310 Хімічний компонент капілярної змійової трубки з нержавіючої сталі, роль глікопротеїнових комплексів дистрофіну в механотрансдукції м’язових клітин

Дякуємо, що відвідали Nature.com.Ви використовуєте версію браузера з обмеженою підтримкою CSS.Для найкращої роботи радимо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer).Крім того, щоб забезпечити постійну підтримку, ми показуємо сайт без стилів і JavaScript.
Повзунки, що показують три статті на слайді.Використовуйте кнопки «Назад» і «Далі» для переходу між слайдами або кнопки керування слайдами в кінці для переходу між слайдами.

310 Постачальники капілярної змійовикової трубки з нержавіючої сталі

Дистрофін є основним білком дистрофін-глікопротеїнового комплексу (DGC) у скелетних м’язах і кардіоміоцитах.Дистрофін зв'язує актиновий цитоскелет з позаклітинним матриксом (ECM).Розрив зв'язку між позаклітинним матриксом і внутрішньоклітинним цитоскелетом може мати руйнівні наслідки для гомеостазу клітин скелетних м'язів, що призводить до ряду м'язових дистрофій.Крім того, втрата функціональних DGC призводить до прогресуючої дилатаційної кардіоміопатії та передчасної смерті.Дистрофін діє як молекулярна пружина, а DHA відіграє ключову роль у підтримці цілісності сарколемми.Крім того, накопичуються докази зв'язку DGC з механістичною передачею сигналів, хоча ця роль залишається погано вивченою.Ця оглядова стаття має на меті надати сучасний погляд на DGC та їх роль у механотрансдукції.Спочатку ми обговорюємо складний зв’язок між механікою та функцією м’язової клітини, а потім оглядаємо нещодавні дослідження ролі глікопротеїнового комплексу дистрофіну в механотрансдукції та підтримці біомеханічної цілісності м’язової клітини.Нарешті, ми переглядаємо поточну літературу, щоб зрозуміти, як передача сигналів DGC перетинається з механосигнальними шляхами, щоб висвітлити потенційні точки втручання в майбутньому, з особливим акцентом на кардіоміопатії.
Клітини постійно спілкуються зі своїм мікрооточенням, і двосторонній діалог між ними необхідний для інтерпретації та інтеграції біомеханічної інформації.Біомеханіка контролює ключові подальші події (наприклад, цитоскелетні перебудови), контролюючи загальний клітинний фенотип у просторі та часі.Центральним у цьому процесі в кардіоміоцитах є реберна область, область, де сарколема з'єднується з саркомером, що складається з комплексів інтегрин-талін-вінкулін і дистрофін-глікопротеїн (DGC).Прикріплені до внутрішньоклітинного цитоскелету, ці дискретні фокальні спайки (FA) поширюють каскад біомеханічних і біохімічних клітинних змін, які контролюють диференціацію, проліферацію, органогенез, міграцію, прогресування захворювання тощо.Перетворення біомеханічних сил у біохімічні та/або (епі)генетичні зміни відоме як механотрансдукція1.
Давно відомо, що трансмембранний рецептор 2 інтегрину закріплює позаклітинний матрикс у клітинах і опосередковує як внутрішню, так і зовнішню передачу сигналів.Паралельно з інтегринами, DGC зв’язують ECM з цитоскелетом, встановлюючи критичний зв’язок між зовнішньою та внутрішньою частинами клітини3.Повнорозмірний дистрофін (Dp427) в основному експресується в серцевому та скелетному м’язах, але також спостерігається в тканинах центральної нервової системи, включаючи сітківку та тканину Пуркіньє4.Вважається, що мутації в інтегринах і DGC є причинами м’язової дистрофії та прогресуючої дилатаційної кардіоміопатії (DCM) (табл. 1)5,6.Зокрема, мутації DMD, що кодують DGCs білка центрального дистрофіну, викликають м’язову дистрофію Дюшенна (DMD)7.DGC складається з кількох підкомплексів, включаючи α- і β-дистроглікан (α/β-DG), саркоглікан-саркоспан, синтрофін і дистрофін8.
Дистрофін - це цитоскелетний білок, кодований DMD (Xp21.1-Xp22), який відіграє центральну роль у підтримці DGC.DGC підтримує цілісність сарколеми, плазматичної мембрани поперечносмугастої м’язової тканини.Дистрофін додатково послаблює пошкодження, спричинені скороченням, діючи як молекулярна пружина та молекулярний каркас9,10.Повнорозмірний дистрофін має молекулярну масу 427 кДа, однак через багато внутрішніх промоторів у МДД існує кілька природних усічених ізоформ, включаючи Dp7111.
Було показано, що допоміжні білки локалізовані в дистрофіні, включаючи справжні механотрансдуктори, такі як нейрональна синтаза оксиду азоту (nNOS), Yes-асоційований білок (YAP) і кавеолін-3, таким чином представляючи важливі компоненти клітинної сигналізації.Сполуки 12, 13, 14. На додаток до адгезії, клітинного механізму, пов’язаного із взаємодією між клітинами та матрицею, утвореної інтегринами та їхніми нижчими мішенями, ці два комплекси являють собою межу між «внутрішньою» та «зовнішньою» сторонами клітини. .Захист цих вогнищевих спайок від аномального руйнування має вирішальне значення для поведінки та виживання клітин.Крім того, дані підтверджують те, що дистрофін є модулятором механочутливих іонних каналів, включаючи канали, активовані розтягуванням, особливо канали Ca2+ L-типу та канали TRPC 15.
Хоча дистрофін важливий для гомеостатичної функції клітин посмугованих м’язів, точні підтримуючі механізми менш зрозумілі, особливо роль дистрофіну та його здатність діяти як механосенсор і механічний захисник.Через втрату дистрофіну виникло кілька питань без відповіді, зокрема: чи механочутливі білки, такі як YAP і AMPK, неправильно розташовані в сарколемі;Чи є перехресні перешкоди з інтегринами, обставини, які можуть призвести до аномальної механотрансдукції?Усі ці ознаки можуть сприяти розвитку тяжкого фенотипу DCM, який спостерігається у пацієнтів із МДД.
Крім того, зв’язок змін у клітинній біомеханіці із загальним фенотипом ММД має важливі клінічні наслідки.ММД — це Х-зчеплена м’язова дистрофія, яка вражає 1:3500–5000 чоловіків, характеризується ранньою втратою рухливості (<5 років) і прогресуючою ДКМП із значно гіршим прогнозом, ніж ДКМП іншої етіології16,17,18.
Біомеханіка втрати дистрофіну не була повністю описана, і тут ми розглядаємо докази, що підтверджують уявлення про те, що дистрофін справді відіграє механопротекторну роль, тобто підтримує цілісність сарколеми, і є критичним у механотрансдукції.Крім того, ми переглянули докази, які свідчать про важливі перехресні перешкоди з інтегринами, які специфічно зв’язують ламінін α7β1D у клітинах поперечно-смугастого м’яза.
Вставки та делеції відповідають за велику кількість мутацій у МДД, причому 72% мутацій спричинені такими мутаціями19.Клінічно МДД проявляється в дитинстві (≤5 років) гіпотензією, позитивним симптомом Гауера, уповільненим прогресуванням вікових змін, розумовою відсталістю та атрофією скелетних м’язів.Респіраторний дистрес історично був основною причиною смерті пацієнтів з МДД, але покращення підтримуючої терапії (кортикостероїди, безперервний позитивний тиск у дихальних шляхах) збільшило очікувану тривалість життя цих пацієнтів, а середній вік пацієнтів з МДД, які народилися після 1990 року, становить 28,1 року 20,21. ..Однак із збільшенням виживаності пацієнтів прогноз прогресуючої ДКМП є значно гіршим порівняно з іншими кардіоміопатіями16, що призводить до кінцевої стадії серцевої недостатності, яка на даний момент є основною причиною смерті, на яку припадає приблизно 50% смертей від МДД17,18.
Прогресуюча ДКМП характеризується збільшенням дилатації та податливості лівого шлуночка, витонченням шлуночків, збільшенням фіброзно-жирової інфільтрації, зниженням систолічної функції та збільшенням частоти аритмій.Ступінь ДКМП у пацієнтів з МДД є майже універсальним у пізньому підлітковому віці (від 90% до 18 років), але присутній приблизно у 59% пацієнтів до 10 років8,22.Вирішення цієї проблеми є критично важливим, оскільки фракція викиду лівого шлуночка постійно знижується зі швидкістю 1,6% на рік23.
Серцеві аритмії часто зустрічаються у пацієнтів із МДД, особливо синусова та шлуночкова тахікардія, і є причиною раптової серцевої смерті22.Аритмії є результатом фіброзно-жирової інфільтрації, особливо в суббазальному відділі лівого шлуночка, що порушує ланцюг повернення, а також дисфункцію обробки [Ca2+]i та дисфункцію іонних каналів24,25.Розпізнавання клінічних кардіологічних проявів має вирішальне значення, оскільки ранні стратегії лікування можуть відстрочити появу важкої ДКМП.
Важливість лікування серцевої дисфункції та захворюваності скелетних м’язів показано в цікавому дослідженні, у якому використовувалася мишача модель МДД під назвою mdx26 для вивчення ефектів покращення тканини скелетних м’язів без усунення основних серцевих проблем, присутніх при МДД.Тут автори продемонстрували парадоксальне 5-кратне збільшення серцевої дисфункції після покращення скелетних м’язів, і миші мали значне зниження фракції викиду26.Поліпшення функції скелетних м’язів дозволяє більшому фізичному навантаженню посилити навантаження на міокард, що робить його більш сприйнятливим до загальної дисфункції.Це підкреслює важливість лікування пацієнтів з МДД загалом і застерігає від терапії тільки скелетними м’язами.
DGC виконують кілька додаткових функцій, а саме забезпечують структурну стабільність сарколеми, стають молекулярним каркасом, який діє як сигнальна ланка, регулюють механочутливі іонні канали, ядро ​​костальної механотрансдукції, і беруть участь у передачі латеральної сили в області ребра (рис. 1б)..Дистрофін відіграє центральну роль у цій здатності, і завдяки наявності багатьох внутрішніх промоторів існує кілька різних ізоформ, кожна з яких відіграє різну роль у різних тканинах.Диференціальна тканинна експресія різних ізоформ дистрофіну підтверджує уявлення про те, що кожна ізоформа відіграє різну роль.Наприклад, серцева тканина експресує повну довжину (Dp427m), а також коротшу ізоформу Dp71m дистрофіну, тоді як скелетна тканина експресує лише першу з двох.Спостереження за роллю кожного підтипу може виявити не тільки його фізіологічну функцію, але й патогенез м'язової дистрофії.
Схематичне зображення дистрофіну повної довжини (Dp427m) і меншої, усіченої ізоформи Dp71.Дистрофін має 24 повтори спектрину, розділених чотирма петлями, а також актинзв’язуючий домен (ABD), багатий цистеїном (CR) домен і C-кінець (CT).Були визначені ключові зв’язувальні партнери, включаючи мікротрубочки (МТ) і сарколемму.Існує багато ізоформ Dp71, Dp71m відноситься до м’язової тканини, а Dp71b відноситься до ізоформи нервової тканини.Зокрема, Dp71f відноситься до цитоплазматичної ізоформи нейронів.b Дистрофін-глікопротеїновий комплекс (DHA) розташований у сарколемі в цілому.Біомеханічні сили перемикаються між ECM і F-актином.Зверніть увагу на можливі перехресні перешкоди між DGC та адгезією інтегрину, Dp71 може відігравати певну роль у фокальних спайках.Створено за допомогою Biorender.com.
МДД є найпоширенішою м’язовою дистрофією, яка спричинена мутаціями в МДД.Однак, щоб повністю оцінити наше поточне розуміння ролі антидистрофіну, важливо розмістити його в контексті DGC в цілому.Таким чином, будуть коротко описані інші складові білки.Білковий склад DGC почали вивчати наприкінці 1980-х років, приділяючи особливу увагу дистрофіну.Кеніг27,28, Хоффман29 і Ервасті30 зробили важливе відкриття, ідентифікувавши дистрофін, білок 427 кДа в поперечносмугастих м’язах31.
Згодом було показано, що інші субкомплекси пов’язані з дистрофіном, включаючи саркоглікан, транссин, субкомплекс дистрофіну, дисбревін і синтрофіни8, які разом складають поточну модель DGC.У цьому розділі спочатку буде поширено докази ролі DGC у механосенсорному сприйнятті, детально досліджуючи окремі компоненти.
Повнорозмірна ізоформа дистрофіну, присутня в поперечносмугастій м’язовій тканині, — Dp427m (наприклад, «m» для м’яза, щоб відрізнити його від мозку) і являє собою великий паличкоподібний білок із чотирма функціональними доменами, розташованими під сарколемою кардіоміоцитів, особливо в реберній області. 29, 32. Dp427m, кодований геном DMD на Xp21.1, складається з 79 екзонів, утворених у 2,2 мегабази, і, таким чином, є найбільшим геном у нашому геномі8.
Кілька внутрішніх промоторів при МДД продукують численні усічені ізоформи дистрофіну, деякі з яких є тканиноспецифічними.Порівняно з Dp427m, Dp71m значно скорочений і не має повторюваного домену спектрину або N-кінцевого домену ABD.Однак Dp71m зберігає С-кінцеву структуру зв'язування.У кардіоміоцитах роль Dp71m неясна, але було показано, що він локалізується в Т-канальцях, припускаючи, що він може допомогти регулювати зв’язок збудження-скорочення 33,34,35.Наскільки нам відомо, нещодавнє відкриття Dp71m у серцевій тканині привернуло мало уваги, але деякі дослідження показують, що він пов’язаний з іонними каналами, що активуються розтягуванням, і Масубучі припустив, що він може відігравати певну роль у регуляції nNOS33., 36. Таким чином, Dp71 отримав значну увагу в нейрофізіології та дослідженнях тромбоцитів, областях, які можуть дати розуміння ролі в кардіоміоцитах37,38,39.
У нервовій тканині переважно експресується ізоформа Dp71b, зареєстровано 14 ізоформ38.Було показано, що делеція Dp71b, важливого регулятора калієвих каналів аквапорину 4 і Kir4.1 у центральній нервовій системі, змінює проникність гематоенцефалічного бар’єру40.Враховуючи роль Dp71b в регуляції іонних каналів, Dp71m може відігравати подібну роль у кардіоміоцитах.
Присутність DGC в реберних гангліях одразу вказує на роль у механотрансдукції, і справді було показано, що він локалізується спільно з комплексами інтегрин-талін-вінкулін 41 .Крім того, враховуючи, що реберний сегмент є центром поперечної механотрансдукції, локалізація Dp427m тут підкреслює його роль у захисті клітин від пошкодження, викликаного скороченням.Крім того, Dp427m взаємодіє з актином і цитоскелетом мікротрубочок, таким чином завершуючи зв'язок між внутрішньоклітинним середовищем і позаклітинним матриксом.
N-кінець, що містить актинзв’язуючий домен 1 (ABD1), складається з двох доменів гомології кальмодуліну (CH), які необхідні для взаємодії з F-актином і прикріплення ізоформи γ-актину до сарколемми42,43.Дистрофін може сприяти загальній в’язкопружності кардіоміоцитів шляхом прикріплення до субсарколеммального цитоскелету, а його локалізація в реберних гангліях підтримує його участь у механотрансдукції, а також у механозахисті44,45.
Центральний коровий домен складається з 24 спектриноподібних повторюваних білків, кожен з яких має довжину приблизно 100 амінокислотних залишків.Повтори спектрину вкраплені чотирма шарнірними доменами, що надає білку гнучкості та високого ступеня розтяжності.Повтори спектрину дистрофіну можуть розгортатися в межах фізіологічного діапазону сил (15-30 пН), що простягаються від 21 нм до 84 нм, сил, досяжних для скорочення міозину 46 .Ці особливості повторного домену спектрину дозволяють дистрофіну діяти як молекулярний амортизатор.
Центральний стрижень Dp427m забезпечує його локалізацію в сарколемі, зокрема, шляхом гідрофобної та електростатичної взаємодії з фосфатидилсерином 47,48.Цікаво, що центральне ядро ​​дистрофіну по-різному взаємодіє з фосфоліпідами сарколемми в скелетних і серцевих тканинах, можливо, відображаючи різні моделі пружин.критично, тоді як скелетні м’язи також пов’язані з R10-R1249.
Для зв’язування з цитоскелетом γ-актину необхідна область 11–17 повтору спектрину ABD2, яка складається з основних амінокислотних залишків і відрізняється від домену CH, що зв’язує F-актин.Мікротрубочки взаємодіють безпосередньо з коровим доменом дистрофіну, для цієї взаємодії потрібні залишки спектринових повторів 4-15 і 20-23, і присутність анкірину B необхідна для запобігання утворенню мікротрубочок на цьому місці.Трубки відсутні 50,51,52.Було показано, що розрив між мікротрубочками та дистрофіном загострює патологію МДД шляхом збільшення активних форм кисню (X-ROS).
Домен CR через анкірин B є іншим якорем для сарколеммальних фосфоліпідів52.Анкірин-B і анкірин-G необхідні для локалізації дистрофіну/DGC у ребрах, і їх відсутність призводить до дифузної сарколеммальної картини DGC52.
Домен CR містить домен зв’язування WW, який безпосередньо взаємодіє з мотивом зв’язування PPxY β-DG.Приєднуючись до комплексу дистрофін-глікан, дистрофін завершує зв’язок між внутрішньою та зовнішньою сторонами клітини54.Цей зв’язок має вирішальне значення для поперечно-смугастих м’язів, про що свідчить той факт, що порушення зв’язку між ECM та внутрішньою частиною клітини призводить до м’язової дистрофії, яка обмежує життя.
Нарешті, домен CT є висококонсервативною областю, яка утворює згорнуту спіраль і є критичною для зв’язування з α-дистробревіном і α1-,β1-синтрофінами55,56.α-дистробревін зв’язується з СТ-доменом дистрофіну та забезпечує додаткову стійкість до дистрофіну в сарколеммі57.
Під час ембріонального та внутрішньоутробного розвитку утрофін широко експресується в різних тканинах, включаючи ендотеліальні клітини, нервову тканину та поперечно-смугасту м’язову тканину58.Утрофін експресується UTRN, розташованим на хромосомі 6q, і є аутологом дистрофіну з 80% гомологією білка.Під час розвитку утрофін локалізується в сарколемі, але помітно пригнічується в постнатальній поперечносмугастій м’язовій тканині, де він замінюється дистрофіном.Після народження локалізація утрофіну обмежена сухожиллями та нервово-м’язовими з’єднаннями скелетних м’язів58,59.
Партнери по зв’язуванню утрофінів загалом подібні до партнерів дистрофінів, хоча були описані деякі ключові відмінності.Наприклад, дистрофін взаємодіє з β-DG через свій домен WW, який стабілізується доменом ZZ (названим через його здатність зв’язувати два іони цинку) у його CT-області, де залишки цистеїнової кислоти 3307-3354 особливо важливі для цієї взаємодії60. ., 61. Утрофін також зв’язується з β-DG через домен WW/ZZ, але точні залишки, що підтримують цю взаємодію, відрізняються від залишків дистрофіну (3307–3345 у дистрофіну та 3064–3102 в утрофіну) 60,61.Важливо, що зв’язування утрофіну з β-DG було приблизно в 2 рази нижчим порівняно з дистрофіном 61. Повідомлялося, що дистрофін зв’язується з F-актином через повтори спектрину 11–17, тоді як подібні сайти в утрофіні не можуть зв’язуватися з F-актином навіть при високі концентрації, але можуть взаємодіяти через свої CH-домени.Дія 62,63,64.Нарешті, на відміну від дистрофіну, утрофін не може зв’язуватися з мікротрубочками51.
Біомеханічно повтори спектрину утрофіну мають чіткий патерн розгортання порівняно з дистрофіном65.Утрофін-спектрин повторює розгортання при вищих силах, подібно до титину, але не до дистрофіну65.Це узгоджується з його локалізацією та роллю в передачі жорсткої пружної сили в місцях з’єднання сухожиль, але може зробити утрофін менш придатним, щоб діяти як молекулярна пружина в буферних силах, викликаних скороченням 65 .Взяті разом, ці дані свідчать про те, що здатність до механотрансдукції та механобуферизації може бути змінена за наявності надмірної експресії утрофіну, особливо враховуючи різні партнери/механізми зв’язування, однак це потребує подальшого експериментального дослідження.
З функціональної точки зору той факт, що вважається, що утрофін має схожі ефекти з дистрофіном, робить його потенційною мішенню для лікування DMD66,67.Насправді було показано, що деякі пацієнти з МДД мають надмірну експресію утрофіну, можливо як компенсаторний механізм, і фенотип був успішно відновлений на моделі миші з надмірною експресією утрофіну 68 .У той час як підвищення регуляції утрофіну є ймовірною терапевтичною стратегією, розгляд формальної та функціональної різниці між утрофіном і дистрофіном і корисність індукції цієї надекспресії за допомогою належної локалізації вздовж сарколеми робить довгострокову стратегію утрофіну все ще незрозумілою.Примітно, що жінки-носії демонструють мозаїчну картину експресії утрофіну, і співвідношення між дистрофіном і утрофіном може впливати на ступінь дилатаційної кардіоміопатії у цих пацієнтів69, хоча мишачі моделі носіїв показали..
Субкомплекс дистроглікану складається з двох білків, α- і β-дистроглікану (α-, β-DG), обидва транскрибовані з гена DAG1 і потім посттрансляційно розщеплені на двокомпонентні білки 71 .α-DG сильно глікозильований у позаклітинному аспекті DGCs і безпосередньо взаємодіє із залишками проліну в ламініні α2, а також з агрином72 і пікакуліном73 і областю CT/CR дистрофіну73,74,75,76.О-зв'язане глікозилювання, особливо залишків серину, необхідне для його взаємодії з ECM.Шлях глікозилювання включає багато ферментів, мутації яких призводять до м’язової дистрофії (див. також таблицю 1).До них належать O-маннозилтрансфераза POMT2, фукутин і споріднений з фукутином білок (FKRP), дві рибітолфосфотрансферази, які додають тандемні рибітолфосфати до основного глікану, і білок LARGE1, який додає ксилозу та глюкозу.Лінійний полісахарид уронової кислоти, також відомий як матричний глікан на кінці глікану77.FKRP також бере участь у розвитку та підтримці ECM, і мутації в ньому призводять до зниження експресії ламініну α2 та α-DG77,78,79.Крім того, FKRP також може керувати формуванням базальної пластинки та позаклітинного матриксу серця через глікозильований фібронектин 80.
β-DG містить мотив зв’язування PPxY, який безпосередньо локалізує та секвеструє YAP12.Це цікаве відкриття, оскільки воно означає, що DGC регулює клітинний цикл кардіоміоцитів.α-DH в кардіоміоцитах новонароджених взаємодіє з агрином, що сприяє регенерації серця та лізису DGC76 внаслідок дозрівання клітин.У міру дозрівання кардіоміоцитів експресія аггрину знижується на користь ламініну, який, як вважають, сприяє зупинці клітинного циклу76.Morikawa12 показав, що подвійний нокдаун дистрофіну та сальвадора, негативного регулятора YAP, призводить до гіперпроліферації кардіоміоцитів у рубці, що викликає інфаркт.Це призвело до захоплюючої ідеї про те, що маніпуляції з YAP можуть мати клінічне значення для запобігання втраті тканини після інфаркту міокарда.Таким чином, індукований агріном лізис DGC може представляти вісь, яка дозволяє активувати YAP, і є потенційним шляхом для регенерації серця.
Механічно α- і β-DG необхідні для підтримки взаємодії між сарколемою та базальним шаром 81 .Як α-DG, так і α7 інтегрини сприяють утворенню сили в реберному ганглії, а втрата α-DG спричиняє відділення сарколеми від базальної пластинки, залишаючи скелетну м’язову тканину вразливою до пошкодження, викликаного скороченням.Як описано раніше, дистроглікановий комплекс регулює загальний оборот DGC, де зв’язування з когнатним лігандом ламініном призводить до фосфорилювання тирозину PPPY-зв’язуючого мотиву β-DG892.Фосфорилювання тирозину тут сприяє розкладанню дистрофіну, який перевертає комплекс DGC.Фізіологічно цей процес є високорегульованим, чого немає при м’язовій дистрофії82, хоча основні механізми, які контролюють цей процес, до кінця не вивчені.
Було показано, що циклічне розтягування активує шляхи ERK1/2 і AMPK через комплекс дистрофіну та споріднений білок плектин83.Разом плектин і дистроглікан необхідні не тільки для того, щоб діяти як каркас, але й для участі в механотрансдукції, а нокдаун плектину призводить до зниження активності ERK1/2 і AMPK83.Плектин також зв’язується з цитоскелетним проміжним філаментом десміном, і було показано, що надмірна експресія десміну покращує фенотип захворювання у мишей mdx:desmin і mdx, моделі миші з подвійним нокаутом DMD84.Взаємодіючи з β-DG, плектин опосередковано зв’язує DGC з цим компонентом цитоскелету.Крім того, дистроглікан взаємодіє з білком 2, що зв’язує рецептор фактора росту (Grb2), який, як відомо, бере участь у перебудовах цитоскелета85.Було показано, що активація Ras інтегрином опосередковується через Grb2, який може забезпечити потенційний шлях для перехресних перешкод між інтегринами та DGC86.
Мутації в генах, які беруть участь у глікозилюванні α-DH, призводять до так званої м'язової дистрофії.Дистрогліканопатії демонструють клінічну гетерогенність, але в основному спричинені порушенням взаємодії між α-DG і ламініном α277.Дистрофігліканози, викликані первинними мутаціями в DAG1, як правило, надзвичайно рідкісні, ймовірно тому, що вони є ембріональними летальними87, таким чином підтверджуючи необхідність клітинної асоціації з ECM.Це означає, що більшість дистрофічних гліканових захворювань спричинені вторинними білковими мутаціями, пов’язаними з глікозилюванням.Наприклад, мутації в POMT1 викликають надзвичайно важкий синдром Уокера-Варбурга, який характеризується аненцефалією та помітно скороченою тривалістю життя (менше 3 років)88.Проте мутації FKRP переважно проявляються як м’язова дистрофія пояса кінцівок (LGMD), яка зазвичай (але не завжди) є відносно легкою.Однак було показано, що мутації у FKRP є рідкісною причиною WWS89.У FKRP виявлено багато мутацій, з яких мутація засновника (c.826>A) найчастіше викликає LGMD2I90.
LGMD2I — це відносно легка м’язова дистрофія, патогенез якої заснований на порушенні зв’язку між позаклітинним матриксом і внутрішньоклітинним цитоскелетом.Менш ясним є зв'язок між генотипом і фенотипом у пацієнтів з мутаціями в цих генах, і справді ця концепція застосовна до інших білків DSC.Чому деякі пацієнти з мутаціями FKRP виявляють фенотип захворювання, що відповідає WWS, тоді як інші мають LGMD2I?Відповідь на це запитання може полягати в i) якому етапі шляху глікозилювання впливає мутація, або ii) у ступені гіпоглікозилювання на будь-якому даному етапі.Гіпоглікозилювання α-DG все ще може допускати певний ступінь взаємодії з ECM, що призводить до більш м’якого загального фенотипу, тоді як дисоціація від базальної мембрани збільшує тяжкість фенотипу захворювання.Пацієнти з LGMD2I також розвивають DCM, хоча це менш задокументовано, ніж DMD, що мотивує терміновість розуміння цих мутацій у контексті кардіоміоцитів.
Субкомплекс саркоспан-саркоглікан сприяє утворенню DHA і безпосередньо взаємодіє з β-DH.У серцевій тканині є чотири односпрямованих саркоглікани: α, β, γ і δ91.Нещодавно було описано, що місенс-мутація c.218C>T в екзоні 3 гена SGCA та часткова гетерозиготна делеція в екзонах 7–8 викликають LGMD2D92.Однак у цьому випадку автори не оцінювали фенотип серця.
Інші групи виявили, що SGCD у моделях свиней93 і мишей94 призводить до зниження експресії білка в субкомплексі саркогліканів, що порушує загальну структуру DGC і призводить до DCM.Крім того, повідомлялося, що 19% усіх пацієнтів із мутаціями SGCA, SGCB або SGCG мали дилатаційну кардіоміопатію, а 25% усіх пацієнтів також потребували респіраторної підтримки95.
Рецесивні мутації в саркоглікані (SG) δ призводять до зменшення або повної відсутності саркогліканових комплексів і, отже, DGC у серцевій тканині та відповідають за LGMD та пов’язаний з ним DCM96.Цікаво, що домінантно-негативні мутації в SG-δ є специфічними для серцево-судинної системи і є причиною сімейної дилатаційної кардіоміопатії97.Було показано, що домінантно-негативні мутації SG-δ R97Q і R71T стабільно експресуються в кардіоміоцитах щурів без значного порушення загального DGC98.Однак клітини серця, що несуть ці мутації, більш сприйнятливі до пошкодження сарколемми, проникності та механічної дисфункції під механічним впливом, що відповідає фенотипу DCM98.
Саркоспан (SSPN) — це тетраспанін масою 25 кДа, локалізований у субкомплексі саркогліканів, і вважається, що він служить білковим каркасом99,100.Як білковий каркас, SSPN стабілізує локалізацію та глікозилювання α-DG99,101.Було виявлено, що надмірна експресія SSPN у мишачих моделях збільшує зв’язування між м’язом і ламініном 102 .Крім того, було показано, що SSPN взаємодіє з інтегринами, що свідчить про ступінь перехресних перешкод між двома ребровими спайками, DGC і глікопротеїновою структурою інтегрин-талін-вінкулін100,101,102.Нокдаун SSPN також призводив до збільшення α7β1 у скелетних м’язах миші.
Нещодавнє дослідження показало, що надмірна експресія саркоспану посилює дозрівання та глікозилювання α-DG у серцевій тканині незалежно від нокдауну галактозиламінотрансферази 2 (Galgt2) у моделі ММД на мишах MDX, тим самим полегшуючи фенотип захворювання 101. Підвищене глікозилювання дистрогліканового комплексу може посилити взаємодію з ECM, тим самим максимально пом’якшуючи хворобу.Крім того, вони показали, що надмірна експресія саркоспану знижує взаємодію β1D-інтегрину з DGC, підкреслюючи можливу роль саркоспану в регуляції комплексів інтегрину101.
Синтрофіни являють собою сімейство невеликих (58 кДа) білків, які локалізуються в DGCs, самі не мають внутрішньої ферментативної активності та служать молекулярними адаптерами103,104.Було виявлено п’ять ізоформ (α-1, β-1, β-2, γ-1 і γ-2), що демонструють тканиноспецифічну експресію, причому ізоформа α-1 переважно експресується в поперечно-смугастій м’язовій тканині 105 .Синтрофіни є важливими адаптерними білками, які полегшують зв’язок між дистрофіном і сигнальними молекулами, включаючи нейрональну синтазу оксиду азоту (nNOS) у скелетних м’язах106.α-синтрофін безпосередньо взаємодіє з повторюваним доменом спектрину дистрофіну 16-17, який, у свою чергу, зв’язується з PDZ-зв’язуючим мотивом nNOS106,107.
Синтрофіни також взаємодіють з дистробревіном через домени зв’язування PH2 і SU, і вони також взаємодіють з актиновим цитоскелетом 108 .Дійсно, синтрофіни, здається, відіграють особливо важливу роль у регуляції динаміки цитоскелета, а ізоформи α та β здатні безпосередньо взаємодіяти з F-актином 108 і, таким чином, ймовірно, відіграють роль у регуляції тенсегріти та біомеханіки клітинної системи. ефект.Крім того, було показано, що синтрофіни регулюють цитоскелет через Rac1109.
Модулювання рівнів синтрофіну може відновити функцію, і нещодавнє дослідження з використанням міні-дистрофіну показало, що конструкт ΔR4-R23/ΔCT здатний відновити α-синтрофін, а також інші білки DGC до рівнів, порівнянних з кардіоміоцитами WT mdx.
На додаток до їхньої ролі в регуляції цитоскелету, синтрофіни також добре задокументовані в регуляції іонних каналів 111,112,113.PDZ-зв'язуючий мотив синтрофінів регулює серцевий вольтаж-залежний канал Nav1.5111, який відіграє ключову роль у встановленні серцевої збудливості та провідності.Цікаво, що в моделі миші mdx було виявлено, що канали Nav1.5 знижуються, і у тварин були виявлені серцеві аритмії 111 .Крім того, було показано, що сімейство механочутливих іонних каналів, транзиторний рецепторний потенціальний канал (TRPC), регулюється α1-синтрофіном у серцевій тканині 113, а інгібування TRPC6, як було показано, покращує аритмії в мишачій моделі DMD112.Повідомлялося, що підвищена активність TRPC6 при МДД призводить до серцевих аритмій, які полегшуються при поєднанні з PKG 112 .Механічно виснаження дистрофіну сприяє індукованому розтягуванням притоку [Ca2+]i, який діє перед TRPC6, щоб активувати його, як показано в кардіоміоцитах і гладком’язових клітинах судин112,114.Гіперактивація TRPC6 для розтягування робить його основним механосенсором і потенційною терапевтичною мішенню при DMD112,114.
Втрата дистрофіну призводить до лізису або помітного пригнічення всього комплексу DGC з подальшою втратою багатьох механопротекторних і механотрансдукційних функцій, що призводить до катастрофічного фенотипу, який спостерігається в поперечносмугастій м’язовій тканині при МДД.Таким чином, може бути розумним вважати, що RSK працюють узгоджено і що окремі компоненти залежать від присутності та функціонування інших компонентів.Це особливо вірно для дистрофіну, який, здається, необхідний для збирання та локалізації комплексу сарколемми в кардіоміоцитах.Кожен компонент відіграє унікальну роль, сприяючи загальній стабілізації сарколеми, локалізації ключових допоміжних білків, регуляції іонних каналів і експресії генів, а втрата одного білка в DGC призводить до дисрегуляції всього міокарда.
Як показано вище, багато білків DGC беруть участь у механотрансдукції та передачі сигналів, і дистрофін особливо підходить для цієї ролі.Якщо DGC знаходиться в ребрах, це підтверджує думку про його участь у механотрансдукції разом з інтегринами.Таким чином, DGC фізично піддаються анізотропній передачі сили та беруть участь у механосенсорній та цитоскелетній перебудові внутрішньоклітинного мікрооточення, що відповідає моделі тенсегріті.Крім того, Dp427m буферизує вхідні біомеханічні сили, розширюючи повтори спектрину в межах свого центрального основного домену, таким чином діючи як механопротектор, підтримуючи силу розкручування 25 пН у розширеному діапазоні 800 нм.Шляхом розщеплення дистрофін здатний «буферувати» силу скорочення-розслаблення, що виробляється кардіоміоцитами10.Враховуючи різноманіття білків і фосфоліпідів, які взаємодіють з доменами повторів спектрину, цікаво припустити, чи змінює розкручування повторів спектрину кінетику зв’язування механочутливих білків подібно до таліну116,117,118.Однак це ще не встановлено, і потрібне додаткове розслідування.