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

セルが ECM を介して移行するには、セルの ECM へのアタッチを迅速に作成し、解除する必要があります。
これは、膜結合型インテグリンが、付着を形成する活性状態とそうでない不活性状態との間を急速に移行することによって促進されます。
不活性コンフォメーションでは、インテグリンダイマーのテール部がコンパクトにロックされているため、インテグリンがECMタンパク質や細胞骨格フィラメントに結合するのを防ぎます。
インテグリンは、「アウトサイドイン」メカニズムで細胞外から活性化することも、「インサイドアウト」メカニズムで細胞内から活性化することもできます。
「アウトサイドイン」メカニズムでは、フィブロネクチンのようなECMタンパク質がインテグリンの細胞外ドメインに結合します。テールが外れ、インテグリンが不活性状態から活性状態に切り替わり、細胞質アダプタータンパク質の結合部位が露出します。
逆に、「インサイドアウト」メカニズムでは、タリンのようなアダプタータンパク質がインテグリンの細胞質β鎖に結合し、α-β結合を切断し、インテグリンの脚を強制的に引き離します。活性インテグリンは、ECMタンパク質に結合できるようになりました。

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	<li>ギンズバーグ、MH、パートリッジ、A.、およびシャッティル、SJ(2005)。インテグリンレギュレーション。細胞生物学における現在の意見, 17(5), 509-516.</li>
	<li>David G. Menter, Raymond N. DuBois, "Prostaglandins in Cancer Cell Adhesion, Migration, and Invasion," International Journal of Cell Biology, vol. 2012, Article ID 723419, 21 pages, 2012. <a href="https://doi.org/10.1155/2012/723419">https://doi.org/10.1155/2012/723419</a></li>
	<li>キャンベル、ID、およびハンフリーズ、MJ(2011)。インテグリンの構造、活性化、および相互作用。生物学におけるコールドスプリングハーバーの展望, 3(3), a004994.</li>
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インテグリンの活性化

Activation of Integrins

インテグリンはリガンドと結合し、「アウトサイドインシグナル伝達」または「インサイドアウトシグナル伝達」を通じて細胞の外側から内側へ、またはその逆に情報を伝達します。

「アウトサイドインシグナル伝達」では、細胞外空間の外部因子がインテグリン上の露出したリガンド結合部位に結合します。 これにより、不活性なタンパク質が構造変化を受けて活性化されます。 インテグリンは多くの場合、細胞膜上にクラスター化されています。 定期的に繰り返されるリガンド結合イベントは、効果的な刺激を与えます。 細胞がさまざまな細胞外シグナルに遭遇すると、活性化されたインテグリンが細胞極性、細胞骨格構造、接着、遊走、浸潤、遺伝子発現、細胞生存、増殖などの細胞特性に影響を与えます。

「インサイドアウトシグナル伝達」は、タリンやキンドリンなどの細胞骨格アダプタータンパク質などの細胞内活性化因子に依存します。 タリンには、β インテグリン サイトゾル ドメインの結合部位、高度に保存された C 末端アクチン結合部位、およびビンキュリン結合部位が含まれています。 キンドリンには、F3 ドメイン、膜結合ドメイン、およびインテグリン、アクチンアダプタータンパク質、またはインテグリン結合キナーゼ (ILK) と相互作用する C 末端に、β インテグリンのサイトゾル尾部結合部位が含まれています。 Kindlin は、β インテグリンの細胞質ドメインと相互作用し、インテグリン複合体の活性化状態を安定化します。 「インサイドアウトシグナル伝達」は、インテグリンを介した細胞外リガンドとの接着を強化し、細胞の遊走、浸潤、ECMの構築、リモデリングに必要な力を伝達します。

Openstax Biology for APのセクション9.1「シグナル伝達分子と細胞受容体」より引用

インテグリンはリガンドを結合し、「アウトサイドインシグナル伝達」または...

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KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語と概念

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 細胞生物学は、複雑な細胞プロセスを、わかりやすく包括的なアニメーション ビデオ レッスンで説明します。このコレクションは、細胞小器官や膜、細胞輸送、細胞のエネルギー学など、細胞の必須コンポーネントと機能に焦点を当てています。これは、実際の研究実験における細胞生物学の応用を実証する科学者による実際のビデオによって補足されています。

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