Çeliku inox 347 / 347H Tuba me spirale të salduara komponent kimik,Roli i komplekseve glikoproteinike të distrofinës në mekanotransduksionin e qelizave muskulore

Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Rrëshqitës që tregojnë tre artikuj për rrëshqitje.Përdorni butonat e pasëm dhe të ardhshëm për të lëvizur nëpër rrëshqitje, ose butonat e kontrolluesit të rrëshqitjes në fund për të lëvizur nëpër secilën rrëshqitje.

Distrofina është proteina kryesore e kompleksit distrofinë-glikoproteinë (DGC) në muskujt skeletorë dhe kardiomiocitet.Distrofina lidh citoskeletin e aktinës me matricën jashtëqelizore (ECM).Prishja e lidhjes midis matricës jashtëqelizore dhe citoskeletit ndërqelizor mund të ketë pasoja shkatërruese për homeostazën e qelizave të muskujve skeletorë, duke çuar në një sërë distrofish muskulare.Përveç kësaj, humbja e DGC-ve funksionale çon në kardiomiopati të zgjeruar progresive dhe vdekje të parakohshme.Distrofina vepron si një burim molekular dhe DHA luan një rol kyç në ruajtjen e integritetit të sarkolemës.Për më tepër, po grumbullohen prova që lidhin DGC me sinjalizimin mekanik, megjithëse ky rol mbetet i kuptuar keq.Ky artikull rishikues synon të ofrojë një pamje moderne të DGC-ve dhe rolit të tyre në mekanotransduksion.Së pari diskutojmë marrëdhënien komplekse midis mekanikës dhe funksionit të qelizave muskulore, dhe më pas rishikojmë kërkimet e fundit mbi rolin e kompleksit të glikoproteinës së distrofinës në mekanotransduksionin dhe ruajtjen e integritetit biomekanik të qelizave muskulore.Së fundi, ne rishikojmë literaturën aktuale për të kuptuar se si sinjalizimi DGC kryqëzohet me rrugët mekanosignalizuese për të nxjerrë në pah pikat e mundshme të ndërhyrjes në të ardhmen, me një fokus të veçantë në kardiomiopati.
Qelizat janë në komunikim të vazhdueshëm me mikromjedisin e tyre dhe një dialog i dyanshëm mes tyre është i nevojshëm për interpretimin dhe integrimin e informacionit biomekanik.Biomekanika kontrollon ngjarjet kryesore pasuese (p.sh., rirregullimet citoskeletore) duke kontrolluar fenotipin e përgjithshëm qelizor në hapësirë ​​dhe kohë.Në qendër të këtij procesi në kardiomiocitet është rajoni bregdetar, rajoni ku sarkolema lidhet me një sarkomer të përbërë nga komplekset integrin-talin-vinkulinë dhe distrofinë-glikoproteinë (DGC).Të lidhura me citoskeletin ndërqelizor, këto ngjitje fokale diskrete (FA) përhapin një kaskadë ndryshimesh biomekanike dhe biokimike qelizore që kontrollojnë diferencimin, përhapjen, organogjenezën, migrimin, përparimin e sëmundjes dhe më shumë.Shndërrimi i forcave biomekanike në ndryshime biokimike dhe/ose (epi)gjenetike njihet si mekanotransduksion1.
Receptori transmembranor i integrinës 2 ka qenë prej kohësh i njohur për ankorimin e matricës jashtëqelizore në qeliza dhe ndërmjetëson sinjalizimin e brendshëm dhe të jashtëm.Paralelisht me integrinat, DGC-të lidhin ECM me citoskeletin, duke krijuar një lidhje kritike midis pjesës së jashtme dhe të brendshme të qelizës3.Distrofina me gjatësi të plotë (Dp427) shprehet kryesisht në muskujt kardiak dhe skeletorë, por vërehet gjithashtu në indet e sistemit nervor qendror, duke përfshirë retinën dhe indin Purkinje4.Mutacionet në integrinat dhe DGC mendohet të jenë shkaktarët e distrofisë muskulare dhe kardiomiopatisë dilatuese progresive (DCM) (Tabela 1)5,6.Në veçanti, mutacionet DMD që kodojnë DGC-të e proteinës qendrore të distrofinës shkaktojnë distrofinë muskulare Duchenne (DMD)7.DGC përbëhet nga disa nënkomplekse duke përfshirë α- dhe β-distroglikanin (α/β-DG), sarkoglikan-spaninë, distrofinën dhe distrofinën 8.
Distrofina është një proteinë citoskeletore e koduar nga DMD (Xp21.1-Xp22) që luan një rol qendror në mbajtjen e DGC.DGC ruan integritetin e sarkolemës, membranës plazmatike të indit muskulor të strijuar.Distrofina zbut më tej dëmtimin e shkaktuar nga tkurrja duke vepruar si një sustë molekulare dhe një skelë molekulare9,10.Distrofina me gjatësi të plotë ka një peshë molekulare prej 427 kDa, megjithatë, për shkak të shumë promotorëve të brendshëm në DMD, ekzistojnë disa izoforma të cunguara që ndodhin natyrshëm, duke përfshirë Dp7111.
Proteinat ndihmëse janë treguar të lokalizuara në distrofinë, duke përfshirë mekanotransduktorë të vërtetë si sintaza e oksidit nitrik neuronal (nNOS), proteina e lidhur me Yes (YAP) dhe caveolin-3, duke përfaqësuar kështu komponentë të rëndësishëm të sinjalizimit qelizor.Përbërjet 12, 13, 14. Përveç ngjitjes, një mekanizëm qelizor i lidhur me ndërveprimet midis qelizave dhe matricës, i formuar nga integrinat dhe objektivat e tyre në rrjedhën e poshtme, këto dy komplekse përfaqësojnë ndërfaqen midis "brenda" dhe "jashtë" të qelizës. .Mbrojtja e këtyre ngjitjeve fokale nga shkatërrimi jonormal është thelbësor për sjelljen dhe mbijetesën e qelizave.Për më tepër, të dhënat mbështesin që distrofina është një modulator i kanaleve jonike mekanosensitive, duke përfshirë kanalet e aktivizuara me shtrirje, veçanërisht kanalet Ca2+ të tipit L dhe kanalet TRPC 15.
Megjithëse distrofina është e rëndësishme për funksionin homeostatik të qelizave të muskujve të strijuar, mekanizmat e saktë mbështetës janë më pak të qartë, veçanërisht roli i distrofinës dhe aftësia e saj për të vepruar si një mekanosensor dhe mbrojtës mekanik.Për shkak të humbjes së distrofinës, kanë lindur disa pyetje pa përgjigje, duke përfshirë: a janë proteinat mekanosensitive si YAP dhe AMPK të vendosura keq në sarkolemë;A ka ndërlidhje me integrinat, rrethana që mund të çojnë në mekanotransduksion jonormal?Të gjitha këto karakteristika mund të kontribuojnë në fenotipin e rëndë të DCM që shihet te pacientët me DMD.
Përveç kësaj, lidhja e ndryshimeve në biomekanikën qelizore me fenotipin e përgjithshëm DMD ka implikime të rëndësishme klinike.DMD është një distrofi muskulare e lidhur me X që prek 1:3500-5000 meshkuj, e karakterizuar nga humbja e hershme e lëvizshmërisë (<5 vjet) dhe DCM progresive me një prognozë dukshëm më të keqe se DCM e etiologjive të tjera16,17,18.
Biomekanika e humbjes së distrofinës nuk është përshkruar plotësisht, dhe këtu shqyrtojmë provat që mbështesin nocionin se distrofina me të vërtetë luan një rol mekanoprojtës, dmth. ruan integritetin e sarkolemës dhe është kritike në mekanotransduksion.Për më tepër, ne shqyrtuam provat që sugjeronin një ndërlidhje të rëndësishme me integrinat, veçanërisht duke lidhur laminin α7β1D në qelizat e muskujve të strijuar.
Futjet dhe fshirjet janë përgjegjëse për një numër të madh mutacionesh në DMD, ku 72% e mutacioneve shkaktohen nga mutacione të tilla19.Klinikisht, DMD shfaqet në foshnjëri (≤5 vjeç) me hipotension, shenjë pozitive të Gower-it, progresion të vonuar të ndryshimeve të lidhura me moshën, prapambetje mendore dhe atrofi të muskujve skeletorë.Distresi respirator ka qenë historikisht shkaku kryesor i vdekjes në pacientët me DMD, por përmirësimi i kujdesit mbështetës (kortikosteroidet, presioni i vazhdueshëm pozitiv i rrugëve të frymëmarrjes) ka rritur jetëgjatësinë në këta pacientë dhe mosha mesatare e pacientëve me DMD të lindur pas vitit 1990 është 28.1 vjeç 20,21 ..Megjithatë, me rritjen e mbijetesës së pacientit, prognoza e DCM progresive është dukshëm më e keqe në krahasim me kardiomiopatitë e tjera16, duke çuar në insuficiencë kardiake në fazën përfundimtare, e cila aktualisht është shkaku kryesor i vdekjes, që përbën afërsisht 50% të vdekjeve nga DMD17,18.
DCM progresive karakterizohet nga rritja e zgjerimit dhe përputhshmërisë së ventrikulit të majtë, hollimi i ventrikulit, rritja e infiltrimit fibrofattik, pakësimi i funksionit sistolik dhe rritja e frekuencës së aritmive.Shkalla e DCM në pacientët me DMD është pothuajse universale në adoleshencën e vonë (90% deri në 18 vjeç), por është e pranishme në afërsisht 59% të pacientëve deri në moshën 10 vjeç8,22.Trajtimi i kësaj çështjeje është kritik pasi fraksioni i nxjerrjes së ventrikulit të majtë ka rënë në mënyrë të vazhdueshme me një normë prej 1.6% në vit23.
Aritmitë kardiake janë të zakonshme te pacientët me DMD, veçanërisht takikardia sinusale dhe takikardia ventrikulare, dhe janë shkaku i vdekjes së papritur kardiake22.Aritmitë janë rezultat i infiltrimit fibroyndyror, veçanërisht në barkushen e majtë subbazale, e cila dëmton qarkun e kthimit, si dhe mosfunksionimin e përpunimit të [Ca2+]i dhe mosfunksionimin e kanalit jonik24,25.Njohja e paraqitjes klinike kardiake është kritike, pasi strategjitë e hershme të trajtimit mund të vonojnë fillimin e DCM të rëndë.
Rëndësia e trajtimit të mosfunksionimit kardiak dhe sëmundshmërisë së muskujve skeletik tregohet në një studim interesant që përdori një model të DMD të miut të quajtur mdx26 për të studiuar efektet e përmirësimit të indit muskulor skeletor pa adresuar problemet themelore kardiake të pranishme në DMD.Këtu, autorët demonstruan një rritje paradoksale 5-fish të mosfunksionimit kardiak pas përmirësimit të muskujve skeletik dhe minjtë patën një reduktim të ndjeshëm në fraksionin e derdhjes26.Përmirësimi i funksionit të muskujve skeletorë lejon aktivitetin më të lartë fizik për të ngarkuar më shumë miokardin, duke e bërë atë më të ndjeshëm ndaj mosfunksionimit të përgjithshëm.Kjo nënvizon rëndësinë e trajtimit të pacientëve me DMD në përgjithësi dhe paralajmëron vetëm kundër terapisë së muskujve skeletik.
DGC-të kryejnë disa funksione shtesë, përkatësisht, sigurojnë stabilitet strukturor në sarkolemë, bëhen një skelë molekulare që vepron si një lidhje sinjalizuese, rregullon kanalet jonike mekanosensitive, thelbin e mekanotransduksionit bregdetar dhe marrin pjesë në transmetimin e forcës anësore në rajonin e brinjë (Fig. 1b)..Distrofina luan një rol qendror në këtë aftësi, dhe për shkak të pranisë së shumë promotorëve të brendshëm, ekzistojnë disa izoforma të ndryshme, secila duke luajtur një rol të ndryshëm në inde të ndryshme.Shprehja diferenciale e indeve të izoformave të ndryshme të distrofinës mbështet nocionin se çdo izoformë luan një rol të ndryshëm.Për shembull, indi kardiak shpreh gjatësinë e plotë (Dp427m) si dhe izoformën më të shkurtër Dp71m të distrofinës, ndërsa indi skeletor shpreh vetëm të parën nga të dyja.Vëzhgimi i rolit të çdo nëntipi mund të zbulojë jo vetëm funksionin e tij fiziologjik, por edhe patogjenezën e distrofisë muskulare.
Paraqitja skematike e distrofinës me gjatësi të plotë (Dp427m) dhe izoformës më të vogël, të cunguar Dp71.Distrofina ka 24 përsëritje spektrinash të ndara nga katër unaza, si dhe një domen lidhës me aktin (ABD), një domen të pasur me cisteinë (CR) dhe një C-terminus (CT).Janë identifikuar partnerët kryesorë lidhës, duke përfshirë mikrotubulat (MTs) dhe sarkolemën.Ka shumë izoforma të Dp71, Dp71m i referohet indit muskulor dhe Dp71b i referohet izoformës së indit nervor.Në veçanti, Dp71f i referohet izoformës citoplazmike të neuroneve.b Kompleksi distrofinë-glikoproteinë (DHA) ndodhet në sarkolemë në tërësi.Forcat biomekanike kalojnë midis ECM dhe F-actin.Vini re ndërlidhjen e mundshme midis DGC-ve dhe ngjitjes së integrinës, Dp71 mund të luajë një rol në ngjitjet fokale.Krijuar me Biorender.com.
DMD është distrofia muskulare më e zakonshme dhe shkaktohet nga mutacionet në DMD.Megjithatë, për të vlerësuar plotësisht kuptimin tonë aktual të rolit të anti-distrofinës, është e rëndësishme ta vendosim atë në kontekstin e DGC në tërësi.Kështu, proteinat e tjera përbërëse do të përshkruhen shkurtimisht.Përbërja proteinike e DGC filloi të studiohej në fund të viteve 1980, me vëmendje të veçantë ndaj distrofinës.Koenig27,28, Hoffman29 dhe Ervasti30 bënë një zbulim të rëndësishëm duke identifikuar distrofinën, një proteinë 427 kDa në muskujt e strijuar31.
Më pas, nënkomplekse të tjera u treguan të lidhura me distrofinën, duke përfshirë sarkoglikanin, nënkompleksin transmembranor të distrofinës, dysbrevin dhe syntrophins8, të cilat së bashku përbëjnë modelin aktual DGC.Ky seksion do të shpërndajë fillimisht evidencën për rolin e DGC në perceptimin mekanosensor ndërsa shqyrton në detaje komponentët individualë.
Izoforma e distrofinës me gjatësi të plotë e pranishme në indin muskulor të strijuar është Dp427m (p.sh. "m" që muskujt ta dallojnë atë nga truri) dhe është një proteinë e madhe në formë shufre me katër domene funksionale të vendosura nën sarkolemën e kardiomiociteve, veçanërisht në rajonin bregdetar. 29, 32. Dp427m, i koduar nga gjeni DMD në Xp21.1, përbëhet nga 79 ekzone të gjeneruar në 2.2 megabaza dhe është kështu gjeni më i madh në gjenomën tonë8.
Disa nxitës të brendshëm në DMD prodhojnë izoforma të shumta të cunguara të distrofinës, disa prej të cilave janë specifike për indet.Krahasuar me Dp427m, Dp71m është i cunguar ndjeshëm dhe i mungon një domen përsëritës spektrin ose një domen ABD terminal N-terminal.Megjithatë, Dp71m ruan strukturën e lidhjes C-terminale.Në kardiomiocitet, roli i Dp71m është i paqartë, por është treguar se lokalizohet në tubulat T, duke sugjeruar se mund të ndihmojë në rregullimin e bashkimit ngacmim-tkurrje 33,34,35.Sipas njohurive tona, zbulimi i fundit i Dp71m në indin kardiak ka marrë pak vëmendje, por disa studime sugjerojnë se ai është i lidhur me kanalet jonike të aktivizuara nga shtrirja dhe Masubuchi sugjeroi se mund të luajë një rol në rregullimin e nNOS33., 36. Duke vepruar kështu, Dp71 ka marrë një vëmendje të konsiderueshme në neurofiziologjinë dhe kërkimin e trombociteve, fusha që mund të ofrojnë njohuri për një rol në kardiomiocitet37,38,39.
Në indin nervor, izoforma Dp71b shprehet kryesisht, me 14 izoforma të raportuara38.Fshirja e Dp71b, një rregullator i rëndësishëm i kanaleve të kaliumit akuaporin 4 dhe Kir4.1 në sistemin nervor qendror, është treguar se ndryshon përshkueshmërinë e barrierës gjaku-tru40.Duke pasur parasysh rolin e Dp71b në rregullimin e kanalit jonik, Dp71m mund të luajë një rol të ngjashëm në kardiomiocitet.
Prania e DGC në ganglion brinjë tregon menjëherë një rol në mekanotransduksion, dhe në të vërtetë është treguar se bashkë-lokalizohet me komplekset integrin-talin-vinculin 41 .Për më tepër, duke pasur parasysh se segmenti bregdetar është fokusi i mekanotransduksionit tërthor, lokalizimi i Dp427m këtu thekson rolin e tij në mbrojtjen e qelizave nga dëmtimi i shkaktuar nga tkurrja.Më tej, Dp427m ndërvepron me aktinën dhe citoskeletin e mikrotubulave, duke përfunduar kështu lidhjen midis mjedisit ndërqelizor dhe matricës jashtëqelizore.
Terminali N që përmban domenin lidhës të aktinës 1 (ABD1) përbëhet nga dy domene homologjike të kalmodulinës (CH) që kërkohen për ndërveprim me F-aktinën dhe ankorimin e izoformës γ-aktinë në sarkolema42,43.Distrofina mund të kontribuojë në viskoelasticitetin e përgjithshëm të kardiomiociteve duke u bashkuar me citoskeletin subsarkolemal, dhe lokalizimi i saj në ganglionet bregdetare mbështet përfshirjen e saj në mekanotransduksion si dhe në mekanombrojtje44,45.
Domeni i bërthamës qendrore përbëhet nga 24 proteina të përsëritura të ngjashme me spektrin, secila prej të cilave është afërsisht 100 mbetje aminoacide në gjatësi.Përsëritjet e spektrinave ndërthuren me katër domene menteshe, duke i dhënë proteinës fleksibilitet dhe një shkallë të lartë shtrirjeje.Përsëritjet e spektrinave të distrofinës mund të shpalosen brenda një diapazoni fiziologjik të forcave (15-30 pN) që shtrihen nga 21 nm në 84 nm, forca të arritshme për tkurrjen e miozinës 46 .Këto veçori të domenit të përsëritjes së spektrinës lejojnë distrofinën të veprojë si një amortizues molekular.
Shufra qendrore e Dp427m siguron lokalizimin e saj në sarkolemë, në veçanti, përmes ndërveprimeve hidrofobike dhe elektrostatike me fosfatidilserinën 47,48.Është interesante se bërthama qendrore e distrofinës ndërvepron ndryshe me fosfolipidet e sarkolemës në indet skeletore dhe kardiake, duke reflektuar ndoshta modele të ndryshme pranverore.kritike, ndërsa muskujt skeletorë shoqërohen edhe me R10-R1249.
Lidhja me citoskeletin γ-aktinë kërkon regjionin e përsëritjes 11-17 të spektrinit ABD2, i cili përbëhet nga mbetjet bazë të aminoacideve dhe ndryshon nga domeni CH që lidhet me F-aktinën.Mikrotubulat ndërveprojnë drejtpërdrejt me domenin bazë të distrofinës, ky ndërveprim kërkon mbetje të përsëritjeve të spektrinave 4-15 dhe 20-23, dhe prania e ankirinës B kërkohet për të parandaluar formimin e mikrotubulave në këtë vend.Tubat mungojnë 50,51,52.Një hendek midis mikrotubulave dhe distrofinës është treguar se përkeqëson patologjinë e DMD duke rritur speciet reaktive të oksigjenit (X-ROS).
Domeni CR nëpërmjet ankirinës B është një tjetër ankorë për fosfolipidet sarkolemale52.Ankyrin-B dhe ankyrin-G janë të nevojshme për lokalizimin e brinjëve të distrofinës/DGC, dhe mungesa e tyre rezulton në një model sarkolemik difuz të DGC52.
Domeni CR përmban një domen lidhës WW që ndërvepron drejtpërdrejt me motivin lidhës PPxY të β-DG.Duke u bashkuar me kompleksin distrofinë-glikane, distrofina plotëson lidhjen ndërmjet pjesës së brendshme dhe të jashtme të qelizës54.Kjo lidhje është kritike për muskujt e strijuar, siç dëshmohet nga fakti se ndërprerja e lidhjes midis ECM dhe brendësisë së qelizës çon në distrofi muskulare që kufizon jetën.
Së fundi, domeni CT është një rajon shumë i konservuar që formon një spirale të mbështjellë dhe është kritike për lidhjen me α-dystrobrevin dhe α1-,β1-sintrofinat55,56.α-dystrobrevin lidhet me domenin CT të distrofinës dhe siguron rezistencë shtesë ndaj distrofinës në sarkolemë57.
Gjatë zhvillimit embrional dhe fetal, Utrofina shprehet gjerësisht në inde të ndryshme, duke përfshirë qelizat endoteliale, indet nervore dhe indet e muskujve të strijuar58.Utrofina shprehet nga UTRN e vendosur në kromozomin 6q dhe është një autolog i distrofinës me 80% homologji proteinike.Gjatë zhvillimit, utrofina lokalizohet në sarkolemë, por shtypet dukshëm në indin muskulor të strijuar pas lindjes, ku zëvendësohet nga distrofina.Pas lindjes, lokalizimi i utrofinës është i kufizuar në tendinat dhe nyjet neuromuskulare të muskujve skeletorë58,59.
Partnerët e lidhjes së utrofinës janë gjerësisht të ngjashëm me ato të distrofinave, megjithëse janë përshkruar disa dallime kryesore.Për shembull, distrofina ndërvepron me β-DG përmes domenit të saj WW, i cili stabilizohet nga domeni ZZ (i emërtuar për aftësinë e tij për të lidhur dy jone zinku) brenda rajonit të saj CT, ku mbetjet e acidit cisteik 3307-3354 janë veçanërisht të rëndësishme për këtë ndërveprim60 ., 61. Utrofina gjithashtu lidhet me β-DG nëpërmjet domenit WW/ZZ, por mbetjet e sakta që mbështesin këtë ndërveprim ndryshojnë nga mbetjet e distrofinës (3307-3345 në distrofinë dhe 3064-3102 në utrofinë) 60,61.E rëndësishmja, lidhja e utrofinës me β-DG ishte afërsisht 2 herë më e ulët në krahasim me distrofinën 61. Është raportuar se distrofina lidhet me F-aktinën nëpërmjet përsëritjeve të spektrinave 11-17, ndërkohë që vende të ngjashme në utrofinë nuk mund të lidhen me F-aktinën, edhe në përqëndrime të larta, por mund të ndërveprojnë përmes domeneve të tyre CH.Veprimi 62,63,64.Së fundi, ndryshe nga distrofina, utrofina nuk mund të lidhet me mikrotubulat51.
Biomekanikisht, përsëritjet e spektrinave të utrofinës kanë një model të veçantë shpalosjeje në krahasim me distrofinën65.Utrofin-spektrina përsërit vendosjen në forca më të larta, të ngjashme me titinën, por jo me distrofinën65.Kjo është në përputhje me lokalizimin dhe rolin e saj në transmetimin e forcës së ngurtë elastike në kryqëzimet e tendinit, por mund ta bëjë utrofinën më pak të përshtatshme për të vepruar si një burim molekular në forcat tamponuese të shkaktuara nga tkurrja 65 .Të marra së bashku, këto të dhëna sugjerojnë se aftësitë e mekanotransduksionit dhe mekanopuferimit mund të ndryshohen në prani të mbishprehjes së utrofinës, veçanërisht duke pasur parasysh partnerët/mekanizmat e ndryshëm lidhës, megjithatë kjo kërkon studime të mëtejshme eksperimentale.
Nga pikëpamja funksionale, fakti që utrofina besohet të ketë efekte të ngjashme me distrofinën e bën atë një objektiv të mundshëm trajtimi për DMD66,67.Në fakt, disa pacientë DMD janë treguar se e mbishprehin utrofinën, ndoshta si një mekanizëm kompensues, dhe fenotipi është restauruar me sukses në një model miu me mbishprehje të utrofinës 68 .Ndërsa rregullimi i utrofinës është një strategji e mundshme terapeutike, shqyrtimi i ndryshimit formal dhe funksional midis utrofinës dhe distrofinës dhe dobisë së nxitjes së kësaj mbishprehjeje me lokalizimin e duhur përgjatë sarkolemës e bën ende të paqartë strategjinë afatgjatë të utrofinës.Veçanërisht, bartëset femra tregojnë një model mozaik të shprehjes së utrofinës dhe raporti midis distrofinës dhe utrofinës mund të ndikojë në shkallën e kardiomiopatisë së zgjeruar në këta pacientë,69 edhe pse modelet e mbartësve të miut kanë treguar..
Nënkompleksi i distroglikanit përbëhet nga dy proteina, α- dhe β-dystroglikan (α-, β-DG), të dyja të transkriptuara nga gjeni DAG1 dhe më pas të ndara pas përkthimit në dy proteina përbërës 71 .α-DG është shumë i glikoziluar në aspektin jashtëqelizor të DGC dhe ndërvepron drejtpërdrejt me mbetjet e prolinës në laminin α2 si dhe me agrin72 dhe picaculin73 dhe rajonin CT/CR të distrofinës73,74,75,76.Glikozilimi i lidhur me O, veçanërisht i mbetjeve të serinës, kërkohet për ndërveprimin e tij me ECM.Rruga e glikozilimit përfshin shumë enzima, mutacionet e të cilave çojnë në distrofi muskulare (shih gjithashtu Tabelën 1).Këto përfshijnë O-mannosiltransferazën POMT2, fukutinën dhe proteinën e lidhur me fukutinën (FKRP), dy fosfotransferaza ribitol që shtojnë fosfate ribitol së bashku në glikanin bazë dhe proteinën LARGE1 që shton ksilozë dhe glukozë.Polisakaridi linear i acidit uronik, i njohur gjithashtu si glikani i matricës në fund të glikanit77.FKRP është gjithashtu i përfshirë në zhvillimin dhe mirëmbajtjen e ECM, dhe mutacionet në të çojnë në uljen e shprehjes së lamininës α2 dhe α-DG77,78,79.Përveç kësaj, FKRP mund të drejtojë gjithashtu formimin e laminës bazale dhe matricës jashtëqelizore kardiake përmes fibronektinës 80 të glikoziluar.
β-DG përmban një motiv lidhës PPxY që lokalizon drejtpërdrejt dhe sekuestron YAP12.Ky është një zbulim interesant pasi nënkupton që DGC rregullon ciklin qelizor të kardiomiocitit.α-DH në kardiomiocitet neonatale ndërvepron me agrinin, i cili nxit rigjenerimin e zemrës dhe lizën e DGC76 për shkak të maturimit të qelizave.Ndërsa kardiomiocitet piqen, shprehja e aggrin zvogëlohet në favor të lamininës, e cila mendohet se kontribuon në ndalimin e ciklit qelizor76.Morikawa12 tregoi se rënia e dyfishtë e distrofinës dhe salvadorit, një rregullator negativ i YAP, çon në hiperproliferim të kardiomiociteve në rumenin që shkakton infarkt.Kjo çoi në idenë emocionuese se manipulimi i YAP mund të jetë me vlerë klinike në parandalimin e humbjes së indeve pas infarktit të miokardit.Kështu, liza e DGC e induktuar nga agrini mund të përfaqësojë një bosht që lejon aktivizimin e YAP dhe është një rrugë e mundshme për rigjenerimin kardiak.
Mekanikisht, α- dhe β-DG janë të nevojshme për të ruajtur ndërveprimin midis sarkolemës dhe shtresës bazale 81 .Të dy integrinat α-DG dhe α7 kontribuojnë në gjenerimin e forcës në ganglionin bregdetar dhe humbja e α-DG shkakton ndarjen e sarkolemës nga lamina bazale, duke e lënë indin muskulor skeletor të prekshëm ndaj dëmtimit të shkaktuar nga tkurrja.Siç u përshkrua më parë, kompleksi distroglikan rregullon qarkullimin e përgjithshëm të DGC-ve, ku lidhja me ligandën përkatëse laminin rezulton në fosforilimin e tirozinës së motivit lidhës PPPY të β-DG892.Fosforilimi i tirozinës këtu nxit çmontimin e distrofinës, e cila kthen kompleksin DGC.Fiziologjikisht, ky proces është shumë i rregulluar, gjë që mungon në distrofinë muskulare82, megjithëse mekanizmat themelorë që kontrollojnë këtë proces nuk janë kuptuar plotësisht.
Shtrirja ciklike është treguar se aktivizon rrugët ERK1/2 dhe AMPK përmes kompleksit të distrofinës dhe plektinës së proteinës përkatëse83.Së bashku, plektina dhe distroglikani kërkohet jo vetëm për të vepruar si një skelë, por edhe për të marrë pjesë në mekanotransduksion, dhe rrëzimi i plektinës çon në një ulje të aktivitetit të ERK1/2 dhe AMPK83.Plektina gjithashtu lidhet me dezminën e filamentit të ndërmjetëm citoskeletor dhe mbishprehja e dezminës është treguar se përmirëson fenotipin e sëmundjes në minjtë mdx:desmin dhe mdx, një model i dyfishtë i miut DMD84 me nokaut.Duke ndërvepruar me β-DG, plektina lidh në mënyrë indirekte DGC me këtë përbërës të citoskeletit.Për më tepër, distroglikani ndërvepron me proteinën 2 që lidh receptorin e faktorit të rritjes (Grb2), e cila dihet se është e përfshirë në rirregullimet citoskeletore85.Aktivizimi i Ras nga integrina është treguar të ndërmjetësohet përmes Grb2, i cili mund të sigurojë një rrugë të mundshme për ndërlidhje midis integrinave dhe DGC86.
Mutacionet në gjenet e përfshira në glikozilimin α-DH çojnë në të ashtuquajturën distrofi muskulare.Distroglikanopatitë tregojnë heterogjenitet klinik, por kryesisht shkaktohen nga një ndërprerje në ndërveprimin midis α-DG dhe lamininës α277.Distrofiglikanozat e shkaktuara nga mutacionet parësore në DAG1 janë përgjithësisht jashtëzakonisht të rralla, ndoshta sepse ato janë vdekjeprurëse embrionale87, duke konfirmuar kështu nevojën për lidhje qelizore me ECM.Kjo do të thotë se shumica e sëmundjeve distrofike të glikanit shkaktohen nga mutacionet dytësore të proteinave të lidhura me glikozilimin.Për shembull, mutacionet në POMT1 shkaktojnë sindromën jashtëzakonisht të rëndë Walker-Warburg, e cila karakterizohet nga anencefali dhe shkurtim i dukshëm i jetëgjatësisë (më pak se 3 vjet)88.Sidoqoftë, mutacionet e FKRP kryesisht manifestohen si distrofi muskulare e brezit të gjymtyrëve (LGMD), e cila është zakonisht (por jo gjithmonë) relativisht e lehtë.Megjithatë, mutacionet në FKRP janë treguar të jenë një shkak i rrallë i WWS89.Shumë mutacione janë identifikuar në FKRP, nga të cilat mutacioni themelues (c.826>A) më së shpeshti shkakton LGMD2I90.
LGMD2I është një distrofi muskulare relativisht e lehtë, patogjeneza e së cilës bazohet në prishjen e lidhjes midis matricës jashtëqelizore dhe citoskeletit ndërqelizor.Më pak e qartë është marrëdhënia midis gjenotipit dhe fenotipit në pacientët me mutacione në këto gjene, dhe në të vërtetë ky koncept është i zbatueshëm për proteinat e tjera DSC.Pse disa pacientë me mutacione FKRP tregojnë një fenotip të sëmundjes në përputhje me WWS ndërsa të tjerët kanë LGMD2I?Përgjigja për këtë pyetje mund të qëndrojë në i) cili hap i rrugës së glikozilimit ndikohet nga mutacioni, ose ii) shkalla e hipoglikozilimit në çdo hap të caktuar.Hipoglikozilimi i α-DG mund të lejojë ende një shkallë të ndërveprimit me ECM duke rezultuar në një fenotip të përgjithshëm më të butë, ndërsa shkëputja nga membrana bazale rrit ashpërsinë e fenotipit të sëmundjes.Pacientët me LGMD2I zhvillojnë gjithashtu DCM, megjithëse kjo është më pak e dokumentuar se DMD, duke motivuar urgjencën e të kuptuarit të këtyre mutacioneve në kontekstin e kardiomiociteve.
Nënkompleksi sarkospan-sarkoglikan nxit formimin e DHA dhe ndërvepron drejtpërdrejt me β-DH.Ekzistojnë katër sarkoglikane me një drejtim në indin kardiak: α, β, γ dhe δ91.Kohët e fundit është përshkruar se një mutacion i keqkuptimit c.218C>T në ekzonin 3 të gjenit SGCA dhe një delecioni i pjesshëm heterozigot në ekzonet 7-8 shkaktojnë LGMD2D92.Megjithatë, në këtë rast, autorët nuk vlerësuan fenotipin kardiak.
Grupe të tjera kanë zbuluar se SGCD në modelet e derrit93 dhe miut94 rezulton në shprehje të reduktuar të proteinave në nënkompleksin e sarkoglikanit, duke prishur strukturën e përgjithshme të DGC dhe duke çuar në DCM.Përveç kësaj, 19% e të gjithë pacientëve me mutacione SGCA, SGCB ose SGCG u raportuan se kishin kardiomiopati të zgjeruar dhe 25% e të gjithë pacientëve kishin nevojë gjithashtu për mbështetje respiratore95.
Mutacionet recesive në sarkoglikanin (SG) δ rezultojnë në një reduktim ose mungesë të plotë të komplekseve të sarkoglikanit dhe rrjedhimisht DGC në indin kardiak dhe janë përgjegjës për LGMD dhe DCM96 të lidhur me të.Është interesante se mutacionet dominante-negative në SG-δ janë specifike për sistemin kardiovaskular dhe janë shkaku i kardiomiopatisë familjare të dilatuar97.Mutacionet dominante-negative të SG-δ R97Q dhe R71T janë treguar të shprehura në mënyrë të qëndrueshme në kardiomiocitet e miut pa dëmtim të konsiderueshëm të DGC98 totale.Sidoqoftë, qelizat e zemrës që mbartin këto mutacione janë më të ndjeshme ndaj dëmtimit të sarkolemës, përshkueshmërisë dhe mosfunksionimit mekanik nën stresin mekanik, në përputhje me fenotipin DCM98.
Sarcospan (SSPN) është një tetraspaninë 25 kDa e lokalizuar në nënkompleksin e sarkoglikanit dhe besohet se shërben si një skelë proteinike99,100.Si një skelë proteinike, SSPN stabilizon lokalizimin dhe glikozilimin e α-DG99,101.Shprehja e tepërt e SSPN në modelet e miut është gjetur se rrit lidhjen midis muskujve dhe lamininës 102 .Përveç kësaj, SSPN është treguar se ndërvepron me integrinat, duke sugjeruar shkallën e ndërlidhjes midis dy komisurave të brinjëve, DGC, dhe strukturës së glikoproteinës integrin-talin-vinculin100,101,102.Knockdown i SSPN rezultoi gjithashtu në një rritje të α7β1 në muskujt skeletorë të miut.
Një studim i kohëve të fundit tregoi se mbishprehja e sarkospanit rrit maturimin dhe glikozilimin e α-DG në indin kardiak në mënyrë të pavarur nga ndërprerja e galaktosilaminotransferazës 2 (Galgt2) në një model të miut mdx të DMD, duke lehtësuar kështu fenotipin e sëmundjes 101. Rritja e kompleksit të diglikozës ECM, duke lehtësuar më së shumti sëmundjen.Për më tepër, ata kanë treguar se mbishprehja e sarkospanit redukton ndërveprimin e integrinës β1D me DGC, duke theksuar një rol të mundshëm të sarkospanit në rregullimin e komplekseve të integrinës101.
Sintrofinat janë një familje proteinash të vogla (58 kDa) që lokalizohen në DGC, nuk kanë vetë aktivitet enzimatik të brendshëm dhe shërbejnë si përshtatës molekular103,104.Janë identifikuar pesë izoforma (α-1, β-1, β-2, γ-1 dhe γ-2) që tregojnë shprehje specifike për indet, me izoformën α-1 të shprehur kryesisht në indin muskulor të strijuar 105 .Sintrofinat janë proteina të rëndësishme përshtatëse që lehtësojnë komunikimin midis distrofinës dhe molekulave sinjalizuese, duke përfshirë sintazën e oksidit nitrik neuronal (nNOS) në muskujt skeletorë106.α-sintrofina ndërvepron drejtpërdrejt me domenin e përsëritjes së spektrinave të distrofinës 16-17, e cila nga ana tjetër lidhet me motivin lidhës nNOS106,107 PDZ.
Sintrofinat gjithashtu ndërveprojnë me distrobrevinën nëpërmjet domeneve lidhëse PH2 dhe SU, dhe ato gjithashtu ndërveprojnë me citoskeletin e aktinës 108 .Në të vërtetë, sitrofinat duket se luajnë një rol veçanërisht të rëndësishëm në rregullimin e dinamikës citoskeletore, dhe izoformat α dhe β janë në gjendje të ndërveprojnë drejtpërdrejt me F-aktinën 108 dhe kështu ka të ngjarë të luajnë një rol në rregullimin e tensionit dhe biomekanikës së qelizës. efekt.Përveç kësaj, syntrofinat janë treguar se rregullojnë citoskeletin përmes Rac1109.
Modulimi i niveleve të sitrofinës mund të rivendosë funksionin dhe një studim i fundit duke përdorur mini-distrofinën tregoi se konstrukti ΔR4-R23/ΔCT ishte në gjendje të rivendoste α-sintrofinën si dhe proteinat e tjera DGC në nivele të krahasueshme me kardiomiocitet WT mdx.
Përveç rolit të tyre në rregullimin e citoskeletit, sitrofinat janë gjithashtu të dokumentuara mirë në rregullimin e kanaleve jonike 111,112,113.Motivi i lidhjes PDZ të sitrofinave rregullon kanalin Nav1.5111 të varur nga tensioni kardiak, i cili luan një rol kyç në vendosjen e ngacmueshmërisë dhe përcjellshmërisë kardiake.Është interesante se në modelin e miut mdx, kanalet Nav1.5 u zbuluan se ishin të rregulluara poshtë dhe aritmi kardiake u gjetën te kafshët 111 .Përveç kësaj, një familje e kanaleve jonike mekanosensitive, kanali i mundshëm i receptorit kalimtar (TRPC), është treguar se rregullohet nga α1-sintrofina në indin kardiak 113 dhe frenimi i TRPC6 është treguar se përmirëson aritmitë në modelin e miut DMD112.Rritja e aktivitetit të TRPC6 në DMD është raportuar të rezultojë në aritmi kardiake, të cilat lehtësohen kur kombinohen me PKG 112.Mekanikisht, pakësimi i distrofinës nxit një fluks të [Ca2+]i të induktuar nga shtrirja që vepron në rrjedhën e sipërme të TRPC6 për ta aktivizuar atë, siç tregohet në kardiomiocitet dhe qelizat e muskujve të lëmuar vaskulare112,114.Hiperaktivizimi i TRPC6 për t'u shtrirë e bën atë një mekanosensor kryesor dhe objektiv të mundshëm terapeutik në DMD112,114.
Humbja e distrofinës çon në lizë ose shtypje të theksuar të të gjithë kompleksit DGC, me humbje të mëvonshme të shumë funksioneve mekanoprojtëse dhe mekanotransduksioni, duke rezultuar në fenotipin katastrofik që shihet në indin muskulor të strijuar në DMD.Prandaj, mund të jetë e arsyeshme të merret në konsideratë që RSK-të punojnë së bashku dhe se komponentët individualë varen nga prania dhe funksionimi i komponentëve të tjerë.Kjo është veçanërisht e vërtetë për distrofinën, e cila duket të jetë e nevojshme për montimin dhe lokalizimin e kompleksit të sarkolemës në kardiomiocitet.Secili komponent luan një rol unik për të kontribuar në stabilizimin e përgjithshëm të sarkolemës, lokalizimin e proteinave kyçe shtesë, rregullimin e kanaleve jonike dhe shprehjen e gjeneve, dhe humbja e një proteine ​​të vetme në DGC çon në disrregullim të të gjithë miokardit.
Siç tregohet më sipër, shumë proteina DGC janë të përfshira në mekanotransduksion dhe sinjalizim, dhe distrofina është veçanërisht e përshtatshme për këtë rol.Nëse DGC ndodhet në brinjë, kjo konfirmon mendimin se ajo merr pjesë në mekanotransduksion së bashku me integrinat.Kështu, DGC-të fizikisht i nënshtrohen transferimit të forcës anizotropike dhe marrin pjesë në rirregullimin mekanosensor dhe citoskeletor të mikromjedisit ndërqelizor, në përputhje me modelin e tensionit.Përveç kësaj, Dp427m zbut forcat biomekanike hyrëse duke zgjeruar përsëritjet e spektrinës brenda domenit të bërthamës së saj qendrore, duke vepruar kështu si një mekanombrojtës duke mbajtur një forcë zbërthyese prej 25 pN në një gamë të zgjeruar 800 nm.Duke u ndarë, distrofina është në gjendje të "buffer" forcën e tkurrjes-relaksimit të prodhuar nga kardiomiocitet10.Duke pasur parasysh diversitetin e proteinave dhe fosfolipideve që ndërveprojnë me domenet e përsëritjes së spektrinës, është interesante të spekulohet nëse zbërthimi i përsëritjes së spektrinës ndryshon kinetikën e lidhjes së proteinave mekanosensitive në një mënyrë të ngjashme me atë të talin116,117,118.Megjithatë, kjo ende nuk është përcaktuar dhe kërkohet hetim i mëtejshëm.