Kemična komponenta kapilarne tuljave iz nerjavečega jekla 310, Vloga distrofinskih glikoproteinskih kompleksov pri mehanotransdukciji mišičnih celic

Hvala, ker ste obiskali Nature.com.Uporabljate različico brskalnika z omejeno podporo za CSS.Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju).Poleg tega, da zagotovimo stalno podporo, spletno mesto prikažemo brez slogov in JavaScripta.
Drsniki, ki prikazujejo tri članke na diapozitiv.Uporabite gumba za nazaj in naprej, da se premikate po diapozitivih, ali pa gumbe za krmiljenje diapozitivov na koncu, da se premikate po vsakem diapozitivu.

310 Dobavitelji kapilarnih navitih cevi iz nerjavečega jekla

Distrofin je glavni protein kompleksa distrofin-glikoprotein (DGC) v skeletnih mišicah in kardiomiocitih.Distrofin veže aktinski citoskelet na zunajcelični matriks (ECM).Pretrganje povezave med zunajceličnim matriksom in intracelularnim citoskeletom ima lahko uničujoče posledice za homeostazo skeletnih mišičnih celic, kar vodi do številnih mišičnih distrofij.Poleg tega izguba funkcionalnih DGC vodi v progresivno razširjeno kardiomiopatijo in prezgodnjo smrt.Distrofin deluje kot molekularna vzmet in DHA igra ključno vlogo pri ohranjanju celovitosti sarkoleme.Poleg tega se kopičijo dokazi, ki povezujejo DGC z mehaničnim signaliziranjem, čeprav je ta vloga še vedno slabo razumljena.Namen tega preglednega članka je zagotoviti sodoben pogled na DGC in njihovo vlogo pri mehanotransdukciji.Najprej razpravljamo o kompleksnem odnosu med mehaniko in funkcijo mišičnih celic, nato pa pregledamo nedavne raziskave o vlogi distrofinskega glikoproteinskega kompleksa pri mehanotransdukciji in vzdrževanju biomehanske celovitosti mišičnih celic.Nazadnje pregledamo trenutno literaturo, da bi razumeli, kako se signalizacija DGC križa z mehanosignalnimi potmi, da bi poudarili morebitne prihodnje intervencijske točke, s posebnim poudarkom na kardiomiopatiji.
Celice so v nenehni komunikaciji s svojim mikrookoljem, dvosmerni dialog med njimi pa je nujen za interpretacijo in integracijo biomehanskih informacij.Biomehanika nadzira ključne poznejše dogodke (npr. preureditve citoskeleta) z nadzorom celotnega celičnega fenotipa v prostoru in času.Osrednji del tega procesa v kardiomiocitih je obalna regija, regija, kjer se sarkolema povezuje s sarkomero, sestavljeno iz kompleksov integrin-talin-vinkulin in distrofin-glikoprotein (DGC).Pritrjene na znotrajcelični citoskelet te diskretne žariščne adhezije (FA) širijo kaskado biomehanskih in biokemičnih celičnih sprememb, ki nadzorujejo diferenciacijo, proliferacijo, organogenezo, migracijo, napredovanje bolezni in še več.Pretvorba biomehanskih sil v biokemične in/ali (epi)genetske spremembe je znana kot mehanotransdukcija1.
Za transmembranski receptor integrina 2 je že dolgo znano, da zasidra zunajcelični matriks v celicah in posreduje tako notranjo kot zunanjo signalizacijo.Vzporedno z integrini DGC vežejo ECM na citoskelet in tako vzpostavijo kritično povezavo med zunanjostjo in notranjostjo celice3.Distrofin polne dolžine (Dp427) se primarno izraža v srčni in skeletni mišici, opazimo pa ga tudi v tkivih centralnega živčnega sistema, vključno z mrežnico in Purkinjejevim tkivom4.Mutacije v integrinih in DGC naj bi bile vzroki za mišično distrofijo in progresivno razširjeno kardiomiopatijo (DCM) (tabela 1)5,6.Zlasti mutacije DMD, ki kodirajo DGC proteina centralnega distrofina, povzročajo Duchennovo mišično distrofijo (DMD)7.DGC je sestavljen iz več podkompleksov, vključno z α- in β-distroglikanom (α/β-DG), sarkoglikan-sarkospanom, sintrofinom in distrofinom8.
Distrofin je citoskeletni protein, kodiran z DMD (Xp21.1-Xp22), ki ima osrednjo vlogo pri vzdrževanju DGC.DGC ohranja celovitost sarkoleme, plazemske membrane progasto mišičnega tkiva.Distrofin dodatno zmanjša škodo, ki jo povzroči krčenje, tako da deluje kot molekularna vzmet in molekularni oder9,10.Distrofin polne dolžine ima molekulsko maso 427 kDa, vendar zaradi številnih notranjih promotorjev v DMD obstaja več naravno prisotnih skrajšanih izooblik, vključno z Dp7111.
Pokazalo se je, da so pomožni proteini lokalizirani na distrofin, vključno s pravimi mehanotransduktorji, kot je nevronska sintaza dušikovega oksida (nNOS), protein, povezan z Yes (YAP) in kaveolin-3, kar predstavlja pomembne komponente celične signalizacije.Spojine 12, 13, 14. Ta dva kompleksa poleg adhezije, celičnega mehanizma, povezanega z interakcijami med celicami in matriksom, ki ga tvorijo integrini in njihove spodnje tarče, predstavljata vmesnik med »notranjostjo« in »zunanjostjo« celice .Zaščita teh žariščnih adhezij pred nenormalnim uničenjem je ključnega pomena za obnašanje in preživetje celic.Poleg tega podatki potrjujejo, da je distrofin modulator mehansko občutljivih ionskih kanalov, vključno s kanali, aktiviranimi z raztezanjem, zlasti kanali Ca2+ tipa L in kanali TRPC 15.
Čeprav je distrofin pomemben za homeostatsko funkcijo progastih mišičnih celic, so natančni podporni mehanizmi manj jasni, zlasti vloga distrofina in njegova sposobnost, da deluje kot mehanosenzor in mehanski zaščitnik.Zaradi izgube distrofina se je pojavilo več neodgovorjenih vprašanj, vključno z: ali so mehansko občutljivi proteini, kot sta YAP in AMPK, napačno locirani v sarkolemo;Ali obstajajo preslušavanja z integrini, okoliščine, ki lahko vodijo do nenormalne mehanotransdukcije?Vse te značilnosti lahko prispevajo k hudemu fenotipu DCM pri bolnikih z DMD.
Poleg tega ima povezava sprememb v celični biomehaniki s celotnim fenotipom DMD pomembne klinične posledice.DMD je X-povezana mišična distrofija, ki prizadene 1:3500–5000 moških, za katero je značilna zgodnja izguba mobilnosti (<5 let) in progresivni DCM z bistveno slabšo prognozo kot DCM drugih etiologij16,17,18.
Biomehanika izgube distrofina ni bila v celoti opisana, tukaj pa pregledujemo dokaze, ki podpirajo idejo, da ima distrofin res mehanoprotektivno vlogo, tj. ohranjanje celovitosti sarkoleme, in je kritičen pri mehanotransdukciji.Poleg tega smo pregledali dokaze, ki kažejo na pomembno preslušavanje z integrini, ki specifično vežejo laminin α7β1D v progastih mišičnih celicah.
Insercije in delecije so odgovorne za veliko število mutacij pri DMD, pri čemer 72 % mutacij povzročijo takšne mutacije19.Klinično se DMD kaže v otroštvu (≤5 let) s hipotenzijo, pozitivnim Gowerjevim znakom, zapoznelim napredovanjem starostnih sprememb, duševno zaostalostjo in atrofijo skeletnih mišic.Dihalna stiska je bila v preteklosti glavni vzrok smrti pri bolnikih z DMD, vendar je izboljšana podporna oskrba (kortikosteroidi, stalni pozitivni tlak v dihalnih poteh) podaljšala pričakovano življenjsko dobo teh bolnikov, povprečna starost bolnikov z DMD, rojenih po letu 1990, pa je 28,1 leta 20,21. ..Ko pa se preživetje bolnikov poveča, je napoved napredujoče DCM znatno slabša v primerjavi z drugimi kardiomiopatijami16, kar vodi v končno srčno popuščanje, ki je trenutno glavni vzrok smrti in predstavlja približno 50 % smrti zaradi DMD17,18.
Za progresivno DCM so značilni povečana dilatacija in komplianca levega prekata, stanjšanje prekata, povečana fibromaščobna infiltracija, zmanjšana sistolična funkcija in povečana pogostnost aritmij.Stopnja DCM pri bolnikih z DMD je skoraj univerzalna v pozni adolescenci (od 90 % do 18 let), vendar je prisotna pri približno 59 % bolnikov do 10. leta starosti8,22.Reševanje te težave je ključnega pomena, saj iztisni delež levega prekata vztrajno upada s stopnjo 1,6 % na leto23.
Srčne aritmije so pogoste pri bolnikih z DMD, zlasti sinusna in ventrikularna tahikardija, in so vzrok za nenadno srčno smrt22.Aritmije so posledica fibromaščobne infiltracije, zlasti v subbazalnem levem prekatu, ki okvari povratno vezje, pa tudi disfunkcijo obdelave [Ca2+]i in disfunkcijo ionskih kanalov24,25.Prepoznavanje klinične srčne slike je ključnega pomena, saj lahko zgodnje strategije zdravljenja odložijo pojav hude DCM.
Pomembnost zdravljenja srčne disfunkcije in obolevnosti skeletnih mišic je prikazana v zanimivi študiji, ki je uporabila mišji model DMD, imenovan mdx26, za preučevanje učinkov izboljšanja skeletnega mišičnega tkiva brez obravnavanja osnovnih srčnih težav, prisotnih pri DMD.Tu so avtorji dokazali paradoksalno 5-kratno povečanje srčne disfunkcije po izboljšanju skeletnih mišic, miši pa so imele znatno zmanjšanje iztisne frakcije26.Izboljšano delovanje skeletnih mišic omogoča večjo fizično aktivnost, ki bolj obremeni miokard, zaradi česar je bolj dovzeten za splošno disfunkcijo.To poudarja pomen zdravljenja bolnikov z DMD na splošno in svari pred samo terapijo skeletnih mišic.
DGC opravljajo več dodatnih funkcij, in sicer zagotavljajo strukturno stabilnost sarkoleme, postanejo molekularni oder, ki deluje kot signalna povezava, uravnavajo mehanosenzitivne ionske kanale, jedro obalne mehanotransdukcije, in sodelujejo pri prenosu lateralne sile v predelu rebra (slika 1b)..Distrofin igra osrednjo vlogo pri tej sposobnosti in zaradi prisotnosti številnih notranjih promotorjev obstaja več različnih izooblik, od katerih ima vsaka drugačno vlogo v različnih tkivih.Diferencialna tkivna ekspresija različnih izooblik distrofina podpira idejo, da ima vsaka izoforma drugačno vlogo.Na primer, srčno tkivo izraža celotno dolžino (Dp427m) kot tudi krajšo izoobliko Dp71m distrofina, medtem ko skeletno tkivo izraža le prvo od obeh.Opazovanje vloge vsakega podtipa lahko razkrije ne le njegovo fiziološko funkcijo, ampak tudi patogenezo mišične distrofije.
Shematski prikaz distrofina polne dolžine (Dp427m) in manjše okrnjene izooblike Dp71.Distrofin ima 24 ponovitev spektrina, ločenih s štirimi zankami, kot tudi domeno, ki veže aktin (ABD), domeno, bogato s cisteinom (CR), in C-konec (CT).Ugotovljeni so bili ključni vezavni partnerji, vključno z mikrotubuli (MT) in sarkolemo.Obstaja veliko izooblik Dp71, Dp71m se nanaša na mišično tkivo in Dp71b se nanaša na izoobliko živčnega tkiva.Zlasti se Dp71f nanaša na citoplazmatsko izoformo nevronov.b Kompleks distrofina in glikoproteina (DHA) se nahaja v sarkolemi kot celoti.Biomehanske sile preklapljajo med ECM in F-aktinom.Upoštevajte morebitno preslušavanje med DGC in adhezijo integrina, Dp71 lahko igra vlogo pri žariščnih adhezijah.Ustvarjeno z Biorender.com.
DMD je najpogostejša mišična distrofija in je posledica mutacij v DMD.Da pa bi v celoti cenili naše trenutno razumevanje vloge anti-distrofina, je pomembno, da ga postavimo v kontekst DGC kot celote.Tako bodo na kratko opisane druge sestavne beljakovine.Proteinsko sestavo DGC so začeli proučevati v poznih osemdesetih letih, s posebno pozornostjo na distrofinu.Koenig27,28, Hoffman29 in Ervasti30 so prišli do pomembnega odkritja z identifikacijo distrofina, 427 kDa proteina v progasti mišici31.
Kasneje se je pokazalo, da so drugi podkompleksi povezani z distrofinom, vključno s sarkoglikanom, transsinom, podkompleksom distrofina, disbrevinom in sintrofini8, ki skupaj sestavljajo trenutni model DGC.Ta razdelek bo najprej razširil dokaze o vlogi DGC v mehanosenzoričnem zaznavanju, medtem ko bo podrobno preučil posamezne komponente.
Izoforma distrofina v polni dolžini, ki je prisotna v progastem mišičnem tkivu, je Dp427m (npr. »m« za mišico, da jo ločimo od možganov) in je velik protein v obliki palice s štirimi funkcionalnimi domenami, ki se nahajajo pod sarkolemo kardiomiocita, zlasti v obalni regiji 29, 32. Dp427m, kodiran z genom DMD na Xp21.1, je sestavljen iz 79 eksonov, ustvarjenih pri 2,2 megabazah, in je tako največji gen v našem genomu8.
Več notranjih promotorjev pri DMD proizvaja več okrnjenih izooblik distrofina, od katerih so nekatere tkivno specifične.V primerjavi z Dp427m je Dp71m znatno okrnjen in nima domene za ponavljanje spektrina ali N-terminalne domene ABD.Vendar Dp71m ohranja C-terminalno vezavno strukturo.V kardiomiocitih je vloga Dp71m nejasna, vendar se je pokazalo, da se lokalizira v tubulih T, kar kaže, da lahko pomaga uravnavati sklopitev vzbujanja in kontrakcije 33,34,35.Kolikor vemo, je bilo nedavno odkritje Dp71m v srčnem tkivu deležno malo pozornosti, vendar nekatere študije kažejo, da je povezan z ionskimi kanali, ki se aktivirajo z raztezanjem, in Masubuchi je predlagal, da bi lahko imel vlogo pri regulaciji nNOS33., 36. Pri tem je bil Dp71 deležen velike pozornosti v raziskavah nevrofiziologije in trombocitov, področjih, ki lahko zagotovijo vpogled v vlogo kardiomiocitov37,38,39.
V živčnem tkivu je izoforma Dp71b pretežno izražena, poročali so o 14 izoformah38.Pokazalo se je, da delecija Dp71b, pomembnega regulatorja kalijevih kanalčkov akvaporina 4 in Kir4.1 v centralnem živčnem sistemu, spremeni prepustnost krvno-možganske pregrade40.Glede na vlogo Dp71b pri regulaciji ionskih kanalov ima lahko Dp71m podobno vlogo v kardiomiocitih.
Prisotnost DGC v obalnih ganglijih takoj nakazuje vlogo pri mehanotransdukciji in dejansko se je pokazalo, da se lokalizira skupaj s kompleksi integrin-talin-vinkulin 41 .Poleg tega, glede na to, da je obalni segment osredotočen na prečno mehanotransdukcijo, lokalizacija Dp427m tukaj poudarja njegovo vlogo pri zaščiti celic pred poškodbami, ki jih povzroči krčenje.Nadalje Dp427m sodeluje z aktinom in citoskeletom mikrotubulov, s čimer se zaključi povezava med znotrajceličnim okoljem in zunajceličnim matriksom.
N-konec, ki vsebuje aktin-vezavno domeno 1 (ABD1), je sestavljen iz dveh homoloških domen kalmodulina (CH), ki sta potrebni za interakcijo s F-aktinom in sidranje izooblike γ-aktina na sarkolemo 42, 43.Distrofin lahko prispeva k splošni viskoelastičnosti kardiomiocitov s pritrditvijo na subsarkolemalni citoskelet, njegova lokalizacija v obalnih ganglijih pa podpira njegovo vpletenost v mehanotransdukcijo in mehanoprotekcijo 44, 45.
Osrednja jedrna domena je sestavljena iz 24 spektrinu podobnih ponavljajočih se proteinov, od katerih je vsak dolg približno 100 aminokislinskih ostankov.Ponovitve spektrina so prepredene s štirimi zgibnimi domenami, kar daje proteinu prožnost in visoko stopnjo raztezljivosti.Ponovitve spektrina distrofina se lahko odvijajo znotraj fiziološkega območja sil (15-30 pN), ki se raztezajo od 21 nm do 84 nm, sile, ki jih je mogoče doseči za kontrakcijo miozina 46 .Te značilnosti ponavljajoče se domene spektrina omogočajo distrofinu, da deluje kot molekularni blažilec udarcev.
Osrednja palica Dp427m zagotavlja njegovo lokalizacijo v sarkolemi, zlasti s hidrofobnimi in elektrostatičnimi interakcijami s fosfatidilserinom 47,48.Zanimivo je, da osrednje jedro distrofina drugače sodeluje s fosfolipidi sarkoleme v skeletnih in srčnih tkivih, kar verjetno odraža različne vzmetne vzorce.kritičen, medtem ko so skeletne mišice povezane tudi z R10-R1249.
Vezava na citoskelet γ-aktina zahteva regijo 11–17 ponovitve spektrina ABD2, ki je sestavljena iz bazičnih aminokislinskih ostankov in se razlikuje od domene CH, ki veže F-aktin.Mikrotubuli neposredno interagirajo z jedrno domeno distrofina, ta interakcija zahteva ostanke ponovitev spektrina 4-15 in 20-23, prisotnost ankirina B pa je potrebna za preprečitev tvorbe mikrotubulov na tem mestu.Cevke so odsotne 50,51,52.Pokazalo se je, da vrzel med mikrotubuli in distrofinom poslabša patologijo DMD s povečanjem reaktivnih kisikovih vrst (X-ROS).
Domena CR prek ankirina B je drugo sidro za sarkolemalne fosfolipide52.Ankirin-B in ankirin-G sta potrebna za lokalizacijo distrofina/DGC na rebrih, njuna odsotnost pa povzroči difuzni sarkolemalni vzorec DGC52.
Domena CR vsebuje vezno domeno WW, ki neposredno vpliva na PPxY vezni motiv β-DG.Z vezavo na kompleks distrofin-glikana distrofin zaključi povezavo med notranjostjo in zunanjostjo celice54.Ta povezava je ključnega pomena za prečno progaste mišice, kar dokazuje dejstvo, da prekinitev povezave med ECM in notranjostjo celice povzroči življenjsko omejujočo mišično distrofijo.
Končno je domena CT zelo ohranjena regija, ki tvori zvito vijačnico in je kritična za vezavo na α-distrobrevin in α1-,β1-sintrofine 55,56.α-distrobrevin se veže na CT domeno distrofina in zagotavlja dodatno odpornost proti distrofinu v sarkolemi57.
Med embrionalnim in fetalnim razvojem se Utrophin močno izraža v različnih tkivih, vključno z endotelnimi celicami, živčnim tkivom in progastim mišičnim tkivom58.Utrofin se izraža z UTRN, ki se nahaja na kromosomu 6q in je avtolog distrofina z 80-odstotno homologijo beljakovin.Med razvojem je utrofin lokaliziran v sarkolemi, vendar je izrazito potlačen v postnatalnem progastem mišičnem tkivu, kjer ga nadomesti distrofin.Po rojstvu je lokalizacija utrofina omejena na kite in nevromuskularne spoje skeletnih mišic58,59.
Partnerji za vezavo utrofina so na splošno podobni tistim distrofinov, čeprav so bile opisane nekatere ključne razlike.Na primer, distrofin medsebojno deluje z β-DG preko svoje domene WW, ki je stabilizirana z domeno ZZ (imenovano zaradi svoje sposobnosti vezave dveh cinkovih ionov) znotraj njegove regije CT, kjer so ostanki cisteinske kisline 3307-3354 še posebej pomembni za to interakcijo60 ., 61. Utrofin se veže tudi na β-DG prek domene WW/ZZ, vendar se natančni ostanki, ki podpirajo to interakcijo, razlikujejo od ostankov distrofina (3307–3345 v distrofinu in 3064–3102 v utrofinu) 60,61.Pomembno je, da je bila vezava utrofina na β-DG približno 2-krat manjša v primerjavi z distrofinom 61. Poročali so, da se distrofin veže na F-aktin prek ponovitev spektrina 11–17, medtem ko se podobna mesta v utrofinu ne morejo vezati na F-aktin niti pri visoke koncentracije, vendar lahko medsebojno delujejo preko svojih CH-domen.Akcija 62,63,64.Za razliko od distrofina se utrofin ne more vezati na mikrotubule51.
Biomehansko imajo ponovitve spektrina utrofina drugačen vzorec odvijanja v primerjavi z distrofinom65.Utrofin-spektrin ponavlja razporeditev pri višjih silah, podobno kot titin, vendar ne distrofin65.To je skladno z njegovo lokalizacijo in vlogo pri prenosu toge elastične sile na stičiščih kit, vendar lahko povzroči, da je utrofin manj primeren za delovanje kot molekularna vzmet pri blažilnih silah, ki jih povzroči krčenje 65 .Ti podatki skupaj kažejo, da se lahko zmožnosti mehanotransdukcije in mehanopuferiranja spremenijo v prisotnosti prekomerne ekspresije utrofina, zlasti glede na različne vezavne partnerje/mehanizme, vendar to zahteva nadaljnje eksperimentalne študije.
S funkcionalnega vidika je dejstvo, da ima utrofin podobne učinke kot distrofin, potencialna tarča zdravljenja DMD66,67.Pravzaprav se je pokazalo, da nekateri bolniki z DMD prekomerno izražajo utrofin, verjetno kot kompenzacijski mehanizem, in fenotip je bil uspešno obnovljen v mišjem modelu s prekomerno ekspresijo utrofina 68 .Medtem ko je povečana regulacija utrofina verjetna terapevtska strategija, ob upoštevanju formalne in funkcionalne razlike med utrofinom in distrofinom ter uporabnosti indukcije te čezmerne ekspresije s pravilno lokalizacijo vzdolž sarkoleme dolgoročna strategija utrofina še vedno ni jasna.Predvsem ženske nosilke kažejo mozaični vzorec izražanja utrofina in razmerje med distrofinom in utrofinom lahko vpliva na stopnjo razširjene kardiomiopatije pri teh bolnikih,69 čeprav so pokazali mišji modeli nosilcev..
Podkompleks distroglikana je sestavljen iz dveh proteinov, α- in β-distroglikana (α-, β-DG), oba prepisana iz gena DAG1 in nato post-translacijsko razcepljena na dvokomponentna proteina 71 .α-DG je visoko glikoziliran v zunajceličnem vidiku DGC in neposredno sodeluje z ostanki prolina v lamininu α2 kot tudi z agrinom72 in pikulinom73 ter CT/CR regijo distrofina73,74,75,76.O-povezana glikozilacija, zlasti serinskih ostankov, je potrebna za njegovo interakcijo z ECM.Pot glikozilacije vključuje številne encime, katerih mutacije vodijo do mišične distrofije (glej tudi tabelo 1).Ti vključujejo O-manoziltransferazo POMT2, fukutin in fukutinu soroden protein (FKRP), dve ribitol fosfotransferazi, ki dodajata tandem ribitol fosfatov jedru glikana, in protein LARGE1, ki dodaja ksilozo in glukozo.Linearni polisaharid uronske kisline, znan tudi kot matrični glikan na koncu glikana77.FKRP je prav tako vključen v razvoj in vzdrževanje ECM, mutacije v njem pa vodijo do zmanjšane ekspresije laminina α2 in α-DG77,78,79.Poleg tega lahko FKRP tudi usmerja tvorbo bazalne lamine in srčnega zunajceličnega matriksa preko glikoziliranega fibronektina 80.
β-DG vsebuje PPxY vezni motiv, ki neposredno lokalizira in sekvestrira YAP12.To je zanimiva ugotovitev, saj nakazuje, da DGC uravnava celični cikel kardiomiocitov.α-DH v neonatalnih kardiomiocitih medsebojno deluje z agrinom, kar spodbuja regeneracijo srca in lizo DGC76 zaradi zorenja celic.Ko kardiomiociti dozorijo, se izražanje agrina zmanjša v korist laminina, za katerega se domneva, da prispeva k zaustavitvi celičnega cikla76.Morikawa12 je pokazal, da dvojno znižanje distrofina in salvadorja, negativnega regulatorja YAP, vodi do hiperproliferacije kardiomiocitov v vampu, ki povzroča infarkt.To je vodilo do vznemirljive ideje, da bi lahko bila manipulacija z YAP klinično pomembna pri preprečevanju izgube tkiva po miokardnem infarktu.Tako bi lahko z agrinom povzročena liza DGC predstavljala os, ki omogoča aktivacijo YAP in je potencialna pot za regeneracijo srca.
Mehansko sta α- in β-DG potrebna za vzdrževanje interakcije med sarkolemo in bazalno plastjo 81 .Oba integrina α-DG in α7 prispevata k ustvarjanju sile v obalnem gangliju, izguba α-DG pa povzroči ločitev sarkoleme od bazalne lamine, zaradi česar je skeletno mišično tkivo ranljivo za poškodbe, ki jih povzročijo kontrakcije.Kot je bilo že opisano, distroglikanski kompleks uravnava celoten promet DGC, kjer vezava na sorodni ligand laminin povzroči fosforilacijo tirozina PPPY-vezavnega motiva β-DG892.Fosforilacija tirozina tukaj spodbuja razgradnjo distrofina, ki obrne kompleks DGC.Fiziološko je ta proces močno reguliran, česar pri mišični distrofiji82 ni, čeprav osnovni mehanizmi, ki nadzirajo ta proces, niso popolnoma razumljeni.
Pokazalo se je, da ciklično raztezanje aktivira poti ERK1/2 in AMPK preko kompleksa distrofina in sorodnega proteina plektina83.Skupaj morata plektin in distroglikan delovati ne le kot ogrodje, ampak tudi za sodelovanje pri mehanotransdukciji, in knockdown plektina vodi do zmanjšanja aktivnosti ERK1/2 in AMPK83.Plektin se veže tudi na desmin vmesnega filamenta citoskeleta in dokazano je, da čezmerna ekspresija desmina izboljša fenotip bolezni pri miših mdx:desmin in mdx, modelu miši z dvojnim izločitvijo DMD84.Z interakcijo z β-DG plektin posredno veže DGC na to komponento citoskeleta.Poleg tega distroglikan sodeluje z proteinom 2, ki veže receptor rastnega faktorja (Grb2), za katerega je znano, da sodeluje pri preureditvah citoskeleta85.Pokazalo se je, da aktivacijo Ras z integrinom posreduje Grb2, ki lahko zagotovi potencialno pot za preslušavanje med integrini in DGC86.
Mutacije v genih, ki sodelujejo pri glikozilaciji α-DH, vodijo do tako imenovane mišične distrofije.Distroglikanopatije kažejo klinično heterogenost, vendar jih v glavnem povzroča motnja v interakciji med α-DG in lamininom α277.Distrofiglikanoze, ki jih povzročajo primarne mutacije v DAG1, so na splošno izjemno redke, verjetno zato, ker so smrtne za zarodek87, kar potrjuje potrebo po celični povezavi z ECM.To pomeni, da večino distrofičnih glikanskih bolezni povzročajo sekundarne mutacije beljakovin, povezane z glikozilacijo.Na primer, mutacije v POMT1 povzročajo izjemno hud Walker-Warburgov sindrom, za katerega sta značilni anencefalija in izrazito skrajšana pričakovana življenjska doba (manj kot 3 leta)88.Vendar pa se mutacije FKRP pretežno kažejo kot mišična distrofija okončin (LGMD), ki je običajno (vendar ne vedno) relativno blaga.Vendar se je izkazalo, da so mutacije v FKRP redek vzrok za WWS89.V FKRP je bilo ugotovljenih veliko mutacij, od katerih mutacija ustanovitelja (c.826>A) najpogosteje povzroči LGMD2I90.
LGMD2I je relativno blaga mišična distrofija, katere patogeneza temelji na motnji povezave med zunajceličnim matriksom in intracelularnim citoskeletom.Manj jasno je razmerje med genotipom in fenotipom pri bolnikih z mutacijami v teh genih in ta koncept je res uporaben za druge proteine ​​DSC.Zakaj nekateri bolniki z mutacijami FKRP kažejo fenotip bolezni, ki je skladen z WWS, medtem ko imajo drugi LGMD2I?Odgovor na to vprašanje je lahko v i) kateri korak poti glikozilacije je prizadet zaradi mutacije, ali ii) stopnji hipoglikozilacije na katerem koli koraku.Hipoglikozilacija α-DG lahko še vedno omogoča določeno stopnjo interakcije z ECM, kar ima za posledico blažji splošni fenotip, medtem ko disociacija od bazalne membrane poveča resnost fenotipa bolezni.Bolniki z LGMD2I razvijejo tudi DCM, čeprav je to manj dokumentirano kot DMD, kar motivira nujnost razumevanja teh mutacij v kontekstu kardiomiocitov.
Podkompleks sarkospan-sarkoglikana spodbuja tvorbo DHA in neposredno vpliva na β-DH.V srčnem tkivu so štirje enosmerni sarkoglikani: α, β, γ in δ91.Nedavno je bilo opisano, da missenčna mutacija c.218C>T v eksonu 3 gena SGCA in delna heterozigotna delecija v eksonih 7–8 povzročata LGMD2D92.Vendar pa v tem primeru avtorji niso ovrednotili srčnega fenotipa.
Druge skupine so ugotovile, da SGCD v prašičjih93 in mišjih94 modelih povzroči zmanjšano izražanje beljakovin v podkompleksu sarkoglikana, kar moti celotno strukturo DGC in vodi do DCM.Poleg tega so poročali, da ima 19 % vseh bolnikov z mutacijami SGCA, SGCB ali SGCG razširjeno kardiomiopatijo, 25 % vseh bolnikov pa je potrebovalo tudi dihalno podporo95.
Recesivne mutacije v sarkoglikanu (SG) δ povzročijo zmanjšanje ali popolno odsotnost sarkoglikanskih kompleksov in s tem DGC v srčnem tkivu in so odgovorne za LGMD in z njim povezan DCM96.Zanimivo je, da so dominantno negativne mutacije v SG-δ specifične za srčno-žilni sistem in so vzrok za družinsko dilatirano kardiomiopatijo97.Pokazalo se je, da sta dominantno negativni mutaciji SG-δ R97Q in R71T stabilno izraženi v podganjih kardiomiocitih brez pomembne okvare celotnega DGC98.Vendar so srčne celice, ki nosijo te mutacije, bolj dovzetne za poškodbe sarkoleme, prepustnost in mehansko disfunkcijo pod mehanskim stresom, skladno s fenotipom DCM98.
Sarcospan (SSPN) je 25 kDa tetraspanin, lokaliziran v podkompleksu sarkoglikana in naj bi služil kot proteinski ogrodje99,100.Kot beljakovinski oder SSPN stabilizira lokalizacijo in glikozilacijo α-DG99,101.Ugotovljeno je bilo, da čezmerna ekspresija SSPN v mišjih modelih poveča vezavo med mišico in lamininom 102 .Poleg tega je bilo dokazano, da SSPN medsebojno deluje z integrini, kar kaže na stopnjo preslušavanja med dvema komisurama reber, DGC in strukturo glikoproteina integrin-talin-vinkulin100,101,102.Knockdown SSPN je povzročil tudi povečanje α7β1 v mišjih skeletnih mišicah.
Nedavna študija je pokazala, da čezmerna ekspresija sarkospana poveča zorenje in glikozilacijo α-DG v srčnem tkivu neodvisno od izločanja galaktozilaminotransferaze 2 (Galgt2) v modelu DMD pri miših mdx, s čimer se ublaži fenotip bolezni 101. Povečana glikozilacija distroglikanskega kompleksa lahko poveča interakcijo z ECM, s čimer najbolj omilijo bolezen.Poleg tega so pokazali, da čezmerna ekspresija sarkospana zmanjša interakcijo integrina β1D z DGC, kar poudarja možno vlogo sarkospana pri regulaciji kompleksov integrina101.
Sintrofini so družina majhnih (58 kDa) proteinov, ki se lokalizirajo na DGC, sami nimajo intrinzične encimske aktivnosti in služijo kot molekularni adapterji 103,104.Identificiranih je bilo pet izooblik (α-1, β-1, β-2, γ-1 in γ-2), ki kažejo tkivno specifično izražanje, pri čemer je izooblika α-1 pretežno izražena v progasto mišičnem tkivu 105 .Sintrofini so pomembni adapterski proteini, ki olajšajo komunikacijo med distrofinom in signalnimi molekulami, vključno z nevronsko sintazo dušikovega oksida (nNOS) v skeletnih mišicah106.α-sintrofin neposredno vpliva na ponavljajočo se domeno spektrina distrofina 16-17, ki se nato veže na PDZ-vezni motiv nNOS106,107.
Sintrofini medsebojno delujejo tudi z distrobrevinom prek veznih domen PH2 in SU, medsebojno delujejo pa tudi z aktinskim citoskeletom 108 .Dejansko se zdi, da imajo sintrofini posebno pomembno vlogo pri regulaciji dinamike citoskeleta, izoformi α in β pa lahko neposredno sodelujeta s F-aktinom 108 in tako verjetno igrata vlogo pri regulaciji tensegrityja in biomehanike celične celice. učinek.Poleg tega je bilo dokazano, da sintrofini uravnavajo citoskelet prek Rac1109.
Moduliranje ravni sintrofina lahko obnovi delovanje in nedavna študija z uporabo mini distrofina je pokazala, da je konstrukt ΔR4-R23/ΔCT sposoben obnoviti α-sintrofin kot tudi druge proteine ​​DGC na ravni, primerljive s kardiomiociti WT mdx.
Poleg njihove vloge pri regulaciji citoskeleta so sintrofini dobro dokumentirani tudi pri regulaciji ionskih kanalov 111,112,113.Motiv sintrofinov, ki veže PDZ, uravnava kanal Nav1.5111, odvisen od srčne napetosti, ki ima ključno vlogo pri vzpostavljanju srčne razdražljivosti in prevodnosti.Zanimivo je, da je bilo v modelu miši mdx ugotovljeno, da so kanali Nav1.5 znižani in da so bile pri živalih odkrite srčne aritmije 111 .Poleg tega se je pokazalo, da družino mehansko občutljivih ionskih kanalov, prehodni receptorski potencialni kanal (TRPC), uravnava α1-sintrofin v srčnem tkivu 113, in dokazano je, da zaviranje TRPC6 izboljša aritmije v modelu miši DMD112.Poročali so, da povečana aktivnost TRPC6 pri DMD povzroči srčne aritmije, ki se olajšajo v kombinaciji s PKG 112 .Mehansko gledano zmanjšanje distrofina spodbuja dotok [Ca2+]i, ki ga povzroči raztezanje, ki deluje pred TRPC6, da ga aktivira, kot je prikazano v kardiomiocitih in vaskularnih gladkih mišičnih celicah 112,114.Zaradi hiperaktivacije TRPC6 za raztezanje postane glavni mehanosenzor in potencialna terapevtska tarča pri DMD112,114.
Izguba distrofina vodi do lize ali izrazite supresije celotnega kompleksa DGC, s poznejšo izgubo številnih mehanoprotektivnih in mehanotransdukcijskih funkcij, kar ima za posledico katastrofalen fenotip, viden v progasto mišičnem tkivu pri DMD.Zato je morda smiselno upoštevati, da RSK delujejo usklajeno in da so posamezne komponente odvisne od prisotnosti in delovanja drugih komponent.To še posebej velja za distrofin, za katerega se zdi, da je potreben za sestavljanje in lokalizacijo kompleksa sarkoleme v kardiomiocitih.Vsaka komponenta ima edinstveno vlogo pri prispevanju k splošni stabilizaciji sarkoleme, lokalizaciji ključnih pomožnih proteinov, regulaciji ionskih kanalov in izražanju genov, izguba enega samega proteina v DGC pa povzroči disregulacijo celotnega miokarda.
Kot je prikazano zgoraj, so številni proteini DGC vključeni v mehanotransdukcijo in signalizacijo, distrofin pa je še posebej primeren za to vlogo.Če se DGC nahaja v rebrih, to potrjuje mnenje, da sodeluje pri mehanotransdukciji skupaj z integrini.Tako so DGC fizično podvrženi anizotropnemu prenosu sile in sodelujejo pri mehanosenzorični in citoskeletni preureditvi znotrajceličnega mikrookolja, skladno z modelom tensegritnosti.Poleg tega Dp427m ublaži vhodne biomehanske sile z razširitvijo ponovitev spektrina znotraj svoje osrednje jedrne domene, s čimer deluje kot mehanoprotektor z vzdrževanjem sile odvijanja 25 pN v razširjenem območju 800 nm.Z delitvijo lahko distrofin "blaži" silo kontrakcije-sprostitve, ki jo proizvajajo kardiomiociti10.Glede na raznolikost proteinov in fosfolipidov, ki medsebojno delujejo s ponavljajočimi se domenami spektrina, je zanimivo špekulirati, ali ponavljajoče se odvijanje spektrina spremeni kinetiko vezave mehansko občutljivih proteinov na podoben način kot talin116,117,118.Vendar to še ni bilo ugotovljeno in potrebna je nadaljnja preiskava.