Propietats interactives

 

ÍNDEX

1 Integrines: regulació de l'afinitat.
	1.1 Els canvis conformacionals són la base de la funcionalitat de les integrines.
	1.2 Diferents ions influeixen específicament en la conformació de les integrines.
	1.3 Diferents reguladors citoplasmàtics solubles estan implicats en la modulació de l'afinitat.
	1.4 La modulació de l'afinitat es pot assolir per altres mecanismes.
	1.5 L'agregació lateral de les integrines permet regular funcionalment l'afinitat.
	1.6 Els ions i els reguladors citoplasmàtics modules l'afinitat funcional o avidesa.
	1.7 Els lípids de la membrana incideixen en la modulació de l'afinitat funcional de les integrines.
2 Interaccions moleculars.
	2.1 Integrines. Interaccions laterals.
		2.1.1 Moltes integrines cooperen funcionalment amb altres receptors de membrana.
		2.1.2 La proteïna CD98 s'associa a integrines i en modula directament l'afinitat.
		2.1.3 CD47 s'associa amb integrines de diferents families.
		2.1.4 Associació amb el sistema activador del plasminogen.
			- L'uPA i la vitronectina són dos lligands del receptor uPAR.
			- L'uPAR s'associa amb integrines i forma complexos moleculars diferents segons el tipus cel.lular.
		2.1.5 Les tetraspanines s'associen a integrines per cooperar en l'adhesió i la motilitat cel.lulars.
	2.2 Interaccions amb proteïnes reguladores.
		2.2.1 La FAK-paxilina.
			- La cinasa d'adhesió focal (FAK) té un lloc d'unió amb integrines i la seva activació va lligada a  l'adhesió i motilitat cel.lular.
			- L'adhesió i la motilitat cel.lulars van lligades a la interacció de la FAK amb altres proteïnes reguladores.
			- La FAK intervé en les vies de senyalització implicades en la supervivència i progressió del cicle cel.lular.
		2.2.2 La cinasa lligada a integrines (ILK) acobla integrines amb receptors de factors de creixement.
	2.3 Interaccions amb proteïnes del citosquelet.
		2.3.1 Complexos d'adhesió actina-integrina (AIAC).
			- Diferents tipus de complexos d'adhesió fan de mediadors en la interacció cèl.lula-matriu extracel.lular.
			- Als AIAC diferents pools de molècules intervenen en el lligam format per integrines entre el citosquelet d'actina i la matriu extracel.lular.
			- L'organització i el canvi de configuració del citosquelet d'actina en els complexos d'adhesió està controlat per proteïnes GTPases monomèriques de la familia Rho.
			- Els contactes focals actues de mecanosensors.
			- La Rac i la Rho són regulables per estímuls intracel.lulars i extracel.lulars.
		2.3.2 Hemidesmosomes.
			- Els hemidesmosomes són complexos multiproteics implicats en l'adhesió cel.lular a la làmina basal.
			- La laminina 5, lligand de la integrina a6ß4 i de la BP180, té un paper essencial per a l'engalzament dels hemidesmosomes.
			- El grau de fosforilació de la integrina a6ß4 modula la formació d'hemidesmosomes.
Bibliografia.

 

 

1. INTEGRINES: REGULACIÓ DE L'AFINITAT

1.1 Els canvis conformacionals són la base de la funcionalitat de les integrines

El terme afinitat de les integrines va lligat al terme activació. El primer fa referència a un estat conformacional del dímer en el qual aquest s'uneix al seu lligand amb més o menys força (més o menys afinitat). El segon fa referència al canvi de l'estat conformacional, de menys a més afinitat. Aquest canvi ha de ser reversible per possibilitar la funció en què la integrina està implicada. Així doncs, el procés de migració cel·lular, per exemple, s'inhibeix quan les integrines romanen en un estat constitutivament actiu. La senyalització que governa l'activació de les integrines prové del citoplasma i té com a diana els dominis citoplasmàtics d'aquestes proteïnes. És una senyalització centrífuga (inside-out) que s'anomena modulació de l'afinitat.

Aquests dominis tenen diferents motius (seqüències curtes d'aminoàcids) implicats directament en la modulació de l'afinitat. Per exemple, a prop de l'extrem carboxiterminal de la subunitat ß de moltes integrines hi ha la seqüència NPXY (X i Y poden ser qualsevol aminoàcid), que és essencial per a l'activació de la integrina. Aquesta seqüència i altres de semblants constitueixen llocs d'interacció de la integrina amb els diferents components reguladors citoplasmàtics de la cadena de senyalització.

La possible interacció d'aquests components amb el domini citoplasmàtic de la subunitat ß està corroborada per experiments de transfecció, en què es fa expressar el domini citoplasmàtic d'una subunitat ß determinada en una cèl·lula que, a la vegada, expressa una integrina amb aquesta subunitat. En aquests experiments, s'observa una disminució de l'afinitat de la integrina, dependent de la concentració del domini expressat ectòpicament. La integrina entra en competència amb aquest domini pels esmentats components reguladors. Tot aquest procés s'anomena supressió dominant de l'afinitat.

La variació de l'afinitat de les integrines i, en definitiva, l'activació, comporta un canvi en la conformació molecular. No obstant això, la causalitat de la conformació molecular de les integrines és molt versàtil. S'han obtingut nombrosos anticossos monoclonals contra diferents epítops de diverses integrines i s'ha vist que la unió anticòs-epítop és suficient per variar l'afinitat. Hi ha dos grups d'anticossos monoclonals: uns que indueixen un augment de l'afinitat de la integrina -els anticossos monoclonals estimuladors- i uns altres que n'indueixen una disminució -els anticossos monoclonals inhibidors. En ambdós casos, l'acció de l'anticòs provoca un canvi conformacional. En la conformació activa de la integrina, el lloc d'unió del lligand està exposat. Quan el lligand l'ocupa, indueix a la vegada un canvi cap a una nova conformació en què queden exposats nous epítops que no ho hi eren en absència del lligand.

 

1.2 Diferents ions influeixen específicament en la conformació de les integrines

Els ions divalents, com ara el Ca²⁺, el Mg²⁺ i el Mn²⁺, també són inductors de canvis conformacionals i de l'exposició consegüent dels epítops reconeguts per cada tipus d'anticossos monoclonals. En la conformació de baixa afinitat, la molècula d'integrina té calci unit al lloc d'unió específic i solament s'exposen epítops d'anticossos monoclonals inhibidors. En presència dels altres dos ions, quan l'un o l'altre ocupen el seu lloc específic, indueixen un canvi conformacional cap a una alta afinitat per mitjà de l'exposició d'epítops d'anticossos monoclonals estimuladors.

Canvis conformacionals de les dues subunitats d'una integrina

Els canvis conformacionals induïts per aquesta colla de factors afecten tota la subunitat, α o ß, i per aquest motiu a una conformació molecular extracitoplasmàtica correspon, per regla general, una conformació intracitoplasmàtica funcionalment concorde. Així, en una situació de baixa afinitat, no solament els dominis globulars extracitoplasmàtics tenen poca afinitat pel lligand, sinó que els dominis citoplasmàtics tenen poca afinitat pels components reguladors amb què interactuen. A la inversa, en una situació d'alta afinitat o d'activació, a més de l'afinitat elevada amb què els dominis extracitoplasmàtics interactuen amb el lligand, els dominis citoplasmàtics són molt més afins als components reguladors. D'aquesta manera, hi ha un acoblament entre els esdeveniments extracel·lulars i els intracel·lulars per mitjà d'aquesta correspondència conformacional.

1.3 Diferents reguladors citoplasmàtics solubles estan implicats en la modulació de l'afinitat

Els dominis citoplasmàtics de les integrines tenen llocs de fosforilació, cosa que suggereix una regulació duta a terme per cinases i fosfatases. Les integrines ß₃ tenen en el domini citoplasmàtic d'aquesta subunitat una seqüència, NXXY, amb dues tirosines fosforilables. Transfectant cèl·lules amb una d'aquestes integrines, com ara la α_vß₃, es dóna fosforilació en les tres situacions següents: quan la integrina està unida al lligand, quan està unida a un mAb estimulador o quan les cèl·lules s'incuben en un medi suplementat amb una solució tampó rica en manganès; en definitiva, quan la integrina adopta la conformació activa. A més, aquesta fosforilació també requereix la presència de les dues subunitats o, si més no, del domini citoplasmàtic de la subunitat α_v. No hi ha dades concloents pel que fa a la cinasa responsable de la fosforilació directa de la subunitat de la integrina, però recentment s'ha descrit una tirosina-cinasa, la syk, que quan interactua directament amb el domini citoplasmàtic de ß s'activa i, possiblement, exerceix la funció catalítica.

En un altre tipus d'experiments s'han utilitzat inhibidors de les cinases i fosfatases, que han permès veure que aquestes proteïnes reguladores són crucials en l'activació de les integrines de les plaquetes. Una cinasa implicada en l'activació de les integrines α_IIbß₃ en aquestes cèl·lules és la proteïna-cinasa C (PKC), regulada per inositols. La PKC no interactua directament amb el domini citoplasmàtic de la subunitat ß, sinó que un altra proteïna reguladora, la Rack1, fa de mediadora entre la PKC i la integrina. Els inositols reguladors de la PKC són productes de la hidròlisi dels fosfoinositols corresponents, hidròlisi catalitzada per la fosfolipasa C, que al seu torn és activada per una proteïna G heterotrimèrica.

Encara que més indirectament, una altra cinasa, la PI3-cinasa, està implicada en l'activació d'integrines ß₂. Els components reguladors que fan de mediadors entre aquesta cinasa i la integrina són l'IP3, producte de l'acció catalítica de la PI3-cinasa, i una proteïna, la citoesina-1, que té un domini homòleg a la plecstrina (el domini PH) gràcies al qual es recluta la proteïna cap a la membrana per interactuar directament amb la integrina.

La PI3-cinasa està regulada per una GTPasa monomèrica de la superfamília Ras, concretament la R-Ras. Les proteïnes reguladores d'aquesta superfamília constitueixen l'altra alternativa senyalitzadora que mena a la modulació de l'afinitat de les integrines, a més de la que formen les cinases i fosfatases i que ja s'ha esmentat. Les vies de senyalització en què intervenen es poden considerar mixtes, ja que a més d'aquestes proteïnes també hi intervenen cinases com a proteïnes efectores, com ara PI3-cinasa esmentada, o la MAP-cinasa, que inhibeix l'activació d'integrines. Aquestes cinases són proteïnes efectores de R-Ras i de H-Ras, respectivament.

1.4 La modulació de l'afinitat es pot assolir per altres mecanismes

Un altre mecanisme de modulació de l'afinitat de les integrines està basat en el polimorfisme del domini citoplasmàtic de la subunitat ß. S'ha vist que en els humans hi ha quatre isoformes d'integrina ß₁, ß_1A-ß_1D, sorgides d'un empalmament alternatiu (alternative splicing), la diferència entre les quals radica en la cua citoplasmàtica de la subunitat ß. Aquesta regulació es basa en l'expressió d'una isoforma o l'altra segons el teixit i el grau de diferenciació. Així, la isoforma ß_1A s'expressa a tots els teixits menys als eritròcits i a la musculatura estriada adulta (però sí que s'expressa a la musculatura estriada en fase de diferenciació). La musculatura adulta expressa específicament la isoforma ß_1D, d'altra banda molt ben conservada durant l'evolució.

La integrina ß₁ de la musculatura es localitza a les estructures d'adhesió entre les fibres, estructures que han que suportar forces tensiores considerables a les quals les integrines, ponts d'unió entre la matriu extracel·lular i el citosquelet, han de fer front. La isoforma ß_1D obeeix aquests imperatius, ja que la doble afinitat extracitoplasmàtica i intracitoplasmàtica esmentada anteriorment, és molt més considerable en aquesta isoforma, adient per a un teixit amb tensions mecàniques importants com ara el muscular.

S'ha comprovat que la isoforma ß_1D té una doble afinitat més gran mitjançant la transfecció de la integrina, o del domini citoplasmàtic de ß, en cèl·lules no musculars que no l'expressen. En aquestes cèl·lules la integrina es localitza en els contactes focals i el fenotip canvia dràsticament: alteracions en la morfologia cel·lular, inhibició de la motilitat, engalzament de la matriu de fibronectina, contractilitat. Tot això està d'acord amb un augment de l'afinitat pels lligands i amb una amplificació de la unió del citosquelet d'actina a la membrana. En definitiva, està d'acord amb una associació molt més forta entre la matriu extracel·lular i el citosquelet d'actina, mediada per la isoforma ß_1D.

1.5 L'agregació lateral de les integrines permet regular funcionalment l'afinitat

Fins ara s'ha fet referència a la molècula d'integrina individualitzada No obstant això, aquest procés d'activació no és suficient per optimitzar l'anomenada afinitat funcional o avidesa de les integrines, ja que els lligands de matriu solen ser polivalents. Cal una associació entre una molècula d'integrina i altres molècules. El tipus d'associació més freqüent, i quasi es pot dir que inherent a la funcionalitat de les integrines, és la que consisteix en l'agregació (clustering) de diferents molècules d'una mateixa integrina. D'aquesta manera, un agregat de molècules d'una integrina determinada, totes amb la conformació activa, constitueix un complex molecular funcionalment òptim. Quan no hi ha ni activació ni agregació o només hi ha un dels dos processos (activació o agregació), es dóna una adhesió feble. L'adhesió és màxima quan la integrina implicada en aquesta funció està activada i forma agregats de moltes molècules. L'activació i l'agregació són, doncs, dos processos complementaris que es poden donar consecutivament o a la vegada.

La interacció, amb més o menys afinitat, del lligand amb la integrina és la responsable del reclutament de molècules d'integrina. Així doncs, el lligand, generalment la matriu extracel·lular, és el factor extracel·lular determinant de l'agregació, però no l'únic. Com a conseqüència d'aquesta interacció integrina-lligand s'origina una via de senyalització centrípeta (outside-in), que generalment provoca, entre altres coses, la reorganització del citosquelet, que constitueix el factor intracel·lular de l'agregació i contribueix a amplificar-la. Alhora, aquesta agregació més alta facilita la interacció amb més molècules de lligand, cosa que mena a un nou reclutament de molècules d'integrina. En definitiva, l'agregació de les integrines segueix aquest procés de retroalimentació positiva, que mena a optimitzar-la funcionalment.

1.6 Els ions i els reguladors citoplasmàtics modulen l'afinitat funcional o avidesa

El calci afavoreix l'agregació de les integrines. Així mateix, l'agregació comporta un canvi conformacional, ja que s'exposen nous epítops, inèdits respecte als que s'exposen en els canvis conformacionals lligats a la variació d'afinitat i a l'activació de la molècula d'integrina no agregada.

Igual que l'afinitat, l'agregació de les integrines també està regulada per senyalitzadors citoplasmàtics. La cinasa PKC n'és un, encara que la funció reguladora que fa és molt més indirecta, ja que l'agregació està mediada pel citosquelet d'actina. El citosquelet, però, tampoc no interactua directament amb els dominis citoplasmàtics de la integrina, sinó que ho fa per mitjà de proteïnes d'unió a l'actina com ara la talina, la filamina o l'alfa-actinina, que són les que hi interactuen directament. Fent transfeccions amb diferents substrats de PKC i utilitzant inhibidors d'aquesta cinasa, com ara l'estaurosporina, o estimuladors com ara els èsters de forbol, se n'ha pogut esbrinar el mecanisme regulador. La PKC té com a substrats, d'una banda, la proteïna associada a membrana MacMARCKS, i de l'altra, la L-plastina, proteïna d'unió a l'actina F. Aquestes proteïnes no fosforilades mantenen el citosquelet d'actina en una distribució que impedeix l'agregació de les integrines, cosa que és pròpia d'una situació de baixa afinitat funcional. Quan un senyal inside-out mena a l'activació de PKC, aquesta cinasa pot fosforilar els dos substrats esmentats, els quals, en aquest estat, indueixen un canvi de distribució del citosquelet d'actina que permet l'agregació de les integrines. Tot plegat s'ajuda de la lisi d'una o més proteïnes d'unió a l'actina que són responsables de la subjecció de les integrines al citosquelet. La filamina o l'alfa-actinina són substrats d'una proteasa dependent de calci, la calpaïna, l'activació de la qual ve donada per la senyalització inside-out que mena a l'activació funcional de les integrines.

Les GTPases de la superfamília Ras també estan implicades en la regulació de l'activitat funcional de les integrines. Una proteïna reguladora d'aquesta superfamília, la Rap1, fa de mediadora en l'activació funcional d'una integrina ß₂ de macròfags, l'α_Mß₂. Aquesta mediació s'ha demostrat microinjectant construccions amb formes mutants de Rap1, constitutivament actives i dominants negatives, en macròfags en cultiu en presència d'eritròcits de xai, opsonitzats amb molècules del complement de tipus C3, lligands de la integrina α_Mß₂. La cadena senyalitzadora inside-out responsable de l'activació funcional de la integrina s'ha induït mitjantçant mediadors inflamatoris com ara el lipopolisacàrid d'origen bacterià (LPS). La quantificació de la fagocitosi mostra els efectes d'aquestes formes sobre l'activitat funcional de les integrines.

1.7 Els lípids de la membrana incideixen en la modulació de l'afinitat funcional de les integrines

És ben sabut que els lípids de la bicapa lipídica no s'hi distribueixen a l'atzar, sinó que li confereixen una asimetria, fruit d'una distribució específica de lípids en ambdues monocapes. A banda d'això, certs lípids com ara el colesterol i glicosfingolípids, a més de certes proteïnes, s'acumulen en àrees concretes de la membrana anomenades rafts o bases, i els confereixen unes propietats biofísiques especials com ara ser insolubles als detergents, per la qual cosa s'anomenen DIG (detergent insoluble glycolipid rich domains). La grandària dels DIG oscil·la entre 70 i 300 nm i tenen motilitat lateral. Un cas particular de DIG és el de les cavèoles, àrees normalment deprimides i riques en els lípids esmentats, que coexisteixen, però, amb una proteïna específica, la caveolina. És una proteïna de membrana, amb un segment transmembranós de 30 a 40 aminoàcids, el domini citoplasmàtic de la qual serveix de carcassa de reclutament de molècules citoplasmàtiques de caràcter senyalitzador. Així doncs, les cavèoles constitueixen llocs de reclutament de proteïnes i components reguladors que, tant si s'associen o no directament a la membrana, inicien cadenes senyalitzadores. Finalment, els lípids de la membrana poden configurar indrets que no són lamel·lars, sinó cuboides o micel·lars, molt més gruixuts que la resta de la membrana i que ocupen els angles o les regions de curvatura aguda. Els lípids hi estan molt més atapeïts i les cues hidròfobes són molt més llargues.

Les integrines, en tant que proteïnes de membrana, òbviament han d'estar sotmeses a l'influx d'aquests escenaris. Per exemple en el darrer escenari, l'estrès de curvatura que hi ha, pot ser suficient per canviar conformacionalment l'heterodímer d'integrina i, així, variar-ne l'afinitat. D'altra banda, el segment transmembranós de les dues subunitats, de 23 aminoàcids, interactua amb els lípids i s'ha demostrat que té una lisina a l'extrem carboxiterminal que és decisiva per a la motilitat lateral de l'heterodímer.

Com a receptors de membrana, el fet que formin part de cadenes senyalitzadores fa que les integrines es localitzin en dominis de la membrana rics en algun lípid concret. Per exemple, el colesterol és necessari per a l'agregació lateral de la integrina α₅ß₁ en les adhesions focals com també per a l'associació de la integrina α_vß₃ amb el receptor CD47 i llur interacció amb proteïnes G. Els glicosfingolípids GM3 i GD3 s'associen a la integrina α₅ß₁ i en modulen la funció regulant la interacció amb la fibronectina o la laminina, com demostra el fet que l'afegiment ectòpic dels esfingolípids inhibeix l'adhesió de la cèl·lula a la matriu.

Hi ha pocs resultats pel que fa a l'associació de les integrines a rafts específics. Se sap, però, que la integrina α_vß₅ té un motiu NPLY a la segona subunitat, necessari perquè la integrina es localitzi en sots recoberts de clatrina dels miotubs. D'altra banda, encara que no és freqüent trobar integrines localitzades en cavèoles, sí que mantenen una associació amb la caveolina que a la vegada inclou altres receptors que cooperen funcionalment amb les integrines, com ara el receptor del plasminogen de tipus urocinasa, uPAR.

 

 

2. INTERACCIONS MOLECULARS

2.1 Integrines. Interaccions laterals

2.1.1 Moltes integrines cooperen funcionalment amb altres receptors de membrana

A fi d'assolir una afinitat funcional òptima, l'agregació de moltes molècules d'una mateixa integrina activada (centenars o milers) no és suficient. Cal l'acció cooperativa entre la integrina i un altra proteïna de membrana, també receptora, a la mateixa membrana, que formen, per tant, una associació molecular lateral amb la mateixa orientació respecte a la membrana. D'aquí prové el terme que es dóna a aquest tipus d'interaccions: cis. Les interaccions laterals de dues molècules amb orientació invertida constitueixen les interaccions trans, en què ambdues molècules són de membranes diferents, que formen part, per exemple, de dues vesícules o dues cèl·lules que s'han de fusionar.

Un cop formada l'associació i quan ambdues molècules interactuen, generalment es dóna un augment d'afinitat funcional, directament o indirectament, de diferents maneres: o bé augmentant l'afinitat mitjançant un canvi conformacional de la integrina, o bé facilitant-ne l'agregació (clustering), o bé estimulant ambdós processos. En certs casos més específics, la integrina s'associa amb proteases, i forma un complex molecular que facilita el moviment cel·lular. Recíprocament, també la integrina fa de mediadora en la funció del receptor amb el qual s'associa, de manera que integrina i receptor formen un complex amb cooperació mútua. En aquest cas, normalment, l'activació funcional de la integrina és prèvia a l'associació.

2.1.2 La proteïna CD98 s'associa a integrines i en modula directament l'afinitat

S'ha comprovat que la CD98 interactua amb integrines ß₁, ja que els anticossos contra aquesta proteïna indueixen agregació cel·lular homotípica dependent de les integrines ß₁. CD98 és un heterodímer de membrana que té dues subunitats α i ß, la primera de les quals és de tipus II, i el domini aminoterminal intracel·lular. La interacció es realitza entre aquest domini i les cues intracitoplasmàtiques de la integrina, i és responsable del canvi conformacional en condicions d'alta afinitat. A diferència d'altres receptors associats a integrines, la sobreexpressió o l'expressió ectòpica de CD98 recupera la funcionalitat de les integrines en els casos en què hi ha hagut un bloqueig a causa d'una supressió dominant d'afinitat, cosa que suggereix que la CD98 és la responsable directa de l'activació de la integrina.

2.1.3 CD47 s'associa amb integrines de diferents famílies

La CD47 és una proteïna que s'expressa ubiquament i els anticossos de la qual reconeixen la proteïna associada a les integrines (IAP), anomenada inicialment així perquè es va veure que s'associava amb integrines ß₃ als leucòcits polimorfonuclears i a les plaquetes, i amb integrines ß₁ a les fibres musculars llises. Es va concloure que en ambdós casos es tractava de la mateixa proteïna. La ubiqüitat de la CD47 fa que aquest terme sigui el més adient per a la proteïna. L'associació de la CD47 amb les integrines va quedar demostrada amb l'aplicació d'anticossos monoclonals contra aquesta proteïna i veient que es bloquejava la senyalització de la integrina.

La CD47 és una proteïna de membrana de tipus I que pertany a la família de les immunoglobulines. Té un domini IgV extracitoplasmàtic, cinc segments transmembrana, que constitueixen el domini MMS (membrane-spanning), i un domini citoplasmàtic de longitud variable, fruit de quatre empalmaments alternatius. El pes molecular, per tant, també és variable, entre 31.871 i 35.213. A més, també hi ha un altre factor de variació, el grau de glicosilació del domini Ig, que és reflectit per la migració de la banda de 45 kDa a 55 kDa en un perfil en SDS-PAGE. El domini Ig és el responsable de la interacció de la molècula amb les integrines, i també de la interacció amb els lligands de la CD47, un dels quals és la trombospondina (TPS). La isoforma més abundosa és la segona més curta, anomenada forma 2, i la següent és la forma més llarga, la 4, que es troba a les neurones, a l'intestí i als testicles.

Entre les integrines que s'associen a la CD47, la α_vß₃ expressada en leucòcits és la més ben estudiada. Els experiments de coprecipitació han demostrat aquesta associació, i han permès veure que la CD47 ha de tenir la molècula sencera perquè hi hagi una coprecipitació amb la integrina. Així, el fragment CD7, amb un sol segment transmembrana, no s'hi associa. D'altra banda, el segment transmembrana MMS serveix per estabilitzar l'associació, per a la qual el colesterol també és necessari.

La CD47 fa de receptor, cosa que comporta que, un cop unida a un lligand, inicia una cadena senyalitzadora implicada en diferents processos cel·lulars. Les integrines associades fan de mediadores en aquesta implicació. Per exemple, l'expansió de les plaquetes sobre el fibrinogen i en la proliferació i migració in vitro de les cèl·lules musculars llises, són processos regulats per la trombospondina, per mitjà de la interacció amb la CD47. Les integrines mediadores són respectivament la α_IIbß3 i la α₂ß₁ i, com ja s'ha esmentat, s'ha comprovat que, en presència d'anticossos contra la CD47 o contra la mateixa integrina, l'acció reguladora queda bloquejada.

El fet que la toxina pertússica també bloquegi aquesta via de regulació suggereix que la proteïna G heterotrimèrica és una anella de la cadena senyalitzadora iniciada per CD47. Efectivament, experiments d'immunoprecipitació demostren que la CD47 i aquesta proteïna interactuen directament, i que la toxina n'impedeix la interacció. El tipus de proteïna G que hi intervé és la inhibidora, G_i. Així, en presència de lligands de la CD47, ràpidament s'observa un decrement dels nivells de cAMP intracel·lulars. La integrina associada a la CD47 fa de mediadora en l'activació de G_i i així, les dues proteïnes formen un complex proteic que té set segments transmembranosos i que s'uneix a G_i i l'activa. Al mateix temps, aquesta associació solament és possible en dominis de membrana rics en colesterol, de manera que, amb un tractament amb ciclodextrina, compost que separa el colesterol de les membranes, no s'observa coimmunoprecipitació entre els tres components senyalitzadors: la CD47, la integrina i la G_i.

2.1.4 Associació amb el sistema activador del plasminogen

Des de fa algunes dècades, es coneix que la migració cel·lular va lligada a la proteòlisi. Un dels complexos degradadors, descrit en la segona meitat dels anys setanta, és el que està implicat en l'eliminació dels cúmuls de fibrina, intravasculars i extravasculars, sorgits per l'acció del sistema fibrinogen-trombina, de manera que permet una depuració tissular i vascular que facilita la migració. La plasmina és l'enzim fibrinolític del complex, i procedeix de l'activació d'un precursor, el plasminogen. Hi ha dos tipus d'activadors del plasminogen: l'anomenat activador tissular del plasminogen (tPA) de tipus circulant, funcionalment dependent de la fibrina, i l'anomenat activador del plasminogen de tipus urocinasa, uPA, unit a la superfície cel·lular per un receptor, l'uPAR, i funcionalment no dependent de la fibrina. A la vegada, ambdós activadors són regulats negativament pel PAI. Aquests sistemes, doncs, s'impliquen així en processos com l'angiogènesi, la progressió tumoral i la inflamació.

Més recentment s'ha implicat l'uPAR en l'adhesió cel·lular, ja que és un receptor que, a més de l'urocinasa, és capaç de reconèixer components de matriu com ara la vitronectina i també és funcionalment cooperatiu amb diferents integrines.

L'uPA i la vitronectina són dos lligands del receptor uPAR :

L'uPAR és una glicoproteïna de 55-60 kDa, que conté tres dominis homòlegs, coneguts com a dominis 1, 2 i 3, en sentit aminoterminal-carboxiterminal. No és una proteïna transmembrana, sinó que està ancorada a la membrana mitjançant un lligam GPI (glicosilfosfatidilinositol), contigu al domini 3. D'aquesta manera, el receptor gaudeix d'una gran motilitat lateral a la membrana i té tendència a congregar-se en rafts lipídics rics en glicosfingolípids, colesterol i components senyalitzadors. En algunes cèl·lules, com ara les epitelials, l'uPAR s'acumula en dominis de membrana més específics, a la manera d'invaginacions o cavèoles on components senyalitzadors coexisteixen amb la caveolina, que té funció estuctural a més de reguladora. Segons les cèl·lules, l'uPAR es localitza a la superfície apical als epitelis, o als contactes focals i a les bandes d'adhesió, i també al front d'avenç de les cèl·lules en moviment.

El lligand principal d'aquest receptor, l'uPA, interactua amb el domini 1, encara que els altres dominis també intervenen en la unió receptor-lligand: els dominis 2 i 3 estan implicats en l'augment de l'afinitat. El receptor pot tenir els tres dominis o pot estar truncat i tenir només els dominis 2 i 3. En aquest cas, no hi ha cap interacció amb l'uPA.
La vitronectina és un altre lligand de l'uPAR. Malgrat que també interactua amb el domini 1, té un lloc d'unió diferent al de l'uPA, ja que lluny d'haver-hi competència, la unió d'aquest lligand augmenta l'afinitat del receptor amb la vitronectina. El fet que aquesta proteïna, component de la matriu extracel·lular, sigui lligand de l'uPAR, fa que el receptor s'impliqui en l'adhesió cel·lular. Justament, com que l'inhibidor PAI-1 reconeix el mateix domini de la vitronectina que l'uPAR, és un factor d'antiadhesió important. Aleshores, en molts casos, la vitronectina fa que l'uPAR sigui el responsable directe de l'adhesió de cèl·lules del tipus dels leucòcits sobre la matriu, sense la intervenció de cap més proteïna, adhesió facilitada per la presència de l'altre lligand, l'uPA, i per ions zinc. D'altra banda, la localització de l'uPAR a la part apical de cèl·lules endotelials, fa que les cèl·lules quedin cobertes apicalment de vitronectina, mentre que les integrines α_vß₅ són les responsables de l'adhesió d'aquestes cèl·lules epitelials sobre una matriu també rica en vitronectina.

L'uPAR s'associa amb integrines i forma complexos moleculars diferents segons el tipus cel·lular

La possible interacció entre el receptor uPAR i els seus dos lligands, situa funcionalment el sistema plasminogen-plasmina entre l'adhesió cel·lular i la proteòlisi, i confereix característiques senyalitzadores al receptor. Com que l'uPAR és una proteïna associada a la membrana, no té domini intracel·lular per mitjà del qual transmetre una informació senyalitzadora, i li cal associar-se amb algun receptor de membrana per suplir aquesta mancança estructural. Els candidats més ferms per dur a terme aquesta funció són les integrines.

L'associació uPAR-integrina s'efectua pels dominis extracel·lulars, a partir de la possible interacció entre els carbohidrats laterals del receptor i un lloc de la cadena α de la integrina, que en el cas de α_Mß, integrina de la qual es disposa de dades en referència amb aquesta associació, està situat a prop del domini I, entre els residus 424 i 400.

Hi ha dos tipus d'associació uPAR-integrina segons la família i el model cel·lular. Per una banda, en les cèl·lules mieloides, les integrines de la família ß₂ són les que estan implicades en l'associació amb l'uPAR, que té diferents efectes funcionals com ara l'adhesió i la migració. Un tipus de receptor condiciona la funcionalitat de l'altre. En primer lloc, depenent del lligand, l'uPAR pot augmentar o disminuir l'afinitat de la integrina associada. Així, per exemple, la unió de la vitronectina a l'uPAR de monòcits afavoreix l'activació de la integrina α_Mß₂ expressada en aquestes cèl·lules. Per contra, l'uPA inhibeix l'adhesió dels monòcits en què la integrina fa de mediadora. Al mateix temps, qualsevol bloqueig o eliminació de l'uPAR, utilitzant RNAantisentit o lipases específiques que catalitzin la dissociació d'aquest receptor, té aquest mateix darrer efecte. Fins a aquest punt, s'han comentat accions de l'uPAR sobre la integrina. Recíprocament, l'activació de la integrina promou que s'associï a l'uPAR. A més, els anticossos inhibidors contra la α_Mß₂ suposen una inhibició de la interacció entre l'uPAR i la vitronectina. Al mateix temps, l'agregació lateral de les integrines amplifica la síntesi intracel·lular i l'expressió superficial de l'uPAR.

Per l'altra, les cèl·lules epitelials expressen integrines ß₁ i també s'associen a l'uPAR, però aquesta associació la fan en el si de cavèoles on ambdós receptors formen un complex tripartit amb la caveolina, proteïna transmembranosa de 22 kDa, específica de les cavèoles. Aquests complexos són més estables que els de l'associació anterior, a causa del caràcter transmembranós de la caveolina; i normalment la incorporació de la integrina al complex promou un augment d'afinitat. Els efectes funcionals en un o altre tipus de complex, es basen en cadenes senyalitzadores, dependents o no de la caveolina. Aquesta proteïna fa de carcassa que recluta molècules senyalitzadores cap a la membrana.

En definitiva, en tots dos casos l'uPAR és el responsable de l'adhesió cel·lular a la vitronectina, però aquí coopera amb les integrines ß₁ o ß₂, que tenen poca afinitat per aquesta proteïna. Per contra, en integrines ß₃ expressades en cèl·lules endotelials, com ara l'α_vß₃, sí que es dóna una gran afinitat per la vitronectina, i l'adhesió cel·lular es basa en la interacció integrina-vitronectina, encara que també s'expressi l'uPAR. No obstant això, si com s'ha dit abans aquest receptor s'expressa en un domini determinat de la membrana, sí que hi ha una acumulació de vitronectina a l'espai extracel·lular contigu al domini.

2.1.5 Les tetraspanines s'associen a integrines per cooperar en l'adhesió i la motilitat cel·lulars

La superfamília anomenada Transmembrana-4 (TM4SF) inclou una vintena de proteïnes, que tenen una homologia en la seqüència aminoacídica d'un 20 % a un 30 %, conegudes globalment amb el terme alternatiu de tetraspanines. Aquestes terminologies obeeixen al fet que són proteïnes de membrana, amb quatre segments transmembranosos i una orientació de l'estructura terciària en què queden dos plecs extracel·lulars i, consegüentment, els dos extrems, amino i carboxil, intracel·lulars. Igual que la CD47, les tetraspanines són ubiqües, i normalment se'n troben dues o més en una mateixa cèl·lula.

D'acord amb els resultats d'experiments de coimmunoprecipitació, entre les tetraspanines que s'associen a integrines, la CD9, CD63, CD81 i CD151 s'associen a integrines ß₁. D'aquestes, α₃ß₁ i α₄ß₁ són les integrines de les quals es tenen més dades. Aquests mateixos experiments han permès demostrar que les integrines α_vß₂ i α_IIbß₃ també s'associen a tetraspanines. Generalment l'associació tetraspanina-integrina és sensible als detergents; però, en contrast, α₃ß₁ forma un complex estable amb la CD151, que, d'altra banda, és la tetraspanina més ubiqua. Ni les cues citoplasmàtiques de les integrines, ni l'estat d'activació influeixen en l'associació. Però hi ha mutacions a la regió d'unió a cations divalents de α₄, situada al domini citoplasmàtic, que impedeixen l'associació de α₄ß₁ amb la CD81, cosa que suggereix un possible lloc de contacte físic entre les dues molècules.

Al mateix temps, aquestes mutacions afecten negativament l'adhesió cel·lular, cosa que suggereix que l'associació integrina-tetraspanina és necessària per a l'adhesió. D'altra banda, anticossos monoclonals contra tetraspanines associades a integrines poden amplificar l'adhesió dependent de la integrina. Per tant, una de les funcions de les tetraspanines associades a integrines és la de controlar cooperativament l'adhesió, encara que el funcionalisme de les tetraspanines, per se, resulta incert.

En les cèl·lules en moviment, la microscòpia confocal ha permès veure complexos integrina-tetraspanina en les lamel·lipodis del front d'avenç, i també en vesícules endocítiques de reciclatge. Concretament, la α₃ß₁ i la CD81/CD63 es col·localitzen associades en aquests indrets, i YXXM de la tetraspanina és la seqüència d'internalització. Ambdues molècules apareixen unides físicament a la cinasa PI4K, implicada en aquesta dinàmica de membrana.

2.2 Interaccions amb proteïnes reguladores

Com a transductors transmembrana, les integrines han de contactar directament de manera física, tant amb molècules de fora com amb molècules de dins de la cèl·lula. Diferents components de la matriu extracel·lular fan de lligands que s'uneixen directament a aquests receptors. Intracel·lularment, una plètora de proteïnes es recluten al lloc d'agregació d'integrines on interactuen directament, entre les quals n'hi ha de funció reguladora de tipus cinasa, entre d'altres. La tècnica de doble híbrid en llevats ha estat la més adient per esbrinar quins tipus de proteïnes interactuen amb les integrines.

2.2.1 La FAK-paxilina

La cinasa d'adhesió focal (FAK) té un lloc d'unió amb integrines i la seva activació va lligada a l'adhesió i motilitat cel·lular

Des de fa més de deu anys se sap que la unió de les integrines amb els seus lligands indueix la fosforilació de tirosines en diferents substrats. Un d'aquests és la FAK, una proteïna tirosina-cinasa (de fet és tracta d'una família de cinases) no receptora, que es localitza en els contactes focals (d'aquí prové el seu nom). Forma part de l'entramat de proteïnes reguladores associades al citosquelet, per la qual cosa té un paper clau en l'adhesió i la motilitat cel·lulars. Així mateix, per aquesta inducció, fa falta que el citosquelet estigui intacte, ja que el tractament amb un desorganitzador del citosquelet d'actina com ara la citocalasina D bloqueja, per exemple, la fosforilació de la FAK associada a l'activació de les plaquetes, activació que comporta una adhesió cèl·lula-cèl·lula amb la mediació de la integrina α_IIbß₃. Diversos estudis genètics corroboren aquestes funcions de la FAK. Així, els fibroblasts nuls per a FAK (FAK-) exhibeixen una forma arrodonida, i una motilitat limitada.

La FAK, de 125 kDa, té tres dominis estructurals: un domini catalític central, flanquejat per un domini aminoterminal que conté el lloc d'unió a la integrina i per un domini carboxiterminal que conté, per una banda, el subdomini de localització en els contactes focals FAT (focal adhesion targeting domain) i, per l'altra, diferents llocs d'unió amb proteïnes com ara la paxilina PBS (paxilin binding sequence) i la talina. El domini aminoterminal conté la regió FERM (banda 4.1, ezrina, radixina, moesina) a través de la qual la FAK interactua amb receptors i proteïnes reguladores.

Diferents experiments in vitro han corroborat la interacció directa entre la FAK i el domini citoplasmàtic de les subunitats ß d'integrines i han permès veure que els tretze aminoàcids propers a la membrana són els que estan implicats en aquesta interacció.

La FAK és una proteïna fosforilable. Entre els diferents residus candidats, la tirosina Y-397 és el lloc principal de fosforilació, a més d'altres tirosines, serines i prolines. Molts d'aquests residus fosforilats constitueixen llocs d'unió a proteïnes reguladores. Com s'ha dit, en cèl·lules estimulades per integrines o dotades de motilitat, la FAK apareix altament fosforilada, i una sobreexpressió de la fosfatasa PTP (protein tyrosine phosphatase) indueix un minvament de motilitat. Encara que el mecanisme d'activació de la FAK no és ben conegut, està establert que aquesta cinasa és reclutada i participa en l'engalzament dels contactes focals, on interactua amb els dominis citoplasmàtics de les subunitats ß₁ i α_v d'integrines, i amb la paxilina i la talina, proteïnes d'unió al citosquelet. L'activació comporta una autofosforilació (o transfosforilació) a la tirosina Y-397 (fosforilació intramolecular o intermolecular), de manera que es crea un lloc d'unió a proteïnes reguladores important.

Per explicar la dinàmica d'aquest engalzament, s'ha proposat la hipòtesi que, un cop ha tingut lloc l'activació de les integrines i la unió al lligand, la subunitat ß primer recluta la talina i hi interactua i després fa el mateix amb la paxilina. La FAK s'hi incorpora posteriorment per mitjà d'aquestes dues proteïnes i llavors interactua amb la integrina, mitjançant un canvi conformacional. Després, de manera semblant a les proteïnes receptores tirosina-cinases, la FAK s'associa formant dímers, en el si dels quals té lloc l'autofosforilació, procés que, a la vegada, va lligat a l'agregació de les integrines. Tot això en el si d'un citosquelet d'actina configurat en fibres d'estrès, sota la regulació de la GTPasa Rho. Així doncs, la FAK està per sota de la Rho, en aquesta regulació.

L'adhesió i la motilitat cel·lulars van lligades a la interacció de la FAK amb altres proteïnes reguladores

La FAK activa té fosforilat el residu Y-397, que serveix de lloc d'unió a dominis SH2 d'altres proteïnes. Una d'aquestes és la tirosina-cinasa Src, que té com a substrats diferents proteïnes associades a FAK, com ara la paxilina i la tensina, així com la mateixa FAK. La paxilina, proteïna d'unió a l'actina de 58 kDa, interactua amb la FAK en els subdominis PBS i es col·localitza en els contactes focals juntament amb les integrines. Experiments de coimmunoprecipitació, així com experiments d'overlay amb membranes de nitrocel·lulosa amb paxilina, en què es capta l'extrem carboxiterminal de la FAK, demostren que la interacció és directa.

La paxilina té una regió aminoterminal rica en prolines que constitueixen llocs d'unió a dominis SH3 d'Src. A més, té dues tirosines Y-31 i Y-118 que, quan són fosforilades per la FAK, constitueixen llocs d'unió a dominis SH2 d'altres proteïnes. Una d'aquestes és la proteïna adaptadora Crk (p47^gag-Crk) que, a la vegada, interactua per mitjà dels seus dominis SH3 amb la C36, proteïna bescanviadora de nucleòtids i activadora de la Ras. Una altra d'aquestes proteïnes és la Csk, cinasa que fosforila la tirosina Y-527 de la Src i, així, en reprimeix l'activitat. Per tant, es pot dir que els dominis SH2 i SH3 de la Src cooperen en la regulació negativa de la proteïna, cooperació que té la mediació de la paxilina i la FAK. Tot aquest sistema, a la vegada, pot funcionar en la transmissió de senyals cap al citosquelet o cap al nucli.

La migració cel·lular estimulada per integrines requereix la intervenció de la FAK. Però al mateix temps, es requereixen les proteïnes que pels dominis SH2 i SH3
interactuen amb la FAK.

La forma arrodonida i els defectes en la motilitat de fibroblasts defectius en la FAK (FAK^-), se suprimeixen reexpressant-hi la FAK normal . D'altra banda, expressant en fibroblasts normals el domini C-terminal de la FAK, FRNK, aquest fa de dominant negatiu, i promou la desfosforilació de Y-397 a la FAK, de manera que bloqueja la motilitat. La motilitat també queda bloquejada quan es reexpressa en fibroblasts nuls per a FAK una FAK mutant a la Y-397 (Phe-397). La motilitat s'inhibeix quan se sobreexpressa Csk en fibroblasts normals. En tots aquests resultats, els fibroblasts s'han estès en una matriu de fibronectina. I el darrer, concretament, suggereix un paper important de la Src en la motilitat induïda per integrines.

Per mitjà de dues prolines del domini carboxiterminal, la FAK interacciona amb la proteïna adaptadora p130^CAS, que té dominis SH3, però també prolines carboxiterminals i tirosines fosforilables. Quan està fosforilada, la p130^CAS està reunida amb la FAK en els contactes focals. Ara bé, com que en fibroblasts deficients en FAK, la p130^CAS està fosforilada i localitzada en els contactes focals, cosa que no passa en fibroblasts deficients en Src, es pot pensar que la p130^CAS és substrat de fosforilació d'aquesta darrera cinasa i no de la FAK. A més, els dominis SH2 i SH3 de la Src reconeixen els motius específics de la p130^CAS.

La Src no és solament la responsable de la fosforilació de la p130^CAS, sinó que també fa de mediadora en la interacció amb la FAK, ja que no és possible trobar complexos FAK-p130^CAS estables en lisats de fibroblasts deficients en Src. Aquests complexos es reformen per mitjà de l'expressió en aquests fibroblasts deficients de la Src normal o de fragments d'Src que contenen els dominis SH2 i SH3.

Tot plegat suggereix que la Src actua de pont entre la FAK i la p130^CAS, de manera que es constitueix un complex ternari. Qui promou aquesta associació és la Src, que interactuant amb la FAK recluta la p130^CAS. L'estabilització del complex s'assoleix gràcies a una interacció ulterior entre la p130^CAS i la FAK.

Via de senyalització FAK-Src-CAS

La desadhesió que té lloc quan esdevé la mitosi, comporta la inactivació de la FAK, i la desfosforilació de les seves tirosines, però alhora es fosforilen dues o tres serines. Específicament, aquesta fosforilació mena a la pèrdua d'afinitat entre la FAK, la Src i la p130^CAS.

Una altra cinasa amb dominis SH2 que reconeixen la Y-397 és la PI3-K, que fosforila els anells de diversos fosfatidilinositols. És un heterodímer, compost per una subunitat catalítica de 110 kDa i una subunitat reguladora de 85 kDa, que interactua amb la FAK. L'activació de la PI3-K corre a càrrec de la FAK directament. La funció de la PI3-K sobre els fosfatidilinositols és important com a origen indirecte de diversos missatgers secundaris derivats de l'inositol.

La FAK intervé en les vies de senyalització implicades en la supervivència i progressió del cicle cel·lular

FAK és substrat de Src que la fosforila al residu Y-925 i que també reconeix dominis SH2, concretament de la Grb2. És una proteïna adaptadora, de 25 kDa, que té un domini SH2 entre dos dominis SH3. Un d'aquests serveix d'unió a una proteïna bescanviadora de nucleòtids (GEF), la SOS, que regula GTPases monomèriques com ara la Ras i la Rac. Aquesta darrera està implicada en la regulació dels complexos adhesius primerencs en el procés de formació dels contactes focals. La Ras, que s'associa a la membrana, és una anella superior de la cadena de senyalització mitogènica, cadena formada per les MAPK (mitogen activated protein kinases), de les quals les ERK (extracellular signal regulated kinases) són una subfamília.

No obstant això, la unió de la Grb2 i la FAK no és essencial per a la inducció de la senyalització via ERK estimulada per integrines. Ho suggereixen els resultats basats en la sobreexpressió alternativa de dues formes mutants de la FAK en cèl·lules 293T humanes sobre fibronectina. Una forma de la FAK té mutada la tirosina Y-925 (Phe-925) que no s'uneix a la Grb2, i l'altra forma té mutada la tirosina Y-392 (Phe-392) que no s'uneix al Src. En el primer cas, la inducció no queda afectada, mentre que en el segon cas sí. Un cop més, doncs, es palesa el paper essencial del Src en la senyalització induïda per integrines.

Si la unió deFAK amb Grb2 no és essencial per a la inducció d'aquesta cadena de senyalització mitogènica, cal pensar en una altra proteïna que, interactuant amb la Src, estigui implicada en aquesta inducció. La Shc és una fosfoproteïna adaptadora que té dues tirosines fosforilables, Y-239 i Y-317, la segona de les quals constitueix un lloc d'unió a l'SH2 de la Grb2 i, per tant, és capaç de reclutar-la quan està fosforilada. Així doncs, actualment s'admet que la Shc té una funció clau en la cadena de senyalització mitogènica Ras-ERK induïda per integrines. Encara que tant la FAK com la Src són capaces de fosforilar la Shc, aquestes cinases tenen un paper molt diferent en la inducció de la cadena de senyalització mitogènica. La Src intervé en el començament de la inducció quan s'observa una activació ràpida de l'ERK. La FAK, que funciona més lentament, és l'encarregada de mantenir l'ERK activa.

Lògicament, aquests models no és aplicable a totes les cèl·lules, ja que tot plegat depèn del tipus d'integrina implicada. Algunes integrines ß₁ i α_v indueixen la via ERK amb independència total de la FAK i de la Src. En aquesta via, la Shc és fosforilada per la cinasa Fyn, de la família de la Src. Associada a la membrana per un grup lipídic miristoiïl o palmitoïl, la Fyn es concentra en rafts rics en colesterol i glicosfingolípids, on la caveolina actua com a proteïna adaptadora entre aquesta cinasa i la subunitat a de la integrina. En altres casos, com ara el de la integrina α₆ß₄, exclusiva dels hemidesmosomes, hi ha una interacció directa entre la Shc i la integrina activa funcionalment. Aquesta interacció és suficient per fosforilar la Shc i induir la cadena mitògena. Aquest procés és particularment interessant en els queratinòcits de l'epidermis, cèl·lules en què la proliferació cel·lular va lligada a l'adhesió. En contrast, el complex ternari esmentat abans, FAK/p130^CAS/Src, intervé directament en la senyalització mitogènica induïda per integrines que mena a l'activació de la JNK, una cinasa addicional (a més de l'ERK), que també entra al nucli i fosforila diferents factors de transcripció.

Via de senyalització Fyn-Shc

 

2.2.2 La cinasa lligada a integrines (ILK) acobla integrines amb receptors de factors de creixement

La ILK és una serina/treonina-cinasa intracel·lular, de 59 kDa. Experiments de coimmunoprecipitació i de mutagènesi puntuals han permès concretar quines integrines interactuen amb la ILK i el lloc pel qual ho fan. És una regió rica en treonines, molt ben conservades, situada en el domini citoplasmàtic de les subunitats ß₁ i ß₃.

La molècula de la ILK, de 451 residus, té tres dominis funcionals. En l'extrem aminoterminal, el domini comprès entre els aminoàcids 33 i 164 està format per quatre motius anquirina repetitius. En la regió central, de l'aminoàcid 180 al 212 hi ha un motiu d'interacció amb fosfoinositols, mentre que el domini catalític ocupa tota la resta carboxiterminal de la molècula. El lloc d'interacció amb les integrines se situa en el mateix extrem carboxiterminal, de l'aminoàcid 293 al 451.

Igual que passa amb la FAK, l'adhesió (plaqueig) mena a una activació de la ILK, però d'una forma molt més ràpida, 30 minuts enfront d'una hora. Aquesta activació s'accelera més (10 minuts) en presència d'insulina o de factor de creixement plaquetari en cèl·lules cultivades sense sèrum. L'activació de la ILK depèn del PIP3 a través de la cinasa PI3-K. Aquesta cinasa forma part d'una cadena senyalitzadora induïda pel receptor de la insulina, de la qual la proteïna PINCH és l'esglaó que interactua amb la ILK, concretament amb els dominis d'anquirina.

Una de les proteïnes efectores de la ILK és una altra cinasa, la glicogen-sintasa-cinasa-3 (GSK-3), encarregada, entre altres funcions, de la fosforilació i de la degradació consegüent de la beta-catenina i d'altres factors de transcripció, com ara l'AP-1. La fosforilació de la GSK-3, catalitzada per la ILK, mena a inactivar-la. Llavors, la beta-catenina i els factors de transcripció són activats i transportats cap al nucli, on promouen la proliferació cel·lular. Es pot dir quelcom semblant de la ciclina D1, l'expressió de la qual està controlada per la GSK-3, ja que la fosforilació també comporta que es degradi. Tot plegat fa que la ILK tingui efectes antiapoptòtics i sigui una proteïna relacionada amb la promoció de la proliferació i l'oncogènesi.

2.3 Interaccions amb proteïnes del citosquelet

2.3.1 Complexos d'adhesió actina-integrina (AIAC)

En el si de la matriu extracel·lular, les cèl·lules han d'explorar llur entorn i, d'acord amb la informació, química o mecànica, que reben d'aquesta exploració, es pot induir tota una colla de processos com ara la motilitat, la proliferació, la diferenciació o la mort cel·lular. Per fer l'exploració, les cèl·lules utilitzen successivament diferents tipus de complexos d'adhesió en què, com a denominador comú, les integrines són les molècules que fan de lligams bidireccionals entre la matriu extracel·lular i el citosquelet d'actina. D'aquí prové la denominació AIAC, que inclou aquests diferents tipus successius de complexos d'adhesió, que contrasten entre ells per la mida, la població molecular, la regulació i la configuració del citosquelet d'actina. Així, en una mateixa cèl·lula, durant el procés adhesiu, un tipus de complex dóna lloc a un altre tipus, del qual és la base estructural.

Diferents tipus de complexos d'adhesió fan de mediadors en la interacció cèl·lula-matriu extracel·lular

Quan una cèl·lula s'ha d'adherir al substrat, els primers complexos d'adhesió que es formen són els anomenats complexos focals. Situats a l'extrem dels lamel·lipodis, són puntuals i fan al voltant d'un micròmetre de diàmetre. Perquè es formin, però, no n'hi ha prou amb els lligands químics reconeguts pels diferents receptors, principalment per les integrines. Aquesta informació química és necessària, però no suficient, ja que a més cal la informació mecànica del substrat, que se suposa que és de naturalesa sòlida o semisòlida com la matriu extracel·lular. Les integrines tenen múltiples funcions en aquest procés inicial de l'adhesió, ja que a més de ser receptors químics, també fan de mecanoreceptors, funció que adquireix cada cop més importància a mesura que progressa el procés d'adhesió. Per a la formació dels complexos focals, també cal que les integrines no solament estiguin en la configuració activa, sinó que duguin a terme l'agregació lateral; és a dir que es trobin en la situació d'una alta afinitat funcional. En aquesta situació es recluten diferents molècules solubles del citoplasma en el lloc de formació del complex.

Els complexos focals són estructures transitòries, que donen lloc més o menys ràpidament als contactes focals pròpiament dits que, d'acord amb la nomenclatura recent, s'anomenen adhesions focals. S'estenen per tota la perifèria cel·lular, tenen forma oval o allargada i una mida de 2 a 5 µm. La conversió de complex focal a adhesió focal necessita la informació mecànica procedent del substrat.

Aquesta mecanodependència s'ha pogut demostrar variant la tensió de la superfície cel·lular mitjançant una punció amb micropipeta i veient en el lloc de la punció un augment de la mida de les adhesions focals. S'ha utilitzat com a marcador la vinculina, un component molecular d'aquestes adhesions unida a la proteïna fluorescent verda (GFP).

El pas de complex a adhesió focal implica el reclutament de noves molècules solubles citoplasmàtiques al lloc de l'adhesió, així com un canvi del patró del citosquelet d'actina. Les adhesions focals no solament han estat definides en sistemes in vitro, sinó que s'han estudiat in vivo estructures semblants, com ara les adhesions de les cèl·lules endotelials de l'aorta sobre la membrana basal o les plaques denses de les fibres musculars llises. La integrina α_vß₃ és la involucrada en aquests complexos d'adhesió.

La matriu en pot comportar una reorganització de les adhesions focals, governada també per les integrines. Aquest és el cas de la fibril·logènesi de la fibronectina, en què aquest component matricial canvia de conformació molecular i forma una trama supramolecular de fibril·les. Llavors, les adhesions focals s'adapten a aquesta nova configuració de la matriu i es converteixen en les anomenades adhesions fibril·lars, molt més allargades i acumulades a la part central de la cèl·lula. La integrina α₅ß₁, que té com a lligand principal la fibronectina, està implicada en aquest tipus d'adhesions.

Als AIAC, diferents pools de molècules intervenen en el lligam format per integrines entre el citosquelet d'actina i la matriu extracel·lular

Durant la formació inicial dels complexos focals, a més de les integrines, es recluta tota una colla de proteïnes solubles de funció diversa cap al lloc on aquests receptors s'agreguen. Esmentarem com a exemple la vinculina, proteïna que té una estructura amb dominis múltiples. Canviant de conformació, exposa progressivament aquests diferents dominis per mitjà dels quals interactua, generalment de manera no simultània, amb altres components moleculars del complex com ara la paxilina.
El pas de complex focal a adhesió focal comporta el reclutament de moltes altres proteïnes, fins a una trentena, encara que actualment se n'estan descrivint més. Per clarificar-ho, les tipificarem en diferents grups, d'acord amb la interacció en què participen. Un primer grup d'aquestes proteïnes, com ara la talina, l'alfa-actinina, la tensina i la filamina, fan de lligams directes entre les integrines i l'actina. En un segon grup que inclou la FAK i la ILK, hi ha molècules que interactuen amb les integrines però no amb l'actina. En tercer lloc, hi ha les que interactuen amb l'actina però no amb les integrines, com ara la vinculina, abans esmentada. Finalment, diferents proteïnes adaptadores no interactuen directament ni amb l'actina ni amb les integrines, sinó que fan de pont. Per fer-ho, contenen dominis d'unió proteïna-proteïna com ara SH2 i SH3 (Src Homologue).

D'aquesta plètora de proteïnes, la meitat aproximadament són proteïnes reguladores, cinases i fosfatases, que són esglaons de cadenes de transducció de senyal. A més, les GTPases monomèriques també hi són presents i fan una funció reguladora més concreta.

L'organització i el canvi de configuració del citosquelet d'actina en els complexos d'adhesió està controlat per proteïnes GTPases monomèriques de la família Rho

La conformació dels complexos d'adhesió primigenis, és a dir dels complexos focals, està induïda per la Rac, membre de la família Rho de GTPases monomèriques. La funció principal, però no l'única, de la Rac és la polimerització de l'actina i la formació d'una trama de microfilaments. Aquesta funció, la du a terme activant diferents proteïnes reguladores. Fonamentalment són tres:

1. La PIP5-cinasa, l'acció catalítica de la qual dóna lloc al missatger PI(4,5)P2, el qual inhibeix diferents proteïnes caputxa de filaments d'actina.

2. La IRSp53, proteïna que indirectament activa el complex Arp2/3, responsable de la nucleació dels filaments d'actina.

3. La serina/treonina-cinasa PAK, que a través de la proteïna-cinasa LIM, catalitza la fosforilació i la inactivació de la cofilina, proteïna despolimeritzadora de filaments d'actina. Possiblement, la PAK també intervé en l'augment de la afinitat funcional de les integrines, utilitzant diferents proteïnes, entre les quals hi ha la paxilina, com a mediadores. El resultat de tot això és la formació d'una trama de filaments d'actina ramificats, responsable de la protrusió del lamel·lipodi.

Si bé l'acció del component principal de la família d'aquestes GTPases, Rho, no és necessària per a la formació dels complexos focals i per a la conformació concomitant del citosquelet d'actina que s'han descrit, sí que és essencial per a la configuració del citosquelet associat a les adhesions focals. En aquestes adhesions, el paper de Rho és doble.

En primer lloc, Dia1 (Diaphanous) és una proteïna diana de Rho que té en la molècula dominis FH (formin homology), per la qual cosa forma part de la subfamília de proteïnes FH implicades en la citocinesi en Drosophila i en llevats. A prop del l'extrem amino té el domini RBD, d'interacció amb la Rho. En la conformació inactiva o "tancada" de la proteïna, els dominis FH estan tapats. Unint-se a l'RBD, la Rho activa la Dia1 i indueix el pas a la configuració activa o "oberta", en què els dominis FH, per mitjà dels quals la proteïna pot interactuar amb altres dianes inferiors en la cadena senyalitzadora, queden exposats. Un cop reclutades, doncs, la Rho i la Dia1 en el lloc d'una futura adhesió focal, s'activen algunes de les dianes implicades en la polimerització de l'actina, com ara la profilina i la IRSp53 abans esmentada. Recentment, s'ha demostrat que la Dia1 també està implicada en el reclutament de microtúbuls al lloc de l'adhesió. Encara que no n'hem parlat fins ara, aquests components citosquelètics són necessaris en la gènesi i l'evolució dels complexos adhesius, tant pel que fa al reclutament dels components moleculars com a la creació de forces tensionals, que alhora són necessàries per a la formació de les adhesions focals.

En segon lloc, la Rho té com a diana una cinasa associada, la ROCK, que fosforila diferents substrats implicats en l'activació de la miosina II. Aquests substrats són dos: la cadena lleugera reguladora de la miosina II, MLC, i una fosfatasa inhibidora d'aquesta cadena, la MLCP, la fosforilació de la qual per ROCK la inactiva. Amb la miosina II funcional, el citosquelet d'actina adopta una nova configuració a partir de les fibres d'estrès característiques dels contactes focals clàssics. Llavors, aquestes fibres d'estrès creen una tensió en el lloc de la futura adhesió, tensió que és condicionant perquè es formi l'adhesió focal.

Això s'ha demostrat utilitzant inhibidors químics de la fosforilació de l'MLC o de la miosina-ATPasa que impedeixen la formació de fibres d'estrès i de l'adhesió focal. Els mateixos efectes, els té una sobreexpressió de la caldesmona, proteïna que inhibeix la interacció actina-miosina. Aquests efectes també es donen quan s'expressa una Rho mutant constitutivament activa, cosa que demostra que la miosina II és un esglaó inferior a Rho en la cadena senyalitzadora, de la mateixa manera que l'adhesió està per sota de la miosina II i de les fibres d'estrès.

Tot plegat fa pensar que les adhesions focals, a diferència dels complexos focals inicials en el procés d'adhesió, depenen de la tensió, que pot procedir de l'interior cel·lular (per les fibres d'estrès) o de fora. Dit això, es pot preguntar com es rep i com es pot canalitzar aquesta informació procedent d'una acció mecànica per formar els contactes focals.

Els contactes focals actuen de mecanosensors

Com s'ha vist abans, una força aplicada experimentalment, per exemple amb una micropipeta, a un punt de la superfície cel·lular indueix la formació d'una adhesió focal. Aquest fet és independent de tots els factors reguladors esmentats, ja que la formació té lloc en presència d'inhibidors de la ROCK. A més, la mida del contacte focal depèn de la magnitud de la força tensional.

Encara que no es coneixen les molècules implicades en la recepció i transducció de la tensió mecànica responsable de la formació de les adhesions focals, les integrines poden ser fermes candidates a receptores, donada la seva versatilitat conformacional. A més, però, tota la plètora molecular associada al complex d'adhesió pot canalitzar la informació procedent de l'acció mecànica segons tres possibles mecanismes dels quals es parteix com a hipòtesi de treball: l'acció mecànica indueix una simple reorganització molecular sense que hi hagi substitució; hi ha reorganització amb substitució, amb l'arribada de noves molècules al futur contacte focal; l'acció mecànica és inductora directa del canvi conformacional de les proteïnes reguladores.

La Rac i la Rho són regulades per estímuls intracel·lulars i extracel·lulars

Si com s'ha vist, la Rac i la Rho són per sobre de la cadena de senyalització que mena a l'organització dels complexos focals i de les adhesions focals respectivament, cal preguntar-se quins factors o estímuls regulen aquestes dues GTPases.

Com que ambdós complexos d'adhesió es donen successivament, de manera que representen dos estadis d'evolució temporal d'una mateixa estructura, el raonament aplicable per explicar-ne la modulació ha de ser semblant al que es fa servir per explicar, per exemple, la regulació del cicle cel·lular. És a dir, els activadors dels processos d'una fase del cicle romanen reprimits mentre no acabi totalment la fase anterior.

Efectivament, en el cas present, el regulador responsable de l'inici de l'adhesió i de la formació dels complexos focals, la Rac, inhibeix la Rho, possiblement via FAK/Src. Llavors, durant aquest estadi d'evolució de l'adhesió, la senyalització per mitjà d'integrines mena a l'activació de la Rac, la qual a la vegada, com s'ha vist, n'indueix un augment de l'afinitat funcional, inducció feta amb la mediació de la PAK. Aquesta retroacció (feedback) positiva governa tota la primera part de l'adhesió fins que l'expansió cel·lular està totalment acabada.

La desrepressió de la Rho té lloc a continuació, quan l'adhesió progressa i es crea la tensió externa necessària per a la formació de les adhesions focals. S'ha suggerit que entre altres factors, poc coneguts, aquesta tensió és la responsable de la fi de la repressió de la Rho induïda per integrines.

2.3.2 Hemidesmosomes

Per a mantenir la integritat en teixits sotmesos a un estrès mecànic important, com són l'epidermis o la musculatura, és necessària una forta adhesió cel·lular al substrat, és a dir, la làmina basal. La mancança en aquest aspecte porta a disfuncions com ara l'epidermòlisi ampul·lar i diferents distròfies. Les responsables d'aquesta adhesió, que també es dóna en altres epitelis, són unes estructures d'ancoratge anomenades hemidesmosomes. De naturalesa multiproteica, les integrines hi tenen un paper decisiu com a receptors transmembrana i com a transductors de senyals. D'aquesta manera, fan que en els hemidesmosomes la funció no sigui merament mecànica.

Els hemidesmosomes són complexos multiproteics implicats en l'adhesió cel·lular a la làmina basal

El terme hemidesmosoma prové de l'aparença d'aquesta estructura al microscopi electrònic, semblant a mig desmosoma puntiforme. Intracel·lularment, la característica més evident és una estructura citoplasmàtica densa als electrons, la placa, on s'ancora un feix de filaments intermedis. Fora de la cèl·lula i en el si de la làmina basal s'associen tres estructures: la placa subbasal densa, juxtaposada a la membrana i situada a la làmina lúcida; els filaments d'ancoratge, que travessen aquesta làmina i uneixen la membrana amb la làmina densa; i les fibril·les d'ancoratge, que uneixen la làmina densa amb els teixits subjacents com ara el derma, en el cas de la pell.

El·lectromicrografia d'una unió dermis-epidermis que mostra quatre hemidesmosomes en un queratinòcit basal

Les molècules que integren els hemidesmosomes són de tres tipus. Primerament, les proteïnes transmembrana, que tenen el paper de receptors de components de la matriu extracel·lular. En segon lloc, les proteïnes de la placa, encarregades de la unió del citosquelet amb la superfície citoplasmàtica de la membrana. En tercer lloc, components de la matriu extracel·lular associats a la làmina basal, especialment els que fan de lligands d'aquests receptors.

A la placa, s'hi han descrit cinc proteïnes. D'una banda la BP230 (antigen pemfigoide ampul·lar 230) i la plectina, totes dues ben estudiades. Altrament, encara que menys conegudes, s'han descrit les proteïnes HD1, la proteïna associada als filaments intermedis IFAP300 i la proteïna P200.

La BP230 va ser la primera proteïna descrita com a antigen diana de la malaltia autoimmunitària de la pell que li dóna nom. Amb una estructura primària que inclou una regió central coil-coiled flanquejada per dos caps globulars, BP230 interactua per seu extrem carboxil amb els filaments intermedis, cosa que li permet fer de mediadora en l'ancoratge d'aquests filaments amb la placa. Per l'extrem amino, interactua amb les proteïnes transmembrana de l'hemidesmosoma, com demostren els experiments de transfecció o de doble híbrid en llevats. La plectina és una fosfoproteïna gran, d'uns 500 kDa, que s'expressa en molts epitelis i normalment està associada al citoesquelet. Amb una estructura semblant a la de la BP230, dos caps globulars que flanquegen una tija central, té un lloc d'interacció amb proteïnes de filaments intermedis com són les queratines i la vimentina i amb els neurofilaments. Aquest lloc d'interacció està situat al domini cinquè, el més proper a l'extrem carboxil, dels cinc dominis repetitius que configuren el cap globular carboxiterminal. La proteïna també pot interactuar amb el citoesquelet d'actina per un domini d'unió a actina semblant al de l'espectrina o la distrofina, situat en el si del cap globular aminoterminal. També situats en aquest cap, hi ha els dominis d'interacció de la plectina amb les integrines dels hemidesmosomes, concretament amb la subunitat ß. A més d'aquests llocs d'interacció, la plectina té diferents llocs de fosforilació, per la qual cosa pot ser diana de diferents cinases com ara la p34^cdc2, la cinasa A i la cinasa C. Aquest fet permet regular la dinàmica d'aquestes interaccions.

L'HD1 és una proteïna de la placa que s'associa a la plectina, de manera que en disfuncions de la pell com ara l'epidermòlisi ampul·lar simple, en què no es dóna expressió de la plectina, tampoc no hi ha expressió de l'HD1. La IAFP300 és estructuralment molt semblant a la plectina i fins i tot se la considera una isoforma d'aquesta proteïna. La P200 és una proteïna de la placa que serveix d'unió entre els filaments intermedis i la membrana.

Les proteïnes transmembrana que es troben en els hemidesmosomes són la integrina α₆ß₄ i la proteïna BP180, aquesta darrera també anomenada BPAG2 (antigen pemfigoide ampul·lar 2) o col·lagen de tipus XVII. En contrast amb la majoria d'integrines, que s'associen al citosquelet d'actina, la α₆ß₄ s'associa als filaments intermedis. La cua citoplasmàtica de la subunitat ß és crucial per a l'engalzament dels hemidesmosomes per les múltiples interaccions que du a terme amb els elements que els constitueixen. Així, la sobreexpressió d'una forma mutant de la integrina que estigui mancada d'aquesta cua, fa de dominant negatiu i impedeix la formació d'hemidesmosomes. De longitud anormalment llarga (al voltant d'un miler d'aminoàcids) aquesta cua té dos parells de dominis repetitius del tipus fibronectina III (FNIII) separats per una seqüència d'unió. Diversos experiments de transfecció han demostrat que el parell més proper a la membrana, juntament amb els 27 aminoàcids adjacents a la seqüència d'unió, constitueixen la regió d'interacció amb la plectina. Així doncs, és la regió per on la integrina interactua amb la placa hemidesmosòmica. L'altre parell de dominis FNIII està implicat en la interacció amb la BP180. Els dominis extracel·lulars de la integrina també són essencials per la seva contribució en la formació dels hemidesmosomes, ja que anticossos contra aquests dominis impedeixen l'engalzament i promouen la separació dermoepidèrmica en sistemes in vitro. La integrina α₆ß₄ té com a lligands les diferents variants de les laminines, entre les quals la laminina 5 és la que s'hi uneix amb més afinitat.

La BP180 és una proteïna de membrana de tipus II, que té un domini extracel·lular format per sèries repetitives dels tres aminoàcids Gly-X-Y i que pertany, per tant, a la família dels col·làgens. Té un pes molecular de 180 kDa, forma trímers i interactua amb la integrina α₆ß₄ pels dominis intracel·lular i extracel·lular, amb la subunitat ß i amb la subunitat α respectivament. També interacciona addicionalment amb la plectina i amb la BP230, interaccions que estabilitzen la incorporació a l'hemidesmosoma. Igualment que aquesta darrera proteïna de la placa, la BP180 és un antigen diana de la mateixa malaltia autoimmunitària de la pell. Una de els manifestacions de la malaltia és un afebliment generalitzat de la cohesió dermoepidèrmica, cosa que suggereix un paper important de la BP180 en aquesta cohesió, possiblement mitjançant el domini extracel·lular tipus col·lagen. La BP180 també pot fer de receptor de la laminina 5, ja que s'uneix in vitro a la seva cadena ß₃.

Hemidesmososmes de la unió dermis-epidermis

La laminina 5, lligand de la integrina a6ß4 i de la BP180, té un paper essencial per a l'engalzament dels hemidesmosomes

Encara que el mecanisme de reclutament dels diferents components necessaris per a l'engalzament dels hemidesmosomes no s'ha esbrinat del tot, sembla que la interacció del domini citoplasmàtic de la subunitat ß de la integrina amb la plectina té un paper estabilitzador de tota l'estructura. En aquest sentit, s'han descrit hemidesmosomes rudimentaris formats solament per la integrina i la plectina, i mancats de la BP230 i de la BP180. Tot plegat suggereix que la integrina i la plectina formen el nucli reclutador per a la formació de l'hemidesmosoma. Pel que fa al reclutament primerenc de la integrina, s'ha de pensar en el seu lligand, la laminina 5.

Com les altres laminines, la 5 és un heterotrímer amb tres subunitats, α₃, ß₃ i γ₂, totes elles més petites que les de les altres laminines. Malgrat això, la subunitat α3 conté el domini globular característic, o domini G, igual que les altres formes de laminina. Al mateix temps, la laminina existeix a la matriu extracel·lular en forma madura, fruit d'un processament intracel·lular de les subunitats. En línies cel·lulars epitelials com ara 804G i MCF-10A, la laminina 5 és el component de la matriu extracel·lular que la cèl·lula segrega amb més quantitat. És per això que aquestes línies constitueixen els sistemes in vitro més adients per estudiar la formació dels hemidesmosomes.

A més, aquestes línies cel·lulars serveixen per obtenir matrius riques en laminina 5, a partir de lisats cel·lulars en què els romanents de les cèl·lules se separen dels components matricials amb una solució de NH₄OH i aigua. En aquestes matrius enriquides amb laminina 5, s'hi sembren cèl·lules 804G; i s'analitza i es quantifica l'aparició d'hemidesmosomes al microscopi electrònic.

Encara que la laminina 5 apareix normalment associada a altres laminines com ara la 6 i 7, cosa que suggereix que també poden ser importants per a la formació dels hemidesmosomes, la utilització d'anticossos contra aquestes laminines demostra que és la laminina 5 la que hi té un paper decisiu. Concretament, una incubació amb l'anticòs anomenat CM6, que reconeix el domini G de la laminina 5 de les cèl·lules 804G, no solament impedeix la formació d'hemidesmosomes, sinó que promou la internalització dels hemidesmosomes preexistents en aquestes cèl·lules.

En pacients amb epidermòlisi ampul·lar juntural, s'ha descrit una mutació en el gen que té la informació per codificar la laminina 5. Les formes mutades són formes truncades que possiblement no són adients per a la formació dels hemidesmosomes. Igual que la BP230 o la BP180, la laminina 5 és un antigen diana en una malaltia autoimmunitària, el pemfigoide cicatricial (CP).

Si bé la laminina 5 promou la formació d'hemidesmosomes, a la vegada també promou l'adhesió cel·lular i inhibeix la motilitat. Per exemple, en queratinòcits sembrats en una matriu de laminina 5, s'hi adhereixen i formen hemidesmosomes. Per contra, quan cèl·lules amb una motilitat molt activa com ara les tumorals són sembrades en una matriu rica en laminina 5, aquesta matriu promou la motilitat i no la formació d'hemidesmosomes. Tot plegat suggereix una funció dual per a la laminina 5. La base d'aquesta funcionalitat radica en el grau de processament de la laminina 5, concretament, de la subunitat α₃. Per a la formació d'hemidesmosomes i, per tant, per a l'adhesió cel·lular, la cèl·lula segrega laminina 5 que té aquesta subunitat processada i un pes molecular de 160 kDa. Però en cèl·lules tumorals o en queratinòcits mòbils a prop d'una ferida, la cèl·lula segrega laminina 5 sense processar de 190 kDa, que promou la motilitat i la migració. Els queratinòcits normals, quan la ferida ja està tapada, són capaços de processar de bell nou la laminina 5 i promoure l'adhesió mitjançant la formació d'hemidesmosomes. Això no és possible en cèl·lules tumorals.

El grau de fosforilació de la integrina a6ß4 modula la formació d'hemidesmosomes

Alguns resultats han demostrat que la formació dels hemidesmosomes va lligada a la fosforilació de diferents substrats, com ara la BP230 i la mateixa integrina. Així, la microscòpia electrònica demostra una inhibició de la formació dels hemidesmosomes, en sistemes in vitro d'epiteli corneal en presència de genisteïna, un inhibidor de la fosforilació de tirosines.

En la dinàmica d'engalzament i desengalzament d'hemidesmosomes, la integrina α₆ß₄ és la diana de fosforilació per excel·lència. La subunitat α₆ es desfosforila a la serina 1041, situada a la cua citoplasmàtica, durant la formació dels hemidesmosomes. Aquesta desfosforilació coincideix amb la reorganització dels filaments de queratina, els feixos dels quals s'associen a la membrana en els llocs on hi ha aquesta subunitat desfosforilada de la integrina.

Hi ha hagut més controvèrsia pel que fa a la dinàmica de fosforilació de la cua citoplasmàtica de la subunitat ß₄. En el segment de connexió dels dos parells de dominis FNIII hi ha dues tirosones fosforil·lables, la Tyr¹⁴²² i la Tyr¹⁴⁴⁰, que en conjunt constitueixen el motiu TAM (motiu d'activació de tirosines). En un principi, es va establir que la fosforilació d'aquestes tirosines era un requisit per a la formació dels hemidesmosomes, ja que cèl·lules 804G que expressaven formes mutants d'integrina (amb fenilalanines en aquests llocs, en substitució de les tirosines), no hi havia formació d'hemidesmosomes. Actualment, ha estat necessària una reconsideració d'aquest plantejament, perquè diferents resultats han demostrat que la fosforilació d'aquestes tirosines no promou la formació dels hemidesmosomes, sinó que, ben al contrari, trenca els hemidesmosomes existents i inhibeix la formació de nous. Altres resultats també demostren que el truncament de la cua citoplasmàtica de la subunitat ß, de manera que manqui el motiu TAM, no impedeix la localització de la integrina en els hemidesmosomes en cèl·lules 804G. Tot plegat fa pensar que a més de la regió que inclou el motiu TAM d'interacció amb components hemidesmosòmics, la cua citoplasmàtica de la subunitat té una altra regió d'interacció. La seqüència d'aminoàcids 880-886 és una candidata a ser aquesta regió.

Per contra, la fosforilació d'aquestes dues tirosines, a més de la Tyr¹⁵²⁶ i la Tyr¹⁶⁴², és imprescindible per a la interacció directa de la integrina amb la proteïna reguladora Shc de la cadena de senyalització. Així doncs, la fosforilació de les tirosines de la cua citoplasmàtica de la subunitat ß té efectes mútuament excloents: un, antagonitzar la formació d'hemidesmosomes i l'adhesió i, l'altre, promoure la desadhesió i la motilitat i/o la progressió en el cicle cel·lular. Cal preguntar-se, doncs, com les formes processades i no processades de la laminina 5, que com s'ha dit en l'apartat anterior tenen efectes contraris en el comportament de la cèl·lula, inicien una via de senyalització o l'altra, mitjançant la fosforilació o desfosforilació de la cua citoplasmàtica de la subunitat ß₄.

 

BIBLIOGRAFIA

BORRADORI, L. & SONNENBERG, A. 1999. Structure and function of hemidesmosomes: More than simple adhesion Complexes
The Journal of Investigative Dermatology, 112(4): 411-´418

GIANCOTTI, F.G. & RUOSLAHTI, E. 2002. Integrin signaling
Science, 285(5430): 1028

JONES, J.C.R. et al. 1998. Structure and assembly of hemidesmosomes.
BioEssays 20.6: 488-494

PORTER, J.C. & HOGG, N. 1998. Integrins take partners: cross-talk between integrins and other membrane receptors
Trends in Cell Biology 8(10): 390

SCHWARTZ, M.A. 2001. Integrin Signaling Revisited
Trends in Cell Biology, 11(12): 466-470

SCHWARTZBAUER, J & SECHLER, J.L. 1999. Fibronectin fibrillogenesis: a paradigm for extracellular matrix assembly
Current Opinion in Cell Biology, 11:622-627

SIEG, D.J. 1999. Required role of focal adhesion kinase (FAK) for integrin-stimulated cell migration
Journal of Cell Science 112: 2677-2691

SCHLAEPFER, D.D. & HUNTER, T. 1998. Integrin signalling and tyrosine phosphorilation: just the FAKs?
Trends in Cell Biology, 8(4): 151-157

GEIGER, B. et al. 2001. Transmembrane crosstalk between the extracell.lular matrix and the cytoskeleton
Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, 793-805

Fonts de referència terminològica

 

Inici pàgina