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整合素

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整合素αVβ3的胞外结构域
Structure of the extracellular segment of integrin alpha Vbeta3.[1]
鉴定
标志Integrin_alphaVbeta3
PfamPF08441
Pfam宗系CL0159
InterPro英语InterProIPR013649
 SCOP英语Structural Classification of Proteins1jv2 / SUPFAM
整合素α亚基的胞内结构域
Structure of chaperone protein PAPD.[2]
鉴定
标志Integrin_alpha
PfamPF00357
InterPro英语InterProIPR000413
PROSITE英语PROSITEPDOC00215
 SCOP英语Structural Classification of Proteins1dpk / SUPFAM
 OPM英语Orientations of Proteins in Membranes database家族197
OPM英语Orientations of Proteins in Membranes database蛋白2knc


整合素(英语:Integrin,又译为整联蛋白)是一种介导细胞和其外环境(如细胞外基质,Extra Cellular Matrix)之间的连接的跨膜受体,普遍存在于脊椎动物的细胞表面。整合素拥有联系细胞外部和内部结构的作用,同时在细胞与环境的信号转导中,整合素也将ECM的化学成分与受力状态等有关信息传入细胞。 因此,整合素除了穿过膜的机械作用,也参与了细胞讯息、细胞周期之调节、细胞型态以及细胞的运动。

通常,受体的作用是将外环境的变化通知细胞并引起细胞反应。但整合素不仅介导由外到内的信号,也介导由内到外的细胞信号。因此整合素不但将ECM的信息传递给细胞,也将细胞的状态表达给外界,从而可以迅速和灵活地响应环境中的变化,比如血液的凝固作用

整合素有许多的类型,一些细胞在其表面表达多种整合素。整合素对动物细胞十分重要,在从海绵哺乳动物的所有动物中都有发现,人类基因中的整合素已得到详致研究。

整合素通过与其它蛋白相互作用来介导细胞–细胞和细胞–ECM的相互作用与通信。参与这些过程的蛋白主要有细胞粘附分子(比如钙粘素、IgSF、选择素)、细胞外配体(比如纤连蛋白胶原蛋白玻连蛋白英语vitronectin)、层粘连蛋白几个大类。

结构

整合素是由α和β两亚基组成的专性异二聚体,α和β 亚基都是跨膜蛋白并有一个小型的胞内结构域[3]。在哺乳动物中,总共发现了18个α亚基和8个β亚基,而果蝇基因组中只有5个α和2个β亚基,隐杆线虫英语Caenorhabditis只有2个α和1个β亚基[4]领鞭毛虫中只有α亚基而无β亚基[5]。整合素在细胞内基质区域大概有40-70个氨基酸片段,β4亚基不同于所有其他亚基;它的细胞质结构域要大得多,有1000个氨基酸,并与中间纤维连接而不是常见的肌动蛋白。[6]而在细胞的外球形结构域,存在α链和β链一起露出脂双分子层外约20nm的头部,其中N端的末端5nm可以用于同细胞外基质蛋白结合,外部结合的过程可以类比为螃蟹钳将目标蛋白夹住(虽然是通过化学作用而非力学作用); 细胞内的尾部则与肌动蛋白相连。整联蛋白的两个亚基,α和β链都是糖基化的。整合素的分子质量大约在100kDa左右,其中β链含有四个富含半胱氨酸的重复序列。

另外,一些亚基的不同形式是由不同的RNA选择性剪接而来,比如β1亚基存在四种选择性剪接而成的形式。通过许多种不同的α和β亚基组合,能产生24种整合素(这一数字会依不同的研究而变化)[7]

分类

整联蛋白可以通过多种方法进行分类,比如有一部分的α链含有特殊的A-domain[8](得名于血友病因子中相似的结构域,在α链中也被称为α-inserted-domain)。拥有这个特殊结构域的蛋白(比如α1β1,α2β1)或者连接细胞和胶原蛋白,或者充当细胞间的粘结分子。且α-I-domain都充当着结合位点的作用,而在α链上不含有α-I-domain的蛋白也在其β链上含有结构相似的A-domain,同时也充当连接位点。A-domain拥有3个二价正离子(在细胞外基质中通常为Ca2+,Mg2+)的结合位点,其中一个在生理条件下被永久占据,另外两个位点在整联蛋白结合外部分子后才被占据。

功能作用

连接细胞和细胞外基质

整合素将细胞外基质和细胞骨架(通常是肌动蛋白)结合,至于结合配体的种类是由αβ亚基的种类决定的。这种连接可以带来拉力保护细胞不会从细胞外基质中被撕裂,保障了多细胞生物的整体性。在组织培养中,整联蛋白的一个重要的作用是帮助细胞迁移。[9]细胞通过整联蛋白附着在底物上。在运动过程中,细胞会在前部附着新的基质,而后部解附着的基质则通过内吞的方式进行重复利用。

细胞的信号转导

整合素并非单纯为细胞提供了一个附着点,同时也向细胞内部发送许多有关于周围环境的信号,改变细胞的核心生命活动比如附着、运动、死亡、分化。所以,整联蛋白在很多生物过程中起到核心作用。比如通过αIIbβ3调节的血小板聚合就在血液止血的过程中起到了一个非常重要的作用。[10]

脊椎动物的整合素

下表为脊椎动物中发现的整合素:

名称 别名 分布 配体
α1β1 VLA-1 身体多处 胶原蛋白层粘连蛋白[11]
α2β1 VLA-2 身体多处 胶原蛋白、多种层粘连蛋白[11]
α3β1 VLA-3 身体多处 层粘连蛋白-5
α4β1 VLA-4[11] 造血干细胞 纤连蛋白VCAM-1[11]
α5β1 VLA-5; fibronectin receptor 全身 纤连蛋白[11]蛋白酶
α6β1 VLA-6; laminin receptor 全身 多种层粘连蛋白
α7β1 肌肉、胶质瘤 多种层粘连蛋白
αLβ2 LFA-1[11] T细胞 ICAM-1、ICAM-2[11]
αMβ2 Mac-1、CR3[11] 单核球嗜中性球 血浆蛋白、ICAM-1[11]
αIIbβ3 Fibrinogen receptor; gpIIbIIIa [12] 血小板[11] 纤维蛋白原、纤连蛋白[11]
αVβ1 葡萄膜黑色素瘤、神经肿瘤 玻连蛋白、纤维蛋白原
αVβ3 vitronectin receptor[13] 活化的内皮细胞、黑色素瘤、胶质母细胞瘤 玻连蛋白[13]、纤连蛋白、纤维蛋白原、骨桥蛋白、Cyr61
αVβ5 全身都有,特别是在成纤维细胞、上皮细胞 玻连蛋白和腺病毒
αVβ6 增殖的上皮细胞,尤其是肺和乳腺 纤连蛋白转化生长因子-β(TGFβ)1和3
αVβ8 神经组织、周围神经 纤连蛋白TGFβ1和3
α6β4 上皮细胞[11] 层粘连蛋白[11]

参考文献

  1. ^ Xiong JP, Stehle T, Diefenbach B; 等. Crystal structure of the extracellular segment of integrin alpha Vbeta3. Science. October 2001, 294 (5541): 339–45. PMC 2885948可免费查阅. PMID 11546839. doi:10.1126/science.1064535. 
  2. ^ Sauer FG, Fütterer K, Pinkner JS, Dodson KW, Hultgren SJ, Waksman G. Structural basis of chaperone function and pilus biogenesis. Science. August 1999, 285 (5430): 1058–61. PMID 10446050. doi:10.1126/science.285.5430.1058. 
  3. ^ Nermut MV, Green NM, Eason P, Yamada SS, Yamada KM. Electron microscopy and structural model of human fibronectin receptor. EMBO J. December 1988, 7 (13): 4093–9. PMC 455118可免费查阅. PMID 2977331. 
  4. ^ Humphries M.J. Integrin structure. Biochem. Soc. Trans. 2000, 28 (4): 311–339. PMID 10961914. doi:10.1042/0300-5127:0280311. 
  5. ^ King, N.; Westbrook, M.J.; Young, S.L.; Kuo, A.; Abedin, M.; Chapman, J.; Fairclough, S.; Hellsten, U.; Isogai, Y.; Letunic, I.; 等. The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis and the origin of metazoans. Nature. 2008, 451 (7180): 783–8. PMC 2562698可免费查阅. PMID 18273011. doi:10.1038/nature06617. 
  6. ^ Richard O. Hynes. Integrins: Bidirectional, Allosteric Signaling Machines. Cell. 2002, 110 (6): 673–87. doi:10.1016/S0092-8674(02)00971-6. 
  7. ^ Hynes R. Integrins: bidirectional, allosteric signaling machines. Cell. 2002, 110 (6): 673–87. PMID 12297042. doi:10.1016/S0092-8674(02)00971-6. 
  8. ^ Jie-Oh Lee. Two conformations of the integrin A-domain (I-domain): a pathway for activation?. Structure. 1995, 3 (12): 1333 – 40. doi:10.1016/S0969-2126(01)00271-4. 
  9. ^ Paul NR; Jacquemet G; Caswell PT. Endocytic Trafficking of Integrins in Cell Migration.. Curr Biol. 2015, 25 (22): 1092–105. doi:10.1016/j.cub.2015.09.049. 
  10. ^ Shattil; Sanford J. Integrin Signaling: The Platelet Paradigm. Blood. 1998, 91 (8): 2645–57. doi:10.1182/blood.V91.8.2645.2645_2645_2657. 
  11. ^ 11.00 11.01 11.02 11.03 11.04 11.05 11.06 11.07 11.08 11.09 11.10 11.11 11.12 Krieger M, Scott MP, Matsudaira PT, Lodish HF, Darnell JE, Zipursky L, Kaiser C, Berk A. Molecular cell biology fifth. New York: W.H. Freeman and CO. 2004. ISBN 0-7167-4366-3. 
  12. ^ 存档副本 (PDF). [2007-03-02]. (原始内容 (PDF)存档于2007-01-27).  Vet Path01 34:61-73 (1997)
  13. ^ 13.0 13.1 Hermann P, Armant M, Brown E, Rubio M, Ishihara H, Ulrich D, Caspary RG, Lindberg FP, Armitage R, Maliszewski C, Delespesse G, Sarfati M. The vitronectin receptor and its associated CD47 molecule mediates proinflammatory cytokine synthesis in human monocytes by interaction with soluble CD23. J. Cell Biol. February 1999, 144 (4): 767–75 [2013-12-21]. PMC 2132927可免费查阅. PMID 10037797. doi:10.1083/jcb.144.4.767. (原始内容存档于2020-05-31). 

外部链接

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