Name: how integrins link cells to their environment
Uploaded: 2023-04-30T11:54:20.000Z
Duration: 1 min 15 s
Channel: JoVE

Damit eine Zelle durch die EZM wandern kann, muss die Bindung der Zelle an die EZM schnell hergestellt und unterbrochen werden.
Dies wird durch membrangebundene Integrine erleichtert, die schnell zwischen einem aktiven Zustand, der Bindungen bildet, und einem inaktiven Zustand, der dies nicht tut, übergehen.
Bei der inaktiven Konformation sind die Schwänze des Integrin-Dimers kompakt miteinander verriegelt, wodurch verhindert wird, dass Integrin EZM-Proteine oder Zytoskelettfilamente bindet.
Integrine können von außerhalb der Zelle im "Outside-In"-Mechanismus oder intern im "Inside-Out"-Mechanismus aktiviert werden.
Im "Outside-in"-Mechanismus binden EZM-Proteine wie Fibronektin an die extrazelluläre Domäne des Integrins. Die Schwänze lösen sich, und das Integrin wechselt von einem inaktiven in einen aktiven Zustand, wodurch die Bindungsstellen für zytosolische Adapterproteine freigelegt werden.
Umgekehrt binden Adapterproteine wie Talin im "Inside-Out"-Mechanismus die zytosolische Beta-Kette des Integrins, wodurch die Alpha-Beta-Verbindung aufgebrochen und die Integrin-Beine auseinander gedrückt werden. Das aktive Integrin kann nun EZM-Proteine binden.

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	<li>Ginsberg, M. H., Rebhuhn, A., & Shattil, S. J. (2005). Regulierung von Integrinen. Aktuelle Meinung in der Zellbiologie, 17(5), 509-516.</li>
	<li>David G. Menter, Raymond N. DuBois, "Prostaglandine in Cancer Cell Adhesion, Migration, and Invasion", International Journal of Cell Biology, Bd. 2012, Artikel-ID 723419, 21 Seiten, 2012. <a href="https://doi.org/10.1155/2012/723419">https://doi.org/10.1155/2012/723419</a></li>
	<li>Campbell, I. D., & Humphries, M. J. (2011). Struktur, Aktivierung und Wechselwirkungen von Integrinen. Perspektiven von Cold Spring Harbor in der Biologie, 3(3), a004994.</li>
</ol>

aktivierung von integrinen

Activation of Integrins

Integrine binden Liganden und übertragen Informationen von außerhalb der Zelle nach innen oder umgekehrt durch eine „Outside-In-Signalisierung“ oder „Inside-Out-Signalisierung“.

Bei der „Outside-In-Signalisierung“ binden externe Faktoren im extrazellulären Raum an exponierte Ligandenbindungsstellen auf Integrinen. Dies führt dazu, dass das inaktive Protein eine Konformationsänderung durchläuft, um aktiv zu werden. Integrine sind häufig auf der Zellmembran geclustert. Wiederholte und regelmäßig stattfindende Ligandenbindungsereignisse sorgen für einen wirksamen Stimulus. Wenn die Zelle auf verschiedene extrazelluläre Signale trifft, beeinflussen aktivierte Integrine zelluläre Eigenschaften wie Zellpolarität, Zytoskelettstruktur, Adhäsion, Migration, Invasion, Genexpression, Zellüberleben und Proliferation.

„Inside-out-Signalisierung“ hängt von intrazellulären Aktivatoren wie Zytoskelett-Adapterproteinen wie Talin oder Kindlins ab. Taline enthalten Bindungsstellen für die zytosolischen β-Integrindomänen, eine hochkonservierte C-terminale Aktin-Bindungsstelle und eine Vinculin-Bindungsstelle. Kindlin umfasst zytosolische Schwanzbindungsstellen des β-Integrins in seinen F3-Domänen, Membranbindungsdomänen und einen C-Terminus, der mit Integrinen, Aktinadapterproteinen oder Integrin-verknüpfter Kinase (ILK) interagiert. Kindlin interagiert mit der zytoplasmatischen Domäne des β-Integrins und stabilisiert den aktivierten Zustand des Integrinkomplexes. „Inside-out-Signalisierung“ kann die Integrin-vermittelte Adhäsion mit extrazellulären Liganden stärken, die die notwendige Kraft für Zellmigration, Invasion, ECM-Zusammenbau und Umbau übertragen.

Angepasst aus Abschnitt 9.1 Signalmoleküle und zelluläre Rezeptoren, Openstax Biology für AP

Aktivierung von Integrinen

Integrine binden Liganden und übertragen Informationen von außerhalb der Zelle nach innen oder umgekehrt durch eine "Outside-In-Signalisierung" oder ...

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Cell-Matrix Interactions

Zell-Matrix-Interaktionen

KEY TERMS AND CONCEPTS

KERNBEGRIFFE UND KONZEPTE

how integrins link cells to their environment

Integrins help cells connect with their environment and send signals across the cell membrane. They can carry information from outside the cell to the inside, or from inside the cell to the outside. These two paths are called outside-in signaling and inside-out signaling.

In outside-in signaling, molecules in the extracellular space bind to exposed ligand-binding sites on integrins. A ligand is a molecule that binds to a protein. This binding makes the inactive integrin change shape and become active. Integrins are often grouped in clusters on the cell membrane, and repeated ligand binding can create a strong signal.

Once integrins are activated, they can affect many cell features. These include cell polarity, cytoskeletal structure, adhesion, migration, invasion, gene expression, cell survival, and proliferation. This is why integrin signaling matters for how cells respond to their surroundings.

Inside-out signaling depends on internal activators such as the cytoskeletal adaptor proteins talin and kindlin. Talin has binding sites for the beta integrin cytosolic domains, a conserved C-terminal actin-binding site, and a vinculin-binding site. Kindlin has beta integrin cytosolic tail binding sites in its F3 domains, membrane-binding domains, and a C-terminus that can interact with integrins, actin adaptor proteins, or integrin-linked kinase (ILK).

Kindlin also binds the beta integrin cytoplasmic domain and helps keep the integrin complex in its activated state. Inside-out signaling can strengthen integrin-mediated adhesion to extracellular ligands. That stronger attachment helps provide the force needed for cell migration, invasion, ECM assembly, and remodeling.

How Integrins Link Cells to Their Environment

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overview of cell-matrix interactions

ECM Proteins and Cell Signaling

The extracellular matrix, or ECM, is the material that helps hold cells together in a tissue. It also lets cells in that tissue communicate with one another. The ECM contains proteins such as fibronectin, collagen, and laminin. Collagen is the most abundant protein in this space. Collagen fibers are woven together with proteoglycans, which are protein molecules with carbohydrates attached. This mix gives the ECM its structure. It also supports cell migration and provides a scaffold for cell...

integrins

Integrins in Cell Adhesion

Integrins help animal and protozoan cells attach to the extracellular matrix, or ECM. These cells do not have cell walls, so the ECM helps maintain shape and provide structural stability. The ECM is a sticky network of carbohydrates and proteins found between adjacent cells. Some ECM proteins form a basement membrane, and other ECM parts adhere to it. Proteoglycans make up much of the ECM, while fibrous proteins such as collagen give it strength. Fibronectin connects proteoglycans and collagen...

activation of integrins

Integrins help cells connect with their environment and send signals across the cell membrane. They can carry information from outside the cell to the inside, or from inside the cell to the outside. These two paths are called outside-in signaling and inside-out signaling. In outside-in signaling, molecules in the extracellular space bind to exposed ligand-binding sites on integrins. A ligand is a molecule that binds to a protein. This binding makes the inactive integrin change shape and become...

intracellular signaling affects focal adhesions

intracellular-signaling-affects-focal-adhesions

Integrins Trigger Focal Adhesion Signaling

Integrins trigger focal adhesion signaling at the cell membrane. These membrane receptors sit in the phospholipid bilayer with hydrophobic regions that match the membrane interior. They provide attachment sites for outside signals such as hormones and growth factors. When these effectors bind and become active, integrins can start response pathways inside the cell. Some integrin-driven pathways support cell growth and help cells survive. The signal begins at the membrane, but G-proteins and...

anchoring junctions

Cell Adhesion in Anchoring Junctions

Anchoring junctions are multiprotein complexes that help cells connect to other cells and to the extracellular matrix. They sit on the lateral and basal surfaces of cells. These junctions create strong, flexible links that help maintain tissue stability and integrity. Focal adhesions often form when cells interact with the extracellular matrix, or ECM, substrata. These contacts can start signal transduction through kinase cascades and other pathways. Together, these junctions help cells stay...

cell-matrix's response to mechanical forces

cell-matrix-s-response-to-mechanical-forces

Focal Adhesions and Cell Mechanics

Focal adhesions help animal cells connect to the extracellular matrix and sense mechanical forces. The extracellular matrix, or ECM, sits outside cells and helps tissues withstand stress. It also sends signals from outside the cell to the inside. The ECM is large and its makeup changes from one tissue to another. In loose connective tissue, reticular fibers and ground substance form the ECM. In bone tissue, collagen and bone minerals make up the ECM. Anchoring junctions hold a cell to the...

key terms and concepts

Learn how integrins use outside-in and inside-out signaling to change shape, strengthen adhesion, and support cell migration and survival.

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JoVE Core Zellbiologie veranschaulicht komplexe zelluläre Prozesse in leicht verständlichen und dennoch umfassenden animierten Videolektionen. Diese Sammlung konzentriert sich auf die wesentlichen Bestandteile und Funktionen von Zellen, einschließlich Organellen und Membranen, Zelltransport und Zellenergie. Ergänzt wird sie durch Videos von Wissenschaftlern in Aktion, die die Anwendung der Zellbiologie in realen Forschungsexperimenten demonstrieren.

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