310 Chemická zložka kapilárnej cievky z nehrdzavejúcej ocele, Úloha dystrofínových glykoproteínových komplexov v mechanotransdukcii svalových buniek

Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Používate verziu prehliadača s obmedzenou podporou CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Okrem toho, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Posúvače zobrazujúce tri články na snímke.Na posúvanie medzi snímkami použite tlačidlá späť a ďalej, na posúvanie sa po jednotlivých snímkach použite tlačidlá ovládača posúvania na konci.

310 dodávateľov kapilárnych hadičiek z nehrdzavejúcej ocele

Dystrofín je hlavným proteínom dystrofín-glykoproteínového komplexu (DGC) v kostrovom svale a kardiomyocytoch.Dystrofín viaže aktínový cytoskelet na extracelulárnu matricu (ECM).Prerušenie spojenia medzi extracelulárnou matricou a intracelulárnym cytoskeletom môže mať zničujúce následky na homeostázu buniek kostrového svalstva, čo vedie k množstvu svalových dystrofií.Okrem toho strata funkčných DGC vedie k progresívnej dilatačnej kardiomyopatii a predčasnej smrti.Dystrofín pôsobí ako molekulárna pružina a DHA hrá kľúčovú úlohu pri udržiavaní integrity sarkolemy.Okrem toho sa hromadia dôkazy o prepojení DGC s mechanistickou signalizáciou, hoci táto úloha zostáva stále nedostatočne pochopená.Cieľom tohto prehľadového článku je poskytnúť moderný pohľad na DGC a ich úlohu v mechanotransdukcii.Najprv diskutujeme o komplexnom vzťahu medzi mechanikou a funkciou svalových buniek a potom preskúmame nedávny výskum úlohy dystrofínového glykoproteínového komplexu v mechanotransdukcii a udržiavaní biomechanickej integrity svalových buniek.Nakoniec preskúmame súčasnú literatúru, aby sme pochopili, ako sa signalizácia DGC pretína s mechanosignalizačnými dráhami, aby sme zdôraznili potenciálne budúce intervenčné body s osobitným zameraním na kardiomyopatiu.
Bunky sú v neustálom spojení so svojím mikroprostredím a na interpretáciu a integráciu biomechanických informácií je medzi nimi potrebný obojsmerný dialóg.Biomechanika riadi kľúčové následné udalosti (napr. preskupenia cytoskeletu) riadením celkového bunkového fenotypu v priestore a čase.Ústredným bodom tohto procesu v kardiomyocytoch je pobrežná oblasť, oblasť, kde sa sarkolema spája so sarkomérou zloženou z komplexov integrín-talín-vinkulín a dystrofín-glykoproteín (DGC).Tieto diskrétne fokálne adhézie (FA) pripojené k intracelulárnemu cytoskeletu šíria kaskádu biomechanických a biochemických bunkových zmien, ktoré riadia diferenciáciu, proliferáciu, organogenézu, migráciu, progresiu ochorenia a ďalšie.Premena biomechanických síl na biochemické a/alebo (epi)genetické zmeny je známa ako mechanotransdukcia1.
O integrínovom transmembránovom receptore 2 je už dlho známe, že ukotvuje extracelulárnu matricu v bunkách a sprostredkúva vnútornú aj vonkajšiu signalizáciu.Paralelne s integrínmi, DGC viažu ECM na cytoskelet, čím vytvárajú kritické spojenie medzi vonkajškom a vnútrom bunky3.Dystrofín plnej dĺžky (Dp427) je primárne exprimovaný v srdcovom a kostrovom svale, ale je tiež pozorovaný v tkanivách centrálneho nervového systému, vrátane sietnice a Purkyňovho tkaniva4.Mutácie v integrínoch a DGC sa považujú za príčiny svalovej dystrofie a progresívnej dilatačnej kardiomyopatie (DCM) (tabuľka 1)5,6.Najmä mutácie DMD kódujúce centrálny dystrofínový proteín DGC spôsobujú Duchennovú muskulárnu dystrofiu (DMD)7.DGC sa skladá z niekoľkých subkomplexov vrátane α- a β-dystroglykánu (α/β-DG), sarkoglykán-sarkospán, syntrofín a dystrofín8.
Dystrofín je cytoskeletálny proteín kódovaný DMD (Xp21.1-Xp22), ktorý hrá ústrednú úlohu pri udržiavaní DGC.DGC zachováva integritu sarkolemy, plazmatickej membrány priečne pruhovaného svalového tkaniva.Dystrofín ďalej zmierňuje poškodenie spôsobené kontrakciou tým, že pôsobí ako molekulárna pružina a molekulárne lešenie9,10.Dystrofín plnej dĺžky má molekulovú hmotnosť 427 kDa, avšak v dôsledku mnohých vnútorných promótorov v DMD existuje niekoľko prirodzene sa vyskytujúcich skrátených izoforiem, vrátane Dp7111.
Ukázalo sa, že pomocné proteíny sú lokalizované v dystrofíne, vrátane skutočných mechanotransduktorov, ako je neuronálna syntáza oxidu dusnatého (nNOS), proteín spojený s Yes (YAP) a kaveolín-3, čo predstavuje dôležité zložky bunkovej signalizácie.Zlúčeniny 12, 13, 14. Okrem adhézie, bunkového mechanizmu spojeného s interakciami medzi bunkami a matricou, tvorenej integrínmi a ich downstream cieľmi, tieto dva komplexy predstavujú rozhranie medzi „vnútri“ a „vonku“ bunky. .Ochrana týchto fokálnych adhézií pred abnormálnou deštrukciou je rozhodujúca pre správanie a prežitie buniek.Okrem toho údaje podporujú, že dystrofín je modulátorom mechanosenzitívnych iónových kanálov, vrátane natiahnutím aktivovaných kanálov, najmä Ca2+ kanálov typu L a kanálov TRPC 15.
Hoci je dystrofín dôležitý pre homeostatickú funkciu buniek priečne pruhovaného svalstva, presné podporné mechanizmy sú menej jasné, najmä úloha dystrofínu a jeho schopnosť pôsobiť ako mechanosensor a mechanická ochrana.Kvôli strate dystrofínu sa objavilo niekoľko nezodpovedaných otázok, vrátane: sú mechanosenzitívne proteíny ako YAP a AMPK nesprávne lokalizované do sarkolemy;Existujú presluchy s integrínmi, okolnosti, ktoré môžu viesť k abnormálnej mechanotransdukcii?Všetky tieto vlastnosti môžu prispieť k závažnému fenotypu DCM pozorovanému u pacientov s DMD.
Okrem toho asociácia zmien v bunkovej biomechanike s celkovým fenotypom DMD má dôležité klinické dôsledky.DMD je X-viazaná svalová dystrofia postihujúca 1:3500–5000 mužov, charakterizovaná skorou stratou mobility (<5 rokov) a progresívnou DCM s výrazne horšou prognózou ako DCM inej etiológie16,17,18.
Biomechanika straty dystrofínu nebola úplne opísaná a tu uvádzame dôkazy podporujúce názor, že dystrofín skutočne hrá mechanoprotektívnu úlohu, tj udržiava integritu sarkolemy a je kritický pri mechanotransdukcii.Okrem toho sme preskúmali dôkazy naznačujúce dôležité presluchy s integrínmi, ktoré špecificky viažu laminín a7p1D v bunkách priečne pruhovaného svalstva.
Inzercie a delécie sú zodpovedné za veľký počet mutácií v DMD, pričom 72 % mutácií je spôsobených takýmito mutáciami19.Klinicky sa DMD prejavuje v detstve (≤ 5 rokov) hypotenziou, pozitívnym Gowerovým príznakom, oneskorenou progresiou zmien súvisiacich s vekom, mentálnou retardáciou a atrofiou kostrového svalstva.Dýchacia tieseň bola historicky hlavnou príčinou úmrtia pacientov s DMD, ale zlepšená podporná starostlivosť (kortikosteroidy, nepretržitý pozitívny tlak v dýchacích cestách) zvýšila predpokladanú dĺžku života u týchto pacientov a stredný vek pacientov s DMD narodených po roku 1990 je 28,1 rokov20,21 ..S rastúcim prežívaním pacientov je však prognóza progresívnej DCM výrazne horšia v porovnaní s inými kardiomyopatiami16, čo vedie ku konečnému srdcovému zlyhaniu, ktoré je v súčasnosti hlavnou príčinou smrti a predstavuje približne 50 % úmrtí na DMD17,18.
Progresívna DCM je charakterizovaná zvýšenou dilatáciou a poddajnosťou ľavej komory, stenčovaním komôr, zvýšenou infiltráciou fibrotukami, zníženou systolickou funkciou a zvýšenou frekvenciou arytmií.Stupeň DCM u pacientov s DMD je takmer univerzálny v neskorej adolescencii (90 % až 18 rokov), ale je prítomný približne u 59 % pacientov vo veku 10 rokov8,22.Riešenie tohto problému je rozhodujúce, pretože ejekčná frakcia ľavej komory neustále klesá rýchlosťou 1,6 % ročne23.
Srdcové arytmie sú časté u pacientov s DMD, najmä sínusová tachykardia a ventrikulárna tachykardia, a sú príčinou náhlej srdcovej smrti22.Arytmie sú výsledkom infiltrácie fibrotukami, najmä v subbazálnej ľavej komore, ktorá zhoršuje spätný okruh, ako aj dysfunkciu spracovania [Ca2+]i a dysfunkciu iónových kanálov24,25.Rozpoznanie klinického prejavu srdca je kritické, pretože včasné liečebné stratégie môžu oddialiť nástup závažnej DCM.
Dôležitosť liečby srdcovej dysfunkcie a morbidity kostrových svalov ukazuje zaujímavá štúdia, ktorá použila myšací model DMD s názvom mdx26 na štúdium účinkov zlepšenia tkaniva kostrového svalstva bez toho, aby sa zaoberali základnými srdcovými problémami prítomnými pri DMD.Tu autori preukázali paradoxné 5-násobné zvýšenie srdcovej dysfunkcie po zlepšení kostrového svalstva a myši mali významné zníženie ejekčnej frakcie26.Zlepšená funkcia kostrového svalstva umožňuje vyššou fyzickou aktivitou viac zaťažiť myokard, čím sa stáva náchylnejším na celkovú dysfunkciu.To zdôrazňuje dôležitosť liečby pacientov s DMD vo všeobecnosti a varuje pred samotnou liečbou kostrového svalstva.
DGC vykonávajú niekoľko ďalších funkcií, konkrétne poskytujú štrukturálnu stabilitu sarkolemy, stávajú sa molekulárnym lešením, ktoré pôsobí ako signálne spojenie, regulujú mechanosenzitívne iónové kanály, jadro pobrežnej mechanotransdukcie a podieľajú sa na prenose laterálnej sily v oblasti rebrá (obr. 1b)..Dystrofín hrá v tejto schopnosti ústrednú úlohu a vďaka prítomnosti mnohých vnútorných promótorov existuje niekoľko rôznych izoforiem, z ktorých každá hrá inú úlohu v rôznych tkanivách.Diferenciálna tkanivová expresia rôznych izoforiem dystrofínu podporuje názor, že každá izoforma hrá inú úlohu.Napríklad srdcové tkanivo exprimuje celú dĺžku (Dp427m), ako aj kratšiu Dp71m izoformu dystrofínu, zatiaľ čo kostrové tkanivo exprimuje iba prvú z dvoch.Pozorovanie úlohy každého podtypu môže odhaliť nielen jeho fyziologickú funkciu, ale aj patogenézu svalovej dystrofie.
Schematické znázornenie dystrofínu plnej dĺžky (Dp427m) a menšej, skrátenej izoformy Dp71.Dystrofín má 24 spektrínových opakovaní oddelených štyrmi slučkami, ako aj doménu viažucu aktín (ABD), doménu bohatú na cysteín (CR) a C-koniec (CT).Boli identifikovaní kľúčoví väzobní partneri vrátane mikrotubulov (MT) a sarkolemy.Existuje mnoho izoforiem Dp71, Dp71m označuje svalové tkanivo a Dp71b označuje izoformu nervového tkaniva.Konkrétne Dp71f označuje cytoplazmatickú izoformu neurónov.b Komplex dystrofín-glykoproteín (DHA) sa nachádza v sarkoléme ako celku.Biomechanické sily prepínajú medzi ECM a F-aktínom.Všimnite si potenciálne presluchy medzi DGC a adhéziou integrínu, Dp71 môže hrať úlohu pri fokálnych adhéziách.Vytvorené s Biorender.com.
DMD je najčastejšou svalovou dystrofiou a je spôsobená mutáciami v DMD.Aby sme však plne ocenili naše súčasné chápanie úlohy antidystrofínu, je dôležité zaradiť ho do kontextu DGC ako celku.Preto budú stručne opísané ďalšie proteíny.Proteínové zloženie DGC sa začalo študovať koncom 80-tych rokov 20. storočia, s osobitnou pozornosťou na dystrofín.Koenig27,28, Hoffman29 a Ervasti30 urobili dôležitý objav identifikáciou dystrofínu, 427 kDa proteínu v priečne pruhovanom svale31.
Následne sa ukázalo, že ďalšie subkomplexy sú spojené s dystrofínom, vrátane sarkoglykánu, transsynu, dystrofínového subkomplexu, dysbrevínu a syntrofínov8, ktoré spolu tvoria súčasný model DGC.V tejto časti sa najprv rozšíria dôkazy o úlohe DGC v mechanosenzorickom vnímaní, pričom sa budú podrobne skúmať jednotlivé komponenty.
Izoforma dystrofínu plnej dĺžky prítomná v priečne pruhovanom svalovom tkanive je Dp427m (napr. „m“ pre sval, aby sme ho odlíšili od mozgu) a je to veľký proteín v tvare tyčinky so štyrmi funkčnými doménami umiestnenými pod sarkolemou kardiomyocytov, najmä v pobrežnej oblasti 29, 32. Dp427m, kódovaný génom DMD na Xp21.1, pozostáva zo 79 exónov generovaných na 2,2 megabázach a je teda najväčším génom v našom genóme8.
Niekoľko vnútorných promótorov v DMD produkuje viacero skrátených izoforiem dystrofínu, z ktorých niektoré sú tkanivovo špecifické.V porovnaní s Dp427m je Dp71m výrazne skrátený a chýba mu opakujúca sa doména spektrínu alebo N-koncová doména ABD.Avšak Dp71m si zachováva C-terminálnu väzbovú štruktúru.V kardiomyocytoch je úloha Dp71m nejasná, ale ukázalo sa, že sa lokalizuje v T tubuloch, čo naznačuje, že môže pomôcť regulovať spojenie excitácie a kontrakcie 33, 34, 35.Pokiaľ je nám známe, nedávnemu objavu Dp71m v srdcovom tkanive sa venovala malá pozornosť, ale niektoré štúdie naznačujú, že je spojený s iónovými kanálmi aktivovanými natiahnutím, a Masubuchi naznačil, že môže hrať úlohu pri regulácii nNOS33., 36. Pritom Dp71 získal významnú pozornosť v neurofyziológii a výskume krvných doštičiek, čo sú oblasti, ktoré môžu poskytnúť pohľad na úlohu v kardiomyocytoch37,38,39.
V nervovom tkanive je prevažne exprimovaná izoforma Dp71b, pričom sa uvádza 14 izoforiem38.Ukázalo sa, že delécia Dp71b, dôležitého regulátora aquaporínu 4 a draslíkových kanálov Kir4.1 v centrálnom nervovom systéme, mení permeabilitu hematoencefalickej bariéry40.Vzhľadom na úlohu Dp71b v regulácii iónových kanálov môže Dp71m hrať podobnú úlohu v kardiomyocytoch.
Prítomnosť DGC v pobrežných gangliách okamžite naznačuje úlohu v mechanotransdukcii a skutočne sa ukázalo, že sa ko-lokalizuje s komplexmi integrín-talín-vinkulín41.Navyše, vzhľadom na to, že pobrežný segment je zameraním na priečnu mechanotransdukciu, lokalizácia Dp427m tu zdôrazňuje jeho úlohu pri ochrane buniek pred poškodením spôsobeným kontrakciou.Ďalej Dp427m interaguje s aktínom a cytoskeletom mikrotubulov, čím sa dokončuje spojenie medzi intracelulárnym prostredím a extracelulárnou matricou.
N-koniec obsahujúci doménu 1 viažucu aktín (ABD1) pozostáva z dvoch kalmodulínových homológnych domén (CH), ktoré sú potrebné na interakciu s F-aktínom a ukotvenie izoformy y-aktínu na sarkolemu42,43.Dystrofín môže prispievať k celkovej viskoelasticite kardiomyocytov naviazaním sa na subsarkolemálny cytoskelet a jeho lokalizácia v pobrežných gangliách podporuje jeho zapojenie do mechanotransdukcie, ako aj mechanoprotekcie44,45.
Centrálna jadrová doména pozostáva z 24 opakujúcich sa proteínov podobných spektrínu, z ktorých každý má dĺžku približne 100 aminokyselinových zvyškov.Repetície spektrínu sú rozptýlené so štyrmi pántovými doménami, čo dáva proteínu flexibilitu a vysoký stupeň rozťažnosti.Opakovania dystrofínového spektrínu sa môžu rozvinúť vo fyziologickom rozsahu síl (15-30 pN) siahajúcich od 21 nm do 84 nm, čo sú sily dosiahnuteľné pre kontrakciu myozínu46.Tieto vlastnosti spektrínovej opakujúcej sa domény umožňujú dystrofínu pôsobiť ako molekulárny tlmič nárazov.
Centrálna tyč Dp427m zabezpečuje jeho lokalizáciu v sarkoléme, najmä prostredníctvom hydrofóbnych a elektrostatických interakcií s fosfatidylserínom 47,48.Je zaujímavé, že centrálne jadro dystrofínu interaguje odlišne s fosfolipidmi sarkolemy v kostrových a srdcových tkanivách, čo môže odrážať rôzne pružinové vzorce.kritické, zatiaľ čo kostrové svaly sú tiež spojené s R10-R1249.
Väzba na y-aktínový cytoskelet vyžaduje oblasť 11–17 opakovania spektrínu ABD2, ktorá pozostáva zo zvyškov bázických aminokyselín a líši sa od CH domény viažucej F-aktín.Mikrotubuly interagujú priamo s jadrovou doménou dystrofínu, táto interakcia vyžaduje zvyšky spektrínových opakovaní 4-15 a 20-23 a prítomnosť ankyrínu B je potrebná na zabránenie tvorby mikrotubulov na tomto mieste.Rúry chýbajú 50,51,52.Ukázalo sa, že medzera medzi mikrotubulmi a dystrofínom zhoršuje patológiu DMD zvýšením reaktívnych foriem kyslíka (X-ROS).
CR doména prostredníctvom ankyrínu B je ďalšou kotvou pre sarkolemálne fosfolipidy52.Ankyrín-B a ankyrín-G sú potrebné na lokalizáciu dystrofínu/DGC na rebrách a ich absencia vedie k difúznemu sarkolemálnemu vzoru DGC52.
CR doména obsahuje WW väzbovú doménu, ktorá interaguje priamo s PPxY väzbovým motívom β-DG.Tým, že sa dystrofín naviaže na komplex dystrofín-glykán, dokončí spojenie medzi vnútrom a vonkajškom bunky54.Toto spojenie je kritické pre priečne pruhované svaly, čo dokazuje skutočnosť, že narušenie spojenia medzi ECM a vnútrom bunky vedie k život obmedzujúcej svalovej dystrofii.
Nakoniec, CT doména je vysoko konzervovaná oblasť, ktorá tvorí stočenú špirálu a je rozhodujúca pre väzbu na a-dystrobrevín a a1-,p1-syntrofíny55,56.α-dystrobrevín sa viaže na CT doménu dystrofínu a poskytuje dodatočnú rezistenciu voči dystrofínu v sarkoléme57.
Počas embryonálneho a fetálneho vývoja je utrofín široko exprimovaný v rôznych tkanivách, vrátane endotelových buniek, nervového tkaniva a priečne pruhovaného svalového tkaniva58.Utrofín je exprimovaný UTRN lokalizovaným na chromozóme 6q a je autológom dystrofínu s 80% proteínovou homológiou.Počas vývoja je utrofín lokalizovaný v sarkoléme, ale je výrazne potlačený v postnatálnom priečne pruhovanom svalovom tkanive, kde je nahradený dystrofínom.Po narodení je lokalizácia utrofínu obmedzená na šľachy a nervovosvalové spojenia kostrových svalov58,59.
Partneri viažuci utrofín sú vo všeobecnosti podobní partnerom dystrofínov, hoci boli opísané niektoré kľúčové rozdiely.Napríklad dystrofín interaguje s β-DG prostredníctvom svojej domény WW, ktorá je stabilizovaná doménou ZZ (nazvanou pre jej schopnosť viazať dva ióny zinku) v rámci svojej oblasti CT, kde sú pre túto interakciu obzvlášť dôležité zvyšky kyseliny cysteovej 60 ., 61. Utrofín sa tiež viaže na β-DG prostredníctvom domény WW/ZZ, ale presné zvyšky podporujúce túto interakciu sa líšia od zvyškov dystrofínu (3307–3345 v dystrofíne a 3064–3102 v utrofíne) 60,61.Dôležité je, že väzba utrofínu na β-DG bola približne 2-krát nižšia v porovnaní s dystrofínom 61. Uvádza sa, že dystrofín sa viaže na F-aktín prostredníctvom spektrínových opakovaní 11–17, zatiaľ čo podobné miesta v utrofíne sa nemôžu viazať na F-aktín, a to ani pri vysoké koncentrácie, ale môžu interagovať prostredníctvom svojich CH-domén.Akcia 62,63,64.Napokon, na rozdiel od dystrofínu sa utrofín nemôže viazať na mikrotubuly51.
Biomechanicky majú repetície utrofínového spektrínu v porovnaní s dystrofínom zreteľný vzorec rozvíjania65.Utrofín-spektrín opakuje nasadenie pri vyšších silách, podobne ako titín, ale nie dystrofín65.To je v súlade s jeho lokalizáciou a úlohou pri prenose tuhej elastickej sily v šľachových spojeniach, ale môže to spôsobiť, že utrofín bude menej vhodný na to, aby pôsobil ako molekulárna pružina pri tlmení síl vyvolaných kontrakciou65.Celkovo tieto údaje naznačujú, že schopnosti mechanotransdukcie a mechanobuferovania sa môžu zmeniť v prítomnosti nadmernej expresie utrofínu, najmä vzhľadom na rôznych väzbových partnerov/mechanizmov, vyžaduje si to však ďalšiu experimentálnu štúdiu.
Z funkčného hľadiska skutočnosť, že sa predpokladá, že utrofín má podobné účinky ako dystrofín, z neho robí potenciálny liečebný cieľ pre DMD66,67.V skutočnosti sa ukázalo, že niektorí pacienti s DMD nadmerne exprimujú utrofín, pravdepodobne ako kompenzačný mechanizmus, a fenotyp bol úspešne obnovený na myšom modeli s nadmernou expresiou utrofínu68.Zatiaľ čo zvýšená regulácia utrofínu je pravdepodobnou terapeutickou stratégiou, zváženie formálneho a funkčného rozdielu medzi utrofínom a dystrofínom a užitočnosť indukcie tejto nadmernej expresie so správnou lokalizáciou pozdĺž sarkolemy robí dlhodobú stratégiu utrofínu stále nejasnou.Je pozoruhodné, že ženské nosičky vykazujú mozaikový vzor expresie utrofínu a pomer medzi dystrofínom a utrofínom môže u týchto pacientov ovplyvniť stupeň dilatačnej kardiomyopatie, 69 aj keď sa ukázali myšacie modely nosičov..
Dystroglykánový subkomplex pozostáva z dvoch proteínov, α- a β-dystroglykánu (α-, β-DG), oba transkribované z génu DAG1 a potom posttranslačne štiepené na dvojzložkové proteíny71.a-DG je vysoko glykozylovaný v extracelulárnom aspekte DGC a interaguje priamo s prolínovými zvyškami v laminíne a2, ako aj s agrínom72 a pikakulínom73 a oblasťou CT/CR dystrofínu73,74,75,76.Na interakciu s ECM je potrebná O-viazaná glykozylácia, najmä serínových zvyškov.Glykozylačná dráha zahŕňa mnoho enzýmov, ktorých mutácie vedú k svalovej dystrofii (pozri tiež tabuľku 1).Patria medzi ne O-manozyltransferáza POMT2, fukutín a proteín súvisiaci s fukutínom (FKRP), dve ribitolfosfotransferázy, ktoré pridávajú tandemové ribitolfosfáty k jadru glykánu, a proteín LARGE1, ktorý pridáva xylózu a glukózu.Lineárny polysacharid urónovej kyseliny, tiež známy ako matricový glykán na konci glykánu77.FKRP sa tiež podieľa na vývoji a udržiavaní ECM a mutácie v ňom vedú k zníženej expresii laminínu α2 a α-DG77,78,79.Okrem toho môže FKRP tiež riadiť tvorbu bazálnej laminy a srdcovej extracelulárnej matrice prostredníctvom glykozylovaného fibronektínu 80.
β-DG obsahuje väzbový motív PPxY, ktorý priamo lokalizuje a sekvestruje YAP12.Toto je zaujímavé zistenie, pretože to znamená, že DGC reguluje bunkový cyklus kardiomyocytov.α-DH v neonatálnych kardiomyocytoch interaguje s agrínom, čo podporuje regeneráciu srdca a lýzu DGC76 v dôsledku dozrievania buniek.Keď kardiomyocyty dozrievajú, expresia agrínu klesá v prospech laminínu, o ktorom sa predpokladá, že prispieva k zastaveniu bunkového cyklu76.Morikawa12 ukázal, že dvojité zníženie dystrofínu a salvadora, negatívneho regulátora YAP, vedie k hyperproliferácii kardiomyocytov v bachore spôsobujúcom infarkt.To viedlo k vzrušujúcej myšlienke, že manipulácia s YAP by mohla mať klinickú hodnotu pri prevencii straty tkaniva po infarkte myokardu.Lýza DGC indukovaná agrínom by teda mohla predstavovať os, ktorá umožňuje aktiváciu YAP a je potenciálnou cestou pre regeneráciu srdca.
Mechanicky sú a- a p-DG potrebné na udržanie interakcie medzi sarkolémou a bazálnou vrstvou 81 .Integríny a-DG aj a7 prispievajú k vytváraniu sily v pobrežnom gangliu a strata a-DG spôsobuje oddelenie sarkolemy od bazálnej laminy, čím zostáva tkanivo kostrového svalstva citlivé na poškodenie vyvolané kontrakciou.Ako už bolo opísané, dystroglykánový komplex reguluje celkový obrat DGC, kde väzba na príbuzný ligand laminín vedie k fosforylácii tyrozínu PPPY-väzbového motívu β-DG892.Fosforylácia tyrozínu tu podporuje rozklad dystrofínu, ktorý prevracia komplex DGC.Fyziologicky je tento proces vysoko regulovaný, čo pri svalovej dystrofii chýba82, hoci základné mechanizmy, ktoré tento proces riadia, nie sú úplne pochopené.
Ukázalo sa, že cyklický úsek aktivuje dráhy ERK1/2 a AMPK prostredníctvom dystrofínového komplexu a súvisiaceho proteínového plektínu83.Spoločne sa vyžaduje, aby plektín a dystroglykán pôsobili nielen ako lešenie, ale aby sa podieľali aj na mechanotransdukcii, a knockdown plektínu vedie k zníženiu aktivity ERK1/2 a AMPK83.Plektín sa tiež viaže na cytoskeletálny intermediárny filament desmín a ukázalo sa, že nadmerná expresia desmínu zlepšuje fenotyp ochorenia u myší mdx:desmin a mdx, čo je model myši s dvojitým knockoutom DMD84.Interakciou s β-DG sa plektín nepriamo viaže DGC na túto zložku cytoskeletu.Okrem toho dystroglykán interaguje s proteínom 2 viažucim receptor rastového faktora (Grb2), o ktorom je známe, že sa podieľa na prestavbách cytoskeletu85.Ukázalo sa, že aktivácia Ras integrínom je sprostredkovaná prostredníctvom Grb2, čo môže poskytnúť potenciálnu cestu pre presluchy medzi integrínmi a DGC86.
Mutácie v génoch podieľajúcich sa na α-DH glykozylácii vedú k takzvanej svalovej dystrofii.Dystroglykanopatie vykazujú klinickú heterogenitu, ale sú spôsobené hlavne narušením interakcie medzi α-DG a laminínom α277.Dystrofiglikanózy spôsobené primárnymi mutáciami v DAG1 sú vo všeobecnosti extrémne zriedkavé, pravdepodobne preto, že sú embryonálne letálne87, čím sa potvrdzuje potreba bunkovej asociácie s ECM.To znamená, že väčšina dystrofických glykánových ochorení je spôsobená sekundárnymi proteínovými mutáciami spojenými s glykozyláciou.Napríklad mutácie v POMT1 spôsobujú extrémne závažný Walker-Warburgov syndróm, ktorý je charakterizovaný anencefáliou a výrazne skrátenou očakávanou dĺžkou života (menej ako 3 roky)88.Mutácie FKRP sa však prevažne prejavujú ako svalová dystrofia končatín a pletenca (LGMD), ktorá je zvyčajne (ale nie vždy) relatívne mierna.Ukázalo sa však, že mutácie v FKRP sú zriedkavou príčinou WWS89.V FKRP bolo identifikovaných veľa mutácií, z ktorých zakladajúca mutácia (c.826>A) najčastejšie spôsobuje LGMD2I90.
LGMD2I je relatívne mierna svalová dystrofia, ktorej patogenéza je založená na porušení spojenia medzi extracelulárnou matricou a intracelulárnym cytoskeletom.Menej jasný je vzťah medzi genotypom a fenotypom u pacientov s mutáciami v týchto génoch a tento koncept je skutočne aplikovateľný na iné DSC proteíny.Prečo niektorí pacienti s mutáciami FKRP vykazujú fenotyp ochorenia konzistentný s WWS, zatiaľ čo iní majú LGMD2I?Odpoveď na túto otázku môže spočívať v i) ktorý krok glykozylačnej dráhy je ovplyvnený mutáciou, alebo ii) stupni hypoglykozylácie v ktoromkoľvek danom kroku.Hypoglykozylácia a-DG môže stále umožniť určitý stupeň interakcie s ECM, čo vedie k miernejšiemu celkovému fenotypu, zatiaľ čo disociácia od bazálnej membrány zvyšuje závažnosť fenotypu ochorenia.U pacientov s LGMD2I sa tiež vyvinie DCM, hoci je to menej zdokumentované ako DMD, čo motivuje naliehavosť porozumieť týmto mutáciám v kontexte kardiomyocytov.
Subkomplex sarkospan-sarkoglykán podporuje tvorbu DHA a interaguje priamo s β-DH.V srdcovom tkanive sú štyri jednosmerné sarkoglykány: α, β, γ a δ91.Nedávno bolo opísané, že mutácia c.218C>T missense v exóne 3 génu SGCA a čiastočná heterozygotná delécia v exónoch 7–8 spôsobujú LGMD2D92.V tomto prípade však autori nehodnotili srdcový fenotyp.
Iné skupiny zistili, že SGCD v modeloch ošípaných93 a myší94 vedie k zníženej expresii proteínov v sarkoglykánovom subkomplexe, čo narušuje celkovú štruktúru DGC a vedie k DCM.Okrem toho bolo hlásených 19 % všetkých pacientov s mutáciami SGCA, SGCB alebo SGCG s dilatačnou kardiomyopatiou a 25 % všetkých pacientov tiež potrebovalo podporu dýchania95.
Recesívne mutácie v sarkoglykáne (SG) δ vedú k zníženiu alebo úplnej absencii sarkoglykánových komplexov a teda DGC v srdcovom tkanive a sú zodpovedné za LGMD a s ním súvisiaci DCM96.Je zaujímavé, že dominantne negatívne mutácie v SG-δ sú špecifické pre kardiovaskulárny systém a sú príčinou familiárnej dilatačnej kardiomyopatie97.Ukázalo sa, že dominantne negatívne mutácie SG-δ R97Q a R71T sú stabilne exprimované v potkaních kardiomyocytoch bez významného poškodenia celkového DGC98.Srdcové bunky nesúce tieto mutácie sú však náchylnejšie na poškodenie sarkolemy, permeabilitu a mechanickú dysfunkciu pri mechanickom namáhaní, čo je v súlade s fenotypom DCM98.
Sarcospan (SSPN) je 25 kDa tetraspanín lokalizovaný v sarkoglykánovom subkomplexe a predpokladá sa, že slúži ako proteínový skelet99,100.Ako proteínový skelet stabilizuje SSPN lokalizáciu a glykozyláciu a-DG99,101.Zistilo sa, že nadmerná expresia SSPN v myších modeloch zvyšuje väzbu medzi svalom a laminínom102.Okrem toho sa ukázalo, že SSPN interaguje s integrínmi, čo naznačuje stupeň presluchu medzi dvoma komisurami rebier, DGC, a štruktúrou glykoproteínu integrín-talín-vinkulín100, 101, 102.Knockdown SSPN tiež viedol k zvýšeniu a7p1 v myšom kostrovom svale.
Nedávna štúdia ukázala, že nadmerná expresia sarkospanu zvyšuje dozrievanie a glykozyláciu α-DG v srdcovom tkanive nezávisle od knockdownu galaktozylaminotransferázy 2 (Galgt2) v mdx myšom modeli DMD, čím sa zmierňuje fenotyp ochorenia 101. Zvýšená glykozylácia dystroglykánového komplexu môže zvýšiť interakciu ECM, čím sa ochorenie najviac zmierni.Okrem toho ukázali, že nadmerná expresia sarkospanu znižuje interakciu β1D integrínu s DGC, čo zdôrazňuje možnú úlohu sarkospanu pri regulácii integrínových komplexov101.
Syntrofíny sú rodinou malých (58 kDa) proteínov, ktoré sa lokalizujú v DGC, samotné nemajú vnútornú enzymatickú aktivitu a slúžia ako molekulárne adaptéry103, 104.Bolo identifikovaných päť izoforiem (a-1, p-1, p-2, y-1 a y-2), ktoré vykazujú tkanivovo špecifickú expresiu, pričom izoforma a-1 sa exprimuje prevažne v tkanive priečne pruhovaného svalstva105.Syntrofíny sú dôležité adaptorové proteíny, ktoré uľahčujú komunikáciu medzi dystrofínom a signálnymi molekulami, vrátane neuronálnej syntázy oxidu dusnatého (nNOS) v kostrovom svale106.a-syntrofín interaguje priamo s opakujúcou sa doménou spektrínu 16-17 dystrofínu, ktorá sa zase viaže na nNOS106,107 PDZ-väzbový motív.
Syntrofíny tiež interagujú s dystrobrevínom prostredníctvom väzbových domén PH2 a SU a tiež interagujú s aktínovým cytoskeletom108.Zdá sa, že syntrofíny zohrávajú obzvlášť dôležitú úlohu pri regulácii dynamiky cytoskeletu a izoformy α a β sú schopné priamo interagovať s F-aktínom 108, a teda pravdepodobne zohrávajú úlohu pri regulácii tensegrity a biomechaniky buniek. účinok.Okrem toho sa ukázalo, že syntrofíny regulujú cytoskelet prostredníctvom Rac1109.
Modulácia hladín syntrofínu môže obnoviť funkciu a nedávna štúdia s použitím mini-dystrofínu ukázala, že konštrukt AR4-R23/ACT bol schopný obnoviť a-syntrofín, ako aj iné DGC proteíny na hladiny porovnateľné s WT mdx kardiomyocytmi.
Okrem ich úlohy pri regulácii cytoskeletu sú syntrofíny dobre zdokumentované aj pri regulácii iónových kanálov 111,112,113.Motív syntrofínov viažuci PDZ reguluje kanál Nav1.5111 závislý od srdcového napätia, ktorý hrá kľúčovú úlohu pri vytváraní srdcovej excitability a vodivosti.Je zaujímavé, že v myšom modeli mdx sa zistilo, že kanály Nav1.5 sú downregulované a u zvierat sa našli srdcové arytmie111.Okrem toho sa ukázalo, že rodina mechanosenzitívnych iónových kanálov, prechodný receptorový potenciálny kanál (TRPC), je regulovaná a1-syntrofínom v srdcovom tkanive 113 a ukázalo sa, že inhibícia TRPC6 zlepšuje arytmie na myšom modeli DMD112.Bolo hlásené, že zvýšená aktivita TRPC6 pri DMD vedie k srdcovým arytmiám, ktoré sa zmiernia pri kombinácii s PKG112.Mechanicky deplécia dystrofínu podporuje natiahnutím indukovaný prítok [Ca2+]i, ktorý pôsobí proti smeru TRPC6, aby ho aktivoval, ako je ukázané v kardiomyocytoch a bunkách hladkého svalstva ciev112,114.Hyperaktivácia TRPC6 na pretiahnutie z neho robí hlavný mechanosensor a potenciálny terapeutický cieľ v DMD112,114.
Strata dystrofínu vedie k lýze alebo výraznému potlačeniu celého DGC komplexu s následnou stratou mnohých mechanoprotektívnych a mechanotransdukčných funkcií, čo vedie ku katastrofickému fenotypu pozorovanému v priečne pruhovanom svalovom tkanive pri DMD.Preto môže byť rozumné uvažovať o tom, že RSK fungujú v zhode a že jednotlivé komponenty sú závislé od prítomnosti a fungovania iných komponentov.To platí najmä pre dystrofín, ktorý sa zdá byť potrebný na zostavenie a lokalizáciu komplexu sarkolemy v kardiomyocytoch.Každá zložka hrá jedinečnú úlohu v prispievaní k celkovej stabilizácii sarkolemy, lokalizácii kľúčových doplnkových proteínov, regulácii iónových kanálov a génovej expresii a strata jedného proteínu v DGC vedie k dysregulácii celého myokardu.
Ako je uvedené vyššie, mnohé DGC proteíny sa podieľajú na mechanotransdukcii a signalizácii a dystrofín je na túto úlohu obzvlášť vhodný.Ak sa DGC nachádza v rebrách, potvrdzuje to názor, že sa podieľa na mechanotransdukcii spolu s integrínmi.DGC teda fyzicky podstupujú anizotropný prenos sily a podieľajú sa na mechanosenzorickom a cytoskeletálnom preskupení intracelulárneho mikroprostredia v súlade s modelom tensegrity.Okrem toho Dp427m tlmí prichádzajúce biomechanické sily rozšírením spektrínových opakovaní vo svojej centrálnej jadrovej doméne, čím pôsobí ako mechanoprotektor udržiavaním odvíjacej sily 25 pN v rozšírenom rozsahu 800 nm.Rozštiepením je dystrofín schopný „utlmiť“ silu kontrakcie-relaxácie produkovanú kardiomyocytmi10.Vzhľadom na rozmanitosť proteínov a fosfolipidov, ktoré interagujú s doménami opakovania spektrínu, je zaujímavé špekulovať, či odvíjanie opakovania spektrínu mení kinetiku väzby mechanosenzitívnych proteínov podobným spôsobom ako talin116, 117, 118.To však ešte nie je stanovené a je potrebné ďalšie vyšetrovanie.