310 Ruostumattomasta teräksestä valmistettu kapillaarikelaputkien kemiallinen komponentti, dystrofiiniglykoproteiinikompleksien rooli lihassolujen mekaanisessa siirrossa

Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Liukusäätimet, joissa näkyy kolme artikkelia per dia.Käytä Takaisin- ja Seuraava-painikkeita liikkuaksesi diojen välillä tai diaohjaimen painikkeita lopussa.

310 Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen kapillaarikelaputkien toimittajat

Dystrofiini on dystrofiini-glykoproteiinikompleksin (DGC) pääproteiini luurankolihaksissa ja sydänlihassoluissa.Dystrofiini sitoo aktiinin sytoskeleton ekstrasellulaariseen matriisiin (ECM).Solunulkoisen matriisin ja solunsisäisen sytoskeleton välisen yhteyden katkeamisella voi olla tuhoisia seurauksia luurankolihassolujen homeostaasille, mikä johtaa useisiin lihasdystrofioihin.Lisäksi toiminnallisten DGC:iden menetys johtaa progressiiviseen laajentuneeseen kardiomyopatiaan ja ennenaikaiseen kuolemaan.Dystrofiini toimii molekyylijousena ja DHA:lla on keskeinen rooli sarkolemman eheyden ylläpitämisessä.Lisäksi kerääntyy näyttöä DGC:n yhdistämisestä mekaaniseen signalointiin, vaikka tämä rooli on edelleen huonosti ymmärretty.Tämän katsausartikkelin tarkoituksena on tarjota nykyaikainen näkemys DGC:istä ja niiden roolista mekaanisessa siirrossa.Keskustelemme ensin lihassolumekaniikan ja toiminnan välisestä monimutkaisesta suhteesta, ja sitten tarkastellaan viimeaikaista tutkimusta dystrofiiniglykoproteiinikompleksin roolista mekaanisessa transduktiossa ja lihassolujen biomekaanisen eheyden ylläpitämisessä.Lopuksi tarkastelemme nykyistä kirjallisuutta ymmärtääksemme, kuinka DGC-signalointi leikkaa mekaanisen signaalin reitit, jotta voidaan korostaa mahdollisia tulevia interventiopisteitä, keskittyen erityisesti kardiomyopatiaan.
Solut ovat jatkuvassa yhteydessä mikroympäristöönsä, ja niiden välinen kaksisuuntainen vuoropuhelu on välttämätöntä biomekaanisen tiedon tulkitsemiseksi ja integroimiseksi.Biomekaniikka hallitsee keskeisiä myöhempiä tapahtumia (esim. solun tukirangan uudelleenjärjestelyjä) säätelemällä solun yleistä fenotyyppiä tilassa ja ajassa.Keskeinen tässä kardiomyosyyttien prosessissa on kylkialue, alue, jossa sarkolemmat yhdistyy sarkomeeriin, joka koostuu integriini-taliini-vinkuliini- ja dystrofiini-glykoproteiini (DGC) -komplekseista.Solunsisäiseen sytoskeletoniin kiinnittyneet nämä erilliset fokaaliadheesiot (FA:t) edistävät biomekaanisten ja biokemiallisten solumuutosten sarjaa, jotka säätelevät erilaistumista, proliferaatiota, organogeneesiä, migraatiota, taudin etenemistä ja paljon muuta.Biomekaanisten voimien muuntaminen biokemiallisiksi ja/tai (epi)geneettisiksi muutoksiksi tunnetaan mekaanisena transduktiona1.
Integriinin transmembraanireseptorin 2 on pitkään tiedetty ankkuroivan ekstrasellulaarisen matriisin soluihin ja välittävän sekä sisäistä että ulkoista signalointia.Integriinien rinnalla DGC:t sitovat ECM:n sytoskeletoniin ja muodostavat kriittisen yhteyden solun ulko- ja sisäpuolen välille3.Täyspitkä dystrofiini (Dp427) ilmentyy ensisijaisesti sydän- ja luurankolihaksissa, mutta sitä havaitaan myös keskushermoston kudoksissa, mukaan lukien verkkokalvo ja Purkinjen kudos4.Integriinien ja DGC:n mutaatioiden uskotaan olevan lihasdystrofian ja progressiivisen laajentuneen kardiomyopatian (DCM) syitä (taulukko 1)5,6.Erityisesti DMD-mutaatiot, jotka koodaavat keskusdystrofiiniproteiinin DGC:itä, aiheuttavat Duchennen lihasdystrofiaa (DMD)7.DGC koostuu useista alakomplekseista, mukaan lukien α- ja β-dystroglykaani (α/β-DG), sarkoglykaani-sarkospani, syntrofiini ja dystrofiini8.
Dystrofiini on DMD:n (Xp21.1-Xp22) koodaama sytoskeletaalinen proteiini, jolla on keskeinen rooli DGC:n ylläpitämisessä.DGC säilyttää sarkolemman, poikkijuovaisen lihaskudoksen plasmakalvon, eheyden.Dystrofiini edelleen vaimentaa supistumisen aiheuttamia vaurioita toimimalla molekyylijousena ja molekyylitelineenä9,10.Täyspitkän dystrofiinin molekyylipaino on 427 kDa, mutta DMD:n monista sisäisistä promoottoreista johtuen siellä on useita luonnossa esiintyviä katkaistuja isoformeja, mukaan lukien Dp7111.
Apuproteiinien on osoitettu lokalisoituvan dystrofiiniin, mukaan lukien todelliset mekaaniset muuttajat, kuten hermosolujen typpioksidisyntaasi (nNOS), Yes-assosioitunut proteiini (YAP) ja kaveoliini-3, edustaen siten tärkeitä solujen signaloinnin komponentteja.Yhdisteet 12, 13, 14. Adheesion, solumekanismin, joka liittyy solujen ja matriisin välisiin vuorovaikutuksiin ja jonka muodostavat integriinit ja niiden alavirran kohteet, lisäksi nämä kaksi kompleksia edustavat rajapintaa solun "sisäpuolen" ja "ulkopuolen" välillä. .Näiden fokusoitujen kiinnikkeiden suojaaminen epänormaalilta tuholta on ratkaisevan tärkeää solujen käyttäytymiselle ja selviytymiselle.Lisäksi tiedot tukevat sitä, että dystrofiini on mekaanisesti herkkien ionikanavien modulaattori, mukaan lukien venytysaktivoidut kanavat, erityisesti L-tyypin Ca2+-kanavat ja TRPC 15 -kanavat.
Vaikka dystrofiini on tärkeä poikkijuovaisten lihassolujen homeostaattiselle toiminnalle, tarkat tukimekanismit ovat vähemmän selviä, erityisesti dystrofiinin rooli ja sen kyky toimia mekanosensorina ja mekaanisena suojana.Dystrofiinin häviämisen vuoksi on noussut esiin useita vastaamattomia kysymyksiä, mukaan lukien: ovatko mekaanisesti herkät proteiinit, kuten YAP ja AMPK, väärässä paikassa sarkolemman alueelle;Onko olemassa ylikuulumista integriinien kanssa, olosuhteita, jotka voivat johtaa epänormaaliin mekaaniseen transduktioon?Kaikki nämä ominaisuudet voivat myötävaikuttaa vakavaan DCM-fenotyyppiin, joka havaitaan DMD-potilailla.
Lisäksi solun biomekaniikan muutosten yhdistämisellä yleiseen DMD-fenotyyppiin on tärkeitä kliinisiä vaikutuksia.DMD on X-kytketty lihasdystrofia, joka vaikuttaa 1:3500–5000 miehelle, jolle on ominaista varhainen liikkuvuuden menetys (<5 vuotta) ja progressiivinen DCM, jonka ennuste on huomattavasti huonompi kuin muiden etiologioiden DCM16,17,18.
Dystrofiinin menetyksen biomekaniikkaa ei ole täysin kuvattu, ja tässä tarkastellaan todisteita, jotka tukevat käsitystä siitä, että dystrofiinilla todellakin on mekaaninen suojaava rooli, eli se säilyttää sarkolemman eheyden ja on kriittinen mekanotransduktiossa.Lisäksi tarkastelimme todisteita, jotka viittaavat tärkeään ylikuulumiseen integriinien kanssa, jotka erityisesti sitovat laminiinia α7β1D poikkijuovaisissa lihassoluissa.
Insertiot ja deleetiot ovat vastuussa suuresta määrästä mutaatioita DMD:ssä, ja 72 % mutaatioista on tällaisten mutaatioiden aiheuttamia19.Kliinisesti DMD:tä esiintyy vauvaiässä (≤5 vuotta) hypotensiolla, positiivisella Gowerin oireella, ikään liittyvien muutosten viivästyneellä etenemisellä, henkisellä jälkeenjääneisyydellä ja luurankolihasten surkastumalla.Hengitysvaikeus on historiallisesti ollut DMD-potilaiden yleisin kuolinsyy, mutta parantunut tukihoito (kortikosteroidit, jatkuva positiivinen hengitysteiden paine) on pidentänyt näiden potilaiden elinikää, ja vuoden 1990 jälkeen syntyneiden DMD-potilaiden mediaani-ikä on 28,1 vuotta 20 ,21 ..Kuitenkin, kun potilaiden eloonjääminen lisääntyy, etenevän DCM:n ennuste on huomattavasti huonompi verrattuna muihin kardiomyopatioihin16, mikä johtaa loppuvaiheen sydämen vajaatoimintaan, joka on tällä hetkellä suurin kuolinsyy, mikä on noin 50 % DMD-kuolemista17,18.
Progressiiviselle DCM:lle on ominaista lisääntynyt vasemman kammion laajentuminen ja myöntyvyys, kammioiden oheneminen, lisääntynyt fibrorasva-infiltraatio, vähentynyt systolinen toiminta ja lisääntynyt rytmihäiriöiden esiintyvyys.DCM:n aste DMD-potilailla on lähes yleinen myöhäisessä murrosiässä (90 % - 18 vuoden iässä), mutta sitä esiintyy noin 59 %:lla potilaista 10 vuoden iässä8,22.Tämän ongelman ratkaiseminen on ratkaisevan tärkeää, koska vasemman kammion ejektiofraktio on laskenut tasaisesti 1,6 % vuodessa23.
Sydämen rytmihäiriöt ovat yleisiä DMD-potilailla, erityisesti sinustakykardia ja kammiotakykardia, ja ne ovat syynä äkilliseen sydänkuolemaan22.Rytmihäiriöt ovat seurausta fibrorasva-infiltraatiosta, erityisesti subbasaalisessa vasemmassa kammiossa, mikä heikentää paluupiiriä sekä [Ca2+]i:n prosessointihäiriöitä ja ionikanavan toimintahäiriöitä24,25.Sydämen kliinisen esityksen tunnistaminen on ratkaisevan tärkeää, koska varhaiset hoitostrategiat voivat viivyttää vakavan DCM:n puhkeamista.
Sydämen toimintahäiriön ja luustolihassairauteen hoidon tärkeys on osoitettu mielenkiintoisessa tutkimuksessa, jossa käytettiin DMD:n hiirimallia nimeltä mdx26 tutkimaan luurankolihaskudoksen parantamisen vaikutuksia puuttumatta DMD:n taustalla oleviin sydänongelmiin.Tässä kirjoittajat osoittivat paradoksaalisen 5-kertaisen sydämen toimintahäiriön lisääntymisen luurankolihasten parantumisen jälkeen, ja hiirillä oli merkittävä väheneminen ejektiofraktiossa26.Parannettu luustolihasten toiminta sallii korkeamman fyysisen rasituksen rasittaa sydänlihasta enemmän, mikä tekee siitä alttiimman yleisille toimintahäiriöille.Tämä korostaa DMD-potilaiden hoidon tärkeyttä yleensä ja varoittaa pelkästä luurankolihasterapiasta.
DGC:t suorittavat useita lisätoimintoja, nimittäin antavat rakenteellista vakautta sarkolemmalle, niistä tulee molekyylirakenne, joka toimii signalointilinkkinä, säätelevät mekaanisesti herkkiä ionikanavia, rannikon mekaanisen transduktion ydintä ja osallistuvat lateraalivoiman siirtoon sen alueella. kylkiluita (kuvio 1b)..Dystrofiinilla on keskeinen rooli tässä kyvyssä, ja monien sisäisten promoottorien läsnäolon vuoksi on olemassa useita erilaisia ​​isoformeja, joista jokaisella on erilainen rooli eri kudoksissa.Eri dystrofiini-isoformien erilainen kudosilmentyminen tukee käsitystä, että kullakin isoformilla on erilainen rooli.Esimerkiksi sydänkudos ilmentää dystrofiinin koko pituutta (Dp427m) sekä lyhyempää Dp71m-isomuotoa, kun taas luustokudos ilmentää vain ensimmäistä kahdesta.Kunkin alatyypin roolin tarkkailu voi paljastaa paitsi sen fysiologisen toiminnan, myös lihasdystrofian patogeneesin.
Kaavamainen esitys täyspitkästä dystrofiinista (Dp427m) ja pienemmästä, typistetystä Dp71-isoformista.Dystrofiinissa on 24 spektriinitoistoa, jotka on erotettu neljällä silmukalla, sekä aktiinia sitova domeeni (ABD), kysteiinirikas (CR) -domeeni ja C-pää (CT).Tärkeimmät sitoutumiskumppanit on tunnistettu, mukaan lukien mikrotubulukset (MT) ja sarkolemmat.Dp71:llä on monia isoformeja, Dp71m viittaa lihaskudokseen ja Dp71b viittaa hermokudoksen isoformiin.Erityisesti Dp71f viittaa hermosolujen sytoplasmiseen isoformiin.b Dystrofiini-glykoproteiinikompleksi (DHA) sijaitsee sarkolemassa kokonaisuudessaan.Biomekaaniset voimat vaihtuvat ECM:n ja F-aktiinin välillä.Huomioi mahdollinen ylikuuluminen DGC:iden ja integriiniadheesion välillä, Dp71:llä voi olla rooli fokaaliadheesioissa.Luotu Biorender.com-sivustolla.
DMD on yleisin lihasdystrofia ja sen aiheuttavat DMD:n mutaatiot.Kuitenkin, jotta ymmärrämme täysin nykyisen käsityksemme antidystrofiinin roolista, on tärkeää sijoittaa se DGC:n kontekstiin kokonaisuutena.Siten muut proteiinit kuvataan lyhyesti.DGC:n proteiinikoostumusta alettiin tutkia 1980-luvun lopulla kiinnittäen erityistä huomiota dystrofiiniin.Koenig27,28, Hoffman29 ja Ervasti30 tekivät tärkeän löydön tunnistamalla dystrofiinin, 427 kDa:n proteiinin poikkijuovaisessa lihaksessa31.
Myöhemmin muiden alakompleksien osoitettiin liittyvän dystrofiiniin, mukaan lukien sarkoglykaani, transsyn, dystrofiinialakompleksi, dysbreviin ja syntrofiinit8, jotka yhdessä muodostavat nykyisen DGC-mallin.Tässä osiossa levitetään ensin todisteita DGC:n roolista mekanosensorisessa havainnoinnissa samalla kun tarkastellaan yksittäisiä komponentteja yksityiskohtaisesti.
Poikkijuovaisessa lihaskudoksessa esiintyvä täyspitkä dystrofiini-isoformi on Dp427m (esim. "m" lihakselle, joka erottaa sen aivoista) ja se on suuri sauvamainen proteiini, jossa on neljä toiminnallista domeenia kardiomyosyyttisarkolemman alla, erityisesti rannikon alueella. 29, 32. Dp427m, jota koodaa DMD-geeni Xp21.1:ssä, koostuu 79 eksonista, jotka muodostuvat 2,2 megaemäksestä ja on siten genomimme suurin geeni8.
Useat DMD:n sisäiset promoottorit tuottavat useita typistettyjä dystrofiinien isoformeja, joista osa on kudosspesifisiä.Dp427m:ään verrattuna Dp71m on merkittävästi katkaistu ja siitä puuttuu spektrinin toistodomeeni tai N-terminaalinen ABD-domeeni.Dp71m säilyttää kuitenkin C-terminaalisen sitoutumisrakenteen.Kardiomyosyyteissä Dp71m:n rooli on epäselvä, mutta sen on osoitettu lokalisoituvan T-tubuluksiin, mikä viittaa siihen, että se voi auttaa säätelemään viritys-supistumiskytkentää 33, 34, 35.Tietojemme mukaan viimeaikainen Dp71m:n löytö sydänkudoksesta on saanut vain vähän huomiota, mutta jotkut tutkimukset viittaavat siihen, että se liittyy venytysaktivoituihin ionikanaviin, ja Masubuchi ehdotti, että sillä voi olla rooli nNOS33:n säätelyssä., 36. Näin tehdessään Dp71 on saanut merkittävää huomiota neurofysiologiassa ja verihiutaletutkimuksessa, aloilla, jotka voivat antaa käsityksen roolista sydänlihassoluissa37, 38, 39.
Hermokudoksessa Dp71b-isoformi ilmentyy pääasiassa, ja 14 isoformia on raportoitu38.Dp71b:n, joka on tärkeä akvaporiini 4:n ja Kir4.1:n kaliumkanavien säätelijä keskushermostossa, on osoitettu muuttavan veri-aivoesteen läpäisevyyttä40.Ottaen huomioon Dp71b:n roolin ionikanavan säätelyssä, Dp71m:llä voi olla samanlainen rooli kardiomyosyyteissä.
DGC:n läsnäolo kylkiganglioissa osoittaa välittömästi roolin mekanotransduktiossa, ja sen on todellakin osoitettu lokalisoituvan integriini-taliini-vinkuliinikompleksien kanssa41.Lisäksi, koska rannikkosegmentti on poikittaisen mekaanisen transduktion painopiste, Dp427m:n sijainti korostaa sen roolia suojella soluja supistumisen aiheuttamilta vaurioilta.Lisäksi Dp427m on vuorovaikutuksessa aktiinin ja mikrotubuluksen sytoskeleton kanssa, mikä täydentää solunsisäisen ympäristön ja solunulkoisen matriisin välisen yhteyden.
N-pää, joka sisältää aktiinia sitovan domeenin 1 (ABD1), koostuu kahdesta kalmoduliinihomologiadomeenista (CH), joita tarvitaan vuorovaikutukseen F-aktiinin kanssa ja y-aktiini-isoformin ankkuroimiseen sarkolemiin42,43.Dystrofiini voi myötävaikuttaa kardiomyosyyttien yleiseen viskoelastisuuteen kiinnittymällä subsarkolemaaliseen sytoskeletoniin, ja sen sijainti kylkiganglioissa tukee sen osallistumista mekaaniseen transduktioon sekä mekaanisuojaukseen44, 45.
Keskusydindomeeni koostuu 24 spektrin kaltaisesta toistuvasta proteiinista, joista jokainen on noin 100 aminohappotähdettä pitkä.Spektriinitoistot ovat välissä neljällä saranadomeenilla, mikä antaa proteiinille joustavuutta ja korkean venyvyysasteen.Dystrofiinispektriinitoistot voivat avautua fysiologisella voimien alueella (15-30 pN), joka ulottuu 21 nm:stä 84 nm:iin, voimat, jotka ovat saavutettavissa myosiinin supistumiselle 46 .Nämä spektriinitoistodomeenin ominaisuudet sallivat dystrofiinin toimia molekyyli-iskunvaimentajana.
Dp427m:n keskussauva varmistaa sen lokalisoinnin sarkolemaan erityisesti hydrofobisten ja sähköstaattisten vuorovaikutusten kautta fosfatidyyliseriinin 47,48 kanssa.Mielenkiintoista on, että dystrofiinin keskusydin on eri tavalla vuorovaikutuksessa sarcolemma-fosfolipidien kanssa luusto- ja sydänkudoksissa, mikä mahdollisesti heijastaa erilaisia ​​​​jousikuvioita.kriittinen, kun taas luustolihakset liittyvät myös R10-R1249:ään.
Sitoutuminen y-aktiinin sytoskeleton vaatii ABD2-spektriinitoiston 11–17-alueen, joka koostuu emäksisistä aminohappotähteistä ja eroaa F-aktiinia sitovasta CH-domeenista.Mikrotubulukset ovat vuorovaikutuksessa suoraan dystrofiinin ydindomeenin kanssa, tämä vuorovaikutus vaatii spektriinitoistojen 4-15 ja 20-23 tähteitä, ja ankyriini B:n läsnäolo vaaditaan estämään mikrotubulusten muodostuminen tässä kohdassa.Putket puuttuvat 50,51,52.Mikrotubulusten ja dystrofiinin välisen aukon on osoitettu pahentavan DMD-patologiaa lisäämällä reaktiivisia happilajeja (X-ROS).
CR-domeeni ankyriini B:n kautta on toinen ankkuri sarkolemman fosfolipideille52.Ankyriini-B:tä ja ankyriini-G:tä tarvitaan dystrofiinin/DGC:n kylkiluokitteluun, ja niiden puuttuminen johtaa DGC52:n diffuusiin sarkolemmalmalliin.
CR-domeeni sisältää WW:tä sitovan domeenin, joka on suoraan vuorovaikutuksessa p-DG:n PPxY-sitoutumismotiivin kanssa.Kiinnittymällä dystrofiini-glykaanikompleksiin dystrofiini täydentää solun sisä- ja ulkopuolen välisen yhteyden54.Tämä yhteys on kriittinen poikkijuovaiselle lihakselle, mistä on osoituksena se tosiasia, että ECM:n ja solun sisäosan välisen yhteyden katkeaminen johtaa elämää rajoittavaan lihasdystrofiaan.
Lopuksi CT-domeeni on erittäin konservoitunut alue, joka muodostaa kierteisen kierteen ja on kriittinen sitoutumiselle α-dystrobreviiniin ja α1-,β1-syntrofiineihin55,56.α-dystrobreviini sitoutuu dystrofiinin CT-domeeniin ja tarjoaa lisäresistenssiä dystrofiinille sarkolemmassa57.
Alkion ja sikiön kehityksen aikana utropiinia ilmentyy laajalti erilaisissa kudoksissa, mukaan lukien endoteelisolut, hermokudos ja poikkijuovainen lihaskudos58.Utrofiinia ilmentää kromosomissa 6q sijaitseva UTRN, ja se on dystrofiiniautologi, jolla on 80-prosenttinen proteiinihomologia.Kehityksen aikana utrofiini sijoittuu sarkolemman alueelle, mutta se suppressoituu merkittävästi postnataalisessa poikkijuovaisessa lihaskudoksessa, jossa se korvataan dystrofiinilla.Synnytyksen jälkeen utrofiinin lokalisaatio rajoittuu luurankolihasten jänteisiin ja hermo-lihasliitoksiin58,59.
Utrofiinia sitovat kumppanit ovat suurin piirtein samanlaisia ​​kuin dystrofiinien, vaikka joitain keskeisiä eroja on kuvattu.Esimerkiksi dystrofiini on vuorovaikutuksessa β-DG:n kanssa WW-domeeninsa kautta, jota stabiloi ZZ-domeeni (nimetty sen kyvystä sitoa kaksi sinkki-ionia) CT-alueellaan, jossa kysteiinihappotähteet 3307-3354 ovat erityisen tärkeitä tälle vuorovaikutukselle60 ., 61. Utrofiini sitoutuu myös β-DG:hen WW/ZZ-alueen kautta, mutta tätä vuorovaikutusta tukevat tarkat tähteet eroavat dystrofiinitähteistä (3307–3345 dystrofiinissa ja 3064–3102 utrofiinissa) 60,61.Tärkeää on, että utrofiinin sitoutuminen β-DG:hen oli noin 2 kertaa pienempi kuin dystrofiini 61. Dystrofiinin on raportoitu sitoutuvan F-aktiiniin spektritoistojen 11–17 kautta, kun taas vastaavat kohdat utrofiinissa eivät voi sitoutua F-aktiiniin edes klo. korkeita pitoisuuksia, mutta voivat olla vuorovaikutuksessa CH-domeeniensa kautta.Toimi 62,63,64.Lopuksi, toisin kuin dystrofiini, utrofiini ei voi sitoutua mikrotubuluksiin51.
Biomekaanisesti utrofiinispektriinitoistoilla on selkeä avautumiskuvio verrattuna dystrofiiniin65.Utrofiini-spektriini toistaa leviämisen suuremmilla voimilla, samanlainen kuin titiini, mutta ei dystrofiini65.Tämä on yhdenmukainen sen sijainnin ja roolin kanssa jäykän elastisen voiman välittämisessä jänneliitoksissa, mutta saattaa tehdä utrofiinista vähemmän sopivan toimimaan molekyylijousena supistumisen aiheuttamissa puskurointivoimissa 65 .Yhdessä nämä tiedot viittaavat siihen, että mekaanisen transduktion ja mekaanisen puskuroinnin ominaisuudet voivat muuttua utrofiinin yli-ilmentymisen läsnä ollessa, varsinkin kun otetaan huomioon erilaiset sitoutumispartnerit/mekanismit, mutta tämä vaatii lisäkokeellista tutkimusta.
Funktionaalisesta näkökulmasta katsottuna se tosiasia, että utrofiinilla uskotaan olevan samanlaisia ​​vaikutuksia kuin dystrofiinilla, tekee siitä mahdollisen DMD66,67:n hoitokohteen.Itse asiassa joidenkin DMD-potilaiden on osoitettu yli-ilmentävän utrofiinia, mahdollisesti kompensoivana mekanismina, ja fenotyyppi on onnistuneesti palautettu hiirimallissa, jossa on utrofiinin yli-ilmentymistä 68 .Vaikka utrofiinin lisääntynyt säätely on todennäköinen terapeuttinen strategia, utrofiinin ja dystrofiinin välisen muodollisen ja toiminnallisen eron huomioon ottaminen ja tämän yli-ilmentymisen indusoimisen hyödyllisyys oikean lokalisoinnin avulla sarkolemman varrella tekee utrofiinin pitkän aikavälin strategiasta edelleen epäselvän.Erityisesti naaraskantajilla on mosaiikkimainen utrofiinin ilmentymiskuvio, ja dystrofiinin ja utrofiinin välinen suhde voi vaikuttaa dilatoituneen kardiomyopatian asteeseen näillä potilailla,69 vaikka kantajista tehdyt hiirimallit ovat osoittaneet..
Dystroglykaani-alakompleksi koostuu kahdesta proteiinista, α- ja β-dystroglykaanista (α-, β-DG), jotka kumpikin on transkriptoitu DAG1-geenistä ja sitten leikattu translaation jälkeen kahdeksi komponenttiproteiiniksi 71 .α-DG on voimakkaasti glykosyloitunut DGC:iden ekstrasellulaarisessa aspektissa ja on suoraan vuorovaikutuksessa α2-laminiinin proliinitähteiden sekä agrin72:n ja pikakuliinin73 sekä dystrofiinin73, 74, 75, 76 CT/CR-alueen kanssa.O-sidottu glykosylaatio, erityisesti seriinitähteiden, vaaditaan sen vuorovaikutukseen ECM:n kanssa.Glykosylaatioreitti sisältää monia entsyymejä, joiden mutaatiot johtavat lihasdystrofiaan (katso myös taulukko 1).Näitä ovat O-mannosyylitransferaasi POMT2, fukutiini ja fukutiiniin liittyvä proteiini (FKRP), kaksi ribitolifosfotransferaasia, jotka lisäävät tandem ribitolifosfaatteja ydinglykaaniin, ja LARGE1-proteiini, joka lisää ksyloosia ja glukoosia.Lineaarinen uronihappopolysakkaridi, joka tunnetaan myös matriisin glykaanina glykaanin päässä77.FKRP osallistuu myös ECM:n kehittämiseen ja ylläpitoon, ja sen mutaatiot johtavat laminiini α2:n ja α-DG77, 78, 79:n ilmentymisen vähenemiseen.Lisäksi FKRP voi myös ohjata tyvikalvon ja sydämen ekstrasellulaarisen matriisin muodostumista glykosyloidun fibronektiini 80:n kautta.
β-DG sisältää PPxY-sitoutumismotiivin, joka lokalisoi ja eristää YAP12:n suoraan.Tämä on mielenkiintoinen havainto, koska se viittaa siihen, että DGC säätelee kardiomyosyyttien solusykliä.Vastasyntyneiden sydänlihassoluissa oleva α-DH on vuorovaikutuksessa agriinin kanssa, mikä edistää sydämen regeneraatiota ja DGC76:n hajoamista solujen kypsymisen vuoksi.Kun sydänlihassolut kypsyvät, aggrin ilmentyminen vähenee laminiinin hyväksi, jonka uskotaan myötävaikuttavan solusyklin pysähtymiseen76.Morikawa12 osoitti, että dystrofiinin ja salvadorin, YAP:n negatiivisen säätelijän, kaksinkertainen tuhoutuminen johtaa sydänlihassolujen hyperproliferaatioon infarktia aiheuttavassa pötsissä.Tämä johti jännittävään ajatukseen, että YAP-manipulaatiolla voisi olla kliinistä arvoa kudoskadon estämisessä sydäninfarktin jälkeen.Siten agriinin aiheuttama DGC-lyysi voisi edustaa akselia, joka mahdollistaa YAP-aktivaation ja on mahdollinen polku sydämen regeneraatiolle.
Mekaanisesti α- ja β-DG tarvitaan ylläpitämään vuorovaikutusta sarkolemman ja tyvikerroksen välillä81.Sekä α-DG että α7-integriinit myötävaikuttavat voiman muodostumiseen kylkiganglionissa, ja α-DG:n menetys aiheuttaa sarkolemman irtoamisen tyvikalvosta jättäen luustolihaskudoksen alttiiksi supistumisen aiheuttamille vaurioille.Kuten aiemmin on kuvattu, dystroglykaanikompleksi säätelee DGC:iden kokonaiskiertoa, jossa sitoutuminen sukulaiseen ligandilaminiiniin johtaa β-DG892:n PPPY:tä sitovan motiivin tyrosiinifosforylaatioon.Tyrosiinin fosforylaatio edistää tässä dystrofiinin hajoamista, mikä kääntää DGC-kompleksin.Fysiologisesti tämä prosessi on erittäin säädelty, mikä puuttuu lihasdystrofiasta82, vaikka tätä prosessia sääteleviä taustamekanismeja ei täysin ymmärretä.
Syklisen venytyksen on osoitettu aktivoivan ERK1/2- ja AMPK-reitit dystrofiinikompleksin ja siihen liittyvän proteiiniplektiinin83 läpi.Plektiinin ja dystroglykaanin ei vaadita yhdessä toimimaan vain rakennustelineenä, vaan myös osallistumaan mekaaniseen transduktioon, ja plektiinin kaatuminen johtaa ERK1/2:n ja AMPK83:n aktiivisuuden laskuun.Plektiini sitoutuu myös sytoskeletaaliseen välimuotofilamenttidesmiiniin, ja desmiinin yli-ilmentymisen on osoitettu parantavan taudin fenotyyppiä mdx:desmin- ja mdx-hiirillä, DMD84-kaksoispoistohiirten mallilla.Vuorovaikutuksessa β-DG:n kanssa plektiini sitoo epäsuorasti DGC:tä tähän sytoskeleton komponenttiin.Lisäksi dystroglykaani on vuorovaikutuksessa kasvutekijäreseptoria sitovan proteiinin 2 (Grb2) kanssa, jonka tiedetään osallistuvan sytoskeletaalin uudelleenjärjestelyihin85.Integriinin aiheuttaman Ras-aktivaation on osoitettu välittyvän Grb2:n kautta, mikä voi tarjota mahdollisen reitin integriinien ja DGC86:n väliselle ylikuulumiselle.
α-DH-glykosylaatioon osallistuvien geenien mutaatiot johtavat ns. lihasdystrofiaan.Dystroglykanopatiat osoittavat kliinistä heterogeenistä, mutta ne johtuvat pääasiassa häiriöstä α-DG:n ja laminiini α277:n välillä.DAG1:n primaaristen mutaatioiden aiheuttamat dystrofiglikanoosit ovat yleensä äärimmäisen harvinaisia, luultavasti siksi, että ne ovat alkion tappavia87, mikä vahvistaa tarpeen solujen assosiaatiolle ECM:n kanssa.Tämä tarkoittaa, että useimmat dystrofiset glykaanisairaudet johtuvat glykosylaatioon liittyvistä sekundaarisista proteiinimutaatioista.Esimerkiksi mutaatiot POMT1:ssä aiheuttavat äärimmäisen vaikean Walker-Warburgin oireyhtymän, jolle on ominaista aivohalvaus ja huomattavasti lyhentynyt elinajanodote (alle 3 vuotta)88.FKRP-mutaatiot ilmenevät kuitenkin pääasiassa raajavyön lihasdystrofiana (LGMD), joka on yleensä (mutta ei aina) suhteellisen lievä.FKRP:n mutaatioiden on kuitenkin osoitettu olevan harvinainen syy WWS89:ään.FKRP:ssä on tunnistettu monia mutaatioita, joista perustajamutaatio (c.826>A) aiheuttaa yleisimmin LGMD2I90:n.
LGMD2I on suhteellisen lievä lihasdystrofia, jonka patogeneesi perustuu solunulkoisen matriisin ja solunsisäisen sytoskeleton välisen yhteyden katkeamiseen.Vähemmän selkeä on genotyypin ja fenotyypin välinen suhde potilailla, joilla on mutaatioita näissä geeneissä, ja tämä käsite on todellakin sovellettavissa muihin DSC-proteiineihin.Miksi joillakin potilailla, joilla on FKRP-mutaatioita, on WWS:n mukainen sairauden fenotyyppi, kun taas toisilla on LGMD2I?Vastaus tähän kysymykseen voi olla i) mihin glykosylaatioreitin vaiheeseen mutaatio vaikuttaa, tai ii) hypoglykosylaation asteeseen missä tahansa tietyssä vaiheessa.α-DG:n hypoglykosylaatio saattaa silti sallia jonkinasteisen vuorovaikutuksen ECM:n kanssa, mikä johtaa lievempään yleiseen fenotyyppiin, kun taas dissosiaatio tyvikalvosta lisää taudin fenotyypin vakavuutta.Potilaille, joilla on LGMD2I, kehittyy myös DCM, vaikka tämä on vähemmän dokumentoitu kuin DMD, mikä motivoi näiden mutaatioiden ymmärtämisen kiireellisyyttä sydänlihassolujen yhteydessä.
Sarkospani-sarkoglykaani-alakompleksi edistää DHA:n muodostumista ja on suoraan vuorovaikutuksessa β-DH:n kanssa.Sydänkudoksessa on neljä yksisuuntaista sarkoglykaania: α, β, γ ja δ91.Äskettäin on kuvattu, että c.218C>T missense-mutaatio SGCA-geenin eksonissa 3 ja osittainen heterotsygoottinen deleetio eksoneissa 7–8 aiheuttavat LGMD2D92:n.Tässä tapauksessa kirjoittajat eivät kuitenkaan arvioineet sydämen fenotyyppiä.
Muut ryhmät ovat havainneet, että SGCD sika-93- ja hiiri94-malleissa johtaa vähentyneeseen proteiinin ilmentymiseen sarkoglykaanialakompleksissa, mikä häiritsee DGC:iden yleistä rakennetta ja johtaa DCM:ään.Lisäksi 19 %:lla kaikista potilaista, joilla oli SGCA-, SGCB- tai SGCG-mutaatioita, ilmoitettiin olevan laajentunut kardiomyopatia, ja 25 % kaikista potilaista tarvitsi myös hengitystukea95.
Sarkoglykaanin (SG) δ:n resessiiviset mutaatiot johtavat sarkoglykaanikompleksien ja siten DGC:n vähenemiseen tai täydelliseen puuttumiseen sydänkudoksessa ja ovat vastuussa LGMD:stä ja siihen liittyvästä DCM96:sta.Mielenkiintoista on, että SG-δ:n dominantti-negatiiviset mutaatiot ovat spesifisiä sydän- ja verisuonijärjestelmälle ja ovat syynä familiaaliseen laajentuneeseen kardiomyopatiaan97.Dominantti-negatiivisten SG-δ R97Q- ja R71T-mutaatioiden on osoitettu ilmentyvän stabiilisti rotan sydänlihassoluissa ilman merkittävää kokonais-DGC98:n heikkenemistä.Näitä mutaatioita kantavat sydänsolut ovat kuitenkin herkempiä sarkolemmavaurioille, läpäisevyydelle ja mekaaniselle toimintahäiriölle mekaanisen rasituksen alaisena, mikä on yhdenmukainen DCM98-fenotyypin kanssa.
Sarcospan (SSPN) on 25 kDa:n tetraspaniini, joka sijaitsee sarkoglykaanialakompleksissa, ja sen uskotaan toimivan proteiinirunkoina99 100.Proteiinirunkoisena SSPN stabiloi α-DG99,101:n lokalisoitumista ja glykosylaatiota.SSPN:n yli-ilmentymisen hiirimalleissa on havaittu lisäävän lihasten ja laminiinin välistä sitoutumista102.Lisäksi SSPN:n on osoitettu olevan vuorovaikutuksessa integriinien kanssa, mikä viittaa kahden kylkiluiden välisen ylikuulumisen asteeseen, DGC:n ja integriini-taliini-vinkuliiniglykoproteiinirakenteen 100, 101, 102 välillä.SSPN:n tuhoutuminen johti myös α7β1:n lisääntymiseen hiiren luustolihaksissa.
Äskettäinen tutkimus osoitti, että sarkospanin yli-ilmentyminen tehostaa α-DG:n kypsymistä ja glykosylaatiota sydänkudoksessa galaktosyyliaminotransferaasi 2:n (Galgt2) knockdownista riippumatta DMD:n mdx-hiirimallissa, mikä lievittää sairauden fenotyyppiä 101. Lisääntynyt vuorovaikutus kompleksin dystroglykosylaation kanssa voi ECM, mikä lievittää eniten tautia.Lisäksi he ovat osoittaneet, että sarkospanin yliekspressio vähentää β1D-integriinin vuorovaikutusta DGC:iden kanssa, mikä korostaa sarkospanin mahdollista roolia integriinikompleksien säätelyssä101.
Syntrofiinit ovat perhe pieniä (58 kDa) proteiineja, jotka lokalisoituvat DGC:ihin, joilla ei itsellään ole luontaista entsymaattista aktiivisuutta ja jotka toimivat molekyylisovittimina103,104.Viisi isoformia (α-1, β-1, β-2, γ-1 ja γ-2) on tunnistettu, jotka osoittavat kudosspesifistä ilmentymistä, jolloin a-1-isoformi ilmentyy pääasiassa poikkijuovaisessa lihaskudoksessa105.Syntrofiinit ovat tärkeitä adapteriproteiineja, jotka helpottavat kommunikaatiota dystrofiinin ja signalointimolekyylien välillä, mukaan lukien neuronaalinen typpioksidisyntaasi (nNOS) luurankolihaksessa106.α-syntrofiini on vuorovaikutuksessa suoraan dystrofiinin 16-17 spektriinitoistodomeenin kanssa, joka puolestaan ​​sitoutuu nNOS106,107 PDZ:tä sitovaan motiiviin.
Syntrofiinit ovat myös vuorovaikutuksessa dystrobreviinin kanssa PH2- ja SU-sitoutumisdomeenien kautta, ja ne ovat myös vuorovaikutuksessa aktiinin sytoskeleton kanssa108.Todellakin, syntrofiinit näyttävät olevan erityisen tärkeä rooli solun tukirangan dynamiikan säätelyssä, ja α- ja β-isoformit pystyvät olemaan suoraan vuorovaikutuksessa F-aktiini 108:n kanssa ja siten todennäköisesti näyttelevät roolia jännityksen säätelyssä ja solun biomekaniikassa. vaikutus.Lisäksi syntrofiinien on osoitettu säätelevän sytoskeletonia Rac1109:n kautta.
Moduloivat syntrofiinitasot voivat palauttaa toiminnan, ja äskettäin tehty minidystrofiinia käyttävä tutkimus osoitti, että ΔR4-R23/ΔCT-konstrukti pystyi palauttamaan α-syntrofiinin sekä muut DGC-proteiinit tasoille, jotka ovat verrattavissa WT mdx -kardiomyosyyttien tasolle.
Sytoskeleton säätelyn roolinsa lisäksi syntrofiinit ovat hyvin dokumentoituja myös ionikanavien 111, 112, 113 säätelyssä.Syntrofiinien PDZ-sitoutumismotiivi säätelee sydämen jännitteestä riippuvaa Nav1.5111-kanavaa, jolla on keskeinen rooli sydämen kiihtyvyys ja johtuminen.Mielenkiintoista on, että mdx-hiirimallissa Nav1.5-kanavien todettiin olevan alasäädelty ja eläimillä havaittiin sydämen rytmihäiriöitä 111 .Lisäksi on osoitettu, että α1-syntrofiini säätelee mekanosensitiivisten ionikanavien perhettä, transienttireseptoripotentiaalikanavaa (TRPC) sydänkudoksessa 113, ja TRPC6:n eston on osoitettu parantavan rytmihäiriöitä DMD112-hiirimallissa.Lisääntyneen TRPC6-aktiivisuuden DMD:ssä on raportoitu johtavan sydämen rytmihäiriöihin, jotka helpottuvat yhdistettynä PKG 112:een.Mekaanisesti dystrofiinin ehtyminen edistää venytyksen aiheuttamaa [Ca2+]i:n sisäänvirtausta, joka toimii TRPC6:n ylävirtaan aktivoidakseen sen, kuten kardiomyosyyteissä ja verisuonten sileissä lihassoluissa näkyy112,114.TRPC6:n hyperaktivoituminen venytykseen tekee siitä tärkeän mekanosensorin ja mahdollisen terapeuttisen kohteen DMD112,114:ssä.
Dystrofiinin menetys johtaa koko DGC-kompleksin hajoamiseen tai huomattavaan suppressioon, minkä seurauksena monet mekaanisuojaavat ja mekaaniset transduktiotoiminnot menevät, mikä johtaa katastrofaaliseen fenotyyppiin, joka nähdään poikkijuovaisessa lihaskudoksessa DMD:ssä.Siksi voi olla järkevää ajatella, että RSK:t toimivat yhdessä ja että yksittäiset komponentit ovat riippuvaisia ​​muiden komponenttien olemassaolosta ja toiminnasta.Tämä pätee erityisesti dystrofiiniin, joka näyttää olevan välttämätön sarkolemmakompleksin kokoamiseen ja lokalisointiin kardiomyosyyteissä.Jokaisella komponentilla on ainutlaatuinen rooli sarkolemman yleisessä stabiloinnissa, tärkeiden apuproteiinien paikantamisessa, ionikanavien ja geeniekspression säätelyssä, ja yhden proteiinin menetys DGC:ssä johtaa koko sydänlihaksen säätelyhäiriöön.
Kuten edellä on osoitettu, monet DGC-proteiinit osallistuvat mekaaniseen transduktioon ja signalointiin, ja dystrofiini sopii erityisen hyvin tähän rooliin.Jos DGC sijaitsee kylkiluissa, tämä vahvistaa käsityksen, että se osallistuu mekaaniseen transduktioon integriinien kanssa.Siten DGC:t käyvät läpi fyysisesti anisotrooppisen voimansiirron ja osallistuvat solunsisäisen mikroympäristön mekanosensoriseen ja sytoskeletaaliseen uudelleenjärjestelyyn tensegrity-mallin mukaisesti.Lisäksi Dp427m puskuroi saapuvia biomekaanisia voimia laajentamalla spektrintoistoja sen keskeisessä ydinalueessa, toimien siten mekaanisuojana ylläpitämällä 25 pN purkausvoimaa laajennetulla 800 nm:n alueella.Halkeamalla dystrofiini pystyy "puskuroimaan" kardiomyosyyttien tuottaman supistumis-relaksaatiovoiman10.Spektriinin toistodomeenien kanssa vuorovaikutuksessa olevien proteiinien ja fosfolipidien monimuotoisuuden vuoksi on mielenkiintoista spekuloida, muuttaako spektrinin toiston purkaminen mekaanisesti herkkien proteiinien sitoutumiskinetiikkaa samalla tavalla kuin taliinin116, 117, 118.Asiaa ei kuitenkaan ole vielä päätetty, ja lisätutkimuksia tarvitaan.