Том 3 (1129748), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Кроме того, связываниелигандов на одной стороне мембраны должно изменять их способность связыватьсяс другими молекулами на противоположной стороне мембраны.Подобная динамика основана на аллостерической регуляции: при связыванииинтегрина со своим лигандом либо при разрыве связи белок претерпевает конформа-19.5.
Интегрины и прикрепление клеток к матриксу 1797Рис. 19.47. Щипцы для переноски бревен. Чтобы схватить бревно,нужно сжать ручки; и наоборот, если сомкнуть рабочие концы,ручки также сомкнутся. Далее, чем сильнее давить, тем сильнеебудет сжатие на обоих концах. Молекула интегрина устроена аналогично: конформационные изменения на одном конце приводятк изменениям на противоположном конце, причем при большемсжатии захват усиливается.ционные изменения, затрагивающие и внутриклеточную, и внеклеточную части молекулы. Структурныеизменения на одном конце молекулы сопряжены соструктурными перестройками на другом, так чтосигнал может быть передан в любом направлении.Некоторое представление о механизме работы интегринов может дать аналогия с клещевым захватом,используемым для переноски бревен (рис.
19.47).Структурные перестройки в интегрине можнопоказать, взяв очищенный препарат интегрина и исследовав эти молекулы с помощью электронного микроскопа при большом разрешении. Если интегрин поместить в среду с большой концентрацией кальция, что соответствует нормальномухимическому составу внеклеточной жидкости, но без внеклеточных лигандов,а затем быстро приготовить препарат для микроскопии, то его молекулы выглядяткак сильно скрученные V-образные объекты.
Однако если добавить в среду небольшой синтетический пептид, содержащий последовательность, имитирующуюинтегрин-связывающий домен белка матрикса, то интегрин связывает этот пептиди приобретает другую форму, у которой есть две «ноги», которые оказываютсяне переплетенными, а напротив, вытянутыми и отделенными друг от друга, соприкасаясь лишь в области «головы» (рис. 19.48, а). Эти две структуры можно сравнить с более детальными данными рентгеновской кристаллографии, и обнаружить,что двум «ногам» соответствуют α- и β-цепи интегрина.
Область «головы», где онисходятся, содержит сайт связывания внеклеточного лиганда. Связывание лигандаизменяет структуру этого участка, что вызывает переход в вытянутую, «активную»конформацию; и наоборот, переход в вытянутую конформацию облегчает связываниелиганда, повышая сродство к нему сайта связывания (рис. 19.48, б).Но как эти изменения внеклеточной части интегрина соотносятся с событиямина ее внутриклеточном конце? В свернутом, неактивном состоянии молекулы интегрина внутриклеточные части ее α- и β-цепей находятся близко и связаны другс другом. Когда конформация внеклеточного домена меняется, этот контакт теряется и внутриклеточные (а также трансмембранные) части этих цепей расходятся.В результате этого открывается сайт связывания талина, находящийся на концеβ-цепи.
Связывание талина приводит к сборке актиновых филаментов, связанныхс внутриклеточным доменом молекулы интегрина (см. рис. 19.45). Таким образом,когда интегрин захватывает внешний лиганд, клетка реагирует, связывая свой цитоскелет с молекулой интегрина, так что к точке прикрепления можно прилагатьсилу. Это известно как «активация извне».Эта причинно-следственная связь может работать и в другом направлении —изнутри наружу.
Талин конкурирует с α-цепью за сайт связывания на конце β-цепи.Когда талин связывается с β-цепью, связь между двумя внутриклеточными фрагмен-1798Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.48. Изменение конформации молекулы интегрина при связывании лиганда. а) Изображенияотдельных молекул интегрина, полученные при усреднении многих наложенных друг на друга электронных микрофотографий. В отсутствие внеклеточного лиганда молекула интегрина выглядит компактнойи свернутой. При инкубации с RGD-пептидом интегрин принимает вытянутую конформацию с двумя различимыми «ножками». б) Активная (вытянутая) и неактивная (компактная) формы молекулы интегринапо данным рентгеноструктурного анализа.
Несмотря на сложность кристаллизации интактной молекулыв естественных конформациях, с лигандом и без него, полная структура может быть достаточно точноустановлена путем совмещения трехмерных структур молекулярных фрагментов. (а — из J. Takagi et al.,Cell, 110: 599–611, 2002. С разрешения издательства Elsevier; б — по T. Xiao et al., Nature 432: 59–67, 2004.С разрешения издательства Macmillan Publishers Ltd.)тами цепей разрывается, позволяя им разойтись.
В результате этого внеклеточнаячасть интегрина переходит в вытянутую, активную конформацию.Подобная «активация изнутри» запускается внутриклеточными регуляторными молекулами. Среди них — фосфоинозитид PIP2 (см. главу 15), который, каксчитается, способен активировать талин, в результате чего тот прочно связываетсяс интегриновой β-цепью. Таким образом, сигнал изнутри клетки может заставитьмолекулу интегрина вытянуться и захватить свой внеклеточный лиганд.Внутриклеточные сигнальные молекулы, такие как PIP2, в свою очередь, вырабатываются в ответ на сигналы, полученные извне через рецепторы другого типа,например рецепторы, связанные с G-белками и тирозинкиназные рецепторы.
Такимобразом, эти сигналы могут управлять активацией интегрина (рис. 19.49). И наоборот, активация интегрина при прикреплении к матриксу может влиять на рецепциюдругих сигналов. Перекрестная связь между всеми этими путями сообщения, передающими сигналы через мембрану в обоих направлениях, является основой сложныхвзаимодействий между клеткой и ее физическим и химическим окружением.19.5.3. Нарушения, связанные с интегринами, лежат в основемногих генетических заболеваний24 типа интегрина, обнаруженных у человека, образованы продуктами 8 различных генов β-цепей и 18 различных генов α-цепей, димеризованных в различныхкомбинациях. Каждый интегрин имеет свои уникальные свойства и функции.
Более19.5. Интегрины и прикрепление клеток к матриксу 1799Рис. 19.49. Активация интегрина при взаимодействии с другими сигнальными путями. Внешниесигналы, поступающие к клетке через другие рецепторы на ее поверхности, например, рецепторы,связанные с G-белками, или тирозинкиназные рецепторы, могут изменять конформацию талина, темсамым активируя интегрины клетки.того, поскольку одна и та же молекула интегрина в клетках разных типов можетпо-разному вести себя при связывании лиганда, возможно, что с интегринами в зависимости от типа клетки могут взаимодействовать и изменять их свойства различныедополнительные факторы. На связывание интегринов со своими лигандами такжевлияют концентрации Ca2+ и Mg2+ во внеклеточной среде, что отражает наличиедоменов связывания двухвалентных катионов на α- и β-субъединицах.
Двухвалентные катионы могут влиять как на сродство, так и на специфичность связыванияинтегрина с его лигандами.Многообразие функций интегринов поразительно, хотя бывает, что несколькоинтегринов выполняют одну и ту же функцию (например, как минимум пять интегринов связывают ламинин).
В таблице 19.4 перечислены некоторые разновидностиинтегринов и нарушения, к которым приводят дефекты в отдельных α- и β-цепях.Субъединицы β1 образуют димеры по крайней мере с 12 различнымиα-субъединицами и обнаружены почти во всех клетках позвоночных: α5β1 представляет собой рецептор фибронектина, а α671 — рецептор ламинина во многихклетках. Мутантные мыши, неспособные к выработке каких-либо β1-содержащихинтегринов, погибают на стадии имплантации (одна из самых ранних стадий развития зародыша). Мыши, не способные вырабатывать только α7-субъединицу (которая в мышечной клетке связывается с β1), выживают, но страдают от мышечнойдистрофии (так же как мыши, неспособные к выработке ламининового лигандадля интегрина α7β1).Субъединицы β2 формируют димеры с α-субъединицами по крайней меречетырех типов и экспрессируются исключительно на поверхности лейкоцитов, где1800Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностиТаблица 19.4. Некоторые типы интегриновИНТЕГРИНЛИГАНД*РАСПРЕДЕЛЕНИЕα5β1фибронектин вездеα6β1ламининвездеα7β1ламининмышцыαLβ2 (LFA1) контррецеп лейкоцитыторы из суперсемействаиммуноглобулинов (ICAM)αIIbβ3фибриноген тромбоцитыα6β4ламининФЕНОТИП МУТАНТОВПО α-СУБЪЕДИНИЦЕсмерть на стадии эмбриона; нарушения кровеносных сосудов, сомитов,нервного гребняобильные волдырина коже; также нарушения в других эпителияхмышечная дистрофия;наршения мышечно-сухожильных соединенийнарушение работы лейкоцитовФЕНОТИП МУТАНТОВПО β-СУБЪЕДИНИЦЕсмерть на ранней стадии(при имплантации)смерть на ранней стадии(при имплантации)смерть на ранней стадии(при имплантации)дефицит лейкоцитарной адгезии; неэффективная воспалительнаяреакция; рецидивы инфекцийкровотечение; агрегация кровотечение; агрегатромбоцитов невозможна ция тромбоцитов невоз(болезнь Гланцманна)можна (болезнь Гланцманна); остеопетроз(окаменелость костей)в легкой формеполудесмосомы в обильные волдыриобильные волдыриэпителиина коже; также нарушена коже; также нарушения в других эпителияхния в других эпителиях*Перечислены не все лиганды.они необходимы для успешной борьбы с инфекцией.
β2-интегрины по большейчасти опосредуют межклеточные контакты, а не прикрепление клеток к матриксу,связываясь со специфическими лигандами на поверхности другой клетки, например эндотелиальной. Эти лиганды, которые иногда называют контррецепторами,являются представителями суперсемейства иммуноглобулинов. В этой главе мы ужерассматривали подобный пример: интегрин этого класса (αLβ2, известный такжекак LFAI) на лейкоцитах позволяет им прочно соединиться с белком иммуноглобулинового суперсемейства ICAM на эндотелиальных клетках там, куда прониквозбудитель заболевания, и покинуть кровяное русло, внедрившись в инфицированную ткань (см. рис. 19.19, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
