Molekulare Charakterisierung der RIAM und Talin vermittelten Integrinaktivierung in Blutzellen
Final Report Abstract
Die Aktivität und Funktion von Blutzell-Integrinen wird durch die beiden zytoplasmatischen Adapterproteine, Talin-1 und Kindlin-3, reguliert. Beide Proteine binden an die intrazelluläre Domäne und induzieren Konformationsänderungen im extrazellulären Bereich der Integrine. Diese sogenannte Integinaktivierung wird durch verschiedene intrazelluläre Signalwege induziert. Wie jedoch diese intrazellulären Signalwege die beiden Integrinregulatoren kontrollieren ist weitgehend unverstanden. In den letzten Jahren haben eine Reihe von in vitro Experimenten die Formierung eines Integrinaktivierungskomplexes, bestehend aus aktiviertem GTP-geladenen Rap1, RIAM und Talin-1, postuliert, der zum einen Talin-1 aus seiner autoinhibierten Konformation befreit und zum anderen Talin-1 an die Plasmamembran transportiert. Aufgrund dieser Untersuchungen und seiner breiten Expression wurde RIAM als zentrales und generelles Adaptermolekül der Talin-1-mediierten Integrinaktivierung angesehen. Überraschenderweise sind RIAM knockout Mäuse lebensfähig und zeigen keinen offensichtlichen Defekt. Insbesondere das Fehlen eines Plättchenintegrindefekts, den man aufgrund der vorangegangenen biochemischen und zellbiologischen Untersuchungen erwartet hätte, stellte die Rolle von RIAM als wichtigen Integrinregulator in Frage. In dem hier von der DFG geförderten Projekt untersuchten wir die Bedeutung von RIAM für die Kontrolle von Leukozytenintegrinen, wobei wir die Integrinfunktion von RIAM defizienten mit Talin-1 defizienten Leukozyten vergleichend betrachteten. Unsere Studien zeigten, dass RIAM essentiell für die Aktivierung von β2 Integrinen auf verschiedenen Leukozytenpopulationen ist und der Verlust von RIAM einen ähnlich schweren Defekt wie bei Talin-1 Defizienz zur Folge hat. RIAM defiziente Leukozyten, wie Makrophagen, Neutrophile und T Zellen, zeigen einen kompletten Adhäsionsdefekt auf β2 Integrinliganden in vitro. In vivo Untersuchungen zeigten eine gestörte Leukozytenadhäsion an das entzündliche Endothel woraus eine Akkumulation der Leukozyten im peripheren Blut resultiert. Überraschenderweise war hingegen die Adhäsion auf β1 und β3 Integrinliganden nicht oder nur partiell beeinträchtigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die verschiedenen Integrinklassen durch unterschiedliche Signalwege reguliert werden. Während ein Talin-1-RIAM abhängiger Signalweg die β2 Integrinaktivierung steuert, werden β3 und β1 Integrine über einen RIAM unabhängigen aber Talin1 abhängigen Prozeß reguliert. Darüber hinaus ließen unsere Untersuchungen an verschiedenen hämatopoetischen Zellen die Existenz weiterer kurzer RIAM Proteinvarianten vermuten, welche auch durch die Expression kürzerer mRNA Transkripte bestätigt wurde. Durch 3´RACE Analysen konnten zwei weitere RIAM Varianten identifiziert werden, denen die C-terminale Prolin-reiche Region fehlte. Zellbiologische Untersuchungen an der Volllänge und an kurzen RIAM Varianten ergab, dass die als RIAM sA bezeichnete Variante, in fokalen Adhäsionsstellen lokalisiert, stark mit Talin-1 interagiert und die Talin- 1 vermittelte Integrinaktivierung verstärkt. Im Gegensatz dazu lokalisiert die zweite kurze Variante und die Volllängevariante am Aktinzytoskelett, zeigt eine deutlich geringere Affinität zu Talin-1 und ist nicht in der Lage die Talin-1 vermittelte Integrinaktvierung weiter zu steigern. Zwar könnte in verschiedenen Leukozytenpopulationen kurze RIAM Transkripte sowohl bei Maus und Mensch nachgewiesen werden, der Beweis für die Existenz kurzer RIAM Proteine, die unterschiedliche Aufgaben währen der Integrinregulation und der Kontrolle des Aktin Zytoskeletts erfüllen, ist jedoch noch zu erbringen.
Publications
- Loss of the Rap-1 effector RIAM results in leukocyte adhesion deficiency due to impaired β2 integrin function in mice. Blood. 2015 Sep 3. pii: blood-2015-05-647453
Klapproth S, Sperandio M, Pinheiro EM, Prünster M, Soehnlein O, Gertler FB, Fässler R, Moser M
(See online at https://doi.org/10.1182/blood-2015-05-647453)
