèl·lula-matriu, han portat a la caracterització de les diferents integrines. En la miogènesi de pollastre, tant α₆ß₁ com α₅ß₁ s'expressen en mioblasts, de manera que l'expressió i l'activitat funcional d'aquestes integrines es regulen durant la diferenciació dels mioblasts. Aquests estudis han aportat nous elements per entendre com cooperen les integrines i els factors de creixement per transmetre els senyals que regulen la proliferació i la diferenciació, la fibronectina de la matriu extracel·lular esdevé necessària en la migració de les cèl·lules del mesoderma en el desenvolupament dels embrions de pollastre.

D'altra banda, els moviments cel·lulars i tissulars associats a la gastrulació en diverses espècies d'amfibis, especialment en Xenopus, han demostrat que els moviments d'infiltració de les cèl·lules mesodèrmiques depenen també de la interacció de les integrines amb els components de la matriu extracel·lular, especialment amb la fibronectina. L'expressió temporal i la localització de la fibronectina intervé en aquests processos de migració de tal manera que els embrions que no expressen fibronectina bloquegen la gastrulació i no segueixen el desenvolupament normal fins a formar capgrossos. L'adhesió cel·lular al motiu central d'unió de la fibronectina s'inhibeix experimentalment utilitzant anticossos bloquejadors anti-α₅ß₁. Així doncs, el paper de la integrina en aquestes cèl·lules embrionàries podria consistir a iniciar l'engalzament de la fibronectina i provocar l'adhesió de les cèl·lules del mesoderma a les fibril·les. La unió de α₅ß₁ a la fibronectina fóra necessària, també, per regular la polaritat de les cèl·lules a la part superior del blastocel i dirigir els moviments radials d'intercalació cel·lular.

La gastrulació en Xenopus:comportaments cel·lulars diferenciats depenents de les integrines α₅μ₁

D'altra banda, l'expressió específica de les integrines en els teixits és rellevant en el comportament morfogenètic, tal com passa al final de la gastrulació amb l'aparició de l'expressió de α₆ß₁ a la placa neural ectodèrmica. En absència d'aquesta integrina es produeix un defecte en l'adhesió del neuroectoderma a la làmina basal i la morfogènesi neural queda bloquejada.

BIBLIOGRAFIA

Articles:

Emsley J, Knight, G.G, Farndale, R.W, Barnes, M.J & Liddington, R.C. Structural Basi of Collagen Recognition by Integrin α2β1. Cell 2000; 101: 47-56.

Hughes, P.E, Díaz-González, F, Leong, L. Wu, C.A, McDonald, J.A, Shattil, S.J & Ginsberg, M.H. Breaking the Integrin Hinge. A defined structural constraint regulates integrin signaling. J Biol Chem 1996; 27 (12): 6571-6574.

Humphries, M.J. & Newham, P. 1998. The structure of cell-adhesion molecules. Trends in Cell Biology, 8: 78-83

Humphries, M.J. Integrin Structure. Biochem Soc Transact 2000; 28 (4): 311-339.

Plow, E.F, Haas, T.A, Zhang, L. Loftus, J. & Smith, J.W. Ligand Binding to Integrins. J Biol Chem 2000; 275 (29): 21785-21788.

Schwartz, M.A. Schaller, M.D. & Ginsberg, M.H. Integrins: Emerging Paradigms of Signal Transduction. Trends in Cell Biology 2001; 11 (12): 466-470.

Llibres:

Becker WM, Kleinsmith LJ, Hardin J. The World of the Cell, 4a ed. S. Francisco: The Benjamin/Cummings publishing Company, 2000; 878.

Beckerle MC, ed. Cell adhesion. Oxford: Oxford University Press, 2001; 403.

Lodish H, Baltimore D, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Darnell J. Molecular Cell Biology, 4a ed. New York: WH Freeman and Company, 2000. (Scientific American Books).