310 Kemijska komponenta kapilarne spiralne cijevi od nehrđajućeg čelika, uloga distrofinskih glikoproteinskih kompleksa u mehanotransdukciji mišićnih stanica

Hvala što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju preglednika s ograničenom CSS podrškom.Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, web stranicu prikazujemo bez stilova i JavaScripta.
Klizači koji prikazuju tri članka po slajdu.Za pomicanje kroz slajdove koristite gumbe Natrag i Sljedeće ili gumbe za upravljanje slajdovima na kraju za kretanje kroz svaki slajd.

310 Dobavljači kapilarnih spiralnih cijevi od nehrđajućeg čelika

Distrofin je glavni protein kompleksa distrofin-glikoprotein (DGC) u skeletnim mišićima i kardiomiocitima.Distrofin veže aktinski citoskelet na izvanstanični matriks (ECM).Puknuće veze između izvanstaničnog matriksa i unutarstaničnog citoskeleta može imati razorne posljedice za homeostazu stanica skeletnih mišića, što dovodi do brojnih mišićnih distrofija.Osim toga, gubitak funkcionalnih DGC dovodi do progresivne dilatacijske kardiomiopatije i prerane smrti.Distrofin djeluje kao molekularna opruga, a DHA igra ključnu ulogu u održavanju integriteta sarkoleme.Štoviše, gomilaju se dokazi koji povezuju DGC s mehaničkim signaliziranjem, iako je ta uloga i dalje slabo shvaćena.Ovaj pregledni članak ima za cilj pružiti suvremeni pogled na DGC i njihovu ulogu u mehanotransdukciji.Najprije raspravljamo o složenom odnosu između mehanike i funkcije mišićnih stanica, a zatim dajemo pregled nedavnih istraživanja o ulozi distrofinskog glikoproteinskog kompleksa u mehanotransdukciji i održavanju biomehaničkog integriteta mišićnih stanica.Na kraju, pregledavamo trenutnu literaturu kako bismo razumjeli kako se signalizacija DGC-a križa s putevima mehanosignalizacije kako bismo istaknuli potencijalne buduće točke intervencije, s posebnim fokusom na kardiomiopatiju.
Stanice su u stalnoj komunikaciji sa svojim mikrookruženjem, a za interpretaciju i integraciju biomehaničkih informacija nužan je dvosmjerni dijalog između njih.Biomehanika kontrolira ključne naknadne događaje (npr. preuređenje citoskeleta) kontrolirajući cjelokupni stanični fenotip u prostoru i vremenu.Središnji dio ovog procesa u kardiomiocitima je kostalna regija, regija gdje se sarkolema povezuje sa sarkomerom sastavljenom od kompleksa integrin-talin-vinkulin i distrofin-glikoprotein (DGC).Vezane za unutarstanični citoskelet, ove diskretne žarišne adhezije (FA) šire kaskadu biomehaničkih i biokemijskih staničnih promjena koje kontroliraju diferencijaciju, proliferaciju, organogenezu, migraciju, progresiju bolesti i više.Pretvorba biomehaničkih sila u biokemijske i/ili (epi)genetske promjene poznata je kao mehanotransdukcija1.
Za transmembranski receptor integrina 2 odavno je poznato da usidri izvanstanični matriks u stanicama i posreduje unutarnju i vanjsku signalizaciju.Paralelno s integrinima, DGC vežu ECM na citoskelet, uspostavljajući kritičnu vezu između vanjskog i unutarnjeg dijela stanice3.Distrofin pune duljine (Dp427) prvenstveno se eksprimira u srčanom i skeletnom mišiću, ali se također opaža u tkivima središnjeg živčanog sustava, uključujući mrežnicu i Purkinjeovo tkivo4.Smatra se da su mutacije u integrinima i DGC uzroci mišićne distrofije i progresivne dilatacijske kardiomiopatije (DCM) (Tablica 1)5,6.Konkretno, mutacije DMD-a koje kodiraju DGC proteina središnjeg distrofina uzrokuju Duchenneovu mišićnu distrofiju (DMD)7.DGC se sastoji od nekoliko podkompleksa uključujući α- i β-distroglikan (α/β-DG), sarkoglikan-sarkospan, sintrofin i distrofin8.
Distrofin je citoskeletni protein kodiran DMD-om (Xp21.1-Xp22) koji ima središnju ulogu u održavanju DGC-a.DGC održava cjelovitost sarkoleme, plazma membrane poprečno-prugastog mišićnog tkiva.Distrofin dodatno smanjuje štetu uzrokovanu kontrakcijom djelujući kao molekularna opruga i molekularna skela9,10.Distrofin pune duljine ima molekularnu težinu od 427 kDa, međutim, zbog mnogih unutarnjih promotora u DMD-u, postoji nekoliko prirodnih skraćenih izoformi, uključujući Dp7111.
Pokazalo se da su pomoćni proteini lokalizirani na distrofin, uključujući prave mehanotransduktore kao što su neuronska sintaza dušikovog oksida (nNOS), protein povezan s Yes (YAP) i kaveolin-3, te tako predstavljaju važne komponente stanične signalizacije.Spojevi 12, 13, 14. Osim adhezije, staničnog mehanizma povezanog s interakcijama između stanica i matriksa, kojeg tvore integrini i njihove nizvodne mete, ova dva kompleksa predstavljaju sučelje između "unutrašnjosti" i "vanjštine" stanice .Zaštita ovih žarišnih priraslica od abnormalnog uništenja ključna je za ponašanje i preživljavanje stanica.Osim toga, podaci potvrđuju da je distrofin modulator mehanoosjetljivih ionskih kanala, uključujući kanale aktivirane rastezanjem, posebno Ca2+ kanale L-tipa i TRPC 15 kanale.
Iako je distrofin važan za homeostatsku funkciju stanica poprečno-prugastih mišića, precizni potporni mehanizmi su manje jasni, posebice uloga distrofina i njegova sposobnost da djeluje kao mehanosenzor i mehanički zaštitnik.Zbog gubitka distrofina, pojavilo se nekoliko neodgovorenih pitanja, uključujući: jesu li mehanosenzitivni proteini kao što su YAP i AMPK pogrešno smješteni u sarkolemu;Postoje li preslušavanja s integrinima, okolnosti koje mogu dovesti do abnormalne mehanotransdukcije?Sve ove značajke mogu pridonijeti ozbiljnom fenotipu DCM-a koji se vidi kod pacijenata s DMD-om.
Osim toga, povezanost promjena u staničnoj biomehanici s ukupnim fenotipom DMD ima važne kliničke implikacije.DMD je X-vezana mišićna distrofija koja pogađa 1:3500–5000 muškaraca, karakterizirana ranim gubitkom pokretljivosti (<5 godina) i progresivnim DCM sa značajno lošijom prognozom od DCM druge etiologije16,17,18.
Biomehanika gubitka distrofina nije u potpunosti opisana, a ovdje pregledavamo dokaze koji podupiru ideju da distrofin doista igra mehanozaštitnu ulogu, tj. održava integritet sarkoleme, te je kritičan u mehanotransdukciji.Osim toga, pregledali smo dokaze koji upućuju na važne preslušavanja s integrinima, koji specifično vežu laminin α7β1D u stanicama poprečno-prugastih mišića.
Insercije i delecije odgovorne su za velik broj mutacija u DMD-u, pri čemu je 72% mutacija uzrokovano takvim mutacijama19.Klinički, DMD se očituje u djetinjstvu (≤5 godina) hipotenzijom, pozitivnim Gowerovim znakom, odgođenim napredovanjem promjena povezanih s dobi, mentalnom retardacijom i atrofijom skeletnih mišića.Respiratorni distres je kroz povijest bio vodeći uzrok smrti kod pacijenata s DMD-om, ali poboljšana suportivna njega (kortikosteroidi, kontinuirani pozitivni tlak u dišnim putovima) produljila je očekivani životni vijek ovih pacijenata, a srednja dob pacijenata s DMD-om rođenih nakon 1990. je 28,1 godina 20,21 ..Međutim, kako se preživljenje pacijenata povećava, prognoza progresivnog DCM-a značajno je lošija u usporedbi s drugim kardiomiopatijama16, što dovodi do završnog stadija zatajenja srca, koji je trenutno vodeći uzrok smrti, čineći približno 50% smrti od DMD-a17,18.
Progresivni DCM karakterizira povećana dilatacija i popustljivost lijeve klijetke, stanjivanje klijetke, povećana fibro-masna infiltracija, smanjena sistolička funkcija i povećana učestalost aritmija.Stupanj DCM-a u bolesnika s DMD-om gotovo je univerzalan u kasnoj adolescenciji (90% do 18 godina), ali je prisutan u približno 59% bolesnika do 10. godine života8,22.Rješavanje ovog problema je kritično jer ejekcijska frakcija lijeve klijetke stalno opada po stopi od 1,6% godišnje23.
Srčane aritmije česte su u bolesnika s DMD-om, osobito sinusna i ventrikularna tahikardija, te su uzrok iznenadne srčane smrti22.Aritmije su rezultat fibro-masne infiltracije, osobito u subbazalnoj lijevoj klijetki, koja oštećuje povratni krug kao i disfunkciju obrade [Ca2+]i i disfunkciju ionskih kanala24,25.Prepoznavanje kliničke srčane prezentacije je kritično, budući da rane strategije liječenja mogu odgoditi pojavu teške DCM.
Važnost liječenja srčane disfunkcije i morbiditeta skeletnih mišića prikazana je u zanimljivoj studiji koja je koristila mišji model DMD-a nazvan mdx26 za proučavanje učinaka poboljšanja skeletnog mišićnog tkiva bez rješavanja temeljnih srčanih problema prisutnih u DMD-u.Ovdje su autori pokazali paradoksalno peterostruko povećanje srčane disfunkcije nakon poboljšanja skeletnih mišića, a miševi su imali značajno smanjenje ejekcijske frakcije26.Poboljšana funkcija skeletnih mišića omogućuje višoj tjelesnoj aktivnosti da više optereti miokard, čineći ga osjetljivijim na opću disfunkciju.Ovo naglašava važnost liječenja pacijenata s DMD općenito i upozorava protiv same terapije skeletnih mišića.
DGC-ovi obavljaju nekoliko dodatnih funkcija, naime, osiguravaju strukturnu stabilnost sarkoleme, postaju molekularna skela koja djeluje kao signalna veza, reguliraju mehanoosjetljive ionske kanale, jezgru kostalne mehanotransdukcije, te sudjeluju u prijenosu bočne sile u području rebra (slika 1b)..Distrofin igra središnju ulogu u ovoj sposobnosti, a zbog prisutnosti mnogih unutarnjih promotora, postoji nekoliko različitih izoformi, od kojih svaka igra različitu ulogu u različitim tkivima.Diferencijalna tkivna ekspresija različitih izoformi distrofina podupire ideju da svaka izoforma ima drugačiju ulogu.Na primjer, srčano tkivo izražava punu dužinu (Dp427m) kao i kraću Dp71m izoformu distrofina, dok skeletno tkivo izražava samo prvu od ta dva.Promatranje uloge svakog podtipa može otkriti ne samo njegovu fiziološku funkciju, već i patogenezu mišićne distrofije.
Shematski prikaz distrofina pune duljine (Dp427m) i manje, skraćene izoforme Dp71.Distrofin ima 24 spektrinska ponavljanja odvojena s četiri petlje, kao i aktin-vezujuću domenu (ABD), domenu bogatu cisteinom (CR) i C-terminus (CT).Identificirani su ključni partneri za vezanje, uključujući mikrotubule (MT) i sarkolemu.Postoji mnogo izoformi Dp71, Dp71m se odnosi na mišićno tkivo, a Dp71b se odnosi na izoformu živčanog tkiva.Konkretno, Dp71f se odnosi na citoplazmatski izoform neurona.b Kompleks distrofina i glikoproteina (DHA) nalazi se u sarkolemi kao cjelini.Biomehaničke sile se prebacuju između ECM-a i F-aktina.Imajte na umu potencijalno preslušavanje između DGC-a i adhezije integrina, Dp71 može igrati ulogu u žarišnim adhezijama.Izrađeno s Biorender.com.
DMD je najčešća mišićna distrofija i uzrokovana je mutacijama u DMD-u.Međutim, da bismo u potpunosti cijenili naše trenutno razumijevanje uloge anti-distrofina, važno je staviti ga u kontekst DGC-a kao cjeline.Stoga će ukratko biti opisani drugi konstitutivni proteini.Proteinski sastav DGC-a počeo se proučavati kasnih 1980-ih, s posebnom pozornošću na distrofin.Koenig27,28, Hoffman29 i Ervasti30 došli su do važnog otkrića identificiranjem distrofina, proteina od 427 kDa u poprečno-prugastom mišiću31.
Naknadno se pokazalo da su drugi podkompleksi povezani s distrofinom, uključujući sarkoglikan, transsin, distrofinski subkompleks, disbrevin i sintrofine8, koji zajedno čine trenutni DGC model.Ovaj odjeljak prvo će proširiti dokaze o ulozi DGC-a u mehanosenzornoj percepciji dok će detaljno ispitivati ​​pojedinačne komponente.
Izoforma distrofina pune duljine prisutna u poprečno-prugastom mišićnom tkivu je Dp427m (npr. "m" za mišić kako bi se razlikovao od mozga) i veliki je štapićasti protein s četiri funkcionalne domene smještene ispod sarkoleme kardiomiocita, posebno u obalnoj regiji 29, 32. Dp427m, kodiran DMD genom na Xp21.1, sastoji se od 79 egzona generiranih na 2,2 megabaze i stoga je najveći gen u našem genomu8.
Nekoliko unutarnjih promotora u DMD-u proizvodi višestruke skraćene izoforme distrofina, od kojih su neke tkivno specifične.U usporedbi s Dp427m, Dp71m je značajno skraćen i nema domenu ponavljanja spektrina ili N-terminalnu ABD domenu.Međutim, Dp71m zadržava C-terminalnu veznu strukturu.U kardiomiocitima, uloga Dp71m je nejasna, ali se pokazalo da se lokalizira u T tubulima, što sugerira da bi mogao pomoći u regulaciji sprege ekscitacija-kontrakcija 33,34,35.Prema našim saznanjima, nedavno otkriće Dp71m u srčanom tkivu dobilo je malo pažnje, ali neke studije sugeriraju da je povezan s ionskim kanalima aktiviranim istezanjem, a Masubuchi je sugerirao da bi mogao igrati ulogu u regulaciji nNOS33., 36. Pritom je Dp71 dobio značajnu pozornost u neurofiziologiji i istraživanju trombocita, područjima koja mogu dati uvid u ulogu u kardiomiocitima37,38,39.
U živčanom tkivu, izoforma Dp71b je pretežno izražena, s 14 prijavljenih izoformi38.Pokazalo se da delecija Dp71b, važnog regulatora akvaporina 4 i Kir4.1 kalijevih kanala u središnjem živčanom sustavu, mijenja propusnost krvno-moždane barijere40.S obzirom na ulogu Dp71b u regulaciji ionskih kanala, Dp71m može imati sličnu ulogu u kardiomiocitima.
Prisutnost DGC u kostalnim ganglijima odmah ukazuje na ulogu u mehanotransdukciji, i doista se pokazalo da se lokalizira zajedno s integrin-talin-vinkulin kompleksima 41 .Štoviše, s obzirom na to da je obalni segment fokus za poprečnu mehanotransdukciju, lokalizacija Dp427m ovdje naglašava njegovu ulogu u zaštiti stanica od oštećenja uzrokovanih kontrakcijom.Nadalje, Dp427m stupa u interakciju s aktinom i citoskeletom mikrotubula, čime se dovršava veza između unutarstaničnog okoliša i izvanstaničnog matriksa.
N-kraj koji sadrži aktin-vezujuću domenu 1 (ABD1) sastoji se od dvije domene homologije kalmodulina (CH) koje su potrebne za interakciju s F-aktinom i pričvršćivanje izoforme γ-aktina za sarkolemu42,43.Distrofin može doprinijeti ukupnoj viskoelastičnosti kardiomiocita pričvršćivanjem na subsarkolemalni citoskelet, a njegova lokalizacija u kostalnim ganglijima podupire njegovu uključenost u mehanotransdukciju kao i mehanoprotekciju44,45.
Središnja središnja domena sastoji se od 24 ponovljena proteina slična spektrinu, od kojih je svaki dugačak približno 100 aminokiselinskih ostataka.Ponavljanja spektrina prošarana su s četiri zglobne domene, dajući proteinu fleksibilnost i visok stupanj rastezljivosti.Ponavljanja spektrina distrofina mogu se razviti unutar fiziološkog raspona sila (15-30 pN) koji se protežu od 21 nm do 84 nm, sila koje su moguće za kontrakciju miozina 46 .Ove značajke domene ponavljanja spektrina omogućuju distrofinu da djeluje kao molekularni amortizer.
Središnja šipka Dp427m osigurava njegovu lokalizaciju u sarkolemi, posebice, kroz hidrofobne i elektrostatske interakcije s fosfatidilserinom 47,48.Zanimljivo je da središnja jezgra distrofina različito stupa u interakciju s fosfolipidima sarkoleme u skeletnim i srčanim tkivima, što vjerojatno odražava različite obrasce opruga.kritičan, dok su skeletni mišići također povezani s R10-R1249.
Vezanje na citoskelet γ-aktina zahtijeva regiju ponavljanja 11-17 spektrina ABD2, koja se sastoji od bazičnih aminokiselinskih ostataka i razlikuje se od CH domene koja veže F-aktin.Mikrotubule stupaju u izravnu interakciju s jezgrom domene distrofina, ova interakcija zahtijeva ostatke spektrinskih ponavljanja 4-15 i 20-23, a prisutnost ankirina B potrebna je za sprječavanje stvaranja mikrotubula na ovom mjestu.Cijevi su odsutne 50,51,52.Pokazalo se da jaz između mikrotubula i distrofina pogoršava DMD patologiju povećanjem reaktivnih vrsta kisika (X-ROS).
CR domena putem ankirina B još je jedno sidro za sarkolemalne fosfolipide52.Ankirin-B i ankirin-G potrebni su za lokalizaciju distrofina/DGC u rebrima, a njihova odsutnost rezultira difuznim sarkolemalnim uzorkom DGC52.
CR domena sadrži WW veznu domenu koja izravno stupa u interakciju s PPxY veznim motivom β-DG.Vezanjem za kompleks distrofin-glikana, distrofin dovršava vezu između unutarnjeg i vanjskog dijela stanice54.Ova veza je kritična za poprečno-prugasti mišić, što dokazuje činjenica da prekid veze između ECM-a i unutrašnjosti stanice dovodi do mišićne distrofije koja ograničava život.
Konačno, CT domena je visoko očuvana regija koja tvori zavojnicu i kritična je za vezanje na α-distrobrevin i α1-,β1-sintrofine55,56.α-distrobrevin se veže na CT domenu distrofina i pruža dodatnu otpornost na distrofin u sarkolemi57.
Tijekom embrionalnog i fetalnog razvoja, Utrophin se široko eksprimira u različitim tkivima, uključujući endotelne stanice, živčano tkivo i poprečno-prugasto mišićno tkivo58.Utrofin eksprimira UTRN koji se nalazi na kromosomu 6q i autolog je distrofina s 80% homologijom proteina.Tijekom razvoja, utrofin je lokaliziran u sarkolemi, ali je značajno potisnut u postnatalnom poprečno-prugastom mišićnom tkivu, gdje ga zamjenjuje distrofin.Nakon rođenja, lokalizacija utrofina ograničena je na tetive i neuromuskularne spojeve skeletnih mišića58,59.
Partneri za vezanje utrofina uglavnom su slični onima distrofina, iako su opisane neke ključne razlike.Na primjer, distrofin stupa u interakciju s β-DG preko svoje WW domene, koju stabilizira ZZ domena (nazvana po svojoj sposobnosti da veže dva iona cinka) unutar svoje CT regije, gdje su ostaci cisteinske kiseline 3307-3354 posebno važni za ovu interakciju60 ., 61. Utrofin se također veže na β-DG preko WW/ZZ domene, ali točni ostaci koji podržavaju ovu interakciju razlikuju se od ostataka distrofina (3307-3345 u distrofinu i 3064-3102 u utrofinu) 60,61.Važno je da je vezanje utrofina za β-DG bilo približno 2 puta niže u usporedbi s distrofinom 61. Za distrofin je objavljeno da se veže za F-aktin putem ponavljanja spektrina 11-17, dok se slična mjesta u utrofinu ne mogu vezati za F-aktin, čak ni na visoke koncentracije, ali mogu međusobno djelovati preko svojih CH-domena.Radnja 62,63,64.Konačno, za razliku od distrofina, utrofin se ne može vezati na mikrotubule51.
Biomehanički, ponavljanja spektrina utrofina imaju poseban obrazac odvijanja u usporedbi s distrofinom65.Utrofin-spektrin ponavlja razvoj pri višim silama, slično titinu, ali ne i distrofinu65.Ovo je u skladu s njegovom lokalizacijom i ulogom u prijenosu krute elastične sile na spojevima tetiva, ali može učiniti utrofin manje prikladnim da djeluje kao molekularna opruga u puferskim silama izazvanim kontrakcijom 65 .Uzeti zajedno, ovi podaci sugeriraju da se sposobnosti mehanotransdukcije i mehanopuferiranja mogu promijeniti u prisutnosti prekomjerne ekspresije utrofina, posebno s obzirom na različite partnere/mehanizme vezanja, no to zahtijeva daljnje eksperimentalno istraživanje.
S funkcionalnog gledišta, činjenica da se vjeruje da utrofin ima slične učinke kao distrofin čini ga potencijalnom metom liječenja DMD66,67.U stvari, pokazalo se da neki pacijenti s DMD imaju prekomjernu ekspresiju utrofina, vjerojatno kao kompenzacijski mehanizam, a fenotip je uspješno obnovljen u modelu miša s prekomjernom ekspresijom utrofina 68 .Dok je regulacija utrofina vjerojatna terapijska strategija, razmatranje formalne i funkcionalne razlike između utrofina i distrofina i korisnosti induciranja ove prekomjerne ekspresije pravilnom lokalizacijom duž sarkoleme čini dugoročnu strategiju utrofina još uvijek nejasnom.Naime, ženske nositeljice pokazuju mozaični uzorak ekspresije utrofina, a omjer između distrofina i utrofina može utjecati na stupanj proširene kardiomiopatije u ovih pacijenata,69 iako su to pokazali mišji modeli nositelja..
Podkompleks distroglikana sastoji se od dva proteina, α- i β-distroglikana (α-, β-DG), oba transkribirana iz DAG1 gena i zatim post-translacijski cijepana u dvije komponente proteina 71 .α-DG je visoko glikoziliran u izvanstaničnom aspektu DGC-a i izravno komunicira s ostacima prolina u lamininu α2, kao i s agrinom72 i pikakulinom73 i CT/CR regijom distrofina73,74,75,76.O-vezana glikozilacija, posebno serinskih ostataka, potrebna je za njegovu interakciju s ECM-om.Put glikozilacije uključuje mnoge enzime čije mutacije dovode do mišićne distrofije (vidi također tablicu 1).To uključuje O-manoziltransferazu POMT2, fukutin i fukutin-srodan protein (FKRP), dvije ribitol-fosfotransferaze koje dodaju tandem ribitol-fosfata jezgri glikana i LARGE1 protein koji dodaje ksilozu i glukozu.Linearni polisaharid uronske kiseline, također poznat kao matrični glikan na kraju glikana77.FKRP je također uključen u razvoj i održavanje ECM-a, a mutacije u njemu dovode do smanjene ekspresije laminina α2 i α-DG77,78,79.Osim toga, FKRP također može usmjeravati stvaranje bazalne lamine i srčanog izvanstaničnog matriksa putem glikoziliranog fibronektina 80.
β-DG sadrži PPxY vezni motiv koji izravno lokalizira i sekvestrira YAP12.Ovo je zanimljivo otkriće jer implicira da DGC regulira stanički ciklus kardiomiocita.α-DH u neonatalnim kardiomiocitima stupa u interakciju s agrinom, što potiče regeneraciju srca i lizu DGC76 zbog sazrijevanja stanica.Kako kardiomiociti sazrijevaju, ekspresija agrina se smanjuje u korist laminina, za koji se smatra da doprinosi zaustavljanju staničnog ciklusa76.Morikawa12 je pokazao da dvostruko obaranje distrofina i salvadora, negativnog regulatora YAP-a, dovodi do hiperproliferacije kardiomiocita u buragu koji uzrokuje infarkt.To je dovelo do uzbudljive ideje da bi manipulacija YAP-om mogla biti od kliničke vrijednosti u sprječavanju gubitka tkiva nakon infarkta miokarda.Stoga bi agrin-inducirana liza DGC-a mogla predstavljati osovinu koja omogućuje aktivaciju YAP-a i potencijalni je put za regeneraciju srca.
Mehanički, α- i β-DG su potrebni za održavanje interakcije između sarkoleme i bazalnog sloja 81 .I α-DG i α7 integrini doprinose stvaranju sile u kostalnom gangliju, a gubitak α-DG uzrokuje odvajanje sarkoleme od bazalne lamine, ostavljajući skeletno mišićno tkivo ranjivim na oštećenje izazvano kontrakcijom.Kao što je prethodno opisano, kompleks distroglikana regulira ukupni promet DGC-a, gdje vezanje na srodni ligand laminin rezultira fosforilacijom tirozina PPPY-vezujućeg motiva β-DG892.Fosforilacija tirozina ovdje potiče rastavljanje distrofina, što preokreće DGC kompleks.Fiziološki, ovaj je proces visoko reguliran, što je odsutno kod mišićne distrofije82, iako temeljni mehanizmi koji kontroliraju ovaj proces nisu u potpunosti shvaćeni.
Pokazalo se da cikličko rastezanje aktivira puteve ERK1/2 i AMPK kroz kompleks distrofina i srodni proteinski plektin83.Zajedno, plektin i distroglikan su potrebni ne samo da djeluju kao skela, već i da sudjeluju u mehanotransdukciji, a rušenje plektina dovodi do smanjenja aktivnosti ERK1/2 i AMPK83.Plektin se također veže na desmin intermedijarnog filamenta citoskeleta, a pokazalo se da prekomjerna ekspresija desmina poboljšava fenotip bolesti u mdx:desmin i mdx miševa, DMD84 duplo nokautirani mišji model.U interakciji s β-DG, plektin neizravno veže DGC na ovu komponentu citoskeleta.Osim toga, distroglikan stupa u interakciju s proteinom 2 (Grb2) koji veže receptor faktora rasta, za koji je poznato da je uključen u preuređenje citoskeleta85.Pokazalo se da je Ras aktivacija integrinom posredovana preko Grb2, što može pružiti potencijalni put za preslušavanje između integrina i DGC86.
Mutacije u genima uključenim u α-DH glikozilaciju dovode do tzv. mišićne distrofije.Distroglikanopatije pokazuju kliničku heterogenost, ali su uglavnom uzrokovane poremećajem u interakciji između α-DG i laminina α277.Distrofiglikanoze uzrokovane primarnim mutacijama u DAG1 općenito su izuzetno rijetke, vjerojatno zato što su smrtonosne za embrion87, čime se potvrđuje potreba za staničnim povezivanjem s ECM-om.To znači da je većina distrofičnih glikanskih bolesti uzrokovana sekundarnim mutacijama proteina povezanih s glikozilacijom.Na primjer, mutacije u POMT1 uzrokuju izuzetno teški Walker-Warburgov sindrom, koji je karakteriziran anencefalijom i izrazito skraćenim životnim vijekom (manje od 3 godine)88.Međutim, FKRP mutacije pretežno se očituju kao mišićna distrofija udova (LGMD), koja je obično (ali ne uvijek) relativno blaga.Međutim, pokazalo se da su mutacije u FKRP rijedak uzrok WWS89.U FKRP-u su identificirane mnoge mutacije, od kojih osnivačka mutacija (c.826>A) najčešće uzrokuje LGMD2I90.
LGMD2I je relativno blaga mišićna distrofija čija se patogeneza temelji na poremećaju veze između izvanstaničnog matriksa i intracelularnog citoskeleta.Manje je jasan odnos između genotipa i fenotipa u pacijenata s mutacijama u ovim genima, i doista je ovaj koncept primjenjiv na druge DSC proteine.Zašto neki pacijenti s FKRP mutacijama pokazuju fenotip bolesti koji je u skladu s WWS, dok drugi imaju LGMD2I?Odgovor na ovo pitanje može ležati u i) na koji korak puta glikozilacije utječe mutacija, ili ii) stupanj hipoglikozilacije u bilo kojem koraku.Hipoglikozilacija α-DG još uvijek može dopustiti određeni stupanj interakcije s ECM-om što rezultira blažim ukupnim fenotipom, dok disocijacija od bazalne membrane povećava težinu fenotipa bolesti.Pacijenti s LGMD2I također razvijaju DCM, iako je to manje dokumentirano nego DMD, što motivira hitnost razumijevanja ovih mutacija u kontekstu kardiomiocita.
Podkompleks sarkospan-sarkoglikana potiče stvaranje DHA i izravno komunicira s β-DH.Postoje četiri jednosmjerna sarkoglikana u srčanom tkivu: α, β, γ i δ91.Nedavno je opisano da missense mutacija c.218C>T u eksonu 3 gena SGCA i djelomična heterozigotna delecija u egzonima 7-8 uzrokuju LGMD2D92.Međutim, u ovom slučaju autori nisu procijenili srčani fenotip.
Druge skupine su otkrile da SGCD u modelima svinja93 i miša94 rezultira smanjenom ekspresijom proteina u subkompleksu sarkoglikana, narušavajući ukupnu strukturu DGC-a i dovodeći do DCM-a.Osim toga, 19% svih pacijenata s mutacijama SGCA, SGCB ili SGCG imalo je dilatativnu kardiomiopatiju, a 25% svih pacijenata također je zahtijevalo respiratornu potporu95.
Recesivne mutacije u sarkoglikanu (SG) δ rezultiraju smanjenjem ili potpunim odsustvom sarkoglikanskih kompleksa, a time i DGC-a u srčanom tkivu i odgovorne su za LGMD i s njim povezani DCM96.Zanimljivo je da su dominantno negativne mutacije u SG-δ specifične za kardiovaskularni sustav i uzrok su obiteljske dilatacijske kardiomiopatije97.Pokazalo se da su dominantno negativne mutacije SG-δ R97Q i R71T stabilno izražene u kardiomiocitima štakora bez značajnog oštećenja ukupnog DGC98.Međutim, stanice srca koje nose ove mutacije osjetljivije su na oštećenje sarkoleme, propusnost i mehaničku disfunkciju pod mehaničkim stresom, u skladu s fenotipom DCM98.
Sarcospan (SSPN) je tetraspanin od 25 kDa lokaliziran u subkompleksu sarkoglikana i vjeruje se da služi kao proteinska skela99,100.Kao proteinska skela, SSPN stabilizira lokalizaciju i glikozilaciju α-DG99,101.Utvrđeno je da prekomjerna ekspresija SSPN-a u mišjim modelima povećava vezanje između mišića i laminina 102 .Osim toga, pokazalo se da SSPN stupa u interakciju s integrinima, što ukazuje na stupanj preslušavanja između dviju komisura rebra, DGC, i glikoproteinske strukture integrin-talin-vinkulin100,101,102.Nokdaun SSPN također je rezultirao povećanjem α7β1 u skeletnim mišićima miša.
Nedavna studija pokazala je da prekomjerna ekspresija sarkospana pojačava sazrijevanje i glikozilaciju α-DG u srčanom tkivu neovisno o nokdaunu galaktozilaminotransferaze 2 (Galgt2) u mdx mišjem modelu DMD-a, čime se ublažava fenotip bolesti 101. Povećana glikozilacija distroglikanskog kompleksa može poboljšati interakciju s ECM, čime se najviše ublažava bolest.Štoviše, pokazali su da prekomjerna ekspresija sarkospana smanjuje interakciju β1D integrina s DGC-ima, naglašavajući moguću ulogu sarkospana u regulaciji kompleksa integrina101.
Sintrofini su obitelj malih (58 kDa) proteina koji se lokaliziraju na DGC, sami nemaju intrinzičnu enzimsku aktivnost i služe kao molekularni adapteri103,104.Identificirano je pet izoformi (α-1, β-1, β-2, γ-1 i γ-2) koje pokazuju ekspresiju specifičnu za tkivo, pri čemu je izoforma α-1 pretežno izražena u poprečno-prugastom mišićnom tkivu 105 .Sintrofini su važni adaptorski proteini koji olakšavaju komunikaciju između distrofina i signalnih molekula, uključujući neuronsku sintazu dušikovog oksida (nNOS) u skeletnim mišićima106.α-sintrofin stupa u izravnu interakciju s domenom ponavljanja spektrina distrofina 16-17, koja se pak veže na nNOS106,107 PDZ-vezujući motiv.
Sintrofini također stupaju u interakciju s distrobrevinom preko PH2 i SU veznih domena, a također stupaju u interakciju s aktinskim citoskeletom 108 .Doista, čini se da sintrofini igraju osobito važnu ulogu u regulaciji dinamike citoskeleta, a izoforme α i β mogu izravno komunicirati s F-aktinom 108 i stoga vjerojatno igraju ulogu u regulaciji tensegriteta i biomehanike stanične posljedica.Osim toga, pokazalo se da sintrofini reguliraju citoskelet putem Rac1109.
Moduliranje razine sintrofina može vratiti funkciju, a nedavna studija koja je koristila mini-distrofin pokazala je da je konstrukt ΔR4-R23/ΔCT mogao vratiti α-sintrofin kao i druge DGC proteine ​​na razine usporedive s WT mdx kardiomiocitima.
Uz njihovu ulogu u regulaciji citoskeleta, sintrofini su također dobro dokumentirani u regulaciji ionskih kanala 111,112,113.PDZ-vezujući motiv sintrofina regulira Nav1.5111 kanal ovisan o srčanom naponu, koji igra ključnu ulogu u uspostavljanju srčane ekscitabilnosti i provođenja.Zanimljivo, u mdx mišjem modelu, utvrđeno je da su Nav1.5 kanali regulirani naniže i da su kod životinja pronađene srčane aritmije 111 .Osim toga, pokazalo se da obitelj mehanoosjetljivih ionskih kanala, prolazni receptorski potencijalni kanal (TRPC), regulira α1-sintrofin u srčanom tkivu 113, a pokazalo se da inhibicija TRPC6 poboljšava aritmije u modelu miša DMD112.Zabilježeno je da povećana aktivnost TRPC6 kod DMD dovodi do srčanih aritmija, koje se ublažavaju u kombinaciji s PKG 112 .Mehanički gledano, smanjenje distrofina potiče rastezanjem inducirani priljev [Ca2+]i koji djeluje uzvodno od TRPC6 da ga aktivira, kao što je prikazano u kardiomiocitima i vaskularnim glatkim mišićnim stanicama112,114.Hiperaktivacija TRPC6 radi rastezanja čini ga glavnim mehanosenzorom i potencijalnom terapeutskom metom kod DMD112,114.
Gubitak distrofina dovodi do lize ili izražene supresije cijelog DGC kompleksa, s naknadnim gubitkom mnogih mehanoprotektivnih i mehanotransdukcijskih funkcija, što rezultira katastrofalnim fenotipom koji se vidi u poprečno-prugastom mišićnom tkivu kod DMD-a.Stoga bi moglo biti razumno smatrati da RSK-ovi rade usklađeno i da pojedinačne komponente ovise o prisutnosti i funkcioniranju drugih komponenti.Ovo posebno vrijedi za distrofin, koji je, čini se, potreban za sastavljanje i lokalizaciju kompleksa sarkoleme u kardiomiocitima.Svaka komponenta ima jedinstvenu ulogu u doprinosu sveukupnoj stabilizaciji sarkoleme, lokalizaciji ključnih pomoćnih proteina, regulaciji ionskih kanala i ekspresiji gena, a gubitak jednog proteina u DGC-u dovodi do disregulacije cijelog miokarda.
Kao što je prikazano gore, mnogi DGC proteini uključeni su u mehanotransdukciju i signalizaciju, a distrofin je posebno prikladan za tu ulogu.Ako se DGC nalazi u rebrima, to potvrđuje mišljenje da on sudjeluje u mehanotransdukciji zajedno s integrinima.Prema tome, DGC-i fizički prolaze kroz anizotropni prijenos sile i sudjeluju u mehanosenzornom i citoskeletnom preuređenju unutarstaničnog mikrookruženja, u skladu s tensegrity modelom.Osim toga, Dp427m prigušuje nadolazeće biomehaničke sile širenjem ponavljanja spektrina unutar središnje domene jezgre, čime djeluje kao mehanoprotektor održavajući silu odmotavanja od 25 pN u proširenom rasponu od 800 nm.Cijepanjem distrofin može "prigušiti" snagu kontrakcije-opuštanja koju proizvode kardiomiociti10.S obzirom na raznolikost proteina i fosfolipida koji stupaju u interakciju s domenama ponavljanja spektrina, zanimljivo je nagađati mijenja li odmotavanje ponavljanja spektrina kinetiku vezanja mehanoosjetljivih proteina na sličan način kao kod talina116,117,118.Međutim, to još nije utvrđeno i potrebna je daljnja istraga.