Nerūsējošais tērauds 347 / 347H metinātas spoles cauruļu ķīmiskais komponents, distrofīna glikoproteīna kompleksu loma muskuļu šūnu mehāniskajā transdukcijā

Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Slīdņi, kas parāda trīs rakstus katrā slaidā.Izmantojiet pogas Atpakaļ un Nākamais, lai pārvietotos pa slaidiem, vai slaidu kontrollera pogas beigās, lai pārvietotos pa katru slaidu.

Distrofīns ir galvenais distrofīna-glikoproteīna kompleksa (DGC) proteīns skeleta muskuļos un kardiomiocītos.Distrofīns saista aktīna citoskeletu ar ekstracelulāro matricu (ECM).Savienojuma pārrāvums starp ekstracelulāro matricu un intracelulāro citoskeletu var radīt postošas ​​sekas skeleta muskuļu šūnu homeostāzei, izraisot vairākas muskuļu distrofijas.Turklāt funkcionālo DGC zudums izraisa progresējošu dilatētu kardiomiopātiju un priekšlaicīgu nāvi.Distrofīns darbojas kā molekulārā atspere, un DHA ir galvenā loma sarkolemmas integritātes saglabāšanā.Turklāt uzkrājas pierādījumi, kas saista DGC ar mehānisko signalizāciju, lai gan šī loma joprojām ir slikti izprotama.Šī pārskata raksta mērķis ir sniegt mūsdienīgu priekšstatu par DGC un to lomu mehāniskajā transdukcijā.Vispirms mēs apspriežam sarežģītās attiecības starp muskuļu šūnu mehāniku un funkciju, un pēc tam pārskatām jaunākos pētījumus par distrofīna glikoproteīna kompleksa lomu mehāniskajā transdukcijā un muskuļu šūnu biomehāniskās integritātes uzturēšanā.Visbeidzot, mēs pārskatām pašreizējo literatūru, lai saprastu, kā DGC signalizācija krustojas ar mehāniskās signalizācijas ceļiem, lai izceltu iespējamos nākotnes iejaukšanās punktus, īpašu uzmanību pievēršot kardiomiopātijai.
Šūnas pastāvīgi sazinās ar savu mikrovidi, un starp tām ir nepieciešams divvirzienu dialogs, lai interpretētu un integrētu biomehānisko informāciju.Biomehānika kontrolē galvenos turpmākos notikumus (piemēram, citoskeleta pārkārtojumus), kontrolējot kopējo šūnu fenotipu telpā un laikā.Galvenais šajā procesā kardiomiocītos ir piekrastes reģions, reģions, kurā sarkolemma savienojas ar sarkomēru, kas sastāv no integrīna-talīna-vinkulīna un distrofīna-glikoproteīna (DGC) kompleksiem.Piesaistītas intracelulārajam citoskeletam, šīs diskrētās fokālās adhēzijas (FA) izplata biomehānisko un bioķīmisko šūnu izmaiņu kaskādi, kas kontrolē diferenciāciju, proliferāciju, organoģenēzi, migrāciju, slimības progresēšanu un daudz ko citu.Biomehānisko spēku pārvēršana bioķīmiskās un/vai (epi)ģenētiskās pārmaiņās ir pazīstama kā mehāniskā transdukcija1.
Jau sen ir zināms, ka integrīna transmembrānas receptors 2 noenkuro ekstracelulāro matricu šūnās un veic gan iekšējo, gan ārējo signālu pārraidi.Paralēli integrīniem DGC saista ECM ar citoskeletu, izveidojot kritisku saikni starp šūnas ārpusi un iekšpusi3.Pilna garuma distrofīns (Dp427) galvenokārt tiek ekspresēts sirds un skeleta muskuļos, bet tiek novērots arī centrālās nervu sistēmas audos, tostarp tīklenē un Purkinje audos4.Tiek uzskatīts, ka integrīnu un DGC mutācijas ir muskuļu distrofijas un progresējošas dilatācijas kardiomiopātijas (DCM) cēloņi (1. tabula)5,6.Jo īpaši DMD mutācijas, kas kodē centrālo distrofīna proteīna DGC, izraisa Duchenne muskuļu distrofiju (DMD)7.DGC sastāv no vairākiem apakškompleksiem, tostarp α- un β-distroglikāna (α/β-DG), sarkoglikāna-spanīna, distrofīna un distrofīna 8.
Distrofīns ir citoskeleta proteīns, ko kodē DMD (Xp21.1-Xp22), kam ir galvenā loma DGC uzturēšanā.DGC saglabā sarkolemmas, šķērssvītrotu muskuļu audu plazmas membrānas, integritāti.Distrofīns vēl vairāk mazina kontrakcijas radītos bojājumus, darbojoties kā molekulārā atspere un molekulārā sastatne9, 10.Pilna garuma distrofīna molekulmasa ir 427 kDa, tomēr DMD daudzo iekšējo promotoru dēļ ir vairākas dabiski sastopamas saīsinātas izoformas, tostarp Dp7111.
Ir pierādīts, ka papildu proteīni ir lokalizēti distrofīnā, ieskaitot patiesos mehāniskos pārveidotājus, piemēram, neironu slāpekļa oksīda sintāzi (nNOS), ar Jā saistīto proteīnu (YAP) un kaveolīnu-3, tādējādi pārstāvot svarīgus šūnu signālu komponentus.Savienojumi 12, 13, 14. Papildus adhēzijai, šūnu mehānismam, kas saistīts ar mijiedarbību starp šūnām un matricu, ko veido integrīni un to pakārtotie mērķi, šie divi kompleksi ir saskarne starp šūnas “iekšpusi” un “ārpusi”. .Šo fokālo adhēziju aizsardzība pret patoloģisku iznīcināšanu ir būtiska šūnu uzvedībai un izdzīvošanai.Turklāt dati apstiprina, ka distrofīns ir mehāniski jutīgu jonu kanālu modulators, ieskaitot stiepes aktivētus kanālus, īpaši L-tipa Ca2+ kanālus un TRPC 15 kanālus.
Lai gan distrofīns ir svarīgs šķērssvītrotu muskuļu šūnu homeostatiskajai funkcijai, precīzi atbalsta mehānismi ir mazāk skaidri, jo īpaši distrofīna loma un tā spēja darboties kā mehāniskais sensors un mehāniskais aizsargs.Distrofīna zuduma dēļ ir radušies vairāki neatbildēti jautājumi, tostarp: vai mehāniski jutīgi proteīni, piemēram, YAP un AMPK, ir nepareizi novietoti sarkolemmā;Vai pastāv šķērsruna ar integrīniem, apstākļi, kas var izraisīt patoloģisku mehānisko transdukciju?Visas šīs pazīmes var veicināt smagu DCM fenotipu, kas novērots pacientiem ar DMD.
Turklāt šūnu biomehānikas izmaiņu saistība ar kopējo DMD fenotipu ir nozīmīga klīniska ietekme.DMD ir ar X saistīta muskuļu distrofija, kas skar 1:3500–5000 vīriešu, kam raksturīgs agrīns mobilitātes zudums (<5 gadi) un progresējoša DCM ar ievērojami sliktāku prognozi nekā citu etioloģiju DCM16, 17, 18.
Distrofīna zuduma biomehānika nav pilnībā aprakstīta, un šeit mēs pārskatām pierādījumus, kas apstiprina domu, ka distrofīnam patiešām ir mehāniski aizsargājoša loma, ti, saglabājot sarkolemmas integritāti, un tas ir ļoti svarīgs mehāniskajā transdukcijā.Turklāt mēs pārskatījām pierādījumus, kas liecina par svarīgu šķērsrunu ar integrīniem, īpaši saistot laminīnu α7β1D šķērssvītrotās muskuļu šūnās.
Ievietošana un dzēšana ir atbildīga par lielu skaitu mutāciju DMD, un 72% mutāciju izraisa šādas mutācijas19.Klīniski DMD parādās zīdaiņa vecumā (≤5 gadi) ar hipotensiju, pozitīvu Govera pazīmi, aizkavētu ar vecumu saistītu izmaiņu progresēšanu, garīgu atpalicību un skeleta muskuļu atrofiju.Elpošanas distress vēsturiski ir bijis galvenais nāves cēlonis pacientiem ar DMD, taču uzlabota atbalstošā aprūpe (kortikosteroīdi, nepārtraukts pozitīvs elpceļu spiediens) ir palielinājis šo pacientu paredzamo dzīves ilgumu, un vidējais vecums DMD pacientiem, kas dzimuši pēc 1990. gada, ir 28,1 gads20,21. ..Tomēr, palielinoties pacientu izdzīvošanai, progresējošas DCM prognoze ir ievērojami sliktāka salīdzinājumā ar citām kardiomiopātijām16, izraisot sirds mazspēju beigu stadijā, kas pašlaik ir galvenais nāves cēlonis, kas veido aptuveni 50% no DMD izraisītiem nāves gadījumiem17,18.
Progresējošam DCM ir raksturīga palielināta kreisā kambara dilatācija un atbilstība, kambaru retināšana, pastiprināta fibrotauku infiltrācija, samazināta sistoliskā funkcija un palielināts aritmiju biežums.DCM pakāpe pacientiem ar DMD ir gandrīz universāla vēlīnā pusaudža vecumā (vecumā no 90% līdz 18 gadiem), bet līdz 10 gadu vecumam tā ir aptuveni 59% pacientu8,22.Šīs problēmas risināšana ir ļoti svarīga, jo kreisā kambara izsviedes frakcija ir nepārtraukti samazinājusies par 1,6% gadā23.
Sirds aritmijas ir bieži sastopamas pacientiem ar DMD, īpaši sinusa tahikardija un ventrikulāra tahikardija, un tās ir pēkšņas sirds nāves cēlonis22.Aritmijas ir fibrotauku infiltrācijas rezultāts, īpaši subbazālajā kreisajā kambarī, kas pasliktina atgriešanās ķēdi, kā arī [Ca2+]i apstrādes disfunkciju un jonu kanālu disfunkciju24,25.Sirds klīniskās izpausmes atpazīšana ir ļoti svarīga, jo agrīnas ārstēšanas stratēģijas var aizkavēt smagas DCM rašanos.
Sirds disfunkcijas un skeleta muskuļu saslimstības ārstēšanas nozīme ir parādīta interesantā pētījumā, kurā tika izmantots DMD peles modelis ar nosaukumu mdx26, lai pētītu skeleta muskuļu audu uzlabošanas ietekmi, nerisinot DMD pamatā esošās sirds problēmas.Šeit autori parādīja paradoksālu sirds disfunkcijas palielināšanos 5 reizes pēc skeleta muskuļu uzlabošanās, un pelēm bija ievērojams izsviedes frakcijas samazinājums26.Uzlabota skeleta muskuļu funkcija ļauj lielākai fiziskajai aktivitātei radīt lielāku slodzi miokardam, padarot to uzņēmīgāku pret vispārējiem disfunkcijām.Tas uzsver, cik svarīgi ir ārstēt DMD pacientus kopumā, un brīdina, ka nevajadzētu lietot tikai skeleta muskuļu terapiju.
DGC veic vairākas papildu funkcijas, proti, nodrošina sarkolemmas strukturālo stabilitāti, kļūst par molekulāro karkasu, kas darbojas kā signalizācijas saite, regulē mehāniski jutīgos jonu kanālus, piekrastes mehāniskās transdukcijas kodolu un piedalās sānu spēka pārvadē. ribas (1.b att.)..Distrofīnam ir galvenā loma šajā spējā, un daudzu iekšējo promotoru klātbūtnes dēļ ir vairākas dažādas izoformas, un katrai no tām ir atšķirīga loma dažādos audos.Dažādu distrofīna izoformu diferenciālā audu ekspresija apstiprina domu, ka katrai izoformai ir atšķirīga loma.Piemēram, sirds audi izsaka distrofīna pilnu garumu (Dp427m), kā arī īsāku Dp71m izoformu, savukārt skeleta audi izsaka tikai pirmo no diviem.Novērojot katra apakštipa lomu, var atklāt ne tikai tā fizioloģisko funkciju, bet arī muskuļu distrofijas patoģenēzi.
Visa garuma distrofīna (Dp427m) un mazākās, saīsinātās Dp71 izoformas shematisks attēlojums.Distrofīnam ir 24 spektrīna atkārtojumi, kas atdalīti ar četrām cilpām, kā arī aktīnu saistošais domēns (ABD), ar cisteīnu bagāts (CR) domēns un C-gals (CT).Ir identificēti galvenie saistīšanās partneri, tostarp mikrotubulas (MT) un sarkolemma.Ir daudz Dp71 izoformu, Dp71m attiecas uz muskuļu audiem un Dp71b attiecas uz nervu audu izoformu.Jo īpaši Dp71f attiecas uz neironu citoplazmas izoformu.b Distrofīna-glikoproteīna komplekss (DHA) atrodas sarkolemmā kopumā.Biomehāniskie spēki pārslēdzas starp ECM un F-aktīnu.Ņemiet vērā iespējamo šķērsrunu starp DGC un integrīna adhēziju, Dp71 var spēlēt fokālās adhēzijas.Izveidots ar Biorender.com.
DMD ir visizplatītākā muskuļu distrofija, un to izraisa DMD mutācijas.Tomēr, lai pilnībā novērtētu mūsu pašreizējo izpratni par antidistrofīna lomu, ir svarīgi to ievietot DGC kontekstā kopumā.Tādējādi tiks īsi aprakstīti pārējie proteīni.DGC olbaltumvielu sastāvu sāka pētīt 80. gadu beigās, īpašu uzmanību pievēršot distrofīnam.Koenig27, 28, Hoffman29 un Ervasti30 veica svarīgu atklājumu, identificējot distrofīnu, 427 kDa proteīnu šķērssvītrotā muskulī31.
Pēc tam tika pierādīts, ka citi apakškompleksi ir saistīti ar distrofīnu, tostarp sarkoglikāns, distrofīna transmembrānas apakškomplekss, disbrevīns un sintrofīni8, kas kopā veido pašreizējo DGC modeli.Šajā sadaļā vispirms tiks izplatīti pierādījumi par DGC lomu mehanosensorajā uztverē, vienlaikus detalizēti pārbaudot atsevišķus komponentus.
Pilna garuma distrofīna izoforma, kas atrodas šķērssvītrotajos muskuļu audos, ir Dp427m (piemēram, “m” muskuļiem, lai tos atšķirtu no smadzenēm), un tas ir liels stieņa formas proteīns ar četriem funkcionāliem domēniem, kas atrodas zem kardiomiocītu sarkolemmas, īpaši piekrastes reģionā. 29, 32. Dp427m, ko kodē DMD gēns uz Xp21.1, sastāv no 79 eksoniem, kas ģenerēti pie 2,2 megabāzēm, un tādējādi tas ir lielākais gēns mūsu genomā8.
Vairāki iekšējie promotori DMD rada vairākas saīsinātas distrofīna izoformas, no kurām dažas ir specifiskas audiem.Salīdzinot ar Dp427m, Dp71m ir ievērojami saīsināts, un tam trūkst spektrīna atkārtojuma domēna vai N-termināla ABD domēna.Tomēr Dp71m saglabā C-gala saistošo struktūru.Kardiomiocītos Dp71m loma ir neskaidra, taču ir pierādīts, ka tas lokalizējas T kanāliņos, kas liecina, ka tas var palīdzēt regulēt ierosmes-kontrakcijas savienojumu 33, 34, 35.Cik mums zināms, nesenajam Dp71m atklājumam sirds audos ir pievērsta maz uzmanības, taču daži pētījumi liecina, ka tas ir saistīts ar stiepes aktivizētiem jonu kanāliem, un Masubuchi ierosināja, ka tam var būt nozīme nNOS33 regulēšanā., 36. To darot, Dp71 ir saņēmusi ievērojamu uzmanību neirofizioloģijā un trombocītu pētījumos — jomās, kas var sniegt ieskatu par lomu kardiomiocītos37,38,39.
Nervu audos galvenokārt izpaužas Dp71b izoforma, un ziņots par 14 izoformām38.Ir pierādīts, ka Dp71b, kas ir svarīgs akvaporīna 4 un Kir4.1 kālija kanālu regulators centrālajā nervu sistēmā, dzēšana maina asins-smadzeņu barjeras caurlaidību40.Ņemot vērā Dp71b lomu jonu kanālu regulēšanā, Dp71m var būt līdzīga loma kardiomiocītos.
DGC klātbūtne piekrastes ganglijās nekavējoties norāda uz lomu mehāniskajā transdukcijā, un patiešām ir pierādīts, ka tā lokalizējas ar integrīna-talīna-vinkulīna kompleksiem 41 .Turklāt, ņemot vērā to, ka šķērseniskās mehāniskās transdukcijas uzmanības centrā ir piekrastes segments, Dp427m lokalizācija šeit izceļ tā lomu šūnu aizsardzībā no kontrakcijas izraisītiem bojājumiem.Turklāt Dp427m mijiedarbojas ar aktīnu un mikrotubulu citoskeletu, tādējādi pabeidzot savienojumu starp intracelulāro vidi un ārpusšūnu matricu.
N-galu saturošais aktīnu saistošais domēns 1 (ABD1) sastāv no diviem kalmodulīna homoloģijas domēniem (CH), kas nepieciešami mijiedarbībai ar F-aktīnu un γ-aktīna izoformas noenkurošanai pie sarkolemmas42,43.Distrofīns var veicināt kardiomiocītu vispārējo viskoelastību, piestiprinoties subsarkolemālajam citoskeletam, un tā lokalizācija piekrastes ganglijās atbalsta tā iesaistīšanos mehāniskajā transdukcijā, kā arī mehāniskajā aizsardzībā 44, 45.
Centrālais kodola domēns sastāv no 24 spektrīniem līdzīgiem atkārtotiem proteīniem, no kuriem katrs ir aptuveni 100 aminoskābju atlikumu garumā.Spektrīna atkārtojumi ir mijas ar četriem eņģes domēniem, nodrošinot proteīna elastību un augstu paplašināmības pakāpi.Distrofīna spektra atkārtojumi var izvērsties fizioloģiskā spēku diapazonā (15-30 pN), kas stiepjas no 21 nm līdz 84 nm, spēki, kas ir sasniedzami miozīna kontrakcijai 46 .Šīs spektrīna atkārtojuma domēna īpašības ļauj distrofīnam darboties kā molekulāram amortizatoram.
Dp427m centrālais stienis nodrošina tā lokalizāciju sarkolemmā, jo īpaši, izmantojot hidrofobisku un elektrostatisku mijiedarbību ar fosfatidilserīnu 47,48.Interesanti, ka distrofīna centrālais kodols atšķirīgi mijiedarbojas ar sarkolemmas fosfolipīdiem skeleta un sirds audos, iespējams, atspoguļojot dažādus pavasara modeļus.kritisks, savukārt skeleta muskuļi ir saistīti arī ar R10-R1249.
Saistīšanai ar γ-aktīna citoskeletu ir nepieciešams ABD2 spektra atkārtojuma 11–17 reģions, kas sastāv no pamata aminoskābju atlikumiem un atšķiras no F-aktīns saistošā CH domēna.Mikrotubulas tieši mijiedarbojas ar distrofīna galveno domēnu, šai mijiedarbībai ir nepieciešami spektrīna atkārtojumu atlikumi 4-15 un 20-23, un ir nepieciešama ankirīna B klātbūtne, lai novērstu mikrotubulu veidošanos šajā vietā.Caurules nav 50,51,52.Ir pierādīts, ka plaisa starp mikrotubulām un distrofīnu saasina DMD patoloģiju, palielinot reaktīvās skābekļa sugas (X-ROS).
CR domēns, izmantojot ankirīnu B, ir vēl viens sarkolemmālo fosfolipīdu enkurs52.Ankirīns-B un ankirīns-G ir nepieciešami distrofīna/DGC ribu lokalizācijai, un to neesamība rada DGC52 izkliedētu sarkolemmālo modeli.
CR domēns satur WW saistošu domēnu, kas tieši mijiedarbojas ar β-DG saistošo motīvu PPxY.Piesaistoties distrofīna-glikāna kompleksam, distrofīns pabeidz saikni starp šūnas iekšpusi un ārpusi54.Šis savienojums ir būtisks šķērssvītrotajiem muskuļiem, par ko liecina fakts, ka savienojuma pārtraukšana starp ECM un šūnas iekšpusi izraisa dzīvību ierobežojošu muskuļu distrofiju.
Visbeidzot, CT domēns ir ļoti konservēts reģions, kas veido saritinātu spirāli un ir būtisks saistīšanai ar α-distrobrevīnu un α1-, β1-sintrofīniem55,56.α-distrobrevīns saistās ar distrofīna CT domēnu un nodrošina papildu rezistenci pret distrofīnu sarkolemmā57.
Embrionālās un augļa attīstības laikā utropīns tiek plaši ekspresēts dažādos audos, tostarp endotēlija šūnās, nervu audos un šķērssvītrotajos muskuļu audos58.Utrofīnu ekspresē UTRN, kas atrodas 6q hromosomā, un tas ir distrofīna autologs ar 80% olbaltumvielu homoloģiju.Attīstības laikā utrofīns tiek lokalizēts sarkolemmā, bet tas ir ievērojami nomākts pēcdzemdību šķērssvītrotajos muskuļu audos, kur to aizstāj ar distrofīnu.Pēc piedzimšanas utrofīna lokalizācija ir ierobežota līdz cīpslām un skeleta muskuļu neiromuskulāriem savienojumiem58,59.
Utrofīna saistīšanās partneri kopumā ir līdzīgi distrofīnu partneriem, lai gan ir aprakstītas dažas galvenās atšķirības.Piemēram, distrofīns mijiedarbojas ar β-DG caur savu WW domēnu, ko stabilizē ZZ domēns (nosaukts tā spējas saistīt divus cinka jonus) CT reģionā, kur cisteīnskābes atlikumi 3307-3354 ir īpaši svarīgi šai mijiedarbībai60. ., 61. Utrofīns arī saistās ar β-DG caur WW/ZZ domēnu, taču precīzās atliekas, kas atbalsta šo mijiedarbību, atšķiras no distrofīna atliekām (3307–3345 distrofīnā un 3064–3102 utrofīnā) 60,61.Svarīgi, ka utrofīna saistīšanās ar β-DG bija aptuveni 2 reizes zemāka nekā distrofīns 61. Ir ziņots, ka distrofīns saistās ar F-aktīnu, izmantojot spektrīna atkārtojumus 11–17, savukārt līdzīgas vietas utrofīnā nevar saistīties ar F-aktīnu pat plkst. augstas koncentrācijas, bet var mijiedarboties caur to CH domēniem.Darbība 62,63,64.Visbeidzot, atšķirībā no distrofīna, utrofīns nevar saistīties ar mikrotubulām51.
Biomehāniski utrofīna spektrīna atkārtojumiem ir atšķirīgs izvēršanās modelis, salīdzinot ar distrofīnu65.Utrofīna spektrīns atkārto izvietošanu ar lielākiem spēkiem, līdzīgi kā titīns, bet ne distrofīns65.Tas atbilst tā lokalizācijai un lomai stingra elastīgā spēka pārnešanā cīpslu krustojumos, taču tas var padarīt utrofīnu mazāk piemērotu, lai darbotos kā molekulārā atspere kontrakcijas izraisītos bufera spēkos65.Kopumā šie dati liecina, ka utrofīna pārmērīgas ekspresijas klātbūtnē var mainīties mehāniskās transdukcijas un mehāniskās buferizācijas iespējas, īpaši ņemot vērā dažādus saistīšanas partnerus/mehānismus, tomēr tam ir nepieciešami turpmāki eksperimentāli pētījumi.
No funkcionālā viedokļa fakts, ka tiek uzskatīts, ka utrofīnam ir līdzīga iedarbība kā distrofīnam, tas ir potenciāls DMD66, 67 ārstēšanas mērķis.Faktiski ir pierādīts, ka daži DMD pacienti pārmērīgi ekspresē utrofīnu, iespējams, kā kompensācijas mehānismu, un fenotips ir veiksmīgi atjaunots peles modelī ar pārmērīgu utrofīna ekspresiju68.Lai gan utrofīna regulēšana ir iespējama terapeitiskā stratēģija, ņemot vērā formālo un funkcionālo atšķirību starp utrofīnu un distrofīnu un šīs pārmērīgas ekspresijas ierosināšanas lietderību ar pareizu lokalizāciju gar sarkolemmu, utrofīna ilgtermiņa stratēģija joprojām ir neskaidra.Proti, sieviešu nēsātājiem ir utrofīna ekspresijas mozaīkas modelis, un attiecība starp distrofīnu un utrofīnu var ietekmēt dilatācijas kardiomiopātijas pakāpi šiem pacientiem69, lai gan ir parādīti nēsātāju peļu modeļi..
Distroglikāna apakškomplekss sastāv no diviem proteīniem, α- un β-distroglikāna (α-, β-DG), kas abi ir transkribēti no DAG1 gēna un pēc tam pēc translācijas sadalīti divkomponentu proteīnos 71 .α-DG ir ļoti glikozilēts DGC ekstracelulārajā aspektā un tieši mijiedarbojas ar prolīna atlikumiem α2 laminīnā, kā arī ar agrīnu72 un pikakulīnu73 un distrofīna CT/CR reģionu73, 74, 75, 76.O-saistīta glikozilācija, īpaši serīna atlikumiem, ir nepieciešama tās mijiedarbībai ar ECM.Glikozilācijas ceļš ietver daudzus enzīmus, kuru mutācijas izraisa muskuļu distrofiju (skatīt arī 1. tabulu).Tie ietver O-mannosiltransferāzi POMT2, fukutīnu un ar fukutīnu saistīto proteīnu (FKRP), divas ribitola fosfotransferāzes, kas pievieno tandēma ribitola fosfātus kodola glikānam, un LARGE1 proteīnu, kas pievieno ksilozi un glikozi.Lineārais uronskābes polisaharīds, kas pazīstams arī kā matricas glikāns glikāna galā77.FKRP ir iesaistīts arī ECM izstrādē un uzturēšanā, un mutācijas tajā izraisa laminīna α2 un α-DG77, 78, 79 ekspresijas samazināšanos.Turklāt FKRP var arī vadīt bazālās slāņa un sirds ekstracelulārās matricas veidošanos, izmantojot glikozilētu fibronektīnu 80.
β-DG satur PPxY saistošu motīvu, kas tieši lokalizē un atdala YAP12.Tas ir interesants atklājums, jo tas nozīmē, ka DGC regulē kardiomiocītu šūnu ciklu.α-DH jaundzimušo kardiomiocītos mijiedarbojas ar agrīnu, kas veicina sirds reģenerāciju un DGC76 līzi šūnu nobriešanas dēļ.Kardiomiocītiem nobriestot, agrīna ekspresija samazinās par labu laminīnam, kas, domājams, veicina šūnu cikla apstāšanos76.Morikawa12 parādīja, ka divkārša distrofīna un salvadora, YAP negatīvā regulatora, iznīcināšana izraisa kardiomiocītu hiperproliferāciju infarktu izraisošajā spureklī.Tas noveda pie aizraujošas idejas, ka YAP manipulācijām varētu būt klīniska vērtība, lai novērstu audu zudumu pēc miokarda infarkta.Tādējādi agrīna izraisīta DGC līze varētu būt asi, kas ļauj aktivizēt YAP un ir potenciāls sirds reģenerācijas ceļš.
Mehāniski α- un β-DG ir nepieciešami, lai uzturētu mijiedarbību starp sarkolemmu un bazālo slāni 81 .Gan α-DG, gan α7 integrīni veicina spēka veidošanos piekrastes ganglijā, un α-DG zudums izraisa sarkolemmas atdalīšanu no bazālās slāņa, atstājot skeleta muskuļu audus neaizsargātus pret kontrakcijas izraisītiem bojājumiem.Kā aprakstīts iepriekš, distroglikāna komplekss regulē kopējo DGC apgrozījumu, kur saistīšanās ar radniecīgo ligandu laminīnu izraisa β-DG892 PPPY saistošā motīva tirozīna fosforilāciju.Tirozīna fosforilēšana šeit veicina distrofīna demontāžu, kas apvērš DGC kompleksu.Fizioloģiski šis process ir ļoti regulēts, kas nav sastopams muskuļu distrofijas gadījumā82, lai gan pamatā esošie mehānismi, kas kontrolē šo procesu, nav pilnībā izprotami.
Ir pierādīts, ka cikliskā stiepšanās aktivizē ERK1 / 2 un AMPK ceļus caur distrofīna kompleksu un saistīto proteīna plektīnu83.Plektīnam un distroglikānam kopā ir nepieciešams ne tikai darboties kā sastatnes, bet arī piedalīties mehāniskajā transdukcijā, un plektīna notriekšana izraisa ERK1 / 2 un AMPK83 aktivitātes samazināšanos.Plektīns saistās arī ar citoskeleta starpposma pavedienu desmīnu, un ir pierādīts, ka desmīna pārmērīga ekspresija uzlabo slimības fenotipu mdx: desmin un mdx pelēm, kas ir DMD84 dubultā izsituma peles modelis.Mijiedarbojoties ar β-DG, plektīns netieši saistās ar DGC ar šo citoskeleta komponentu.Turklāt distroglikāns mijiedarbojas ar augšanas faktora receptoru saistošo proteīnu 2 (Grb2), kas, kā zināms, ir iesaistīts citoskeleta pārkārtojumos85.Ir pierādīts, ka Ras aktivācija ar integrīnu ir saistīta ar Grb2 starpniecību, kas var nodrošināt potenciālu ceļu šķērsrunai starp integrīniem un DGC86.
α-DH glikozilācijā iesaistīto gēnu mutācijas izraisa tā saukto muskuļu distrofiju.Distroglikanopātijām ir klīniska neviendabība, bet tās galvenokārt izraisa α-DG un α277 laminīna mijiedarbības traucējumi.Distrofiglikanozes, ko izraisa primārās DAG1 mutācijas, parasti ir ārkārtīgi reti, iespējams, tāpēc, ka tās ir embrionāli letālas87, tādējādi apstiprinot nepieciešamību pēc šūnu asociācijas ar ECM.Tas nozīmē, ka lielāko daļu distrofisko glikānu slimību izraisa sekundāras olbaltumvielu mutācijas, kas saistītas ar glikozilāciju.Piemēram, mutācijas POMT1 izraisa ārkārtīgi smagu Walker-Warburg sindromu, kam raksturīga anencefālija un ievērojami saīsināts dzīves ilgums (mazāk nekā 3 gadi)88.Tomēr FKRP mutācijas galvenokārt izpaužas kā ekstremitāšu jostas muskuļu distrofija (LGMD), kas parasti (bet ne vienmēr) ir salīdzinoši viegla.Tomēr ir pierādīts, ka FKRP mutācijas ir rets WWS89 cēlonis.FKRP ir identificētas daudzas mutācijas, no kurām dibinātāja mutācija (c.826>A) visbiežāk izraisa LGMD2I90.
LGMD2I ir salīdzinoši viegla muskuļu distrofija, kuras patoģenēze balstās uz saiknes pārtraukšanu starp ekstracelulāro matricu un intracelulāro citoskeletu.Mazāk skaidra ir saistība starp genotipu un fenotipu pacientiem ar šo gēnu mutācijām, un šī koncepcija patiešām ir piemērojama citiem DSC proteīniem.Kāpēc dažiem pacientiem ar FKRP mutācijām ir slimības fenotips, kas atbilst WWS, bet citiem ir LGMD2I?Atbilde uz šo jautājumu var būt: i) kuru glikozilācijas ceļa posmu ietekmē mutācija, vai ii) hipoglikozilācijas pakāpi jebkurā noteiktā posmā.α-DG hipoglikozilācija joprojām var pieļaut zināmu mijiedarbību ar ECM, kā rezultātā tiek iegūts maigāks vispārējais fenotips, savukārt disociācija no bazālās membrānas palielina slimības fenotipa smagumu.Pacientiem ar LGMD2I arī attīstās DCM, lai gan tas ir mazāk dokumentēts nekā DMD, motivējot steidzami izprast šīs mutācijas kardiomiocītu kontekstā.
Sarkospana-sarkoglikāna apakškomplekss veicina DHA veidošanos un tieši mijiedarbojas ar β-DH.Sirds audos ir četri vienvirziena sarkoglikāni: α, β, γ un δ91.Nesen tika aprakstīts, ka c.218C>T missense mutācija SGCA gēna 3. eksonā un daļēja heterozigota dzēšana 7.–8. eksonā izraisa LGMD2D92.Tomēr šajā gadījumā autori nenovērtēja sirds fenotipu.
Citas grupas ir atklājušas, ka SGCD cūku93 un peles94 modeļos samazina olbaltumvielu ekspresiju sarkoglikāna apakškompleksā, izjaucot vispārējo DGC struktūru un novedot pie DCM.Turklāt tika ziņots, ka 19% no visiem pacientiem ar SGCA, SGCB vai SGCG mutācijām bija paplašināta kardiomiopātija, un 25% no visiem pacientiem bija nepieciešams arī elpošanas atbalsts95.
Recesīvās mutācijas sarkoglikānā (SG) δ izraisa sarkoglikāna kompleksu un līdz ar to DGC samazināšanos vai pilnīgu neesamību sirds audos un ir atbildīgas par LGMD un ar to saistīto DCM96.Interesanti, ka SG-δ dominējošās negatīvās mutācijas ir raksturīgas sirds un asinsvadu sistēmai un ir ģimenes dilatācijas kardiomiopātijas cēlonis97.Ir pierādīts, ka SG-δ R97Q un R71T dominējošās negatīvās mutācijas ir stabili ekspresētas žurku kardiomiocītos bez būtiskiem kopējā DGC98 traucējumiem.Tomēr sirds šūnas, kurām ir šīs mutācijas, ir jutīgākas pret sarkolemmas bojājumiem, caurlaidību un mehānisku disfunkciju mehāniskā spriedzē, kas atbilst DCM98 fenotipam.
Sarcospan (SSPN) ir 25 kDa tetraspanīns, kas lokalizēts sarkoglikāna apakškompleksā, un tiek uzskatīts, ka tas kalpo kā proteīna karkass99 100.Kā proteīna sastatnes SSPN stabilizē α-DG99,101 lokalizāciju un glikozilāciju.Ir konstatēts, ka SSPN pārmērīga ekspresija peles modeļos palielina saistīšanos starp muskuļu un laminīnu 102 .Turklāt ir pierādīts, ka SSPN mijiedarbojas ar integrīniem, kas liecina par šķērsrunas pakāpi starp abām ribu komisūrām, DGC, un integrīna-talīna-vinkulīna glikoproteīna struktūru 100, 101, 102.SSPN iznīcināšana izraisīja arī α7β1 palielināšanos peles skeleta muskuļos.
Nesen veikts pētījums parādīja, ka sarkospana pārmērīga ekspresija uzlabo α-DG nobriešanu un glikozilāciju sirds audos neatkarīgi no galaktozilaminotransferāzes 2 (Galgt2) notriekšanas DMD mdx peles modelī, tādējādi atvieglojot slimības 101. fenotipu. Palielināta glikozilāna kompleksa mijiedarbība ar glikozilānu. ECM, tādējādi visvairāk mazinot slimību.Turklāt viņi ir parādījuši, ka sarkospana pārmērīga ekspresija samazina β1D integrīna mijiedarbību ar DGC, uzsverot sarkospana iespējamo lomu integrīna kompleksu regulēšanā101.
Sintrofīni ir mazu (58 kDa) proteīnu saime, kas lokalizējas DGC, kuriem pašiem nav raksturīgas fermentatīvās aktivitātes, un tie kalpo kā molekulārie adapteri103, 104.Ir identificētas piecas izoformas (α-1, β-1, β-2, γ-1 un γ-2), kas uzrāda specifisku audu ekspresiju, un α-1 izoforma galvenokārt izpaužas šķērssvītrotajos muskuļu audos105.Sintrofīni ir svarīgi adaptera proteīni, kas atvieglo saziņu starp distrofīnu un signalizācijas molekulām, tostarp neironu slāpekļa oksīda sintāzi (nNOS) skeleta muskuļos106.α-sintrofīns tieši mijiedarbojas ar distrofīna 16-17 spektrīna atkārtojuma domēnu, kas savukārt saistās ar nNOS106, 107 PDZ saistošo motīvu.
Sintrofīni mijiedarbojas arī ar distrobrevīnu caur PH2 un SU saistošajiem domēniem, un tie mijiedarbojas arī ar aktīna citoskeletu 108 .Patiešām, šķiet, ka sintrofīniem ir īpaši svarīga loma citoskeleta dinamikas regulēšanā, un α un β izoformas spēj tieši mijiedarboties ar F-aktīnu 108 un tādējādi, iespējams, spēlē lomu sasprindzinājuma un šūnu biomehānikas regulēšanā. efekts.Turklāt ir pierādīts, ka sintrofīni regulē citoskeletu caur Rac1109.
Modulējot sintrofīna līmeni, var atjaunot funkciju, un nesen veikts pētījums, kurā tika izmantots minidistrofīns, parādīja, ka ΔR4-R23/ΔCT konstrukcija spēja atjaunot α-sintrofīnu, kā arī citus DGC proteīnus līdz līmenim, kas ir salīdzināms ar WT mdx kardiomiocītiem.
Papildus savai lomai citoskeleta regulēšanā sintrofīni ir labi dokumentēti arī jonu kanālu regulēšanā 111,112,113.Sintrofīnu PDZ saistošais motīvs regulē no sirds sprieguma atkarīgo Nav1.5111 kanālu, kam ir galvenā loma sirds uzbudināmības un vadītspējas noteikšanā.Interesanti, ka mdx peles modelī tika konstatēts, ka Nav1.5 kanāli ir samazināti, un dzīvniekiem tika konstatētas sirds aritmijas111.Turklāt ir pierādīts, ka mehāniski jutīgu jonu kanālu saimi, pārejošo receptoru potenciālo kanālu (TRPC), regulē α1-sintrofīns sirds audos 113, un ir pierādīts, ka TRPC6 inhibīcija uzlabo aritmijas DMD112 peles modelī.Ir ziņots, ka paaugstināta TRPC6 aktivitāte DMD izraisa sirds aritmijas, kuras tiek atvieglotas, ja to kombinē ar PKG 112 .Mehāniski distrofīna samazināšanās veicina stiepes izraisītu [Ca2+]i pieplūdumu, kas darbojas augšpus TRPC6, lai to aktivizētu, kā parādīts kardiomiocītos un asinsvadu gludās muskulatūras šūnās112,114.TRPC6 hiperaktivācija stiepšanai padara to par galveno mehanosensoru un potenciālu terapeitisko mērķi DMD112, 114.
Distrofīna zudums izraisa visa DGC kompleksa līzi vai izteiktu nomākšanu, kam seko daudzu mehāniski aizsargājošu un mehānisko transdukcijas funkciju zudums, kā rezultātā rodas katastrofāls fenotips, kas novērots DMD svītrotajos muskuļu audos.Tāpēc var būt saprātīgi uzskatīt, ka RSK darbojas saskaņoti un ka atsevišķi komponenti ir atkarīgi no citu komponentu klātbūtnes un darbības.Tas jo īpaši attiecas uz distrofīnu, kas, šķiet, ir nepieciešams sarkolemmas kompleksa montāžai un lokalizācijai kardiomiocītos.Katram komponentam ir unikāla loma, veicinot vispārējo sarkolemmas stabilizāciju, galveno papildu proteīnu lokalizāciju, jonu kanālu un gēnu ekspresijas regulēšanu, un viena proteīna zudums DGC izraisa visa miokarda disregulāciju.
Kā parādīts iepriekš, daudzi DGC proteīni ir iesaistīti mehāniskajā transdukcijā un signalizācijā, un distrofīns ir īpaši piemērots šai lomai.Ja DGC atrodas ribās, tas apstiprina viedokli, ka tas piedalās mehanotransdukcijā kopā ar integrīniem.Tādējādi DGC fiziski tiek pakļauti anizotropiska spēka pārnesei un piedalās intracelulārās mikrovides mehanosensorā un citoskeleta pārkārtošanā saskaņā ar tensegrity modeli.Turklāt Dp427m buferē ienākošos biomehāniskos spēkus, paplašinot spektrīna atkārtojumus tā centrālajā kodola domēnā, tādējādi darbojoties kā mehānoprotektors, uzturot 25 pN attīšanas spēku paplašinātā 800 nm diapazonā.Sadaloties, distrofīns spēj “buferēt” kontrakcijas un relaksācijas spēku, ko rada kardiomiocīti10.Ņemot vērā proteīnu un fosfolipīdu daudzveidību, kas mijiedarbojas ar spektrīna atkārtošanās domēniem, ir interesanti spekulēt, vai spektrīna atkārtošanās attīšana maina mehāniski jutīgo proteīnu saistīšanās kinētiku līdzīgi kā talīna 116, 117, 118.Tomēr tas vēl nav noskaidrots, un ir nepieciešama turpmāka izmeklēšana.