Identification of Jak PTK-regulated rho-specific GEFs involved in activation of lymphocyte adhesion

La rapida induzione dell’affinità integrinica è un processo dinamico cruciale nel reclutamento leucocitario, che è controllato da complessi meccanismi molecolari di segnale intracellulare indotti da chemochine. Le small GTPasi della famiglia di rho e rap sono certamente le molecole di segnale più studiate in questo contesto; dati recenti da noi ottenuti hanno evidenziato inoltre un ruolo importante delle proteine tirosin-chinasi della famiglia delle Jak (Jak PTKs) che agiscono da regolatori a monte delle small GTPasi. Gli scambiatori di nucleotidi guanosinici (GEFs-Guanosine Exchange Factors) sono i principali attivatori diretti delle small GTPasi e quindi rappresentano le molecole canditate più probabili per chiarire il legame funzionale tra Jak PTKs e il modulo della rho. In questo studio abbiamo dimostrato il ruolo regolatorio concorrente di quattro differenti rho-GEFs Vav1, Sos1, Arhgef1 e Dock2 nella modulazione dell’affinità dell’integrina LFA-1 e nella conseguente adesione cellulare di linfociti T umani primari stimolati con la chemochina CXCL12. La ridotta espressione di queste quattro molecole porta ad una minore induzione dell’affinità dell’integrina LFA-1 e ad una ridotta adesione all’ICAM-1 in condizioni statiche e sotto flusso. Da notare, l’attivazione di queste quattro proteine, indotta da CXCL12, è mediata dalle Jak PTKs e avviene in un intervallo di tempo coerente con la rapida induzione dell’affinità integrinica da chemochine. Inoltre l’attivazione di RhoA e Rac1 è strettamente dipendente dall’attività di Vav1, Sos1, Arhgef1 e Dock2. Complessivamente in questo studio abbiamo identificato e caratterizzato dettagliatamente il ruolo regolatorio di quattro rho-GEFs nell’adesione mediata da LFA-1 indotta da CXCL12, fornendo una descrizione completa dei meccanismi molecolari di segnale esistenti tra Jaks e modulo della rho. Analizzando i nostri dati da un punto di vista quantitativo, abbiamo riscontrato alcune differenze tra queste proteine osservando un ruolo più marcato per Vav1 e Sos1 in confronto a quello di Arhgef1 e Dock2. Questo diverso coinvolgimento di molteplici rho-GEFs con apparentemente la stessa funzione può avvalorare la nuova interpretazione quantitativa dei meccanismi di trasduzione del segnale, dove la complessità a livello molecolare è essenziale per generare un sistema flessibile in grado di rispondere efficientemente a differenti condizioni ambientali.

The rapid integrin affinity up-regulation is a crucial dynamic process in leukocyte recruitment that is controlled by a complex inside-out signalling pathway induced by chemokines. Small GTP binding proteins of rap and rho family are certainly the most studied signaling molecules involve in this pathway; in addition our recent data identified Jak PTKs as new upstream regulator of these small GTPases. Considering that Guanosine Exchange Factors (GEFs) are the main direct activators of small GTPases, they represent obvious molecule candidates to fill out the functional gap between Jak PTKs and rho-module. In this study we show the concurrent regulatory role of four rho specific GEFs Vav1, Sos1, Arhgef1 and Dock2 in CXCL12-induced LFA-1 affinity triggering and mediated-adhesion in human T lymphocytes. A reduced expression of these four molecules resulted in an impaired chemokine-induced LFA-1 affinity up-regulation and in a reduced cell adhesion to ICAM-1 in static and under-flow conditions. Importantly, CXCL12-activation of these four proteins is mediated by Jak PTKs and occurs in a time frame coherent with LFA-1 affinity triggering by chemokine. Moreover the activation of RhoA and Rac1 is strictly dependent on Vav1, Sos1, Arhgef1 and Dock2 activity. Collectively in this study we identified and fully characterized the role of four rho-GEFs in CXCL12-induced LFA-1 mediated adhesion providing a comprehensive signalling link between Jak PTKs and rho-module. Considering our results from a quantitative point of view, we observed some variability in the relative regulatory role of these proteins, with a major role for Vav1 and Sos1 with respect to Arhgef1 and Dock2 activity. This variable involvement of multiple rho-GEFs with apparently the same function may support the new emergent quantitative-concurrency view of signal transduction in which this complexity in mechanisms controlling integrin activation is essential to generate a very flexible signalling system able to efficiently respond to a variety of environmental conditions.