310 Rozsdamentes acél kapilláris tekercscső kémiai komponense, A disztrofin glikoprotein komplexek szerepe az izomsejtek mechanotranszdukciójában

Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com oldalt.Olyan böngészőverziót használ, amely korlátozott CSS-támogatással rendelkezik.A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben).Ezenkívül a folyamatos támogatás érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Diánként három cikket mutató csúszkák.Használja a vissza és a következő gombokat a diák közötti mozgáshoz, vagy a végén lévő diavezérlő gombokat az egyes diák közötti mozgáshoz.

310 Rozsdamentes acél kapilláris tekercscsövek beszállítói

A disztrofin a disztrofin-glikoprotein komplex (DGC) fő fehérje a vázizomzatban és a szívizomsejtekben.A disztrofin az aktin citoszkeletont az extracelluláris mátrixhoz (ECM) köti.Az extracelluláris mátrix és az intracelluláris citoszkeleton közötti kapcsolat megszakadása pusztító következményekkel járhat a vázizomsejtek homeosztázisára nézve, ami számos izomdisztrófiához vezethet.Ezenkívül a funkcionális DGC-k elvesztése progresszív dilatatív kardiomiopátiához és korai halálhoz vezet.A disztrofin molekuláris rugóként működik, a DHA pedig kulcsszerepet játszik a szarkolemma épségének megőrzésében.Ezenkívül egyre gyűlnek a bizonyítékok a DGC és a mechanikus jelzések összekapcsolására, bár ez a szerep továbbra is kevéssé ismert.Ennek az áttekintő cikknek a célja, hogy modern képet adjon a DGC-kről és a mechanotranszdukcióban betöltött szerepükről.Először az izomsejtek mechanikája és működése közötti összetett kapcsolatot tárgyaljuk, majd áttekintjük a dystrophin glikoprotein komplexnek a mechanotranszdukcióban és az izomsejtek biomechanikai integritásának fenntartásában betöltött szerepével kapcsolatos legújabb kutatásokat.Végül áttekintjük a jelenlegi szakirodalmat, hogy megértsük, hogyan metszi a DGC jelzés a mechanisignaling útvonalakkal, hogy kiemeljük a lehetséges jövőbeli beavatkozási pontokat, különös tekintettel a kardiomiopátiára.
A sejtek folyamatos kommunikációban állnak mikrokörnyezetükkel, a biomechanikai információk értelmezéséhez és integrálásához kétirányú párbeszédre van szükség közöttük.A biomechanika szabályozza a kulcsfontosságú későbbi eseményeket (pl. a citoszkeletális átrendeződéseket) azáltal, hogy szabályozza az általános sejtfenotípust térben és időben.Ennek a folyamatnak a központi része a kardiomiocitákban a partvidék, az a régió, ahol a szarkolemma egy integrin-talin-vinculin és disztrofin-glikoprotein (DGC) komplexekből álló szarkomerhez kapcsolódik.Az intracelluláris citoszkeletonhoz tapadva ezek a diszkrét fokális adhéziók (FA-k) biomechanikai és biokémiai sejtváltozások sorozatát terjesztik, amelyek szabályozzák a differenciálódást, a proliferációt, az organogenezist, a migrációt, a betegség progresszióját és még sok mást.A biomechanikai erők biokémiai és/vagy (epi)genetikai változásokká való átalakulását mechanotranszdukciónak nevezzük1.
A 2-es integrin transzmembrán receptor régóta ismert, hogy rögzíti az extracelluláris mátrixot a sejtekben, és mind belső, mind külső jelátvitelt közvetít.Az integrinekkel párhuzamosan a DGC-k az ECM-et a citoszkeletonhoz kötik, kritikus kapcsolatot létesítve a sejt külső és belső része között3.A teljes hosszúságú disztrofin (Dp427) elsősorban a szív- és vázizomzatban expresszálódik, de megfigyelhető a központi idegrendszer szöveteiben is, beleértve a retinát és a Purkinje-szövetet4.Úgy gondolják, hogy az integrinek és a DGC mutációi okozzák az izomdisztrófiát és a progresszív dilatációs kardiomiopátiát (DCM) (1. táblázat)5,6.Különösen a központi disztrofin fehérjét, DGC-ket kódoló DMD-mutációk okoznak Duchenne-izomdystrophiát (DMD)7.A DGC számos szubkomplexből áll, beleértve az α- és β-disztroglikánt (α/β-DG), a szarkoglikán-szarkospánt, a syntrophint és a dystrophint8.
A dystrophin egy DMD (Xp21.1-Xp22) által kódolt citoszkeletális fehérje, amely központi szerepet játszik a DGC fenntartásában.A DGC fenntartja a sarcolemma, a harántcsíkolt izomszövet plazmamembránjának integritását.A disztrofin tovább mérsékli az összehúzódás okozta károsodást azáltal, hogy molekuláris rugóként és molekuláris vázként működik9,10.A teljes hosszúságú disztrofin molekulatömege 427 kDa, azonban a DMD számos belső promoterének köszönhetően számos természetben előforduló csonka izoforma létezik, köztük a Dp7111.
Kimutatták, hogy a járulékos fehérjék a disztrofinban lokalizálódnak, beleértve a valódi mechanotranszduktorokat, például a neuronális nitrogén-monoxid-szintázt (nNOS), a Yes-asszociált fehérjét (YAP) és a caveolin-3-at, így a celluláris jelátvitel fontos összetevőit képviselik.12., 13., 14. vegyületek. Az adhézión, a sejtek és a mátrix közötti kölcsönhatásokhoz kapcsolódó sejtmechanizmuson kívül, amelyet az integrinek és azok downstream célpontjai alkotnak, ez a két komplex jelenti a határfelületet a sejt „belső” és „külső” része között. .Ezeknek a fokális adhézióknak a rendellenes pusztulástól való védelme kritikus a sejtek viselkedése és túlélése szempontjából.Ezenkívül az adatok alátámasztják, hogy a dystrophin a mechanoszenzitív ioncsatornák modulátora, beleértve a nyújtással aktivált csatornákat, különösen az L típusú Ca2+ csatornákat és a TRPC 15 csatornákat.
Bár a disztrofin fontos szerepet játszik a harántcsíkolt izomsejtek homeosztatikus működésében, a pontos támogató mechanizmusok kevésbé tisztázottak, különösen a disztrofin szerepe, valamint mechanoszenzorként és mechanikai védőként való szerepe.A disztrofin elvesztése miatt számos megválaszolatlan kérdés merült fel, többek között: a mechanoszenzitív fehérjék, mint például a YAP és az AMPK rosszul helyezkednek-e el a szarkolemmában;Vannak-e áthallás az integrinekkel, olyan körülmények, amelyek abnormális mechanotranszdukcióhoz vezethetnek?Mindezek a tulajdonságok hozzájárulhatnak a DMD-ben szenvedő betegeknél megfigyelhető súlyos DCM fenotípus kialakulásához.
Ezen túlmenően a sejtbiomechanika változásainak az általános DMD fenotípussal való összefüggése fontos klinikai következményekkel jár.A DMD egy X-hez kötött izomdisztrófia, amely 1:3500-5000 férfit érint, és korai mobilitásvesztés (<5 év) és progresszív DCM jellemezhető, szignifikánsan rosszabb prognózissal, mint az egyéb etiológiájú DCM16,17,18.
A disztrofinvesztés biomechanikáját még nem írták le teljes körűen, és itt áttekintjük azokat a bizonyítékokat, amelyek alátámasztják azt az elképzelést, hogy a disztrofin valóban mechanoprotektív szerepet játszik, azaz megőrzi a szarkolemma integritását, és kritikus a mechanotranszdukcióban.Ezenkívül áttekintettük azokat a bizonyítékokat, amelyek az integrinekkel való fontos áthallásra utalnak, különös tekintettel az α7β1D laminin megkötésére harántcsíkolt izomsejtekben.
Az inszerciók és deléciók felelősek a DMD nagyszámú mutációjáért, és a mutációk 72%-át ilyen mutációk okozzák19.Klinikailag a DMD csecsemőkorban (≤5 éves) hipotenzióval, pozitív Gower-jellel, az életkorral összefüggő változások késleltetett progressziójával, mentális retardációval és vázizom-sorvadással jelentkezik.A légzési elégtelenség történelmileg a vezető halálok volt a DMD-s betegeknél, de a szupportív ellátás javítása (kortikoszteroidok, folyamatos pozitív légúti nyomás) megnövelte ezeknél a betegeknél a várható élettartamot, és az 1990 után született DMD-betegek medián életkora 28,1 év 20 ,21 ..Azonban, ahogy a betegek túlélése növekszik, a progresszív DCM prognózisa szignifikánsan rosszabb a többi kardiomiopátiához képest16, ami végstádiumú szívelégtelenséghez vezet, amely jelenleg a vezető halálok, és a DMD-s halálozások körülbelül 50%-áért felelős17,18.
A progresszív DCM-re fokozott bal kamra tágulás és compliance, kamrai elvékonyodás, fokozott fibrozsíros infiltráció, csökkent szisztolés funkció és megnövekedett aritmiák jellemzőek.A DMD-ben szenvedő betegek DCM mértéke a késői serdülőkorban (90%-tól 18 éves korig) szinte általános, de 10 éves korig a betegek körülbelül 59%-ában fordul elő8,22.Ennek a problémának a kezelése kritikus fontosságú, mivel a bal kamrai ejekciós frakció folyamatosan, évi 1,6%-kal csökken23.
A szívritmuszavarok gyakoriak a DMD-ben szenvedő betegeknél, különösen a sinus tachycardiában és a kamrai tachycardiában, és ezek a hirtelen szívhalál okai22.Az aritmiák a fibrozsíros infiltráció következményei, különösen a bal kamrában, ami károsítja a visszatérő áramkört, valamint a [Ca2+]i feldolgozási és ioncsatorna diszfunkciót24,25.A klinikai kardiális megjelenés felismerése kritikus fontosságú, mivel a korai kezelési stratégiák késleltethetik a súlyos DCM kialakulását.
A szívműködési zavarok és a vázizom-megbetegedések kezelésének fontosságát egy érdekes tanulmány mutatja be, amely a DMD mdx26 nevű egérmodelljét használta a vázizomszövet javításának hatásainak tanulmányozására anélkül, hogy a DMD mögött meghúzódó szívproblémákat kezelték volna.Itt a szerzők a szívműködési zavarok paradox, ötszörös növekedését mutatták ki a vázizomzat javulását követően, és az egereknél szignifikánsan csökkent az ejekciós frakció26.A vázizomzat javuló működése lehetővé teszi, hogy a nagyobb fizikai aktivitás nagyobb terhelést jelent a szívizomra, így az érzékenyebb az általános diszfunkciókra.Ez rámutat a DMD-s betegek általános kezelésének fontosságára, és óv a vázizomterápia önmagában történő alkalmazásától.
A DGC-k számos további funkciót is ellátnak, nevezetesen szerkezeti stabilitást biztosítanak a szarkolemmának, molekuláris támasztékká válnak, amely jelátviteli kapcsolatként működik, szabályozzák a mechanoszenzitív ioncsatornákat, a parti mechanotransdukció magját, és részt vesznek az oldalirányú erő átvitelében a szarkolemma régiójában. bordák (1b. ábra)..A disztrofin központi szerepet játszik ebben a képességben, és számos belső promóter jelenléte miatt számos különböző izoforma létezik, amelyek mindegyike más-más szerepet játszik a különböző szövetekben.A különböző disztrofin izoformák eltérő szöveti expressziója alátámasztja azt az elképzelést, hogy minden izoforma más-más szerepet játszik.Például a szívszövet a disztrofin teljes hosszát (Dp427m), valamint rövidebb Dp71m izoformáját fejezi ki, míg a vázszövet csak a kettő közül az elsőt.Az egyes altípusok szerepének megfigyelése nemcsak élettani funkcióit, hanem az izomdystrophia patogenezisét is feltárhatja.
A teljes hosszúságú disztrofin (Dp427m) és a kisebb, csonka Dp71 izoforma sematikus ábrázolása.A disztrofinnak 24 spektrin ismétlődése van, amelyeket négy hurok választ el, valamint egy aktinkötő domén (ABD), egy ciszteinben gazdag (CR) domén és egy C-terminális (CT).A kulcsfontosságú kötőpartnereket azonosították, beleértve a mikrotubulusokat (MT) és a szarkolemmát.A Dp71-nek számos izoformája létezik, a Dp71m az izomszövetre, a Dp71b pedig az idegszövet izoformájára utal.A Dp71f különösen a neuronok citoplazmatikus izoformájára utal.b A disztrofin-glikoprotein komplex (DHA) a szarkolemmában, mint egészben található.A biomechanikai erők váltanak az ECM és az F-aktin között.Vegye figyelembe a DGC-k és az integrin adhézió közötti lehetséges áthallást, a Dp71 szerepet játszhat a fokális adhéziókban.Létrehozva a Biorender.com segítségével.
A DMD a leggyakoribb izomdisztrófia, és a DMD mutációi okozzák.Ahhoz azonban, hogy teljes mértékben megértsük az anti-dystrophin szerepének jelenlegi megértését, fontos, hogy azt a DGC egészének kontextusába helyezzük.Így a többi alkotó fehérjét röviden ismertetjük.A DGC fehérjeösszetételét az 1980-as évek végén kezdték el tanulmányozni, különös tekintettel a disztrofinra.Koenig27,28, Hoffman29 és Ervasti30 fontos felfedezést tettek a disztrofin azonosításával, amely egy 427 kDa-os fehérje a harántcsíkolt izmokban31.
Ezt követően kimutatták, hogy más szubkomplexek is kapcsolódnak a disztrofinhoz, beleértve a szarkoglükánt, a transzszint, a disztrofin szubkomplexet, a dysbrevint és a syntrophinokat8, amelyek együtt alkotják a jelenlegi DGC modellt.Ez a rész először a DGC mechanoszenzoros észlelésben betöltött szerepére vonatkozó bizonyítékokat terjeszti, miközben részletesen megvizsgálja az egyes összetevőket.
A harántcsíkolt izomszövetben jelenlévő teljes hosszúságú disztrofin izoforma a Dp427m (pl. „m” az izom számára, hogy megkülönböztesse az agytól), és egy nagyméretű, rúd alakú fehérje, négy funkcionális doménnel a kardiomiocita szarkolemma alatt, különösen a borda régióban. 29, 32. A Dp427m, amelyet a DMD gén kódol az Xp21.1-en, 79 exonból áll, amelyek 2,2 megabázison keletkeznek, és így genomunk legnagyobb génje8.
A DMD-ben számos belső promoter több csonka disztrofin izoformát termel, amelyek közül néhány szövetspecifikus.A Dp427m-hez képest a Dp71m szignifikánsan csonkolt, és hiányzik belőle spektrin ismétlődő domén vagy N-terminális ABD domén.A Dp71m azonban megtartja a C-terminális kötőszerkezetét.A kardiomiocitákban a Dp71m szerepe nem tisztázott, de kimutatták, hogy a T tubulusokban lokalizálódik, ami arra utal, hogy segíthet a gerjesztés-összehúzódás kapcsolat szabályozásában 33, 34, 35.Tudomásunk szerint a Dp71m szívszövetben való közelmúltbeli felfedezése kevés figyelmet kapott, de egyes tanulmányok azt sugallják, hogy kapcsolatban áll a nyújtással aktivált ioncsatornákkal, Masubuchi pedig azt javasolta, hogy szerepet játszhat az nNOS33 szabályozásában., 36. Ennek során a Dp71 jelentős figyelmet kapott a neurofiziológiában és a vérlemezke-kutatásban, olyan területeken, amelyek betekintést nyújthatnak a kardiomiocitákban betöltött szerepébe37, 38, 39.
Az idegszövetben túlnyomórészt a Dp71b izoforma expresszálódik, 14 izoformát jelentettek38.Kimutatták, hogy a Dp71b, a központi idegrendszer akvaporin 4 és Kir4.1 káliumcsatornáinak fontos szabályozója, deléciója megváltoztatja a vér-agy gát permeabilitását40.Tekintettel a Dp71b szerepére az ioncsatorna szabályozásban, a Dp71m hasonló szerepet játszhat a kardiomiocitákban.
A DGC jelenléte a kosztális ganglionokban azonnal azt jelzi, hogy szerepet játszik a mechanotranszdukcióban, és valóban kimutatták, hogy együtt lokalizálódik az integrin-talin-vinculin komplexekkel41.Ezenkívül, tekintettel arra, hogy a parti szegmens a keresztirányú mechanotranszdukció középpontjában áll, a Dp427m lokalizációja kiemeli annak szerepét, hogy megvédje a sejteket a kontrakció okozta károsodásoktól.Továbbá, a Dp427m kölcsönhatásba lép az aktinnal és a mikrotubulus citoszkeletonnal, ezáltal teljessé téve a kapcsolatot az intracelluláris környezet és az extracelluláris mátrix között.
Az N-terminálist tartalmazó aktinkötő domén 1 (ABD1) két kalmodulin homológia doménből (CH) áll, amelyek szükségesek az F-aktinnal való kölcsönhatáshoz és a γ-aktin izoformának a szarkolemmához való rögzítéséhez42,43.A disztrofin hozzájárulhat a szívizomsejtek általános viszkoelaszticitásához azáltal, hogy a szubsarkolemmális citoszkeletonhoz kötődik, és a parti ganglionokban való lokalizációja alátámasztja a mechanotranszdukcióban és a mechanoprotekcióban való részvételét44,45.
A központi magdomén 24 spektrinszerű ismétlődő fehérjéből áll, amelyek mindegyike körülbelül 100 aminosav hosszúságú.A spektrin ismétlődéseit négy csuklódomén tarkítja, ami a fehérje rugalmasságát és nagyfokú nyújthatóságát biztosítja.A disztrofin spektrin ismétlődései a 21 nm-től 84 nm-ig terjedő fiziológiás erőtartományban (15-30 pN) bontakozhatnak ki, amelyek a miozin összehúzódásához elérhető erők 46 .A spektrin ismétlődő doménjének ezen jellemzői lehetővé teszik, hogy a disztrofin molekuláris lengéscsillapítóként működjön.
A Dp427m központi rúdja biztosítja annak lokalizációját a szarkolemmában, különösen a 47,48 foszfatidil-szerinnel való hidrofób és elektrosztatikus kölcsönhatások révén.Érdekes módon a disztrofin központi magja eltérően lép kölcsönhatásba a sarcolemma foszfolipidekkel a csontváz- és a szívszövetekben, ami valószínűleg eltérő tavaszi mintákat tükröz.kritikus, míg a vázizmok szintén az R10-R1249-hez kapcsolódnak.
A γ-aktin citoszkeletonhoz való kötődéshez az ABD2 spektrin ismétlődő 11-17. régiója szükséges, amely bázikus aminosavmaradékokból áll, és különbözik az F-aktint kötő CH doméntől.A mikrotubulusok közvetlenül kölcsönhatásba lépnek a disztrofin magdoménjével, ehhez a kölcsönhatáshoz a 4-15. és 20-23. spektrin ismétlődések maradékaira van szükség, és ankyrin B jelenléte szükséges ahhoz, hogy megakadályozzák a mikrotubulusok képződését ezen a helyen.Csövek hiányoznak 50,51,52.Kimutatták, hogy a mikrotubulusok és a disztrofin közötti rés súlyosbítja a DMD-patológiát a reaktív oxigénfajták (X-ROS) növekedésével.
Az ankyrin B-n keresztüli CR domén egy másik horgony a szarkolemmális foszfolipidek számára52.Az ankyrin-B és ankyrin-G szükséges a disztrofin/DGC bordák lokalizációjához, és hiányuk a DGC52 diffúz szarkolemmális mintázatát eredményezi.
A CR domén egy WW-kötő domént tartalmaz, amely közvetlenül kölcsönhatásba lép a β-DG PPxY kötő motívumával.A disztrofin-glikán komplexhez kapcsolódva a disztrofin kiegészíti a kapcsolatot a sejt belső és külső része között54.Ez a kapcsolat kritikus fontosságú a harántcsíkolt izom esetében, amint azt az a tény is bizonyítja, hogy az ECM és a sejt belseje közötti kapcsolat megszakadása életkorlátozó izomdisztrófiához vezet.
Végül, a CT domén egy erősen konzervált régió, amely tekercselt hélixet képez, és kritikus az α-dystrobrevinhez és az α1-, β1-szintrofinokhoz való kötődéshez55,56.Az α-dystrobrevin a disztrofin CT doménjéhez kötődik, és további rezisztenciát biztosít a disztrofinnal szemben a szarkolemmában57.
Az embrionális és magzati fejlődés során az Utrophin széles körben expresszálódik különböző szövetekben, beleértve az endothel sejteket, az idegszövetet és a harántcsíkolt izomszövetet58.Az utropint a 6q kromoszómán található UTRN expresszálja, és egy disztrofin autológ, 80%-os fehérjehomológiával.A fejlődés során az utropin a szarkolemmában lokalizálódik, de jelentősen elnyomja a szülés utáni harántcsíkolt izomszövetben, ahol a disztrofin helyettesíti.Születés után az utropin lokalizációja az inakra és a vázizmok neuromuszkuláris csomópontjaira korlátozódik58,59.
Az utrofinkötő partnerek nagyjából hasonlóak a disztrofinek partnereihez, bár néhány kulcsfontosságú különbséget leírtak.Például a disztrofin kölcsönhatásba lép a β-DG-vel a WW doménjén keresztül, amelyet a ZZ domén (amelyet két cinkiont kötő képességéről neveztek el) stabilizál a CT régiójában, ahol a 3307-3354 ciszteinsav-maradékok különösen fontosak ehhez a kölcsönhatáshoz60 ., 61. Az utropin a β-DG-hez is kötődik a WW/ZZ doménen keresztül, de az ezt a kölcsönhatást támogató pontos maradékok eltérnek a disztrofin maradékokétól (3307–3345 disztrofinban és 3064–3102 utropinban) 60,61.Fontos, hogy az utrofin β-DG-hez való kötődése körülbelül 2-szer alacsonyabb volt a 61-es disztrofinhoz képest. A disztrofinról beszámoltak arról, hogy a 11-17. spektrin ismétlődéseken keresztül kötődik az F-aktinhoz, míg az utropin hasonló helyei nem kötődnek az F-aktinhoz, még magas koncentrációban, de kölcsönhatásba léphetnek CH-doménjeiken keresztül.Akció 62,63,64.Végül a disztrofinnal ellentétben az utrophin nem tud kötődni a mikrotubulusokhoz51.
Biomechanikailag az utrofin spektrin ismétlődései a disztrofinhoz képest határozott kibontakozási mintázatot mutatnak65.Az utrofin-spektrin megismétli a bevetést nagyobb erőkkel, hasonlóan a titinhez, de nem a disztrofinhoz65.Ez összhangban van lokalizációjával és a merev rugalmas erő átvitelében az inak csomópontjainál betöltött szerepével, de az utropint kevésbé alkalmassá teheti arra, hogy molekularugóként működjön az összehúzódás által kiváltott pufferelő erőkben 65 .Összességében ezek az adatok arra utalnak, hogy a mechanotranszdukciós és mechanopufferelési képességek megváltozhatnak az utrofin túlzott expressziója esetén, különösen a különböző kötőpartnerek/mechanizmusok miatt, azonban ez további kísérleti vizsgálatot igényel.
Funkcionális szempontból az a tény, hogy az utropinnak a disztrofinhoz hasonló hatásai vannak, a DMD66, 67 lehetséges kezelési célpontjává teszi.Valójában egyes DMD-betegekről kimutatták, hogy túlzottan expresszálják az utropint, valószínűleg kompenzációs mechanizmusként, és a fenotípust sikeresen helyreállították egy egérmodellben utropin túlzott expressziójával68.Míg az utropin felszabályozása egy valószínű terápiás stratégia, az utropin és a disztrofin közötti formális és funkcionális különbség figyelembevétele, valamint a túlzott expresszió indukálása a szarkolemma mentén történő megfelelő lokalizációval még mindig homályossá teszi az utropin hosszú távú stratégiáját.Nevezetesen, a női hordozók mozaikszerű mintázatot mutatnak az utrofin expressziójában, és a disztrofin és az utrofin közötti arány befolyásolhatja a dilatált kardiomiopátia mértékét ezeknél a betegeknél,69 bár a hordozók egérmodelljei kimutatták..
A disztroglikán szubkomplex két fehérjéből áll, az α- és β-disztroglikánból (α-, β-DG), mindkettő a DAG1 génről íródott át, majd poszttranszlációs úton kétkomponensű fehérjére hasad 71 .Az α-DG erősen glikozilált a DGC-k extracelluláris aspektusában, és közvetlenül kölcsönhatásba lép az α2-laminin prolin-maradékaival, valamint az agrin72-vel és a picaculin-73-mal, valamint a disztrofin73, 74, 75, 76 CT/CR régiójával.O-kapcsolt glikoziláció, különösen a szerinmaradékok esetében szükséges az ECM-mel való kölcsönhatáshoz.A glikozilációs út számos enzimet tartalmaz, amelyek mutációi izomdisztrófiához vezetnek (lásd még az 1. táblázatot).Ezek közé tartozik a POMT2 O-mannoziltranszferáz, a fucutin és a fucutin-kapcsolódó fehérje (FKRP), két ribitol-foszfotranszferáz, amelyek tandem ribitol-foszfátokat adnak a magglikánhoz, valamint a LARGE1 fehérje, amely xilózt és glükózt ad hozzá.Lineáris uronsav poliszacharid, más néven mátrix glikán a glikán végén77.Az FKRP részt vesz az ECM fejlesztésében és fenntartásában is, és a benne lévő mutációk az α2 és α-DG77, 78, 79 laminin expressziójának csökkenéséhez vezetnek.Ezenkívül az FKRP a glikozilált fibronektin 80-on keresztül irányíthatja a bazális lamina és a szív extracelluláris mátrixának kialakulását is.
A β-DG egy PPxY kötő motívumot tartalmaz, amely közvetlenül lokalizálja és megköti a YAP12-t.Ez egy érdekes megállapítás, mivel arra utal, hogy a DGC szabályozza a kardiomiocita sejtciklust.Az újszülött szívizomsejtekben lévő α-DH kölcsönhatásba lép az agrinnel, amely elősegíti a szív regenerálódását és a sejtérés következtében a DGC76 lízisét.Ahogy a kardiomiociták érnek, az aggrin expressziója csökken a laminin javára, amelyről úgy gondolják, hogy hozzájárul a sejtciklus leállásához76.Morikawa12 kimutatta, hogy a YAP negatív szabályozója, a disztrofin és a salvador kettős leütése a szívizomsejtek hiperproliferációjához vezet az infarktust okozó bendőben.Ez ahhoz az izgalmas gondolathoz vezetett, hogy a YAP-manipuláció klinikai értékű lehet a szívinfarktus utáni szövetvesztés megelőzésében.Így az agrin által kiváltott DGC lízis egy olyan tengelyt képviselhet, amely lehetővé teszi a YAP aktiválását, és potenciális út a szív regenerációjához.
Mechanikailag α- és β-DG szükséges a szarkolemma és a bazális réteg közötti kölcsönhatás fenntartásához81.Mind az α-DG, mind az α7 integrinek hozzájárulnak az erőképződéshez a parti ganglionban, és az α-DG elvesztése a szarkolemma elválasztását okozza a bazális laminától, így a vázizomszövet sebezhetővé válik a kontrakció által kiváltott károsodásokkal szemben.Amint azt korábban leírtuk, a disztroglikán komplex szabályozza a DGC-k teljes forgalmát, ahol a rokon ligand lamininhez való kötődés a β-DG892 PPPY-kötő motívumának tirozin foszforilációját eredményezi.A tirozin-foszforiláció itt elősegíti a disztrofin szétszedését, ami megfordítja a DGC komplexet.Fiziológiailag ez a folyamat erősen szabályozott, ami az izomdisztrófiában hiányzik82, bár a folyamatot irányító mögöttes mechanizmusok nem teljesen ismertek.
Kimutatták, hogy a ciklikus nyújtás aktiválja az ERK1/2 és AMPK útvonalakat a disztrofin komplexen és a kapcsolódó fehérje-plektinen keresztül83.A plektinnek és a disztroglikánnak együttesen nem csak vázként kell működniük, hanem részt kell venniük a mechanotranszdukcióban is, és a plektin leütése az ERK1/2 és az AMPK83 aktivitásának csökkenéséhez vezet.A plektin a citoszkeletális köztes filamentum dezminhez is kötődik, és a dezmin túlzott expressziója javítja a betegség fenotípusát mdx:desmin és mdx egerekben, egy DMD84 kettős kiütéses egérmodellben.A β-DG-vel kölcsönhatásba lépve a plektin közvetve köti a DGC-t a citoszkeleton ezen komponenséhez.Ezenkívül a disztroglikán kölcsönhatásba lép a növekedési faktor receptor-kötő fehérjével 2 (Grb2), amelyről ismert, hogy részt vesz a citoszkeletális átrendeződésekben85.Kimutatták, hogy az integrin általi Ras aktiváció a Grb2-n keresztül történik, amely potenciális útvonalat biztosíthat az integrinek és a DGC86 közötti áthalláshoz.
Az α-DH glikozilációban részt vevő gének mutációi az úgynevezett izomdisztrófiához vezetnek.A dystroglycanopathiák klinikai heterogenitást mutatnak, de főként az α-DG és az α277 laminin közötti kölcsönhatás zavara miatt alakulnak ki.A DAG1 primer mutációi által okozott dystrophiglicanosisok általában rendkívül ritkák, valószínűleg azért, mert embrionális halálosak87, ami megerősíti az ECM-mel való sejtkapcsolat szükségességét.Ez azt jelenti, hogy a legtöbb dystrophiás glikánbetegséget a glikozilációval kapcsolatos másodlagos fehérjemutációk okozzák.Például a POMT1 mutációi rendkívül súlyos Walker-Warburg-szindrómát okoznak, amelyet anencephalia és jelentősen lerövidült (3 évnél kevesebb) várható élettartam jellemez88.Az FKRP mutációk azonban túlnyomórészt végtag-öv izomdisztrófiában (LGMD) nyilvánulnak meg, amely általában (de nem mindig) viszonylag enyhe.Azonban kimutatták, hogy az FKRP mutációi a WWS89 ritka okai.Számos mutációt azonosítottak az FKRP-ben, amelyek közül az alapító mutáció (c.826>A) leggyakrabban LGMD2I90-et okoz.
Az LGMD2I egy viszonylag enyhe izomdisztrófia, amelynek patogenezise az extracelluláris mátrix és az intracelluláris citoszkeleton közötti kapcsolat megszakításán alapul.Kevésbé világos a genotípus és a fenotípus közötti kapcsolat azokban a betegekben, akiknél ezek a gének mutációi vannak, és ez a koncepció más DSC fehérjékre is alkalmazható.Miért mutatnak egyes FKRP mutációkkal rendelkező betegek a WWS-nek megfelelő betegség fenotípust, míg mások az LGMD2I-t?A válasz erre a kérdésre abban rejlik, hogy i) a glikozilációs útvonal melyik lépését érinti a mutáció, vagy ii) a hipoglikoziláció mértéke egy adott lépésben.Az α-DG hipoglikozilációja továbbra is lehetővé tehet bizonyos fokú kölcsönhatást az ECM-mel, ami enyhébb általános fenotípust eredményez, míg az alapmembrántól való disszociáció növeli a betegség fenotípusának súlyosságát.Az LGMD2I-ben szenvedő betegeknél szintén kialakul a DCM, bár ez kevésbé dokumentált, mint a DMD, ami indokolja, hogy sürgősen megértsék ezeket a mutációkat a kardiomiociták összefüggésében.
A szarkospán-szarkoglikán szubkomplex elősegíti a DHA képződését, és közvetlenül kölcsönhatásba lép a β-DH-val.A szívszövetben négy egyirányú szarkoglikán található: α, β, γ és δ91.Nemrég leírták, hogy egy c.218C>T missense mutáció az SGCA gén 3. exonjában és egy részleges heterozigóta deléció a 7-8. exonban okozza az LGMD2D92-t.Ebben az esetben azonban a szerzők nem értékelték a szív fenotípusát.
Más csoportok azt találták, hogy az SGCD sertés93 és egér94 modellekben csökkent fehérjeexpressziót eredményez a szarkoglükán szubkomplexben, ami megzavarja a DGC-k általános szerkezetét és DCM-hez vezet.Ezenkívül az SGCA-, SGCB- vagy SGCG-mutációban szenvedő betegek 19%-áról számoltak be dilatatív kardiomiopátiáról, és az összes beteg 25%-a légzéstámogatást is igényel95.
A szarkoglükán (SG) δ recesszív mutációi a szarkoglükán komplexek és így a DGC csökkenését vagy teljes hiányát eredményezik a szívszövetben, és felelősek az LGMD-ért és a kapcsolódó DCM96-ért.Érdekes módon az SG-δ domináns-negatív mutációi a kardiovaszkuláris rendszerre jellemzőek, és a családi dilatált kardiomiopátia okozói97.Kimutatták, hogy az SG-δ R97Q és R71T domináns-negatív mutációk stabilan expresszálódnak patkány szívizomsejtekben, a teljes DGC98 szignifikáns károsodása nélkül.Az ezeket a mutációkat hordozó szívsejtek azonban hajlamosabbak a szarkolemma károsodására, permeabilitására és mechanikai terhelés alatti mechanikai diszfunkcióra, összhangban a DCM98 fenotípussal.
A szarkospán (SSPN) egy 25 kDa-os tetraspanin, amely a szarkoglükán-alkomplexben lokalizálódik, és úgy gondolják, hogy fehérje vázként szolgál 99 100.Fehérje vázként az SSPN stabilizálja az α-DG99,101 lokalizációját és glikozilációját.Úgy találták, hogy az SSPN egérmodellekben való túlzott expressziója növeli az izom és a laminin közötti kötődést102.Ezenkívül az SSPN-ről kimutatták, hogy kölcsönhatásba lép az integrinekkel, ami a két bordakommissura, a DGC és az integrin-talin-vinkulin glikoprotein szerkezet közötti áthallás mértékére utal100,101,102.Az SSPN leütése az α7β1 növekedését is eredményezte az egér vázizomzatában.
Egy nemrégiben végzett tanulmány kimutatta, hogy a szarkospán túlzott expressziója fokozza az α-DG érését és glikozilációját a szívszövetben, függetlenül a galaktozilaminotranszferáz 2 (Galgt2) leütésétől a DMD mdx egérmodelljében, ezáltal enyhítve a betegség 101-es fenotípusát. az ECM, ezáltal leginkább enyhíti a betegséget.Ezenkívül kimutatták, hogy a szarkospán túlzott expressziója csökkenti a β1D integrin és a DGC közötti kölcsönhatást, rávilágítva a szarkospán lehetséges szerepére az integrin komplexek szabályozásában101.
A syntrophinok kisméretű (58 kDa) fehérjék családja, amelyek a DGC-kben lokalizálódnak, önmagukban nem rendelkeznek belső enzimaktivitással, és molekuláris adapterként szolgálnak103, 104.Öt izoformát (α-1, β-1, β-2, γ-1 és γ-2) azonosítottak, amelyek szövetspecifikus expressziót mutatnak, és az α-1 izoforma túlnyomórészt harántcsíkolt izomszövetben expresszálódik 105 .A syntrophinok fontos adapterfehérjék, amelyek elősegítik a kommunikációt a disztrofin és a jelátviteli molekulák között, beleértve a neuronális nitrogén-monoxid-szintázt (nNOS) a vázizomzatban106.Az α-syntrophin közvetlenül kölcsönhatásba lép a dystrophin 16-17 spektrin ismétlődő doménjével, amely viszont az nNOS106,107 PDZ-kötő motívumhoz kötődik.
A syntrophinok kölcsönhatásba lépnek a dystrobrevinnel is a PH2 és SU kötődoméneken keresztül, és kölcsönhatásba lépnek az aktin citoszkeletonnal is108.Valójában úgy tűnik, hogy a syntropinok különösen fontos szerepet játszanak a citoszkeletális dinamika szabályozásában, és az α és β izoformák képesek közvetlenül kölcsönhatásba lépni az F-aktin 108-cal, így valószínűleg szerepet játszanak a tensegrity szabályozásában és a sejt biomechanikájában. hatás.Ezenkívül kimutatták, hogy a syntrophinok a Rac1109-en keresztül szabályozzák a citoszkeletont.
A syntrophin szintek modulálása helyreállíthatja a funkciót, és egy nemrégiben végzett mini-dystrophin vizsgálat kimutatta, hogy a ΔR4-R23/ΔCT konstrukció képes volt visszaállítani az α-syntrophint, valamint más DGC fehérjéket a WT mdx kardiomiocitákhoz hasonló szintre.
A citoszkeleton szabályozásában betöltött szerepük mellett a syntrophinok jól dokumentáltak a 111, 112, 113 ioncsatornák szabályozásában is.A syntrophinok PDZ-kötő motívuma szabályozza a szívfeszültség-függő Nav1.5111 csatornát, amely kulcsszerepet játszik a szív ingerlékenységének és vezetési képességének kialakításában.Érdekes módon az mdx egérmodellben a Nav1.5 csatornák leszabályozottnak bizonyultak, és szívritmuszavarokat találtak az állatokban 111 .Ezenkívül a mechanoszenzitív ioncsatornák egy családjáról, a tranziens receptorpotenciál csatornáról (TRPC) kimutatták, hogy az α1-syntrophin szabályozza a szívszövetben 113, és a TRPC6 gátlásról kimutatták, hogy javítja az aritmiákat a DMD112 egérmodellben.A DMD-ben a megnövekedett TRPC6 aktivitásról számoltak be, amely szívritmuszavarokhoz vezet, amelyek enyhülnek, ha PKG 112-vel kombinálják.Mechanikailag a disztrofin kimerülése elősegíti a [Ca2+]i nyúlás által kiváltott beáramlását, amely a TRPC6 előtt hat, és aktiválja azt, amint az a kardiomiocitákban és az érrendszeri simaizomsejtekben látható112,114.A TRPC6 hiperaktiválása a nyújtáshoz fő mechanoszenzorsá és potenciális terápiás célponttá teszi a DMD112, 114-ben.
A disztrofin elvesztése a teljes DGC-komplex líziséhez vagy jelentős szuppressziójához vezet, számos mechanoprotektív és mechanotranszdukciós funkció elvesztésével, ami a DMD-ben a harántcsíkolt izomszövetben látható katasztrofális fenotípust eredményez.Ezért ésszerű lehet azt gondolni, hogy az RSK-k összehangoltan működnek, és az egyes összetevők más összetevők jelenlététől és működésétől függenek.Ez különösen igaz a disztrofinra, amely a jelek szerint szükséges a szarkolemma komplex összeállításához és lokalizációjához a szívizomsejtekben.Mindegyik komponens egyedülálló szerepet játszik a szarkolemma általános stabilizálásában, a kulcsfontosságú járulékos fehérjék lokalizációjában, az ioncsatornák és a génexpresszió szabályozásában, és egyetlen fehérje elvesztése a DGC-ben a teljes szívizom diszregulációjához vezet.
Amint fentebb látható, sok DGC fehérje részt vesz a mechanotranszdukcióban és a jelátvitelben, és a disztrofin különösen alkalmas erre a szerepre.Ha a DGC a bordákban található, ez megerősíti azt a véleményt, hogy az integrinekkel együtt részt vesz a mechanotranszdukcióban.Így a DGC-k fizikailag anizotróp erőátvitelen mennek keresztül, és részt vesznek az intracelluláris mikrokörnyezet mechanoszenzoros és citoszkeletális átrendeződésében, összhangban a tensegrity modellel.Ezenkívül a Dp427m puffereli a bejövő biomechanikai erőket azáltal, hogy kiterjeszti a spektrin ismétlődéseit a központi magdoménen belül, ezáltal mechanoprotektorként működik azáltal, hogy 25 pN letekercselő erőt tart fenn egy kiterjesztett 800 nm-es tartományban.A hasítás révén a disztrofin képes „pufferelni” a kardiomiociták által termelt összehúzódás-relaxáció erejét10.Tekintettel a spektrin ismétlődő doménjeivel kölcsönhatásba lépő fehérjék és foszfolipidek sokféleségére, érdekes feltételezni, hogy a spektrin ismétlődő feltekercselése a talin116, 117, 118-hoz hasonló módon változtatja-e meg a mechanoszenzitív fehérjék kötődési kinetikáját.Ezt azonban még nem határozták meg, és további vizsgálatokra van szükség.