Intégrine Alpha7-Bêta1

Introduction

Les  Intégrines (dont le nom a été proposé la première fois dans cet article en 1986) forment une large famille de glycoprotéines situées à la surface de la membrane cellulaire. Ce sont des protéines qui sont impliquées dans les interactions cellules-cellules et relation avec la matrice extracellulaire (ECM).

Depuis 1991 il est bien établi qu’elles participent à l’adhésion cellulaire . Elles sont transmembranaires associées en hétérodimères, et réalisent un pont entre les  laminines , protéines de la matrice extracellulaire, et le réseau d’Actine sous-membranaire.

Chez les mammifères, parmi les nombreuses  Intégrines on compte au moins 16 différents types de chaînes Alpha et 8 de types Bêta ; qui s’associent pour former  24 formes d’ hétérodimères Alpha-Bêta , comme l’indique le bilan de 2002. Des renseignements complémentaires sont également disponibles dès 1987 dans  cette revue , mais également avec de nouvelles informations dont la plus récente figure dans un résumé sur les intégrines dans le cas particulier du muscle cardiaque.

Chronologiquement on découvrira qu’il existe durant la myogénèse de nombreuses  sous-unités d’ Intégrines qui vont être exprimées . Dans le muscle on trouve plus spécifiquement la forme Alpha-7-Bêta-1 qui reste exprimée jusqu’aux derniers stades embryonnaires puis devient le récepteur majoritaire dans les fibres squelettiques adultes.

La forme Alpha-7-Bêta-1 Intégrine

 

Tableau des séquences d'IntégrineDans le muscle squelettique l’ Intégrine se présente sous la forme d’un assemblage de 2 chaînes peptidiques dites Alpha7 d’une part et Bêta1 d’autre part. Les données de séquences sont réunies dans un tableau récapitulatif avec les liens SwissProt spécifique pour ces 2 chaînes peptidique respectivement :  Q13683 et  P05556. Seule la chaîne Alpha7 est spécifique du muscle tandis que la chaîne Bêta1 est ubiquitaire et l’on va la retrouver dans de nombreux autres complexes formant ainsi des intégrines spécifiques mais distribuées dans d’autres tissus.

Portrait-robot de l'Intégrine Alpha7-Bêta1 Au sein de la chaîne Alpha-7 native on va définir Il existe une partie N-terminale réduite, un domaine alpha-hélicoïdale comprenant 7 segments d’environ 70 résidus puis un domaine transmembranaire et juste auprès de la portion C-terminale 3 petites séquence répétitives de 4 résidus qui seront numéroté 1, 2, et 3. Pour la chaîne Bêta-1 de l’ Intégrine qui est un peu plus courte on identifie une courte zone N-terminale suivi par un domaine d’environ 350 résidus puis il y aura 4 zones répertoriée I à IV qui correspondent à des séquences riches en résidus Cystéines. L’ensemble de ces données figure sur le schéma du portrait robot de ces 2 chaîne alpha et Bêta de l’ Intégrine.

Clivage protéolytique de la chaine Alpha7 IntégrinePour ce qui concerne l’arrangement final du  portrait robot de la chaîne Alpha-7 de l’ Intégrine les informations suivantes établies dès 1993 montrent comme indiqué dans le schéma ci-contre, qu’il existe deux zones de clivages enzymatiques post-traductionnels qui génèrent des fragments de 70 kDa et 38 kDa comme indiqué sur le schéma. Ainsi l »Intégrine Alpha-7 dont le sigle est ITGA7 va se composer d’une chaîne lourde et d’une chaîne légère. Les formes générées par la protéolyse vont donner des fragments qui seront par la suite identifié comme la forme 70K et la forme 38K de l’ Intégrine Alpha-7. Les sites de clivages et les résidus N-terminaux générés sont indiqué en rouge sur le schéma. La sous-unité Alpha-7 intacte correspond bien à une chaîne lourde de 121 kDa, et un anticorps spécifique de l’extrémité C-terminale permet de facilement détecter le fragment le plus court de 38 kDa qui cependant demeure en interaction avec le reste de la protéine grâce à divers ponts dissulfures.

Rôle de l’Alpha-7 – Bêta-1  Intégrine et ses partenaires

Il existe au niveau de la chaîne Alpha-7 de l’Intégrine un domaine ayant une activité phosphotransferase avec une séquence particulière AVKIL et un domaine qui possède un site de liaison de l’ATP (ATP-binding motif) ainsi qu’une séquence hydrophobique et un site putatif d’association avec l’Actine de séquence QQFKEEK, (pour plus de détails voir l’article en référence). Dans le tissu musculaire, Dès 1996 on a connaissance de l’existence de deux types de sous-unité Alpha-7, les versions  Alpha-7A et Alpha-7B dont l’expression est spécifique du muscle squelettique, ou dont la distribution est plus largement trouvée dans les muscles striés, dans les muscles lisses et dans le système nerveux central respectivement.

C’est durant l’année 2000 que l’’Intégrine Alpha-7-Bêta-1 comme les Dystroglycanes (voir chapitre correspondant) est un récepteur des Laminines dans les muscles squelettiques et cardiaques adultes, mais  deux formes épissées X1 et X2 du domaine extracellulaire Alpha-7 déterminent l’affinité pour les Laminines. Cette interaction permet de lier la matrice extracellulaire au cytosquelette d’Actine.

En fait il fut démontré de^puis les années 1990 et suivantes que l’Intégrine Alpha-7Bêta1 intervenait dans la transduction du signal de l’extérieur vers l’intérieur de la fibre et inversement. C’est donc une transmission des signaux résultants des cycles de contraction-relaxation à travers le sarcolemme, ce qui régule l’adhérence, la migration la croissance et  la prolifération cellulaire.

L’augmentation de l’expression de l ’Intégrine Alpha 7-Bêta-1 facilite l’immobilisation des myoblastes,  la fusion et la différenciation. Ceci conduit à une adhérence stable et donc une  bonne cohésion des fibres musculaires dans le tissu , on va donc lister les nombreux partenaires qui ont été trouvés associés avec les Intégrines dans « le Muscle » :

Partenaires autour de l'Intégrine Alpha7 bêta1A)ILK (= integrin linked kinase) protein kinase qui est un régulateur de la myogénèse. Cette dernière se  lie à la Paxiline et joue un rôle dans la  stabilisation des jonctions myotendineusesLa dissection de ces interactions est décrite dans un récent travail  (voir article indiqué).

B) La Filamine entre en contact avec l’ Intégrine avec une liaison forte sur la sous-unité Bêta-1 et participe à la  protection membranaire durant la contraction musculaire

C)La Taline qui renforce le lien entre les protéines du cytosquelette et l’ Intégrine avec cependant une certaine compétition entre liaison Filamine et Taline pour l’ Intégrine. Une revue récente  en 2009 fait le point sur cette protéine essentielle du complexe macromoléculaire autour de l’ Intégrine.

D)L’association Alpha-Actinine et Intégrine demande la participation de la sous-unité Bêta-1

E) La Vinculine est également un partenaire du complexe membranaire autour de l’ Intégrine.

Une illustration didactique résume l’essentiel des relations que l’on a pu établir autour de l’ Intégrine en référence à l’article cité dans l’image présentée ci-dessus.

Sans oublier la mise en évidence en 2004, du   système Vinculine-Taline-Intégrine et la relation entre les Sarcoglycanes Alpha et Gamma ce qui indique une interdépendance des deux complexes macromoléculaires à la membrane de la cellule musculaire qui implique également la Filamine. Cependant il existe une distribution bien distincte entre le complexe Dystrophine et les zones riches en Vinculine.  La Myotiline, protéine de la ligne Z du sarcomère, participe également à la connexion entre la membrane via la Filamine et les composants des myofilaments (centre de génération du phénomène de contraction).

Contacts Alpha-Beta IntégrineAinsi la littérature donne également des notions de contacts proches pour les protéines suivantes pour les intégrines en général:

F)La Cavéoline est également en contact avec les Intégrines. Un rôle particulier a été décrit pour une telle  association impliquant une relation entre le réseau d’Actine et le complexe autour de la Dystrophine.

G)Une interaction entre l’Intégrine Alpha et la Calréticuline  implique de façon prédominante la région N-terminale de cette dernière.  

H) Le complexe Intégrine- Skelémine (sous-unité Bêta-1 de l’ Intégrine) est essentiel pour les stades initiaux du remodelage membranaire et participe au remodelage dynamique des protéines du cytosquelette. .

I)La Mélusine est un nouveau partenaire de la sous-unité Bêta-1 de L’Intégrine dont l’association concerne la partie C-terminale de la Mélusine de façon calcium dépendante.  

J)La Grb2s’associe avec l’ Intégrine plus particulièrement dans les cas d’hypertrophie cardiaque.

K)La protéine dite ICAPune protéine dont le sigle dérive du terme anglais ((Integrin Cytoplasmic domain–Associated Protein-1) s’associe avec la sous-unité Bêta-1 de l’ Intégrine et  favorise la migration des myoblastes.

L)Enfin plus récemment l’ Affixine est décrite comme un nouveau partenaire de l’ Intégrine qui est révélé important pour établir une bonne adhésion cellulaire.

Une revue générale résume  les partenaires de l’adhésion cellulaire et un schéma qui figure ci-contre, récapitule ces diverses associations en définissant les sites d’associations sur chaque sous-unité de l’ Intégrine (voir schéma ci-dessous inspiré de  l’article en référence ).

Distribution respective Intégrines et laminine dans le muscle

A partir de 1998, on observe des différences dans l’expression de divers types d’Intégrines Alpha7 durant le développement du Coeur et du Muscle. En 1999 un travail décrit dans un muscle la situation qui est plus spécifiquement en relation avec diverses isoformes de la chaîne Alpha-7 dont les principales formes sont indiquées ci-dessous. Un schéma récapitulatif permet de résumer l’ensemble des isoformes de l’ Alpha-7 Intégrine que l’on va rencontrer dans un Muscle.

On va alors bien identifier de telles associations en particulier avec des isoformes associées de laminines qui différent selon la zone et la spécificité de l’intégrine en association comme le résume le schéma suivant. Au niveau de la matrice extracellulaire, en particulier au niveau de la jonction neuromusculaire et dans divers compartiments bien spécifiques il y a seulement 1 type de Filamine et cela en relation avec certains types de la forme Alpha-7 de l’Intégrine. Le schéma suivant résume la situation.

Puis dès l’année 2000 un travail découvre que le regroupement des récepteurs à l’acétylcholine sont sous la double dépendance des laminines et des intégrines Alpha7 Bêta1. Il est ensuite observé que l’expression de l’alpha 7 beta 1 intégrine si elle est stimulée , réduit la dystrophie musculaire et restaure la viabilité musculaire chez la souris dystrophique. Une investigation poussée permet d’établir que l’expression et la fonction de l’intégrine alpha 7 est importante au stade de l’embryon chez la souris. C’est au niveau de la partie cytoplasmique de  la chaîne Alpha-7 de l’intégrine qu’il y a  régulation de  la migration cellulaire, ce qui favorise la mise en place de  la formation des lamellipodes. Puis dès l’année 2000 un travail découvre que le regroupement des récepteurs à l’acétylcholine sont sous la double dépendance des laminines et des intégrines Alpha7 Bêta1. Il est ensuite observé que l’expression de l’alpha 7 beta 1 intégrine si elle est stimulée , réduit la dystrophie musculaire et restaure la viabilité musculaire chez la souris dystrophique. Une investigation poussée permet d’établir que l’expression et la fonction de l’intégrine alpha 7 est importante au stade de l’embryon chez la souris. C’est au niveau de la partie cytoplasmique de  la chaîne Alpha-7 de l’intégrine qu’il y a  régulation de  la migration cellulaire, ce qui favorise la mise en place de  la formation des lamellipodes. La  régulation au sein du muscle cardiaque  de l(intégrine est décrite depuis 2001, dans l’ article indiqué.

Ensuite, en 2002, une étude sur la localisation respective des chaînes Alpha-7 des intégrines et lde a Dystrophine suggère un potentiel pour la transmission latérale et longitudinale de la tension dans les muscles grands mammifères. En 2003 La protéine de liaison à l‘intégrine spécifique du muscle (MIBP) est associée avec la forme Alpha-7-Bêta-1 i des Intégrines et régule l’adhérence cellulaire au niveau de la matrice extracellulaire par  la liaison avec  la Laminine. En 2005, il est démontré que l’expression transgénique de la forme  {alpha} {beta} 7 1 de l’Iintégrine maintient l’intégrité des muscles, augmente la capacité de régénération, favorise l’hypertrophie, et réduit la cardiomyopathie chez la souris dystrophique. L’Alpha-7 Bêta-1 Intégrine réalise au sein de la membrane du muscle un lien entre la matrice extracellulaire et les protéines constitutives du myofilament dans le muscle en général. La  distribution membranaire de l’Intégrine  est alors démontrée.

En 2006, un rôle essentiel est établi pour la forme  Alpha7beta1 de l’Intégrine  comme protéine régulatrice de la  mécanotransduction et à ce titre capable de gérer les blessures du muscle squelettique. Ce travail démontre le rôle des Intégrines Alpha 7 Bêta 1 comme capable de jouer la fonction de  freins sur une prolifération des cellules musculaires au sein du muscle lisse. On va ainsi impliquer la présence de l’intégrine et de  ses partenaires dans le muscle lisse .

Organisation musculaire autour des intégrinesEn 2008 une confirmation sur l’importance des Intégrines Alpha-1 Bêta 7 au niveau du muscle comme  favorisant la prolifération cellulaire, l’adhérence et la résistance à l’apoptose, sans modifier l’expression génique. L’Alpha-7 Bêta-1 Intégrine est alors confirmée comme une  protéine essentielle responsable de l’adhésion focale. Toujours 2008, un  schéma récapitulatif présenté ci-dessous, s’inspire de l’illustration de ce récent travail. On y indique que   les Plectines  jouent un rôle pour associer le réseau d’Actine sous-membranaire et l’ensemble des relations de voisinage des complexes réalisés autour de la Dystrophine et l’ Intégrine situées dans la zone costamérique de la membrane de la fibre musculaire.

En 2010, on découvre qu’une association entre les Intégrines Alpha (7) Bêta (1) et la protéine dont le sigle est « COMP », ( = cartilage oligomeric matrix protein), maintien le phénotype contractile des cellules musculaires lisses vasculaires En 2011,  un autre travail indique que l’activation de la signalisation AKT favorise la croissance cellulaire et conduit à une meilleure  survie musculaire grâce à à médiation réalisée  par l’Intégrine α7β1. Cela se traduit par une relative  réduction de la dystrophie musculaire. Une stimulation de l’expression de la forme  α7β1 des Intégrines musculaires  accélère hypertrophie des fibres et stimule la myogénèse après une seule période d’exercice excentrique. Cette étude semble indiquer une potentielle voie de thérapie  à suivre.

En 2013, la transmission de force de la matrice extracellulaire par l’intermédiaire des  Alpha-Actinine met en jeu une  participation  Intégrine-dépendante ce qui va  participer au déclenchement de  la maturation du processus adhérence cellulaire

Pathologies reliées à une déficience en Intégrine Alpha-7

Dès 1997, une nouvelle forme de dystrophie musculaire a été identifiée avec une absence d’ Intégrine Alpha7. Rapidement en 1998, des mutations de cette sous-unité entraîne une dystrophie classée comme une dystrophie congénitale ce qui conduit bien souvent à une déficience en sous-unité Alpha7 de l’ Intégrine. Puis on va également observer en 1999 qu’une  réduction de l’ Intégrine Alpha-7 dans les cas de Mérosinopathie (voir chapitre Mérosine).

En 2003, une souris modèle,  déficiente en Intégrine Alpha-7 , représente un bon modèle de cette pathologie avec des défauts au niveau de la matrice extracellulaire et dans les jonctions myotendineuses. En 2005, un traitement avec injection de  L-arginine chez la souris déficiente en Dystrophine se traduit par une augmentation du taux d’Alpha-7 Intégrine. Cette même année il est établi pour la protéine Intégrine au niveau du muscle a un rôle  important dans le développement et l’intégrité du muscle vasculaire C’est en 2006 que l’on observe que l’absence de l’ Intégrine Alpha7   combinée à une déficience en Dystrophine  se traduit chez la souris par une  sévère dystrophie musculaire.  En 2007 c’est suite à la suppression de la kinase liée aux intégrines des muscles squelettiques chez la souris que l’on observe une pathologie qui ressemble à la dystrophie musculaire due à une carence en Intégrine Alpha-7.

Puis c’est une étude sur la double mutation conduisant à un muscle sans Utrophine et sans Intégrine Alpha7 Bêta-1 qui conduit en 2009 à une nouvelle souris modèle qui présente des défauts au niveau de la jonction myotendineuse et une réduction de la transmission de la force musculaire.

Cascade de signalisation avec Intégrine Alpha7-Bêta1De plus, pour diminuer les effets dévastateurs d’une Dystrophie musculaire, la stratégie qui consiste à agir sur les voies de signalisations impliquant la participation de la forme Alpha7-Bêta1 Intégrine est démontrée dans  l’article en référence. Cette stratégie consiste à stimuler l’activation de la phosphorylation de diverses kinases participant à des voies de signalisation en cascade impliquant PI3KILKAKTmTOR, p70S6KBADERK, et p38. (voir illustration Fig 6 de l’article indiqué). Le schéma est repris en indiquant la cascade indiquée plus haut et figure ci-contre.

Sous le terme de protéines en connexion avec la matrice extracellulaire comme les laminines, et les collagènes mais également les intégrines et la Dystrophine une revue donne les axes de thérapie envisageables,  aux vues des connaissances actuelles, pour traiter les divers cas de pathologies musculaires.

En 2013, un récent travail fait le point sur la mise en place du processus des métastases et les intégrines. Mieux comprendre les mécanismes fondamentaux impliqués dans l’adhérence cellulaire et les voies de signalisation est mis en vigueur,  donne un aperçu des techniques à utiliser pour intervenir dans la  manipulation de la migration cellulaire et pour aider à contrôler les migrations liées à des maladies humaines. Dans ce contexte le rôle des Intégrines est abordé. Un traitement à la Prednisone semble augmenter le taux de Laminine Alpha 2 et d’Intégrine Alpha 7 comme cela est rapporté en détails dans l’article en référence (études chez le chien GRMD: modèle animal  déficient en Dystrophine). Un autre travail pointe sur le fait de l’importance de l’intégrine alpha7 pour protéger la fonction d’un muscle particulier de la souris déficiente en Dystrophine. Il existe une protection évidente plus particulièrement du muscle nommé « extensor digitorum longus ».

Une nouvelle confirmation est publiée en 2013 pour démontrer que l’expression stimulée via un vecteur AAV de l’ Intégrine Alpha7 peut significativement favoriser une meilleure fonction et organisation histologique du muscle chez la souris Dystrophique.

Mutation sur la chaîne Alphaè de l'intégrineEn 2013 il est constaté l’existence d’une myopathie congénitale avec cardiomyopathie ventriculaire gauche non-compact lorsque l’on a conjointement une mutation sur l’ Intégrine Alpha-7 (E882K) et sur le chaîne lourde de la Myosine 7B (R890C). Pour être complet sur les mutations actuellement connues un schéma récapitule l’état des lieu en référence aux travaux déjà publiés sur les mutations découvertes sur l’ Intégrine Alpha7 et les différents cas de cancers analysés qui  figurent dans le travail en référence.

En 2015, un nouveau travail confirme la potentialité de l’ Intégrine Alpha-7 (ITGΑ7) pour sa capacité à améliorer l’état d’un muscle déficient en Dystrophine et en Utrophine chez la souris. Chez la souris  déficiente en Laminine Alpha-2 une absence d’ Intégrine Alpha7 n’aggrave pas l’état du muscle malade.

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur L’ Intégrine alpha7 il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)     L’ Intégrine alpha7avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

Protéine : INTEGRIN, ALPHA-7; ITGA7

Pathologies associées: MUSCULAR DYSTROPHY, CONGENITAL, DUE TO INTEGRIN ALPHA-7 DEFICIENCY