Oțel inoxidabil 347 / 347H Tuburi cu bobine sudate componentă zhemică, Rolul complexelor de glicoproteine ​​de distrofină în mecanotransducția celulelor musculare

Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Utilizați o versiune de browser cu suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).În plus, pentru a asigura suport continuu, arătăm site-ul fără stiluri și JavaScript.
Glisoare care arată trei articole pe diapozitiv.Utilizați butoanele înapoi și următorul pentru a vă deplasa prin diapozitive sau butoanele controlerului de diapozitive de la sfârșit pentru a vă deplasa prin fiecare diapozitiv.

Distrofina este principala proteină a complexului distrofină-glicoproteină (DGC) în mușchii scheletici și cardiomiocite.Distrofina leagă citoscheletul de actină de matricea extracelulară (ECM).Ruperea conexiunii dintre matricea extracelulară și citoscheletul intracelular poate avea consecințe devastatoare pentru homeostazia celulelor musculare scheletice, ducând la o serie de distrofii musculare.În plus, pierderea DGC funcționale duce la cardiomiopatie dilatativă progresivă și moarte prematură.Distrofina acționează ca un resort molecular, iar DHA joacă un rol cheie în menținerea integrității sarcolemei.Mai mult, se acumulează dovezi care leagă DGC de semnalizarea mecanică, deși acest rol rămâne prost înțeles.Acest articol de revizuire își propune să ofere o viziune modernă asupra DGC-urilor și a rolului lor în mecanotransducție.Discutăm mai întâi relația complexă dintre mecanica și funcție a celulelor musculare, apoi revizuim cercetările recente privind rolul complexului de glicoproteină distrofină în mecanotransducție și menținerea integrității biomecanice a celulelor musculare.În cele din urmă, revizuim literatura actuală pentru a înțelege modul în care semnalizarea DGC se intersectează cu căile de mecanosemnalizare pentru a evidenția potențialele puncte de intervenție viitoare, cu un accent deosebit pe cardiomiopatie.
Celulele sunt în comunicare constantă cu micromediul lor, iar un dialog bidirecțional între ele este necesar pentru interpretarea și integrarea informațiilor biomecanice.Biomecanica controlează evenimentele ulterioare cheie (de exemplu, rearanjamentele citoscheletice) prin controlul fenotipului celular general în spațiu și timp.Centrul acestui proces în cardiomiocite este regiunea costală, regiunea în care sarcolema se conectează la un sarcomer compus din complexe integrină-talină-vinculină și distrofină-glicoproteină (DGC).Atașate la citoscheletul intracelular, aceste aderențe focale discrete (FA) propagă o cascadă de modificări celulare biomecanice și biochimice care controlează diferențierea, proliferarea, organogeneza, migrația, progresia bolii și multe altele.Conversia forțelor biomecanice în modificări biochimice și/sau (epi)genetice este cunoscută sub denumirea de mecanotransducție1.
Receptorul transmembranar al integrinei 2 este cunoscut de multă vreme că ancorează matricea extracelulară în celule și mediază atât semnalizarea internă, cât și externă.În paralel cu integrinele, DGC-urile leagă ECM de citoschelet, stabilind o legătură critică între exteriorul și interiorul celulei3.Distrofina de lungime completă (Dp427) este exprimată în principal în mușchii cardiaci și scheletici, dar este observată și în țesuturile sistemului nervos central, inclusiv în retină și țesutul Purkinje4.Mutațiile în integrine și DGC sunt considerate a fi cauzele distrofiei musculare și cardiomiopatiei dilatate progresive (DCM) (Tabelul 1)5,6.În special, mutațiile DMD care codifică DGC-urile proteinei centrale distrofină cauzează distrofia musculară Duchenne (DMD)7.DGC este compus din mai multe subcomplexe, inclusiv α- și β-distroglican (α/β-DG), sarcoglican-spanină, distrofină și distrofină 8.
Distrofina este o proteină citoscheletică codificată de DMD (Xp21.1-Xp22) care joacă un rol central în menținerea DGC.DGC menține integritatea sarcolemei, membrana plasmatică a țesutului muscular striat.Distrofina atenuează și mai mult daunele cauzate de contracție, acționând ca un arc molecular și ca schelă moleculară9,10.Distrofina de lungime completă are o greutate moleculară de 427 kDa, cu toate acestea, datorită numeroșilor promotori interni din DMD, există mai multe izoforme trunchiate care apar în mod natural, inclusiv Dp7111.
S-a demonstrat că proteinele accesorii sunt localizate la distrofină, inclusiv mecanotransductori adevărați, cum ar fi sintetaza oxidului nitric neuronal (nNOS), proteina asociată cu Da (YAP) și caveolina-3, reprezentând astfel componente importante ale semnalizării celulare.Compușii 12, 13, 14. Pe lângă aderență, un mecanism celular asociat cu interacțiunile dintre celule și matrice, format din integrine și țintele lor din aval, aceste două complexe reprezintă interfața dintre „interiorul” și „exterior” celulei. .Protejarea acestor aderențe focale de distrugerea anormală este esențială pentru comportamentul și supraviețuirea celulelor.În plus, datele susțin că distrofina este un modulator al canalelor ionice mecanosensibile, inclusiv canalele activate prin întindere, în special canalele Ca2+ de tip L și canalele TRPC 15.
Deși distrofina este importantă pentru funcția homeostatică a celulelor musculare striate, mecanismele precise de susținere sunt mai puțin clare, în special rolul distrofinei și capacitatea acesteia de a acționa ca mecanosenzor și protector mecanic.Din cauza pierderii distrofinei, au apărut mai multe întrebări fără răspuns, printre care: proteinele mecanosensibile, cum ar fi YAP și AMPK, sunt localizate greșit la sarcolemă;Există diafonie cu integrinele, circumstanțe care pot duce la mecanotransducție anormală?Toate aceste caracteristici pot contribui la fenotipul DCM sever observat la pacienții cu DMD.
În plus, asocierea modificărilor biomecanicii celulare cu fenotipul general DMD are implicații clinice importante.DMD este o distrofie musculară legată de X care afectează 1:3500–5000 de bărbați, caracterizată prin pierderea precoce a mobilității (<5 ani) și DCM progresivă cu un prognostic semnificativ mai rău decât DCM de alte etiologii16,17,18.
Biomecanica pierderii distrofinei nu a fost complet descrisă și aici trecem în revistă dovezile care susțin ideea că distrofina joacă într-adevăr un rol mecanoprotector, adică menținerea integrității sarcolemei și este critică în mecanotransducție.În plus, am analizat dovezile care sugerează o diafonie importantă cu integrinele, care leagă în mod specific laminina α7β1D în celulele musculare striate.
Inserțiile și delețiile sunt responsabile pentru un număr mare de mutații în DMD, 72% dintre mutații fiind cauzate de astfel de mutații19.Din punct de vedere clinic, DMD se prezintă în copilărie (≤ 5 ani) cu hipotensiune arterială, semn Gower pozitiv, progresia întârziată a modificărilor legate de vârstă, retard mental și atrofie a mușchilor scheletici.Detresa respiratorie a fost istoric principala cauza de deces la pacientii cu DMD, dar ingrijirea de sustinere imbunatatita (corticosteroizi, presiune pozitiva continua a cailor respiratorii) a crescut speranta de viata la acesti pacienti, iar varsta medie a pacientilor cu DMD nascuti dupa 1990 este de 28,1 ani20,21. ..Cu toate acestea, pe măsură ce supraviețuirea pacientului crește, prognosticul DCM progresiv este semnificativ mai rău în comparație cu alte cardiomiopatii16, ducând la insuficiența cardiacă în stadiu terminal, care este în prezent principala cauză de deces, reprezentând aproximativ 50% din decesele DMD17,18.
DCM progresivă se caracterizează prin creșterea dilatației și complianței ventriculare stângi, subțierea ventriculară, creșterea infiltrației fibrograsoase, scăderea funcției sistolice și creșterea frecvenței aritmiilor.Gradul de DCM la pacienții cu DMD este aproape universal la sfârșitul adolescenței (90% până la 18 ani), dar este prezent la aproximativ 59% dintre pacienți până la vârsta de 10 ani8,22.Abordarea acestei probleme este critică, deoarece fracția de ejecție a ventriculului stâng a scăzut constant cu o rată de 1,6% pe an23.
Aritmiile cardiace sunt frecvente la pacienții cu DMD, în special tahicardia sinusală și tahicardia ventriculară, și sunt cauza morții cardiace subite22.Aritmiile sunt rezultatul infiltrației fibrograsoase, în special în ventriculul stâng subbazal, care afectează circuitele de retur, precum și disfuncția procesării [Ca2+]i și disfuncția canalului ionic24,25.Recunoașterea prezentării clinice cardiace este critică, deoarece strategiile de tratament precoce pot întârzia apariția DCM severă.
Importanța tratării disfuncției cardiace și a morbidității mușchilor scheletici este arătată într-un studiu interesant care a folosit un model de șoarece de DMD numit mdx26 pentru a studia efectele îmbunătățirii țesutului muscular scheletic fără a aborda problemele cardiace de bază prezente în DMD.Aici, autorii au demonstrat o creștere paradoxală de 5 ori a disfuncției cardiace după îmbunătățirea mușchilor scheletici, iar șoarecii au avut o reducere semnificativă a fracției de ejecție26.Îmbunătățirea funcției mușchilor scheletici permite ca o activitate fizică mai mare să pună mai multă presiune asupra miocardului, făcându-l mai susceptibil la disfuncția generală.Acest lucru evidențiază importanța tratării pacienților cu DMD în general și avertizează numai împotriva terapiei musculaturii scheletice.
DGC-urile îndeplinesc câteva funcții suplimentare, și anume, oferă stabilitate structurală sarcolemei, devin o schelă moleculară care acționează ca o legătură de semnalizare, reglează canalele ionice mecanosensibile, nucleul mecanotransducției costale și participă la transmiterea forței laterale în regiunea coaste (Fig. 1b)..Distrofina joacă un rol central în această abilitate și, datorită prezenței multor promotori interni, există mai multe izoforme diferite, fiecare jucând un rol diferit în țesuturi diferite.Expresia diferențială tisulară a diferitelor izoforme de distrofină susține ideea că fiecare izoformă joacă un rol diferit.De exemplu, țesutul cardiac exprimă lungimea completă (Dp427m), precum și izoforma mai scurtă Dp71m a distrofinei, în timp ce țesutul scheletic exprimă doar prima dintre cele două.Observarea rolului fiecărui subtip poate dezvălui nu numai funcția sa fiziologică, ci și patogeneza distrofiei musculare.
Reprezentare schematică a distrofinei de lungime completă (Dp427m) și a izoformei mai mici, trunchiate, Dp71.Distrofina are 24 de repetări spectrine separate prin patru bucle, precum și un domeniu de legare a actinei (ABD), un domeniu bogat în cisteină (CR) și un C-terminal (CT).Au fost identificați parteneri cheie de legare, inclusiv microtubuli (MT) și sarcolema.Există multe izoforme ale Dp71, Dp71m se referă la țesutul muscular și Dp71b se referă la izoforma țesutului nervos.În special, Dp71f se referă la izoforma citoplasmatică a neuronilor.b Complexul distrofină-glicoproteină (DHA) este situat în sarcolemă în ansamblu.Forțele biomecanice comută între ECM și F-actină.Rețineți potențiala diafonie între DGC și aderența integrinei, Dp71 poate juca un rol în aderențe focale.Creat cu Biorender.com.
DMD este cea mai frecventă distrofie musculară și este cauzată de mutații ale DMD.Cu toate acestea, pentru a aprecia pe deplin înțelegerea noastră actuală a rolului anti-distrofinei, este important să o plasăm în contextul DGC în ansamblu.Astfel, celelalte proteine ​​constitutive vor fi descrise pe scurt.Compoziția proteică a DGC a început să fie studiată la sfârșitul anilor 1980, acordând o atenție deosebită distrofinei.Koenig27,28, Hoffman29 și Ervasti30 au făcut o descoperire importantă prin identificarea distrofinei, o proteină de 427 kDa în mușchiul striat31.
Ulterior, alte subcomplexe s-au dovedit a fi asociate cu distrofina, inclusiv sarcoglicanul, subcomplexul transmembranar de distrofină, disbrevina și sintrofinele8, care împreună constituie modelul actual DGC.Această secțiune va disemina mai întâi dovezile pentru rolul DGC în percepția mecanosenzorială în timp ce examinează componentele individuale în detaliu.
Izoforma de distrofină de lungime completă prezentă în țesutul muscular striat este Dp427m (de exemplu, „m” pentru ca mușchiul să o deosebească de creier) și este o proteină mare în formă de tijă cu patru domenii funcționale situate sub sarcolema cardiomiocitară, în special în regiunea costală. 29, 32. Dp427m, codificat de gena DMD pe Xp21.1, constă din 79 de exoni generați la 2,2 megabaze și este astfel cea mai mare genă din genomul nostru8.
Mai mulți promotori interni din DMD produc izoforme multiple de distrofină trunchiată, dintre care unele sunt specifice țesutului.În comparație cu Dp427m, Dp71m este trunchiat semnificativ și nu are un domeniu de repetare a spectrinei sau un domeniu ABD N-terminal.Cu toate acestea, Dp71m păstrează structura de legare C-terminală.În cardiomiocite, rolul Dp71m este neclar, dar s-a demonstrat că se localizează în tubii T, sugerând că poate ajuta la reglarea cuplării excitație-contracție 33,34,35.Din cunoștințele noastre, descoperirea recentă a Dp71m în țesutul cardiac a primit puțină atenție, dar unele studii sugerează că este asociat cu canale ionice activate prin întindere, iar Masubuchi a sugerat că poate juca un rol în reglarea nNOS33., 36. Procedând astfel, Dp71 a primit o atenție semnificativă în neurofiziologie și cercetarea trombocitelor, domenii care pot oferi o perspectivă asupra rolului în cardiomiocite37,38,39.
În țesutul nervos, izoforma Dp71b este predominant exprimată, cu 14 izoforme raportate38.S-a demonstrat că ștergerea Dp71b, un regulator important al canalelor de potasiu aquaporinei 4 și Kir4.1 din sistemul nervos central, modifică permeabilitatea barierei hematoencefalice40.Având în vedere rolul Dp71b în reglarea canalelor ionice, Dp71m poate juca un rol similar în cardiomiocite.
Prezența DGC în ganglionii costali indică imediat un rol în mecanotransducție și, într-adevăr, s-a demonstrat că se co-localizează cu complexele integrină-talin-vinculină 41 .Mai mult, având în vedere că segmentul costal este punctul central al mecanotransducției transversale, localizarea Dp427m aici evidențiază rolul său în protejarea celulelor de deteriorarea indusă de contracție.În plus, Dp427m interacționează cu actina și citoscheletul microtubulilor, completând astfel conexiunea dintre mediul intracelular și matricea extracelulară.
Terminul N-terminal care conține domeniul 1 de legare a actinei (ABD1) constă din două domenii de omologie de calmodulină (CH) care sunt necesare pentru interacțiunea cu F-actina și ancorarea izoformei y-actinei la sarcolemă42,43.Distrofina poate contribui la viscoelasticitatea generală a cardiomiocitelor prin atașarea la citoscheletul subsarcolemal, iar localizarea sa în ganglionii costali susține implicarea sa în mecanotransducție, precum și în mecanoprotecție44,45.
Domeniul central central constă din 24 de proteine ​​repetate asemănătoare spectrinei, fiecare având o lungime de aproximativ 100 de resturi de aminoacizi.Repetările spectrinei sunt intercalate cu patru domenii balama, dând proteinei flexibilitate și un grad ridicat de extensibilitate.Repetările spectrinei distrofinei se pot desfășura într-un interval fiziologic de forțe (15-30 pN) care se extinde de la 21 nm la 84 nm, forțe realizabile pentru contracția miozinei 46 .Aceste caracteristici ale domeniului de repetare a spectrinei permit distrofinei să acționeze ca un amortizor molecular de șoc.
Tija centrală a Dp427m asigură localizarea acesteia în sarcolemă, în special, prin interacțiuni hidrofobe și electrostatice cu fosfatidilserina 47,48.Interesant este că nucleul central al distrofinei interacționează diferit cu fosfolipidele sarcolemei din țesuturile scheletice și cardiace, reflectând posibil diferite modele de primăvară.critic, în timp ce mușchii scheletici sunt, de asemenea, asociați cu R10-R1249.
Legarea la citoscheletul γ-actină necesită regiunea 11-17 de repetare a spectrinei ABD2, care constă din reziduuri bazice de aminoacizi și diferă de domeniul CH de legare a actinei F.Microtubulii interacționează direct cu domeniul de bază al distrofinei, această interacțiune necesită reziduuri ale repetăților spectrinei 4-15 și 20-23, iar prezența anchirinei B este necesară pentru a preveni formarea microtubulilor la acest loc.Tuburile sunt absente 50,51,52.S-a demonstrat că un decalaj între microtubuli și distrofină exacerba patologia DMD prin creșterea speciilor reactive de oxigen (X-ROS).
Domeniul CR prin anchirina B este o altă ancoră pentru fosfolipidele sarcolemale52.Anchirina-B și anchirina-G sunt necesare pentru localizarea coastei distrofinei/DGC, iar absența lor are ca rezultat un model sarcolemal difuz al DGC52.
Domeniul CR conține un domeniu de legare WW care interacționează direct cu motivul de legare PPxY al β-DG.Prin atașarea la complexul distrofină-glican, distrofina completează legătura dintre interiorul și exteriorul celulei54.Această conexiune este critică pentru mușchiul striat, așa cum demonstrează faptul că întreruperea conexiunii dintre ECM și interiorul celulei duce la distrofie musculară care limitează viața.
În cele din urmă, domeniul CT este o regiune foarte conservată care formează o spirală spiralată și este esențială pentru legarea la α-distrobrevin și α1-,β1-sintrofine55,56.α-distrobrevina se leagă de domeniul CT al distrofinei și oferă rezistență suplimentară la distrofină în sarcolema57.
În timpul dezvoltării embrionare și fetale, utrofina este exprimată pe scară largă în diferite țesuturi, inclusiv celule endoteliale, țesut nervos și țesut muscular striat58.Utrofina este exprimată prin UTRN situat pe cromozomul 6q și este un autolog de distrofină cu 80% omologie de proteine.În timpul dezvoltării, utrofina este localizată în sarcolemă, dar este suprimată semnificativ în țesutul muscular striat postnatal, unde este înlocuită cu distrofină.După naștere, localizarea utrofinei este limitată la tendoane și joncțiuni neuromusculare ale mușchilor scheletici58,59.
Partenerii de legare a utrofinelor sunt în general similari cu cei ai distrofinelor, deși au fost descrise unele diferențe cheie.De exemplu, distrofina interacționează cu β-DG prin domeniul său WW, care este stabilizat de domeniul ZZ (numit pentru capacitatea sa de a lega doi ioni de zinc) în regiunea sa CT, unde reziduurile de acid cisteic 3307-3354 sunt deosebit de importante pentru această interacțiune60 ., 61. De asemenea, utrofina se leagă de β-DG prin domeniul WW/ZZ, dar reziduurile exacte care susțin această interacțiune diferă de resturile de distrofină (3307–3345 în distrofină și 3064–3102 în utrofină) 60,61.Este important că legarea utrofinei de β-DG a fost de aproximativ 2 ori mai mică în comparație cu distrofina 61. S-a raportat că distrofina se leagă de F-actina prin repetele spectrinei 11-17, în timp ce situsurile similare din utrofină nu se pot lega de F-actina, chiar și la concentrații mari, dar pot interacționa prin domeniile lor CH.Acțiunea 62,63,64.În cele din urmă, spre deosebire de distrofină, utrofina nu se poate lega de microtubuli51.
Biomecanic, repetele spectrinei utrofinei au un model de desfășurare distinct în comparație cu distrofina65.Utrofina-spectrina repetă desfășurarea la forțe mai mari, similar cu titina, dar nu și cu distrofina65.Acest lucru este în concordanță cu localizarea și rolul său în transmiterea forței elastice rigide la joncțiunile tendonului, dar poate face utrofina mai puțin adecvată pentru a acționa ca un arc molecular în forțele de tamponare induse de contracție 65 .Luate împreună, aceste date sugerează că capacitățile de mecanotransducție și mechanobuffering pot fi modificate în prezența supraexprimării utrofinei, în special având în vedere diferiți parteneri/mecanisme de legare, cu toate acestea, acest lucru necesită un studiu experimental suplimentar.
Din punct de vedere funcțional, faptul că se crede că utrofina are efecte similare cu distrofina o face o țintă potențială de tratament pentru DMD66,67.De fapt, s-a demonstrat că unii pacienți cu DMD supraexprimă utrofina, posibil ca mecanism compensator, iar fenotipul a fost restaurat cu succes într-un model de șoarece cu supraexpresie a utrofinei 68 .În timp ce reglarea în sus a utrofinei este o strategie terapeutică probabilă, luarea în considerare a diferenței formale și funcționale dintre utrofină și distrofină și utilitatea inducerii acestei supraexpresii cu o localizare adecvată de-a lungul sarcolemei face ca strategia pe termen lung a utrofinei să fie încă neclară.În special, purtătoarele de sex feminin prezintă un model mozaic de expresie a utrofinei, iar raportul dintre distrofină și utrofină poate influența gradul de cardiomiopatie dilatată la acești pacienți69, deși modelele murine de purtători au demonstrat..
Subcomplexul distroglicanului este format din două proteine, α- și β-distroglican (α-, β-DG), ambele transcrise din gena DAG1 și apoi scindate post-translațional în două proteine ​​componente 71 .α-DG este foarte glicozilat în aspectul extracelular al DGC și interacționează direct cu reziduurile de prolină din laminina α2, precum și cu agrin72 și picaculin73 și regiunea CT/CR a distrofinei73,74,75,76.Glicozilarea legată de O, în special a resturilor de serină, este necesară pentru interacțiunea sa cu ECM.Calea de glicozilare include multe enzime ale căror mutații conduc la distrofie musculară (vezi și Tabelul 1).Acestea includ O-manoziltransferaza POMT2, fucutina și proteina înrudită cu fucutina (FKRP), două ribitol fosfotransferaze care adaugă ribitol fosfați în tandem la glicanul central și proteina LARGE1 care adaugă xiloză și glucoză.Polizaharidă liniară a acidului uronic, cunoscută și sub numele de glican de matrice la capătul glicanului77.FKRP este, de asemenea, implicat în dezvoltarea și întreținerea ECM, iar mutațiile din acesta duc la scăderea expresiei lamininei α2 și α-DG77,78,79.În plus, FKRP poate direcționa și formarea laminei bazale și a matricei extracelulare cardiace prin fibronectina 80 glicozilată.
β-DG conține un motiv de legare PPxY care localizează și sechestrează direct YAP12.Aceasta este o descoperire interesantă, deoarece implică faptul că DGC reglează ciclul celular al cardiomiocitelor.α-DH din cardiomiocitele neonatale interacționează cu agrina, care promovează regenerarea inimii și liza DGC76 datorită maturării celulelor.Pe măsură ce cardiomiocitele se maturizează, expresia agrinei scade în favoarea lamininei, despre care se crede că contribuie la oprirea ciclului celular76.Morikawa12 a aratat ca dubla declansare a distrofinei si salvador, un regulator negativ al YAP, duce la hiperproliferarea cardiomiocitelor in rumenul care cauzeaza infarctul.Acest lucru a condus la ideea interesantă că manipularea YAP ar putea avea valoare clinică în prevenirea pierderii de țesut după infarctul miocardic.Astfel, liza DGC indusă de agrină ar putea reprezenta o axă care permite activarea YAP și este o cale potențială pentru regenerarea cardiacă.
Din punct de vedere mecanic, α- și β-DG sunt necesare pentru a menține interacțiunea dintre sarcolemă și stratul bazal 81 .Atât integrinele α-DG, cât și α7 contribuie la generarea forței în ganglionul costal, iar pierderea α-DG determină separarea sarcolemei de lamina bazală, lăsând țesutul muscular scheletic vulnerabil la deteriorarea indusă de contracție.Așa cum s-a descris anterior, complexul distroglican reglează turnover-ul global al DGC-urilor, unde legarea la laminina ligandului înrudit are ca rezultat fosforilarea tirozinei a motivului de legare PPPY al β-DG892.Fosforilarea tirozinei aici promovează dezasamblarea distrofinei, care inversează complexul DGC.Fiziologic, acest proces este foarte reglat, ceea ce este absent în distrofia musculară82, deși mecanismele de bază care controlează acest proces nu sunt pe deplin înțelese.
S-a demonstrat că întinderea ciclică activează căile ERK1/2 și AMPK prin complexul distrofină și proteinele înrudite plectin83.Împreună, plectina și distroglicanul sunt necesare nu numai să acționeze ca o schelă, ci și să participe la mecanotransducție, iar distrugerea plectinei duce la o scădere a activității ERK1/2 și AMPK83.Plectina se leagă, de asemenea, de filamentul intermediar citoscheletic desmină, iar supraexpresia desminului s-a dovedit că îmbunătățește fenotipul bolii la șoarecii mdx:desmin și mdx, un model de șoarece cu dublu knockout DMD84.Prin interacțiunea cu β-DG, plectina leagă indirect DGC la această componentă a citoscheletului.În plus, distroglicanul interacționează cu proteina 2 de legare a receptorului factorului de creștere (Grb2), despre care se știe că este implicată în rearanjamentele citoscheletice85.S-a demonstrat că activarea Ras de către integrină este mediată prin Grb2, care poate oferi o cale potențială pentru diafonia între integrine și DGC86.
Mutațiile genelor implicate în glicozilarea α-DH duc la așa-numita distrofie musculară.Distroglicanopatiile prezintă heterogenitate clinică, dar sunt cauzate în principal de o întrerupere a interacțiunii dintre α-DG și laminina α277.Distrofiglicanozele cauzate de mutațiile primare în DAG1 sunt în general extrem de rare, probabil pentru că sunt letale embrionare87, confirmând astfel necesitatea asocierii celulare cu ECM.Aceasta înseamnă că majoritatea bolilor distrofice ale glicanilor sunt cauzate de mutații secundare ale proteinelor asociate cu glicozilare.De exemplu, mutațiile în POMT1 determină sindromul Walker-Warburg extrem de sever, care se caracterizează prin anencefalie și speranța de viață semnificativ scurtată (mai puțin de 3 ani)88.Cu toate acestea, mutațiile FKRP se manifestă predominant ca distrofie musculară a centurii membrelor (LGMD), care este de obicei (dar nu întotdeauna) relativ ușoară.Cu toate acestea, mutațiile în FKRP s-au dovedit a fi o cauză rară a WWS89.Multe mutații au fost identificate în FKRP, dintre care mutația fondatoare (c.826>A) cauzează cel mai frecvent LGMD2I90.
LGMD2I este o distrofie musculară relativ ușoară a cărei patogeneză se bazează pe întreruperea conexiunii dintre matricea extracelulară și citoscheletul intracelular.Mai puțin clară este relația dintre genotip și fenotip la pacienții cu mutații ale acestor gene și, într-adevăr, acest concept este aplicabil altor proteine ​​DSC.De ce unii pacienți cu mutații FKRP prezintă un fenotip de boală compatibil cu WWS, în timp ce alții au LGMD2I?Răspunsul la această întrebare poate consta în i) care etapă a căii de glicozilare este afectată de mutație sau ii) gradul de hipoglicozilare la orice pas dat.Hipoglicozilarea α-DG poate încă permite un anumit grad de interacțiune cu ECM, rezultând un fenotip general mai blând, în timp ce disocierea de membrana bazală crește severitatea fenotipului bolii.Pacienții cu LGMD2I dezvoltă și DCM, deși acest lucru este mai puțin documentat decât DMD, motivând urgența înțelegerii acestor mutații în contextul cardiomiocitelor.
Subcomplexul sarcospan-sarcoglican promovează formarea DHA și interacționează direct cu β-DH.Există patru sarcoglicani unidirecționali în țesutul cardiac: α, β, γ și δ91.S-a descris recent că o mutație missense c.218C>T în exonul 3 al genei SGCA și o deleție parțială heterozigotă în exonii 7-8 cauzează LGMD2D92.Cu toate acestea, în acest caz, autorii nu au evaluat fenotipul cardiac.
Alte grupuri au descoperit că SGCD în modelele porcine93 și șoarece94 are ca rezultat o expresie redusă a proteinei în subcomplexul sarcoglicanului, perturbând structura generală a DGC-urilor și conducând la DCM.În plus, 19% dintre toți pacienții cu mutații SGCA, SGCB sau SGCG au fost raportați că au cardiomiopatie dilatativă și 25% dintre toți pacienții au necesitat și suport respirator95.
Mutațiile recesive ale sarcoglicanului (SG) δ au ca rezultat reducerea sau absența completă a complexelor de sarcoglican și, prin urmare, DGC în țesutul cardiac și sunt responsabile pentru LGMD și DCM96 asociat.Interesant este că mutațiile dominant-negative ale SG-δ sunt specifice sistemului cardiovascular și sunt cauza cardiomiopatiei dilatate familiale97.S-a demonstrat că mutațiile dominant-negative SG-δ R97Q și R71T sunt exprimate stabil în cardiomiocitele de șobolan fără afectarea semnificativă a DGC98 totală.Cu toate acestea, celulele cardiace care poartă aceste mutații sunt mai susceptibile la deteriorarea sarcolemei, permeabilitate și disfuncție mecanică sub stres mecanic, în concordanță cu fenotipul DCM98.
Sarcospan (SSPN) este o tetraspanină de 25 kDa localizată în subcomplexul sarcoglicanului și se crede că servește ca schelă proteică99,100.Ca schelă proteică, SSPN stabilizează localizarea și glicozilarea α-DG99,101.S-a descoperit că supraexprimarea SSPN în modelele de șoarece crește legarea dintre mușchi și laminină 102 .În plus, s-a demonstrat că SSPN interacționează cu integrinele, sugerând gradul de diafonie între cele două comisuri ale coastei, DGC și structura glicoproteină integrină-talin-vinculină100,101,102.Deteriorarea SSPN a dus, de asemenea, la o creștere a α7β1 în mușchiul scheletic de șoarece.
Un studiu recent a arătat că supraexprimarea sarcospanului îmbunătățește maturarea și glicozilarea α-DG în țesutul cardiac, independent de distrugerea galactosilaminotransferazei 2 (Galgt2) într-un model de șoarece mdx de DMD, atenuând astfel fenotipul bolii 101. Glicozilarea crescută a complexului distroglican poate îmbunătăți interacțiunea ECM, astfel cel mai mult atenuând boala.Mai mult, ei au arătat că supraexprimarea sarcospanului reduce interacțiunea integrinei β1D cu DGC, evidențiind un posibil rol al sarcospanului în reglarea complexelor de integrină101.
Sintrofinele sunt o familie de proteine ​​mici (58 kDa) care se localizează la DGC, nu au ele însele activitate enzimatică intrinsecă și servesc ca adaptori moleculari103,104.Au fost identificate cinci izoforme (α-1, β-1, β-2, γ-1 și γ-2) care prezintă expresie specifică țesutului, izoforma α-1 exprimată predominant în țesutul muscular striat 105 .Sintrofinele sunt proteine ​​adaptoare importante care facilitează comunicarea dintre distrofină și moleculele de semnalizare, inclusiv sintetaza neuronală de oxid nitric (nNOS) în mușchiul scheletic106.α-sintrofina interacționează direct cu domeniul repetat al spectrinei distrofinei 16-17, care, la rândul său, se leagă de motivul de legare a PDZ nNOS106,107.
Sintrofinele interacționează, de asemenea, cu distrobrevina prin intermediul domeniilor de legare PH2 și SU și, de asemenea, interacționează cu citoscheletul de actină 108 .Într-adevăr, sintrofinele par să joace un rol deosebit de important în reglarea dinamicii citoscheletice, iar izoformele α și β sunt capabile să interacționeze direct cu F-actina 108 și, prin urmare, joacă probabil un rol în reglarea tensegrității și a biomecanicii celulare. efect.În plus, s-a demonstrat că sintrofinele reglează citoscheletul prin Rac1109.
Modularea nivelurilor de sintrofină poate restabili funcția, iar un studiu recent folosind mini-distrofină a arătat că constructul ΔR4-R23/ΔCT a fost capabil să restabilească α-sintrofina, precum și alte proteine ​​DGC la niveluri comparabile cu cardiomiocitele WT mdx.
Pe lângă rolul lor în reglarea citoscheletului, sintrofinele sunt, de asemenea, bine documentate în reglarea canalelor ionice 111,112,113.Motivul de legare PDZ al sintrofinelor reglează canalul Nav1.5111 dependent de tensiune cardiacă, care joacă un rol cheie în stabilirea excitabilității și conducției cardiace.Interesant este că, în modelul de șoarece mdx, s-au descoperit că canalele Nav1.5 sunt reglate în jos și s-au găsit aritmii cardiace la animale 111 .În plus, s-a demonstrat că o familie de canale ionice mecanosensibile, canalul potențial al receptorului tranzitoriu (TRPC), este reglată de α1-sintrofină în țesutul cardiac 113 și s-a demonstrat că inhibarea TRPC6 îmbunătățește aritmiile în modelul de șoarece DMD112.S-a raportat că creșterea activității TRPC6 în DMD duce la aritmii cardiace, care sunt ameliorate atunci când sunt combinate cu PKG112.Din punct de vedere mecanic, epuizarea distrofinei promovează un influx de [Ca2+]i indus de întindere care acționează în amonte de TRPC6 pentru a-l activa, așa cum se arată în cardiomiocite și celulele musculare netede vasculare112,114.Hiperactivarea TRPC6 pentru a se întinde îl face un mecanosenzor major și o potențială țintă terapeutică în DMD112,114.
Pierderea distrofinei duce la liza sau la suprimarea marcată a întregului complex DGC, cu pierderea ulterioară a multor funcții mecanoprotectoare și mecanotransducție, rezultând fenotipul catastrofal observat în țesutul muscular striat în DMD.Prin urmare, ar putea fi rezonabil să se considere că RSK-urile funcționează în comun și că componentele individuale depind de prezența și funcționarea altor componente.Acest lucru este valabil mai ales pentru distrofină, care pare a fi necesară pentru asamblarea și localizarea complexului sarcolemă în cardiomiocite.Fiecare componentă joacă un rol unic în contribuția la stabilizarea generală a sarcolemei, localizarea proteinelor accesorii cheie, reglarea canalelor ionice și expresia genelor, iar pierderea unei singure proteine ​​în DGC duce la dereglarea întregului miocard.
După cum s-a arătat mai sus, multe proteine ​​DGC sunt implicate în mecanotransducție și semnalizare, iar distrofina este deosebit de potrivită pentru acest rol.Dacă DGC este situat în coaste, aceasta confirmă opinia că participă la mecanotransducție împreună cu integrinele.Astfel, DGC-urile suferă fizic transfer de forță anizotropă și participă la rearanjarea mecanosenzorială și citoscheletică a micromediului intracelular, în concordanță cu modelul de tensegritate.În plus, Dp427m tamponează forțele biomecanice de intrare prin extinderea repetărilor spectrinei în domeniul său central central, acționând astfel ca un mecanoprotector prin menținerea unei forțe de desfășurare de 25 pN pe un interval extins de 800 nm.Prin scindare, distrofina este capabilă să „tamponeze” forța de contracție-relaxare produsă de cardiomiocite10.Având în vedere diversitatea proteinelor și fosfolipidelor care interacționează cu domeniile repetate ale spectrinei, este interesant să se speculeze dacă derularea repetă a spectrinei modifică cinetica de legare a proteinelor mecanosensibile într-un mod similar cu cel al talinei116,117,118.Cu toate acestea, acest lucru nu a fost încă stabilit și sunt necesare investigații suplimentare.