インテグリン：特性、構造、機能 - 生物学 - 2025

インテグリンは動物界の細胞表面に明らかにユニークなタンパク質の大規模なグループや家族、です。それらは、他の細胞および細胞マトリックスとの相互作用（接着の形で）を維持するための細胞の主な資源です。

その構造は、アルファとベータと呼ばれる2つのサブユニットで構成されています。哺乳類では、16から18のアルファ単位と3から8のベータが存在することが知られています。これらは、それらの組み合わせに応じて、また特定の細胞または組織の生理学的状態に応じて作用します。

ITGB3タンパク質（ベータ3インテグリン）の分子構造の描画。取って編集：Emw

接着機能を持つタンパク質がいくつかあります。ただし、インテグリンのグループは、最も分散しており、細胞マトリックスのすべての主要タンパク質と相互作用します。インテグリンは、食作用、細胞移動、および創傷治癒に関与し、転移への関与についても非常に研究されています。

特徴

それらは、ある細胞の細胞骨格を他の細胞骨格および/または細胞外マトリックスに（細胞-細胞および/または細胞-マトリックス相互作用において）機械的に結合することを特徴とするタンパク質です。生化学的には、接着が起こったかどうかを検出し、細胞外環境と細胞内環境を結ぶ細胞シグナルを双方向に変換します。

それらは、イムノグロビリン、カドヘリン、セレクチン、シンデカンドなどの他の受容体と連携して機能します。インテグリンのリガンドに関して、これらはとりわけフィブロネクチン、フィブリノーゲン、コラーゲンおよびビトロネクチンによって構成される。

これらのリガンドへの結合は、カルシウムやマグネシウムなどの細胞外二価カチオンによるものです。どちらを使用するかは、特定のインテグリンによって異なります。

インテグリンは、電子顕微鏡観察によると、脂質二重層から20ナノメートル以上突出している、バルーン型の頭で終わる細長い形状をしています。

構造

インテグリンは細胞間のコミュニケーションを可能にするタンパク質です。
ソース：バークシャーコミュニティカレッジ生物科学画像ライブラリ

インテグリンはヘテロダイマーです。つまり、インテグリンは常に2つのタンパク質で構成される分子です。どちらのタンパク質もサブユニットまたはプロトマーと見なされ、アルファサブユニットとベータサブユニットとして区別されます。両方のサブユニットは非共有結合されています。それらは90〜160 kDaの分子量を持っています。

アルファおよびベータサブユニットの数は、動物界の生物の異なるグループ間で異なります。たとえば、ショウジョウバエ（ショウジョウバエ）などの昆虫では、5つのアルファサブユニットと2つのベータサブユニットがあり、Caenorhabditis属の線虫は2つのアルファと1つのベータがあります。

哺乳類では、研究者たちはサブユニットの数とこれらの組み合わせが決まっていることを示唆しています。ただし、この数に関する文献にはコンセンサスはありません。たとえば、あるものは18のアルファサブユニット、8のベータと24の組み合わせがあると述べていますが、他の人は22の組み合わせについて16のアルファと8のベータについて話します。

各サブユニットの構造は次のとおりです。

アルファサブユニット

アルファサブユニットは、頭を形成する7枚のシートまたはシートのβヘリックスドメイン、大腿部のドメイン、ふくらはぎの2つのドメイン、単一の膜貫通ドメイン、および酵素活性を示さない短い細胞質尾を持つ構造を持っています。アクチンへの結合。

それは、約1000〜1200残基の鎖を提示します。二価の陽イオンを結合できます。

インテグリンが最も研究されている哺乳類では、アルファサブユニットは、挿入されたドメイン（アルファI）を含むかどうかによってグループ化できます。

ドメインAlpha Iを挿入した場合

アルファI挿入ドメインは、200アミノ酸の領域で構成されています。インテグリンにおけるこのドメインの存在は、それらがコラーゲンおよび白血球の受容体であることを示しています。

ドメインが挿入されていません

ドメインが統合されていないアルファインテグリンは、4つのサブファミリーに分類されます。

PS1

糖タンパク質受容体はラミニンとも呼ばれ、筋肉、腎臓、皮膚組織の統合に不可欠です。

PS2

このサブファミリーは、RGDまたはArg-Gly-Aspとしても知られるアルギニルグリシルアスパラギン酸の受容体です。

PS3

この亜科は無脊椎動物、特に昆虫で観察されています。それについてはほとんど知られていませんが、ヒトのCD11d白血球インテグリン遺伝子の機能的活性におけるその重要な役割を評価する研究があります。

PS4

このサブファミリーはalpha 4 / alpha 9グループと呼ばれ、同じ名前のサブユニットで構成されています。

これらのサブユニットは、ベータ1およびベータ7サブユニットとペアリングできます。また、血管細胞接着分子、血液可溶性リガンド、フィブリノーゲンなど、挿入されたアルファIドメインを提示するアルファサブユニットと非常によく似たリガンドを共有します。病原体も含みます。

ベータサブユニット

構造的に、ベータサブユニットは、頭、茎/脚と呼ばれるセクション、膜貫通ドメイン、および細胞質尾部で構成されています。頭はベータIドメインで構成されており、プレキシンセマフォインテグリンドメイン（PSIとも呼ばれる）に結合するハイブリッドドメインに挿入されます。

幹/脚のセクションには、システインに富んだインテグリン上皮成長因子と同等または非常に類似した4つのモジュールと、すでに述べたように細胞質の尾が含まれています。この細胞質尾部は、アルファサブユニットと同様に、酵素活性やアクチン結合活性がありません。

それらは760から790の範囲の数の残基を持つ鎖を持ち、アルファサブユニットのように、二価カチオンに結合できます。

上皮細胞におけるインテグリンのシグナル伝達。英語版ウィキペディアのK.murphyから編集されました。

特徴

インテグリンには複数の機能がありますが、主に知られているのは以下で説明する機能です。

細胞の細胞外マトリックスへの付着または結合

インテグリンのおかげで細胞と細胞外マトリックスの間に存在する接続は、機械的推力に対する細胞の抵抗を促進し、マトリックスからの細胞の裂けを防ぎます。

いくつかの研究は、細胞マトリックスへの結合が多細胞真核生物の開発のための基本的な要件であることを示唆しています。

細胞移動は、インテグリンが異なる基質に結合または結合することによって介入するプロセスです。これのおかげで、彼らは免疫反応と創傷治癒に介入します。

細胞外マトリックスから細胞へのシグナル伝達

インテグリンは、シグナル伝達プロセスに参加しています。これは、細胞外液からの情報の受信に介入し、それをコード化して、応答として細胞内分子の変化が始まることを意味します。

このシグナル伝達は、プログラムされた細胞破壊、細胞分化、減数分裂と有糸分裂（細胞分裂）、細胞増殖など、多数の生理学的プロセスに関与しています。

インテグリンとがん

いくつかの研究は、インテグリンが腫瘍の発生、特に転移と血管新生において重要な役割を果たすことを示しています。この例は、インテグリンαVβ3とα1β1です。

これらのインテグリンは、癌性増殖、治療抵抗性の増加、および造血系新生物に関連しています。

進化的視点

組織を形成するための細胞間の効率的な接着は、間違いなく、多細胞生物の進化的発達に存在しているに違いない重要な特徴でした。

インテグリンファミリーの出現は、約6億年前の後生動物の出現にさかのぼります。

祖先の組織学的特徴を持つ動物のグループは、一般的に海綿と呼ばれる多孔質です。これらの動物では、細胞接着は細胞外プロテオグリカンマトリックスによって発生します。このマトリックスに結合する受容体は、典型的なインテグリン結合モチーフを持っています。

実際、この動物グループでは、いくつかのインテグリンの特定のサブユニットに関連する遺伝子が特定されています。

進化の過程で、後生動物の祖先はインテグリンとこの巨大な動物グループで時間をかけて保存されているインテグリン結合ドメインを獲得しました。

構造的には、インテグリンの最大の複雑さは脊椎動物のグループに見られます。無脊椎動物には存在しない、新しいドメインを持つさまざまなインテグリンがあります。実際、ヒトでは24種類以上の機能的インテグリンが確認されていますが、ショウジョウバエでは5種類のみです。

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