Morte cellulare programmata ed espressione della molecola di adesione CD11a/CD18 (LFA-1) nella linea di neuroblastoma SK-N-MC

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La famiglia delle selectine comprende: la selectina-E (CD62 E), la selectina-P (CD62 
P), e la selectina-L (CD62 L). La famiglia delle caderine include le sottoclassi 
epiteliale, placentale, neuronale (2). 
Tra le diverse famiglie di molecole di adesione la piu' importante  è costituita dalle 
integrine, che rientrano in tutti i tipi di adesione cellulare, e sembrano avere un ruolo 
di rilievo nella relazione delle cellule con la matrice extracellulare. Il nome integrine 
sta appunto ad indicare la funzione di queste proteine nell'integrazione tra matrice 
extracellulare e citoscheletro intracellulare (3).  
Struttura e funzione delle integrine. 
La famiglia delle integrine è costituita da eterodimeri formati da subunità α  e β  (da 
95.000 a 200.000 dalton ), unite da legami non covalenti (4). La specificità di legame 
per ogni ligando sembra dipendere dal dominio extracellulare della subunità α . La 
subunità β  è comunque indispensabile per la funzionalità dell'integrina, e presenta 
ripetizioni tandem di quattro regioni ricche di residui di cisteina, che sono 
considerate essenziali per il mantenimento della struttura tridimensionale della 
molecola. Sono state individuate 20 combinazioni diverse tra subunità α  e β : tali 
combinazioni rappresentano le sottofamiglie sopracitate. La sottofamiglia β 1, dal 
punto di vista funzionale, costituisce un gruppo di recettori cellulari per proteine 
della matrice extracellulare, come fibronectina, collagene e laminina (5). 
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Le integrine β 2 sono eterodimeri nei quali la subunità β 2 (CD18) risulta legata con 
una di quattro subunità α  denominate CD11a, CD11b, CD11c, CD11d. Entrambe le 
subunità presentano un dominio citoplasmatico relativamente piccolo, con regioni 
capaci di legarsi a strutture del citoscheletro, e un dominio extracellulare, piu' ampio, 
piegato a formare un' ansa stabilizzata da legami disolfuro, contenente le regioni di 
legame per i ligandi. Il dominio citoplasmatico è collegato a proteine submembrana 
del citoscheletro come talina, α  actinina e, attraverso queste, a vinculina e 
microfilamenti di actina. 
 Le integrine interagiscono con il citoscheletro allo scopo di legare le cellule alla 
matrice (6,7); infatti il legame transmembrana al citoscheletro sembra essere un 
requisito fondamentale sia per i fenomeni di adesione delle cellule alla matrice, sia 
per quelli di adesione tra le cellule stesse. La connessione con il citoscheletro può 
attivare l'integrina, cambiare la sua conformazione, aumentare la capacità di legame 
per il suo specifico ligando (5). Il dominio extracellulare (8)  è costituito da sette 
sequenze omologhe ripetute a “tandem” (I-VII) ognuna delle quali costituita da 50-
60 residui aminoacidici presenti nella regione NH2-terminale.  Le sequenze V-VII 
hanno siti di legame per cationi bivalenti a struttura simile ai siti di legame per il 
Ca
2+
 presenti nelle calmoduline. Tra la sequenza II e III  è localizzata una sequenza 
di 187 aminoacidi,  considerata responsabile del legame con i ligandi.  I diversi 
eterodimeri CD11/CD18 mediano i processi di adesione cellula-cellula e quelli  
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cellula-matrice extracellulare (9). L'integrina CD11b/CD18, chiamata anche MAC-1, 
viene espressa su leucociti della linea mieloide, monociti, granulociti, 
polimorfonucleati, e cellule natural killer (NK) e specifici cloni di linfociti T e B. Il 
complesso CD11a/CD18 rappresenta l'integrina chiamata LFA-1 (9) e viene espressa 
nelle cellule progenitrici di tutte le linee mieloidi ed eritroidi. L'espressione di 
integrine sulla superficie dei leucociti, e la loro capacità di promuoverne l'adesione 
sono alla base della funzione dei leucociti stessi. Senza una adeguata adesione i 
linfociti T e le cellule NK non sono citotossici, le cellule B non producono anticorpi, 
i leucociti non riescono a migrare in siti di infiammazione e le cellule mieloidi sono 
incapaci di fagocitare e di rispondere a stimoli chemiotattici (10).  
Le integrine sono una famiglia di recettori di superficie, coinvolte nei meccanismi di 
adesione, migrazione e interazione tra cellule del sistema immunitario. Le integrine 
coinvolte in questi fenomeni sono LFA-1 e MAC-1 che legano i recettori di 
superficie ICAM-1 e ICAM-2 appartenenti alla superfamiglia dell'immunoglobuline 
(fig. 1) (11,12). La capacità di legame del CD11/CD18 per ICAM-1 è 
transitoriamente aumentata dall'attivazione delle cellule T. L'eterodimero 
CD11b/CD18 interagisce sia con proteine di superficie della matrice sia con quelle 
della superficie cellulare. Lo stimolo infiammatorio rappresenta l'evento iniziale del 
processo di attivazione delle integrine. In assenza di questo sia l'endotelio vascolare 
che il neutrofilo sono in uno stato di riposo, in cui tessuto e cellula non interagiscono  
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Fig. 1  Struttura del complesso integrinico LFA-1, e dei suoi ligandi ICAM-1 e         
           ICAM-2 
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tra loro. In seguito ad uno stimolo infiammatorio si verifica una interazione tra 
endotelio e cellule: l'endotelio, non più in “riposo”, esprime L-selectine capaci di 
legare ligandi glicoproteici presenti sui neutrofili. Questa prima fase di adesione, 
“reversibile”, determina il fenomeno denominato “rolling adhesion”, in cui i 
neutrofili “rotolano” sulla parete vasale, portando all'attivazione delle integrine 
CD11/CD18 capaci ora di legare le ICAM endoteliali e formare quindi un legame 
stabile (13). All'adesione stabile segue il processo di diapedesi in cui sono coinvolte 
altre molecole di adesione come PE-CAM-1, che vengono espresse dalle cellule 
endoteliali a livello delle giunzioni intercellulari (fig. 2) (14).  
Le vie biochimiche associate alla funzione delle integrine procedono secondo vie 
bidirezionali, “interno-esterno” o “esterno-interno” (“inside-out, outside-in  cell 
signalling”) (1). Il meccanismo di segnalazione “interno-esterno” è importante per il 
reclutamento dei leucociti in risposta a stimoli infiammatori. Il processo è finalizzato 
a convertire l'integrina da uno stato di riposo a uno stato di attivazione attraverso una 
modificazione conformazionale che determina un aumento di affinità per i ligandi 
ICAM endoteliali. La trasduzione del segnale avviene grazie a recettori di membrana 
presenti sui leucociti sensibili a segnali extracellulari, che attivano delle chinasi 
capaci di modificare la conformazione dell'eterodimero CD11/CD18. Il secondo 
meccanismo di segnalazione, e cioè quello “esterno-interno” inizia con il legame del 
ligando con l'integrina nel suo stato attivo; l'interazione del ligando al recettore attivo 
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Fig. 2  Lo stimolo infiammatorio causa l'attivazione dell'endotelio e del neutrofilo    
           determinandone l'adesione reciproca, seguita dal “rolling” e dalla diapedesi 
           del leucocita. 
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genera segnali biochimici all'interno della cellula e attiva vie metaboliche 
intracellulari. Nella trasduzione del segnale sono implicati secondi messaggeri, che 
vengono attivati da proteine-G e tirosin-chinasi capaci di generare diverse risposte 
come riarrangiamento del citoscheletro e regolazione dell'espressione genica (fig 3). 
Malattie associate alle integrine                      
Difetti genetici riguardanti il sistema delle integrine causano infezioni batteriche e 
fungine ricorrenti, ridotta mobilità leucocitaria, compromissione della fagocitosi, 
ritardata guarigione delle ferite. Tutte queste manifestazioni patologiche sono il 
risultato di una compromissione della chemiotassi dei neutrofili e la loro incapacità 
di aderire stabilmente e di migrare attraverso l'endotelio. I leucociti malfunzionanti 
sono caratterizzati dalla mancanza della subunità β 2 e tale difetto è denominato 
deficit di adesione leucocitaria di tipo 1 (LAD-1) (15,16). Le manifestazioni 
patologiche associate alla LAD-1 sono ovviamente conseguenza della marcata 
compromissione della mobilizzazione dei leucociti in siti extravasali: esami bioptici 
di reperti infiammatori rivelano una assenza totale completa di neutrofili. 
Il gene che codifica per il CD18 è localizzato all’estremità del braccio lungo del 
cromosoma 21. Dal punto di vista genetico, la mutazione del gene per il CD18 
responsabile della LAD-1 viene trasmessa come carattere autosomico recessivo. 
Responsabili del difetto sono diverse mutazioni puntiformi, alcune causano biosintesi 
di proteine difettose altre invece determinano difetti di splicing del codice trascritto 
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Fig. 3  Vie biochimiche di trasduzione del segnale associate all'adesione            
            integrina-ligando.   a) via interno-esterno ; b) via esterno-interno 
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dal gene. E' possibile effettuare una diagnosi precoce della malattia grazie a una 
biopsia corionica e successivo sequenziamento del gene. LAD-1 non è l’unica 
sindrome congenita riguardante il sistema delle integrine.  
La tromboastenia di Glantzmann è una malattia emorragica ereditaria attribuibile a 
un difetto dell’aggregazione piastrinica. I pazienti possono presentare gravi episodi 
emorragici. Il difetto primario riguarda un’alterata espressione o un cattivo 
funzionamento dell’integrina  α
IIb
β
3
, attribuibile a una mutazione riguardante la 
subunità  α  o β  (17). 
Integrine ed invasività neoplastica 
Le integrine sono recettori della superficie cellulare che mediano in parte l'adesività 
delle cellule alla matrice cellulare, fornendo una colla molecolare essenziale per 
l'organismo e la sopravvivenza. Esse permettono alle cellule normali di avere la 
percezione di essere adese alla matrice extracellulare, fornendo quindi un segnale di 
sopravvivenza, la cui mancanza comporta la perdita del controllo del meccanismo di 
crescita cellulare (18). La mancata interazione fra integrine e matrice comporta 
l'attivazione di complesse vie metaboliche (ad es. cooperazione fra integrine e 
diverse classi di proteasi), le quali portano ad una aumentata sopravvivenza e motilità 
delle cellule tumorali. In particolare, le integrine α 4 possono ulteriormente 
influenzare il processo metastatico interagendo con le MAdCAM-1 (costitutivamente 
espresse sulle mucose): il legame cellula tumorale-MAdCAM-1 comporta un forte 
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legame verso l'endotelio promuovendo una migrazione trans-endoteliale che risulta 
essere alla base del fenomeno metastatico (19). 
Con meccanismi simili, l'interazione tra l'integrina α 6β 4 e le proteine della 
membrana basale (famiglia delle laminine) contribuisce all'evoluzione invasiva del 
carcinoma attraverso i legami con la superficie basale della maggior parte degli 
epiteli (20).  
Integrine ed apoptosi 
Le integrine, colla molecolare essenziale per la vita cellulare, permettono alle cellule 
normali o non trasformate di fornire segnali della normale sopravvivenza cellulare 
attraverso il riconoscimento della avvenuta adesione alla matrice extracellulare. 
Questo segnale permette alle cellule di proliferare correttamente in presenza di fattori 
di crescita. Alterazioni di questi segnali (ad es. perdita dei normali contatti tra cellule 
e proteine della matrice extracellulare,  quali fibronectina, galectina, collagene e 
laminina, ecc.) comportano una serie di eventi che predispongono la cellula alla 
morte cellulare programmata (PCD) od apoptosi.  
Numerosi studi hanno messo in evidenza che contatti tra matrice e cellule, mediati da 
integrine, forniscono segnali critici (come l'attivazione di proteine con attività 
tirosin-chinasica e fosfatasica) che regolano la proliferazione cellulare, la migrazione 
e l'apoptosi. Infatti, la perdita delle interazioni mediate da integrina possono indurre 
il fenomeno PCD in una grande varietà di situazioni, sia in vivo che in vitro (21).