Base molecular para ligação do receptor de adesão da integrina ao p21

Biologia das Comunicações, volume 5, número do artigo: 1257 (2022) Citar este artigo

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Os receptores de adesão da integrina fornecem ligações entre ligantes extracelulares e sinalização citoplasmática. Descobriu-se que múltiplas quinases se envolvem diretamente com as caudas β da integrina, mas a base molecular para essas interações permanece desconhecida. Aqui, avaliamos a interação entre o domínio quinase da quinase 4 ativada por p21 (PAK4) e a cauda citoplasmática da integrina β5. Determinamos três estruturas cristalinas de complexos de integrina PAK4-β5 e identificamos o sítio de ligação de PAK. Esta é uma região na metade proximal da membrana da cauda β5 e confirmada por mutagênese dirigida ao local. A cauda β5 engata no sulco de ligação ao substrato da quinase e posiciona o resíduo de integrina não fosforilável Glu767 no sítio fosfoacceptor. Consistente com isto, a integrina β5 é fracamente fosforilada pela PAK4 e, de acordo com a sua capacidade de ocluir o local de ligação ao substrato, inibe fracamente a atividade da quinase. Estas descobertas demonstram a base molecular para as interações integrina β5-PAK4, mas sugerem modificações na compreensão do potencial papel celular desta interação.

Os receptores de adesão da integrina são os principais mediadores da adesão célula-substrato e desempenham papéis vitais no controle da morfologia, migração e diferenciação celular1,2,3,4. É importante ressaltar que, ao se ligarem a ligantes extracelulares através de suas porções extracelulares multidomínios complexas e associarem-se a estruturas de sinalização intracelular, proteínas do citoesqueleto e enzimas através de suas caudas citoplasmáticas curtas, essas glicoproteínas heterodiméricas transmitem força mecânica e sinais bioquímicos bidirecionalmente através da membrana plasmática5,6,7 . A sinalização de dentro para fora envolve a interação da cauda citoplasmática da subunidade β da integrina com proteínas que aumentam (por exemplo, talina, kindlin) ou reduzem (por exemplo, filamina, ICAP1) a afinidade da integrina por ligantes extracelulares8,9; as ferramentas da biologia estrutural provaram ser centrais para a compreensão de como esses efeitos ocorrem e para a definição da mecânica da sinalização de dentro para fora no nível molecular10,11,12,13,14,15. Demonstrou-se que a sinalização de fora para dentro envolve a ativação de cascatas de sinalização intracelular desencadeada por ligantes extracelulares, em grande parte através das interações das caudas da integrina β com sinalização citoplasmática e redes de proteínas adaptadoras . Técnicas de biologia estrutural têm sido utilizadas para estudar os mecanismos dessas ações, mas a base para a sinalização de fora para dentro permanece menos compreendida do que a sinalização de dentro para fora .

O grupo de serina / treonina quinases ativadas por p21 (PAK) desempenha papéis importantes na adesão celular, motilidade, crescimento e sobrevivência . Estas quinases estão funcionalmente sob o controle de pequenas GTPases da família Rho, embora a base molecular da regulação seja diferente entre o grupo , e acredita-se que sua atividade seja impactada por outros parceiros de ligação . Além de suas funções como enzimas, as PAKs também modulam a sinalização agindo como proteínas adaptadoras . Assim, semelhante às integrinas, a função da PAK é influenciada por uma série de proteínas parceiras. Notavelmente, interações entre a cauda citoplasmática da integrina β5 e o domínio quinase PAK4 foram detectadas em ensaios de levedura 2-híbridos, por pull-down com caudas β5 recombinantes e por co-imunoprecipitação . Esta ligação tem sido implicada no controle da atividade da PAK4 mediada pela adesão e na motilidade celular, mas os insights mecanicistas têm sido limitados devido à falta de informações detalhadas sobre a interação.

A função da integrina pode ser modulada por suas caudas citoplasmáticas interagindo e sendo fosforiladas por proteínas quinases . Estudos de PAK4 sugerem ligação direta à cauda citoplasmática da integrina β5 seguida de fosforilação direcionada de seus resíduos de serina35. Da mesma forma, foi demonstrado que a tirosina quinase não receptora, Arg, se liga diretamente à cauda citoplasmática da integrina β1, levando à fosforilação da tirosina da cauda β1 mediada por Arg . Em contraste, as interações não catalíticas entre as caudas da integrina β1 e o domínio da pseudoquinase da ILK foram implicadas no controle independente da fosforilação da sinalização da integrina , sugerindo que a ligação não catalítica entre os receptores da integrina e os domínios da quinase tem o potencial de fornecer modos não canônicos adicionais de modulação de sinal para integrinas e quinases. Estes exemplos representam diferentes mecanismos potenciais de interacção integrina cauda-quinase, mas até agora estas interacções resistiram ao estudo a nível molecular. Portanto, utilizamos uma abordagem direcionada à estrutura para sondar as interações da cauda da integrina β5 com o PAK4. Determinamos uma série de estruturas cristalinas e observamos um modo inesperado de interação com parceiros de ligação à quinase; descobrimos que a cauda citoplasmática da integrina β5 envolve o sulco de ligação ao substrato da PAK4 de uma maneira incomum que não permite a fosforilação da integrina e inibe a atividade da PAK4 contra outros substratos, resolvendo a base molecular de como a PAK4 pode interagir com os receptores da integrina.