Présentation des Intégrines

Présentation des Intégrines

• Les intégrines appartiennent à la superfamille des protéines d'adhérence cellulaire.
• Cette superfamille inclut aussi les CAM (Ig), les cadhérines, les sélectines, les claudines, les occludines, et les connexines.
• Elles assurent la liaison des cellules à la matrice extracellulaire ou à d'autres ligands, qu'ils soient solubles ou non.
• Elles permettent l'interaction avec la MEC et le cytosquelette cellulaire.

Généralités sur les Intégrines

• L'interaction entre les intégrines et leurs ligands permet l'interaction physique entre la cellule et son environnement.
• Cette interaction assure les tensions nécessaires au mouvement cellulaire.
• Elle conduit à l'organisation de complexes de signalisation qui contrôlent la différenciation, la viabilité, et la prolifération cellulaires.
• Les intégrines participent au maintien de la cohésion tissulaire et à la migration cellulaire.
• Elles sont impliquées dans de nombreux processus physiologiques, comme le développement embryonnaire, l'inflammation, l'agrégation plaquettaire et la vascularisation des tissus.
• Les intégrines sont impliquées dans de nombreux processus pathologiques et constituent des cibles thérapeutiques potentielles.

Structure des Intégrines

• Les intégrines sont des glycoprotéines membranaires hétérodimériques.
• Elles sont composées de deux sous-unités associées de façon non covalente, α et β.
• La partie N-terminale extracellulaire reconnaît le ligand, avec environ 1000 AA pour la sous-unité α et 700 AA pour la sous-unité β.
• La partie C-terminale intracellulaire interagit avec le cytosquelette et différentes voies de signalisation.

Structure Détaillée des Sous-Unités

• La sous-unité α a une masse de 120 à 180 kDa.
• La sous-unité β a une masse de 90 à 115 kDa.
• Les deux sous-unités participent à la reconnaissance du ligand.
• La sous-unité β interagit avec le tonneau β et se lie au ligand en l'absence du domaine I dans la sous-unité α.
• La sous-unité α a une répétition de 7 motifs Phe-Gly et Gly-Ala-Pro, sites de liaison du Ca2+.
• La sous-unité α peut contenir un domaine supplémentaire (domaine I) qui lie Mg2+ et conditionne l'interaction avec le ligand.
• La sous-unité β est riche en Cys, maintient la forme active de l'intégrine, et se localise au niveau des plaques d'adhésion focales pour la signalisation.

Famille des Intégrines

• Le génome humain comprend 24 ss-unités α et 9 ss-unités β.
• Seules 18 ss-unités α et 8 ss-unités β sont connues au niveau protéique.
• Elles peuvent s'associer entre elles pour former 24 hétérodimères distincts.
• Les sous-unités α 1, 2, 10, 11, L, M, X, D et E portent le domaine I (ou αA-domain).
• Les intégrines sont classées selon leur ressemblance fonctionnelle en intégrines à laminine, à collagène, reconnaissant les motifs Arg-Gly-Asp (RGD), et leucocytaires.
• Une autre classification est basée sur la nature de la ss-unité β.

Dimères d'Intégrines Humaines

• La nomenclature est basée sur l'identité des deux sous-unités.
• Un motif RGD est présent sur des protéines de la MEC (fibronectine, vitronectine) ou non (fibrinogène, LAP du TGFβ).
• Certaines intégrines ont une appellation CD (Cluster of Differentiation) utilisée pour les Ag de surface des leucocytes.
• αLβ2 (LFA-1, CD11a) permet l'adhésion des leucocytes aux cellules endothéliales.
• α2β1 (VLA-2, CD49b), α4β1 (VLA-4, CD49d), α5β1 (VLA-5, CD49e) et αIIbβ3 (gpIIb/IIIa) sont d'autres exemples.

Glycosylation des Intégrines

• Les intégrines subissent des modifications post-traductionnelles, notamment des N-glycosylations, qui conditionnent la maturation de la protéine, sa localisation, la formation du dimère, et son affinité pour le ligand.
• Un exemple est la glycosylation du domaine tonneau de la ss-unité alpha5, essentielle pour la fonction de l'intégrine et son adressage à la membrane.
• L'inactivation d'une des glycosyl-transférases impliquées modifie l'adhérence et altère la motilité cellulaire.
• La fixation de résidus d'acide sialique, par des sialidases présentes dans les microdomaines membranaires, module la signalisation induite.
• La sialilation de α6β4 permet de phosphoryler FAK et Shc, potentialisant le signal de prolifération.

Ligands Extracellulaires des Intégrines

• Les domaines extracellulaires des intégrines peuvent se lier à différents types de ligands ou à d'autres molécules d'adhérence.
• Les ligands principaux pour l'intégrine β1 sont laminine, fibronectine, collagène et VCAM-1.
• Les ligands principaux pour l'intégrine β2 sont ICAMs 1, 2 et 3, fibrinogène et C3bi.
• Les ligands principaux pour l'intégrine β3 sont fibrinogène, fibronectine, vitronectine, facteur von Willebrand, thrombospondine et PECAM-1.
• L'intégrine β4 se lie principalement à la laminine.
• L'intégrine β5 se lie principalement à fibronectine et vitronectine.
• L'intégrine β6 se lie principalement à la fibronectine.
• L'intégrine β7 se lie principalement à fibronectine et VCAM-1.
• Ces intégrines à la surface des cellules sous forme inactive nécessitent un signal pour être activées.

Signalisation Bidirectionnelle des Intégrines

• Les intégrines inactives deviennent actives lors de la liaison à un ligand.
• La liaison à la matrice induit le recrutement de protéines adaptatrices comme la taline.
• Le regroupement des intégrines forme un adhésome (FAK, etc.).
• Les intégrines sont impliquées dans la signalisation "inside-out" (interactions cytoplasmiques diverses) et "outside-in".

Conformation et Activation des Intégrines

• La conformation des intégrines modifie leur affinité pour un ligand.
• La plupart des intégrines ne sont pas actives de manière constitutive et sont exprimées sous une forme inactive à la surface cellulaire.
• L'activation nécessite de rompre l'interaction entre la tête globulaire de l'intégrine et sa queue pour permettre l'accessibilité aux cations et au ligand.
• Cette activation dépend de l'association de la partie cytoplasmique des intégrines avec des protéines de signalisation, souvent activées par des récepteurs couplés aux protéines G.

Exemple: VLA-4 (alpha4-beta1)

• Les ligands principaux sont fibronectine et VCAM-1 (molécule d'adhérence vasculaire).
• Son expression augmente au stade tardif de l'activation des lymphocytes T.
• L'interaction avec le V-CAM des cellules endothéliales permet leur pénétration tissulaire.

Signalisation

• L'unité β est le principal site de liaison des protéines du cytosquelette et des molécules de signalisation. Plus de 21 partenaires identifiés)
• La sous-unité α ayant un rôle plus régulateur.
• les intégrines ne possèdent pas intrinsèquement d'activité enzymatique
• Elles constituent un point d’ancrage de nombreux partenaires cytoplasmiques
• Protéines de liaison à l’actine, en particulier la taline (en interaction avec l’actine et la vinculine) et l’α-actinine.
• Les domaines cytoplasmiques des protéines de Signalisation : β1, β3 et β5 -> phosphorylation de la Focal Adhesion Kinase (FAK), les GEF des GTPases ARF...
• En cas d’adhésion à la matrice, les GEB des GTPases ARF lient également ILK (Integrin Linked Kinase).
• Autres ( cavéoline-1, paxilline, CD98...
• Le microdomaine a plus de 150 protéines reliées par 690 interactions.

Liaison au Cytosquelette

• Sauf pour α6β4, les intégrines sont liées aux filaments d'actine via des protéines comme la taline, la filamine, l'α-actinine, et la tensine.
• Chaque protéine favorise un type d'architecture différent pour l'actine.
• La réorganisation de l'actine entraîne l'agrégation des intégrines au niveau de la membrane (complexe d'adhésion focal) dans une boucle de rétroaction positive.

Taline

• Deux protéines différentes, codées par des gènes différents: TLN1 ubiquitaire(270kDa) et TLN2 musculaire(272kDa)
• Protéines O-glycosylée, forment des dimères capables d’interagir avec de nombreuses protéines dont l’actine et la vinculine, et deux sites d’interaction avec les intégrines.
• Une forme est présentée par la cellule et se replie.
• La phosphorylation de la taline par la PIPkinase (phosphatidylinositol-phosphate -kinase) favorise son interaction avec l'intégrine

Rôles de la Taline

• Protéine multifonctionnelle ayant un rôle central dans l'adhérence cellulaire.
• Elle co-localise avec les intégrines dans les sites d'adhérence et au niveau des invadopodes.
• Assure la connexion du cytosquelette d'actine aux intégrines.
• Interagit avec de nombreux partenaires, dont le filament d'actine et les régulateurs de la dynamique de l'actine (alpha-actinine, vinculine, filamine).
• Interagit avec les integrines, signalisation FAK et sous-unité bêta des intégrines ; semble aussi jouer un rôle important dans régulation et activation des intégrines.

FAK (Focal Adhesion Kinase)

• Protéine ubiquitaire à activité Tyr kinase, présente au niveau des points d'adhésion focaux.
• Elle se lie à la taline et la paxilline.
• La liaison est nécessaire à son activation.
• L'autophosphorylation libère un site de liaison aux protéines Src.
• Elles vont phosphoryler d'autres résidus Tyr -> liaison à d'autres protéines
• Conduit à l'activation des voies Pi3K, MAPK, des petites GTPases Rho, Rac et cdc42.
• Le complexe FAK/Src est impliqué dans le désassemblage des points d'adhésion focaux lorsque la cellule migre.

Association du Complexe Intégrine-Taline-FAK

• La liaison de l'intégrine à son ligand provoque la phosphorylation de la FAK.
• La taline lie la PIP kinase.
• La FAK active la PIP kinase, qui produit le PIP2.
• Le PIP2 se lie à la taline et renforce l'association taline-intégrine, ainsi qu'à la vinculine, qui se lie à la taline, à l'actine et à Arp2/3 → élongation du filament d'actine.

Intégrines et Cycle Cellulaire

• La MEC est un régulateur majeur de la balance entre prolifération et quiescence cellulaire.
• LesCDK1 sont des protéines régulatrices du cycle cellulaire.
• Elles sont responsables de l'assemblage des adhésomes.

Rôle des Intégrines et Cycle Cellulaire

• La CDK1 régule les points d’adhésion focaux
• Phosphorylation d’une centaine de protéines comme les Protéines régulatrices * de l’assemblage du complexe d’adhésion focale (kindlin)
• Le désassemblage et l'arrondissement du corps cellulaire se déroule parallèlement à la mitose

Anoïkose

• Forme particulière d'apoptose, déclenchée par la perte de contact de la cellule avec la matrice ou d'autres cellules, entraînant une perte de signalisation via les intégrines.
• Les intégrines stimulent plusieurs voies (dont PI3K/Akt et MEK/Erk) qui inactivent les protéines pro-apoptotique.
• Si les signaux sont diminués (perte de l'interaction cellule-matrice) peut induire inhibition de FAK, perte voies stimulation des antiapoptiques comme perturbation, perturbations dans squelette, libération sensibilisateurs, activation caspase 8

ILK (Integrin Linked Kinase)

• Multi-casquette , effet multifonctionnel, se retrouve points d’adhésion focaux activé par intégrines.
• Contrôle division cellulaire, la prolifération, la vie et différenciation.
• Elle agit aussi lors, ou avec les récepteurs Tyr kinase
• ILK, surexprimée si cancer.

Résumé des Fonctions des Intégrines

• Les intégrines constituent une plate-forme bidirectionnelle de signalisation, régulant l'interaction avec la matrice et contrôlant l'adhésion cellulaire.
• Elles régulent des processus dynamiques (migration, invasion) et les voies de survie et de prolifération cellulaires.
• Elles peuvent également moduler des signaux médiés par d'autres récepteurs membranaires comme ceux des facteurs de croissance.
• L'assemblage spécifique des protéines contribue à stimuler de nombreuses voies de signalisation, ce qui déclenche des signaux spécifiques à un type cellulaire donné.

Rôle des Intégrines en Pathologie Humaine

• Un exemple est la glycoprotéine IIb/IIIa, une intégrine trouvée à la surface des plaquettes.

La glycoprotéine IIb/IIIa

• La glycoprotéine IIb/IIIa ( l’integrine aiibB3) est à la surface des plaquettes qui est activées par l’ADP.
• Changement de conformation via liaison de collagène avec alpha 2 bêta 1.
• Il y a ensuite une liaison de fibrinogène avec en dernier, l’aggrégation plaquettaire.

Inhibiteurs des gp IIb/IIIa

• Les inhibiteurs pharmacologiques (abcicimab, eptifibatide et tirofiban) permettent un contrôle des aggrégations de plaquettes.
• L’Aspirine est aussi un anti-aggrégant.
• Utilisé pour les risques Prévention cardiovasculaire (antiaggrégants plaquettaires).

Déficit en gp IIb/IIIa

• Le thrombasthénie se voit dans les zones suivantes: iraiiennes Indiennes et en Israël, le problème est dans transfusions HLa compatibles

• Le déficit alpha Iib ou betta IIIa voit faible expression.

• Des autoanticorps contre cette intégrine se manifestent par hémmoragies.

Intégrines et Cancers

• De nombreuses intégrines sont surexprimées sur les cellules cancéreuses (selon l'origine).
• Elles maintiennent l'expression d'intégrines épithéliales normales ou expriment des intégrines peu exprimées (ανβ3, ανβ6, a5β1, ανβ5, α6β4).
• Elles participent à l'invasivité, la multiplication et la résistance à l'apoptose et peuvent être des cibles thérapeutiques..