MED24INfO

Интегрины — наиболее важные и полифункциональные молекулы адгезии (табл. 2.13). Интегрины соединяют внутреннюю и внешнюю среду клетки, проводя сигналы как изнутри клетки наружу, так и наоборот — из внекле-
точной среды внутрь клетки. Внутриклеточная часть интегринов связана с компонентами цитоскелета, что определяет многие функции этих молекул.
Таблица 2.13. Интегрины и их рецепторы, экспрессируемые лейкоцитами

Название, синонимы	Молекулярная масса	Распределение	Лиганды
Интегрины
LFA-1, aLP2, CD11a/CD18	180/95	Лимфоциты, NK-клетки, моноциты, макрофаги, дендритные клетки, нейтрофилы	ICAM-1, ICAM-2, ICAM-3, ICAM-5
Mac-1, aмв2, CD11b/CD18, CR3	170/95	Моноциты, макрофаги, нейтрофилы, NK-клетки, дендритные клетки	iC3b, фибриноген, гепарин и др.
p150,95, aXP2, CD11c/CD18, CR4	150/95	Моноциты, макрофаги, NK-клетки, дендритные клетки	iC3b, фибриноген, гепарин и др.
aDp2	Х/95	Моноциты, макрофаги, эозинофилы, нейтрофилы	ICAM-3, ICAM-1
VLA-1, ajPj CD49a/CD29	210/130	В-лимфоциты, моноциты, активированные Т-лимфоциты	Коллаген
VLA-2, a2Pj, CD49b/CD29, GPIa	160/130	Активированные Т-лимфо- циты, В-лимфоциты, моноциты	Коллаген
VLA-4, a4Pj, CD49d/CD29	150/130	Лимфоциты, моноциты, макрофаги, эозинофилы	VCAM-1, Фибронектин
VLA-5, a5Pj, CD49e/CD29	132/130	Т-лимфоциты, моноциты	Фибронектин
VLA-6, a6Pj, CD49f/CD29, GPIc	125/130	Т-лимфоциты, моноциты	Ламинин
LPAM-1, a4P7, CD49d/X,	180/120	Лимфоциты, моноциты, NK-клетки	MadCAM-1, фибронектин
HML-1, aEp7, CD103/X,	150/120	Внутриэпителиальные Т-лимфоциты	Е-кадхерин
Рецепторы интегринов
ICAM-1 (CD54)	94	Активированные эндотелио- циты, активированные лимфоциты	LFA-1, aDP2
ICAM-2 (CD102)	60	Эндотелиоциты, активированные лимфоциты, активированные моноциты	LFA-1
ICAM-3 (CD50)	124	Моноциты, макрофаги, дендритные клетки, нейтрофилы	LFA-1, aDP2
ICAM-5	97,3	Головной мозг	LFA-1
VCAM-1 (CD106)	100-110	Активированные эндотелио- циты	VLA-4
MadCAM-1	42,7	Кишечные эндотелиальные клетки	a4?7

Интегрины — трансмембранные гетеродимеры. Полипептидные цепи интегринов (а и в) соединены нековалентно. К настоящему времени известно 24 варианта интегринов, представляющих собой комбинации из 18 вариантов а- и 8 вариантов p-цепей. Только 3 типа в-цепей (рь в2 и в7) способны связывать различные а-цепи (рис. 2.15). Существует 3 варианта номенклатуры интегринов: используют традиционные обозначения, обычно связанные с обстоятельствами открытия данного интегрина; формулу, содержащую греческие обозначения полипептидных цепей, образующих данную молекулу; CD-номенклатуру. Например, LFA-1 (Lymphocyte function antigen 1; название связано с открытием этой молекулы в качестве участника реализации цитотоксической функции Т-лимфоцитов) обозначается также как а^-интегрин, или CD11a/CD18. Название молекулы VLA-4 (VLA — Very late activation antigen) имеет синонимы: а4в1-интегрин и CD49d/CD29.
Полипептидные цепи, образующие интегрины, содержат несколько доменов, группируемых в 2 отдела цепи — «голову», направленную наружу, и «ногу», прилежащую к мембране (рис. 2.16). «Нога» соединена с трансмембранным участком. Домены «головы» в а- и p-цепях имеют глобулярную структуру и отвечают за связывание лиганда. В а-цепи «голова» представлена в-пропеллерным доменом, названным так потому, что он сформирован семью p-слоями, свернутыми таким образом, что на модели они

Рис. 2.15. Способность полипептидных а- и p-цепей интегринов формировать гетеродимеры (см. текст)



Рис. 2.16. Схематичное изображение структуры интегринов


напоминают пропеллер. Из известных a-цепей интегринов 50% содержат дополнительный домен из 190 остатков (на рис. 2.15 отмечены малыми кружками), называемый аА, aI (inserted), или домен фон Виллебрандта. Он подсоединен к пропеллерному домену. Головной домен в-цепи структурно сходен с aI-доменом (его называют также pI-доменом). Он взаимодействует с в-пропеллерным доменом a-цепи. Участки «ноги» интегринов, примыкающие к мембране, образованы доменами эпидермального фактора роста. Длина цитоплазматического участка варьирует (обычно он короткий). Он взаимодействует с белком цитоскелета талином.
В молекулах, содержащих aI-цепь, именно она отвечает за связывание лиганда. aI-Цепь представляет в-слой, окруженный несколькими a-спиралями. aI-Домен содержит центр адгезии, зависимый от ионов двухвалентных металлов — MIDAS (Metal ion-dependent adhesion site). В физиологических условиях центр содержит ион Mg2+, скрепленный 5 связями с 3 петлями полипептидной цепи домена. При связывании лигандов их боковые цепи также взаимодействуют с Mg2+. В молекулах, не имеющих aI-домена, активный центр образован головными доменами a- и в-цепей, причем главная роль принадлежит aI-подобному домену в-цепи, содержащему центр MIDAS. В головной части молекул интегринов есть также «карманы» для связывания Са2+. Двухвалентные ионы, особенно Mg2+, имеют очень важное значение для функционирования активного центра и связывания лигандов.
Интегрины представлены на поверхности разных типов клеток, включая эпителиальные и нервные, но особенно важную роль интегрины и их рецепторы играют в функционировании клеток мезенхимального происхождения: лейкоцитов, тромбоцитов, клеток стромы и сосудистого эндотелия. На рис. 2.15 жирными линиями выделены интегрины, выявляемые на лейкоцитах. Наибольший интерес для иммунологии представляют интегрины семейств Pj и р2, присутствующие на поверхности иммуноцитов. Интегрины задействованы в различных реакциях, связанных с участием этих клеток в иммунных процессах: эмиграции лейкоцитов из кровотока и поступлении их в очаг воспаления, взаимодействии с клетками-мишенями, формировании иммунного синапса и т.д.
РгИнтегрины (молекулы группы VLA) взаимодействуют с компонентами межклеточного матрикса (фибронектином, ламинином, коллагеном, фибриногеном) и мембранным рецептором VCAM-1 (CD106). Эта молекула содержит 7 внеклеточных доменов, относящихся к суперсемейству иммуноглобулинов. VCAM-1 экспрессируется активированными клетками эндотелия. Из 11 вариантов Pj-интегринов широко представлено 6 (VLA-1 — VLA-6), из которых 5 (все, кроме VLA-3) характерны для лейкоцитов. Наиболее важную роль в физиологии нейтрофилов играет интегрин VLA-5, для моноцитов/макрофагов и лимфоцитов наиболее важен интегрин VLA-4, отсутствующий на нейтрофилах.
Р2-Интегрины (иногда называемые LeuCAM) представлены на поверхности лейкоцитов. Основной интегрин лимфоцитов LFA-1, присутствующий на всех разновидностях этих клеток, представлен и на поверхности моноцитов и макрофагов. Интегрин Мас-1 наиболее характерен для макрофагов (что отражено в его названии), но его выявляют и на других миелоидных и NK-клетках, а также перитонеальных В-лимфоцитах. Третий интегрин этой группы — р150/р95 — маркер дендритных клеток, но также представлен на других клетках миелоидного ряда. Мас-1 и р150/р95 служат рецепторами для комплемента (CR3 и CR4). В качестве рецепторов для р2-интегринов выступают мембранные молекулы, образующие группу ICAM (Intercellular adhesion molecules) (рис. 2.17), содержащую 5 членов — ICAM-1 (CD54), ICAM-2 (CD102), ICAM-3 (CD50), ICAM-4 (вещество эритроцитов Ландштейнера— Винера) и ICAM-5 (телеэнцефалин). Структурная основа этих молекул — домены, принадлежащие к суперсемейству иммуноглобулинов, число которых варьирует от 2 (для ICAM-2) до 9 (для ICAM-5). Молекулы ICAM (кроме ICAM-2) представлены на мембране в форме димера. На покоящихся эндотелиальных клетках представлен только ICAM-2, экспрессия остальных индуцируется под влиянием цитокинов (IL-1, TNFa, IFNy) или при действии других провоспалительных стимулов. Все разновидности ICAM могут секретироваться клетками и конкурентно тормозить процессы межклеточных взаимодействий. LFA-1 взаимодействуют со всеми молекулами семейства ICAM. Интегрины Мас-1 и р150/р95 распознают фрагмент компонента С3 комплемента — iC3b, а также фибрионоген и гепарин.
Интегрины группы р7 экспрессированы в основном на Т-лимфоцитах и играют важную роль в выборе направления миграции этих клеток. Интегрин аЕР7 служит «проводником» Т-лимфоцитов в слизистые оболочки; его рецептором служит Е-селектин. Т-лимфоциты мигрируют в слизис-





тую оболочку кишечника, только если на их поверхности экспрессируется а4Р7-интегрин, распознающий гликозилированный адрессин MadCAM (уникальность экспрессии этого адрессина на эндотелии сосудов кишечника и определяет избирательность миграциии а4Р/ клеток в кишечнике), а также L-селектин. Особенность структуры молекулы MadCAM состоит в чередовании доменов суперсемейства иммуноглобулинов и муцинов.
Еще один вариант иммуноглобулинподобных молекул, связанных с системой интегринов, — PeCAM (Platelet-endothelial cell adhesion molecule; CD31). PeCAM участвует в гомотипическом взаимодействии (т.е. связывается с PeCAM на поверхности другой клетки), но может распознаваться и другими молекулами, например, витронектином (интегрин avP3).
Некоторые интегрины (в частности, Pj и р2) распознают в молекуле рецепторов последовательность RGD (Arg—Gly—Asp), присутствующую в составе молекул межклеточного матрикса и белков системы комплемента. Однако связывание интегринов с молекулами ICAM и VCAM от RGD не зависит. RGD часто применяют в исследованиях в качестве «суррогатного» лиганда интегринов.
Интегрины существуют в клетке в неактивной и активной формах (для некоторых интегринов описано промежуточное состояние). В покоящихся клетках (например, циркулирующих лейкоцитах) связывающая способность молекулы низка, но достаточна, чтобы обеспечить взаимодействие со своими рецепторами на поверхности эндотелиальных клеток. В результате формируется кластер из нескольких молекул интегрина и генерируется сигнал, направленный снаружи внутрь клетки. Через цитоплазматический домен сигнал достигает талина — молекулы цитоскелета, связанной одним концом с интегрином, а другим — с актином. В результате происходит реорганизация цитоскелета, что индуцирует сигналы, направленные изнутри наружу, при

водящие к повышению сродства рецептора к лиганду. Аналогичные процессы развиваются также при действии цитокинов, особенно хемокинов. С молекулой интегрина при этом происходят конформационные изменения.
Рентгеноструктурный анализ показал, что при неактивном состоянии молекулы «нога» интегрина «согнута» таким образом, что «голова» располагается близко к мембране (рис. 2.18). Под влиянием эндогенных активационных сигналов происходит «разгибание» «ноги» и молекула переходит из согнутой конфигурации в развернутую. Однако при этом активный центр малодоступен для лиганда — головная часть молекулы остается закрытой. Следующий этап активации состоит в переходе к открытой конфигурации связывающих центров интегрина. Условие его осуществления — пространственное «расхождение» «ног» а- и p-цепей интегрина. В молекулах, лишенных aI-домена, следующее за этим конформационное изменение затрагивает преимущественно p-цепь, в результате чего активный центр MIDAS становится доступным для лиганда (открытым). В молекулах, имеющих aI-домен, активность этого домена регулируется MIDAS-центром p-цепи с участием эндогенного лиганда — инвариантного остатка глутаминовой кислоты а7-спирали aI-домена. Связывание этого лиганда с MIDAS p-цепи вызывает

Рис. 2.18. Структурные основы активации молекул интегринов. Разъяснения см.


в тексте

последовательную активацию MIDAS сначала в Р-, затем в a-цепи. Эти процессы обусловливают переход закрытой конфигурации «головы» интегрина в открытую, что сопровождается значительным повышением его сродства к лигандам (см. рис. 2.18). Описанная активация интегринов обратима: при повышении внутриклеточного содержания цАМФ интегрины переходят в неактивную форму, что способствует ослаблению контакта между клетками и прекращению их взаимодействия.
При активации сродство интегринов к лигандам может повышаться на несколько порядков; при этом скорость диссоциации уменьшается в 30—100 раз. Это способствует установлению прочного контакта интегрина с рецептором. Такой контакт не только обеспечивает надежную адгезию взаимодействующих клеток, но и служит источником вспомогательных сигналов, поступающих внутрь клетки и способствующих ее активации. Для генерации таких сигналов необходимо установление контактов активированного интегрина с мембранными молекулами, содержащими в своей цитоплазматической части активационный мотив (участок) ITAM, поскольку сами интегрины не имеют аналогичных мотивов для передачи сигнала. Однако к цитоплазматической части интегринов примыкают тирозинкиназы — ферменты, обусловливающие фосфорилирование белков и тем самым переводящие их в активное состояние (подробнее о киназах см. раздел 3.4.2.1). С интегринами связаны киназы семейства Src. При активации Src-киназы вызывают фосфорилирование упомянутого мотива ITAM, взаимодействующего с киназами семейства Syk, передающими сигнал далее. Последующие механизмы передачи сигнала аналогичны таковым при активации любых клеток.
Конечная реакция в миелоидных клетках определяется набором экспрессируемых генов и активируемых молекул. Она заключается в прочной адгезии, дегрануляции клеток, развитии окислительного взрыва и других проявлениях реакций миелоидных клеток, вовлеченных в воспалительный процесс, которые будут рассмотрены ниже. Как правило, активация клеток, обусловленная передачей сигнала через интегрины «извне внутрь», составляет компонент более сложного комплекса активирующих воздействий, включающих распознавание PAMP, действие хемокинов и провоспалительных цитокинов.