Nerūdijančio plieno 347 / 347H suvirintos ritės vamzdžių cheminis komponentas, distrofino glikoproteinų kompleksų vaidmuo raumenų ląstelių mechaninėje transdukcijoje

Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Slankikliai, rodantys tris straipsnius vienoje skaidrėje.Norėdami pereiti per skaidres, naudokite mygtukus „Atgal“ ir „Kitas“ arba, norėdami pereiti per kiekvieną skaidrę, naudokite skaidrių valdiklio mygtukus pabaigoje.

Distrofinas yra pagrindinis skeleto raumenų ir kardiomiocitų distrofino ir glikoproteino komplekso (DGC) baltymas.Distrofinas suriša aktino citoskeletą su ekstraląsteline matrica (ECM).Ryšio tarp tarpląstelinės matricos ir tarpląstelinio citoskeleto plyšimas gali turėti niokojančių pasekmių griaučių raumenų ląstelių homeostazei ir sukelti daugybę raumenų distrofijų.Be to, funkcinių DGC praradimas sukelia progresuojančią išsiplėtusią kardiomiopatiją ir ankstyvą mirtį.Distrofinas veikia kaip molekulinė spyruoklė, o DHR atlieka pagrindinį vaidmenį palaikant sarkolemos vientisumą.Be to, daugėja įrodymų, siejančių DGC su mechaniniu signalizavimu, nors šis vaidmuo vis dar menkai suprantamas.Šiuo apžvalgos straipsniu siekiama pateikti šiuolaikišką vaizdą apie DGC ir jų vaidmenį mechaninėje transdukcijoje.Pirmiausia aptariame sudėtingą ryšį tarp raumenų ląstelių mechanikos ir funkcijos, o tada apžvelgiame naujausius tyrimus apie distrofino glikoproteino komplekso vaidmenį mechaninėje transdukcijoje ir raumenų ląstelių biomechaninio vientisumo palaikymui.Galiausiai apžvelgiame dabartinę literatūrą, kad suprastume, kaip DGC signalizacija susikerta su mechaninio signalizavimo keliais, kad išryškintume galimus būsimus intervencijos taškus, ypatingą dėmesį skiriant kardiomiopatijai.
Ląstelės nuolat palaiko ryšį su savo mikroaplinka, todėl norint interpretuoti ir integruoti biomechaninę informaciją, būtinas abipusis jų dialogas.Biomechanika kontroliuoja pagrindinius vėlesnius įvykius (pvz., citoskeleto pertvarkymus), kontroliuodama bendrą ląstelių fenotipą erdvėje ir laike.Šiame procese kardiomiocituose svarbiausia yra pakrančių sritis, sritis, kurioje sarkolema jungiasi su sarkomeru, sudarytu iš integrino-talino-vinkulino ir distrofino-glikoproteino (DGC) kompleksų.Pritvirtintos prie tarpląstelinio citoskeleto, šios atskiros židininės adhezijos (FA) skleidžia biomechaninių ir biocheminių ląstelių pokyčių kaskadą, kuri kontroliuoja diferenciaciją, proliferaciją, organogenezę, migraciją, ligos progresavimą ir kt.Biomechaninių jėgų pavertimas biocheminiais ir (arba) (epi)genetiniais pokyčiais yra žinomas kaip mechanotransdukcija1.
Jau seniai žinoma, kad integrino transmembraninis receptorius 2 pritvirtina tarpląstelinę matricą ląstelėse ir tarpininkauja tiek vidiniam, tiek išoriniam signalizavimui.Lygiagrečiai su integrinais, DGC suriša ECM su citoskeletu, sukurdami kritinį ryšį tarp ląstelės išorės ir vidaus3.Viso ilgio distrofinas (Dp427) pirmiausia išreiškiamas širdies ir skeleto raumenyse, bet taip pat stebimas centrinės nervų sistemos audiniuose, įskaitant tinklainę ir Purkinje audinius4.Manoma, kad integrinų ir DGC mutacijos yra raumenų distrofijos ir progresuojančios išsiplėtusios kardiomiopatijos (DCM) priežastys (1 lentelė)5,6.Visų pirma, DMD mutacijos, koduojančios centrinį distrofino baltymą DGC, sukelia Duchenne raumenų distrofiją (DMD)7.DGC susideda iš kelių subkompleksų, įskaitant α- ir β-distroglikaną (α/β-DG), sarkoglikaną-spaniną, distrofiną ir distrofiną 8.
Distrofinas yra citoskeleto baltymas, kurį koduoja DMD (Xp21.1-Xp22), kuris atlieka pagrindinį vaidmenį palaikant DGC.DGC palaiko sarkolemos vientisumą, ruožuotų raumenų audinio plazmos membraną.Distrofinas dar labiau sumažina susitraukimo sukeltą žalą, veikdamas kaip molekulinė spyruoklė ir molekulinis karkasas9, 10.Viso ilgio distrofino molekulinė masė yra 427 kDa, tačiau dėl daugybės vidinių DMD promotorių yra keletas natūraliai pasitaikančių sutrumpintų izoformų, įskaitant Dp7111.
Įrodyta, kad pagalbiniai baltymai yra lokalizuoti distrofinui, įskaitant tikrus mechaninius keitiklius, tokius kaip neuronų azoto oksido sintazė (nNOS), su „Yes“ susijęs baltymas (YAP) ir kaveolinas-3, taigi yra svarbūs ląstelių signalizacijos komponentai.12, 13, 14 junginiai. Be adhezijos, ląstelinio mechanizmo, susijusio su sąveika tarp ląstelių ir matricos, kurį sudaro integrinai ir jų pasroviui taikiniai, šie du kompleksai yra sąsaja tarp ląstelės „vidaus“ ir „išorės“. .Šių židinio adhezijų apsauga nuo nenormalaus sunaikinimo yra labai svarbi ląstelių elgesiui ir išgyvenimui.Be to, duomenys patvirtina, kad distrofinas yra mechaniškai jautrių jonų kanalų, įskaitant tempimo aktyvuojamus kanalus, ypač L tipo Ca2+ kanalus ir TRPC 15 kanalus, moduliatorius.
Nors distrofinas yra svarbus dryžuotų raumenų ląstelių homeostatinei funkcijai, tikslūs atraminiai mechanizmai yra mažiau aiškūs, ypač distrofino vaidmuo ir jo gebėjimas veikti kaip mechaninis jutiklis ir mechaninis gynėjas.Dėl distrofino praradimo iškilo keletas neatsakytų klausimų, įskaitant: ar mechaniškai jautrūs baltymai, tokie kaip YAP ir AMPK, yra netinkamai išdėstyti sarkolemoje;Ar yra susikirtimų su integrinais, aplinkybėmis, kurios gali sukelti nenormalią mechaninę transdukciją?Visos šios savybės gali prisidėti prie sunkaus DCM fenotipo, pastebėto pacientams, sergantiems DMD.
Be to, ląstelių biomechanikos pokyčių susiejimas su bendru DMD fenotipu turi svarbių klinikinių pasekmių.DMD yra su X susijusi raumenų distrofija, paveikianti 1:3500–5000 vyrų, kuriai būdingas ankstyvas mobilumo praradimas (<5 metų) ir progresuojantis DCM, kurio prognozė yra žymiai blogesnė nei kitų etiologijų DCM16, 17, 18.
Distrofino praradimo biomechanika nebuvo iki galo aprašyta, ir čia apžvelgiame įrodymus, patvirtinančius mintį, kad distrofinas iš tiesų atlieka mechanoprotekcinį vaidmenį, ty palaiko sarkolemos vientisumą, ir yra labai svarbus mechanotransdukcijai.Be to, peržiūrėjome įrodymus, rodančius svarbų susikirtimą su integrinais, konkrečiai surišančiais lamininą α7β1D dryžuotose raumenų ląstelėse.
Įterpimai ir ištrynimai yra atsakingi už daugybę DMD mutacijų, o 72% mutacijų sukelia tokios mutacijos19.Kliniškai DMD pasireiškia kūdikystėje (≤5 metų) su hipotenzija, teigiamu Gower požymiu, uždelstu su amžiumi susijusių pokyčių progresavimu, protiniu atsilikimu ir griaučių raumenų atrofija.Kvėpavimo sutrikimas istoriškai buvo pagrindinė DMD pacientų mirties priežastis, tačiau patobulinta palaikomoji priežiūra (kortikosteroidai, nuolatinis teigiamas kvėpavimo takų spaudimas) padidino šių pacientų gyvenimo trukmę, o DMD pacientų, gimusių po 1990 m., amžiaus mediana yra 28,1 metų 20,21 ..Tačiau didėjant pacientų išgyvenamumui, progresuojančios DCM prognozės yra žymiai prastesnės, palyginti su kitomis kardiomiopatijomis16, dėl to išsivysto paskutinės stadijos širdies nepakankamumas, kuris šiuo metu yra pagrindinė mirties priežastis, sudaranti maždaug 50 % DMD mirčių17,18.
Progresuojančiam DCM būdingas padidėjęs kairiojo skilvelio išsiplėtimas ir atitikimas, skilvelių retėjimas, padidėjusi fibroriebalų infiltracija, sumažėjusi sistolinė funkcija ir padidėjęs aritmijų dažnis.DCM laipsnis pacientams, sergantiems DMD, yra beveik visuotinis vėlyvoje paauglystėje (nuo 90% iki 18 metų), tačiau iki 10 metų jis pasireiškia maždaug 59% pacientų8,22.Šią problemą labai svarbu išspręsti, nes kairiojo skilvelio išstūmimo frakcija nuolat mažėja 1,6 % per metus23.
Širdies aritmijos yra dažnos pacientams, sergantiems DMD, ypač sinusine tachikardija ir skilveline tachikardija, ir yra staigios širdies mirties priežastis22.Aritmijos atsiranda dėl fibroriebalų infiltracijos, ypač kairiajame skilvelyje, dėl kurio pažeidžiama grįžtamoji grandinė, taip pat [Ca2+]i apdorojimo disfunkcija ir jonų kanalų disfunkcija24,25.Labai svarbu atpažinti klinikinį širdies vaizdą, nes ankstyvos gydymo strategijos gali atitolinti sunkaus DCM atsiradimą.
Širdies disfunkcijos ir skeleto raumenų sergamumo gydymo svarba parodyta įdomiame tyrime, kuriame buvo naudojamas pelės DMD modelis, vadinamas mdx26, siekiant ištirti skeleto raumenų audinio gerinimo poveikį, nesprendžiant pagrindinių širdies problemų, susijusių su DMD.Čia autoriai parodė paradoksalų 5 kartus padidėjusį širdies veiklos sutrikimą pagerėjus skeleto raumenims, o pelėms reikšmingai sumažėjo išstūmimo frakcija26.Pagerėjusi skeleto raumenų funkcija leidžia esant didesniam fiziniam aktyvumui labiau apkrauti miokardą, todėl jis labiau linkęs į bendrą disfunkciją.Tai pabrėžia DMD pacientų gydymo svarbą apskritai ir įspėja, kad negalima gydyti vien skeleto raumenų terapijos.
DGC atlieka keletą papildomų funkcijų, būtent, suteikia sarkolemos struktūrinį stabilumą, tampa molekuliniu karkasu, kuris veikia kaip signalizacijos grandis, reguliuoja mechaniškai jautrius jonų kanalus, šoninės mechaninės transdukcijos šerdį ir dalyvauja perduodant šoninę jėgą. šonkauliai (1b pav.)..Distrofinas vaidina pagrindinį vaidmenį šiame gebėjime, o dėl daugybės vidinių promotorių yra keletas skirtingų izoformų, kurių kiekviena atlieka skirtingą vaidmenį skirtinguose audiniuose.Skirtinga skirtingų distrofino izoformų audinių ekspresija patvirtina mintį, kad kiekviena izoforma atlieka skirtingą vaidmenį.Pavyzdžiui, širdies audinys išreiškia visą ilgį (Dp427m), taip pat trumpesnę Dp71m distrofino izoformą, o skeleto audinys išreiškia tik pirmąjį iš dviejų.Stebint kiekvieno potipio vaidmenį, galima atskleisti ne tik jo fiziologinę funkciją, bet ir raumenų distrofijos patogenezę.
Scheminis viso ilgio distrofino (Dp427m) ir mažesnės, sutrumpintos Dp71 izoformos vaizdas.Distrofinas turi 24 spektro pasikartojimus, atskirtus keturiomis kilpomis, taip pat aktino surišimo domeną (ABD), cisteino turtingą (CR) domeną ir C-galą (CT).Buvo nustatyti pagrindiniai surišimo partneriai, įskaitant mikrotubulus (MT) ir sarkolemą.Yra daug Dp71 izoformų, Dp71m reiškia raumenų audinį, o Dp71b reiškia nervinio audinio izoformą.Visų pirma, Dp71f reiškia neuronų citoplazminę izoformą.b Distrofino ir glikoproteino kompleksas (DHA) yra sarkolemoje kaip visuma.Biomechaninės jėgos persijungia tarp ECM ir F-aktino.Atkreipkite dėmesį į galimą susikirtimą tarp DGC ir integrino adhezijos, Dp71 gali turėti įtakos židinio sukibimui.Sukurta naudojant Biorender.com.
DMD yra dažniausia raumenų distrofija, kurią sukelia DMD mutacijos.Tačiau norint visapusiškai įvertinti mūsų dabartinį supratimą apie anti-distrofino vaidmenį, svarbu jį įtraukti į visą DGC kontekstą.Taigi kiti baltymai bus trumpai aprašyti.DGC baltymų sudėtis pradėta tirti devintojo dešimtmečio pabaigoje, ypatingą dėmesį skiriant distrofinui.Koenig27, 28, Hoffman29 ir Ervasti30 padarė svarbų atradimą, nustatydami distrofiną, 427 kDa baltymą skersaruožiuose raumenyse31.
Vėliau buvo įrodyta, kad kiti subkompleksai yra susiję su distrofinu, įskaitant sarkoglikaną, distrofino transmembraninį subkompleksą, disbreviną ir sintrofinus8, kurie kartu sudaro dabartinį DGC modelį.Šiame skyriuje pirmiausia bus išplatinti įrodymai apie DGC vaidmenį mechanosensoriniame suvokime, kartu nagrinėjant atskirus komponentus.
Viso ilgio distrofino izoforma, esanti dryžuotame raumeniniame audinyje, yra Dp427m (pvz., „m“, skirta raumenims atskirti nuo smegenų) ir yra didelis lazdelės formos baltymas, turintis keturias funkcines sritis, esančias po kardiomiocitų sarkolema, ypač šonkaulių srityje. 29, 32. Dp427m, koduojamas DMD geno Xp21.1, susideda iš 79 egzonų, sugeneruotų 2,2 megabazės, todėl yra didžiausias genas mūsų genome8.
Keli vidiniai DMD promotoriai gamina daugybę sutrumpintų distrofino izoformų, kai kurios iš jų yra specifinės audiniams.Palyginti su Dp427m, Dp71m yra žymiai sutrumpintas ir jam trūksta spektrino kartojimo domeno arba N-galo ABD domeno.Tačiau Dp71m išlaiko C-galo surišimo struktūrą.Kardiomiocituose Dp71m vaidmuo neaiškus, tačiau buvo įrodyta, kad jis lokalizuojasi T kanalėliuose, o tai rodo, kad jis gali padėti reguliuoti sužadinimo ir susitraukimo jungtį 33, 34, 35.Mūsų žiniomis, neseniai rastas Dp71m širdies audinyje sulaukė mažai dėmesio, tačiau kai kurie tyrimai rodo, kad jis yra susijęs su tempimo aktyvuotais jonų kanalais, o Masubuchi pasiūlė, kad jis gali turėti įtakos nNOS33 reguliavimui., 36. Tai darant, Dp71 sulaukė didelio dėmesio neurofiziologijos ir trombocitų tyrimuose – srityse, kurios gali suteikti informacijos apie vaidmenį kardiomiocituose37, 38, 39.
Nerviniame audinyje daugiausia ekspresuojama Dp71b izoforma, pranešta apie 14 izoformų38.Įrodyta, kad Dp71b, svarbaus akvaporino 4 ir Kir4.1 kalio kanalų reguliatoriaus centrinėje nervų sistemoje, ištrynimas keičia kraujo ir smegenų barjero pralaidumą40.Atsižvelgiant į Dp71b vaidmenį reguliuojant jonų kanalą, Dp71m gali atlikti panašų vaidmenį kardiomiocituose.
DGC buvimas šonkaulių ganglijose iš karto rodo vaidmenį mechanotransdukcijoje, ir iš tikrųjų buvo įrodyta, kad jis lokalizuojasi kartu su integrino-talino-vinkulino kompleksais 41 .Be to, atsižvelgiant į tai, kad šoninis segmentas yra skersinės mechaninės transdukcijos dėmesys, Dp427m lokalizacija čia pabrėžia jo vaidmenį apsaugant ląsteles nuo susitraukimų sukeltos žalos.Be to, Dp427m sąveikauja su aktinu ir mikrotubulų citoskeletu, taip užbaigdamas ryšį tarp tarpląstelinės aplinkos ir tarpląstelinės matricos.
N-galą, kuriame yra aktiną surišantis domenas 1 (ABD1), sudaro du kalmodulino homologijos domenai (CH), kurie reikalingi sąveikai su F-aktinu ir γ-aktino izoformos pritvirtinimui prie sarkolemos 42, 43.Distrofinas gali prisidėti prie bendro kardiomiocitų klampumo, prisijungdamas prie subsarkoleminio citoskeleto, o jo lokalizacija šonkaulių ganglijose palaiko jo dalyvavimą mechaninėje transdukcijoje ir mechaninėje apsaugoje 44, 45.
Centrinį pagrindinį domeną sudaro 24 į spektriną panašūs pasikartojantys baltymai, kurių kiekvienas yra maždaug 100 aminorūgščių liekanų ilgio.Spektrino pasikartojimai yra įsiterpę į keturis vyrių domenus, suteikiančius baltymui lankstumo ir didelį išplėtimo laipsnį.Distrofino spektro pasikartojimai gali atsiskleisti fiziologiniame jėgų diapazone (15-30 pN), besitęsiančioje nuo 21 nm iki 84 nm, jėgos, pasiekiamos miozino susitraukimui 46 .Šios spektrino kartojimo srities savybės leidžia distrofinui veikti kaip molekulinis amortizatorius.
Centrinis Dp427m strypas užtikrina jo lokalizaciją sarkolemoje, ypač dėl hidrofobinės ir elektrostatinės sąveikos su fosfatidilserinu 47,48.Įdomu tai, kad centrinė distrofino šerdis skirtingai sąveikauja su sarcolemma fosfolipidais skeleto ir širdies audiniuose, galbūt atspindėdama skirtingus pavasario modelius.kritinis, o skeleto raumenys taip pat yra susiję su R10-R1249.
Norint prisijungti prie γ-aktino citoskeleto, reikalingas ABD2 spektro pasikartojimo 11–17 sritis, kurią sudaro bazinės aminorūgščių liekanos ir kuri skiriasi nuo F-aktiną surišančio CH domeno.Mikrovamzdeliai tiesiogiai sąveikauja su pagrindiniu distrofino domenu, šiai sąveikai reikia 4–15 ir 20–23 spektro pasikartojimų likučių, o ankirino B buvimas reikalingas, kad būtų išvengta mikrotubulių susidarymo šioje vietoje.Vamzdžių nėra 50,51,52.Įrodyta, kad tarpas tarp mikrotubulių ir distrofino pablogina DMD patologiją, nes didėja reaktyviosios deguonies rūšys (X-ROS).
CR domenas per ankiriną ​​B yra dar vienas sarkolemminių fosfolipidų inkaras52.Ankyrin-B ir ankyrin-G reikalingi distrofino / DGC šonkaulių lokalizacijai, o jų nebuvimas lemia difuzinį sarkolemmalinį DGC52 modelį.
CR domene yra WW surišimo domenas, kuris tiesiogiai sąveikauja su β-DG PPxY surišimo motyvu.Prisijungdamas prie distrofino-glikano komplekso, distrofinas užbaigia ryšį tarp ląstelės vidaus ir išorės54.Šis ryšys yra labai svarbus dryžuotam raumeniui, kaip rodo faktas, kad sutrikus ryšiui tarp ECM ir ląstelės vidaus, atsiranda gyvybę ribojanti raumenų distrofija.
Galiausiai, CT domenas yra labai konservuotas regionas, kuris sudaro susuktą spiralę ir yra labai svarbus prisijungimui prie α-distrobrevino ir α1-, β1-sintrofinų55,56.α-distrobrevinas prisijungia prie distrofino CT srities ir suteikia papildomą atsparumą distrofinui sarkolemoje57.
Embriono ir vaisiaus vystymosi metu utropinas yra plačiai ekspresuojamas įvairiuose audiniuose, įskaitant endotelio ląsteles, nervinį audinį ir dryžuotą raumenų audinį58.Utrofiną išreiškia UTRN, esantis 6q chromosomoje, ir yra distrofino autologas, turintis 80% baltymų homologiją.Vystymosi metu utrofinas lokalizuojasi sarkolemoje, tačiau yra ženkliai slopinamas postnataliniame dryžuotame raumeniniame audinyje, kur jį pakeičia distrofinas.Po gimimo utrofino lokalizacija apsiriboja sausgyslėmis ir griaučių raumenų neuroraumeninėmis jungtimis58,59.
Utrofinų surišimo partneriai iš esmės yra panašūs į distrofinų partnerius, nors buvo aprašyti kai kurie pagrindiniai skirtumai.Pavyzdžiui, distrofinas sąveikauja su β-DG per savo WW domeną, kurį stabilizuoja ZZ domenas (pavadintas dėl gebėjimo surišti du cinko jonus) savo KT srityje, kur cisteino rūgšties liekanos 3307-3354 yra ypač svarbios šiai sąveikai60. ., 61. Utrofinas taip pat jungiasi prie β-DG per WW/ZZ domeną, tačiau tikslūs šią sąveiką palaikantys likučiai skiriasi nuo distrofino liekanų (3307–3345 distrofine ir 3064–3102 utrofine) 60,61.Svarbu tai, kad utrofino prisijungimas prie β-DG buvo maždaug 2 kartus mažesnis, palyginti su distrofinu 61. Buvo pranešta, kad distrofinas prisijungia prie F-aktino per 11–17 spektro pasikartojimus, o panašios utrofino vietos negali prisijungti prie F-aktino, net didelės koncentracijos, tačiau gali sąveikauti per savo CH domenus.Veiksmas 62,63,64.Galiausiai, skirtingai nei distrofinas, utrofinas negali prisijungti prie mikrotubulių51.
Biomechaniškai utrofino spektrino pasikartojimai turi skirtingą atsiskleidimo modelį, palyginti su distrofinu65.Utrofino spektrinas kartoja dislokavimą didesnėmis jėgomis, panašiai kaip titinas, bet ne distrofinas65.Tai atitinka jo lokalizaciją ir vaidmenį perduodant standžią elastinę jėgą sausgyslių sankryžose, tačiau dėl to utrofinas gali būti mažiau tinkamas veikti kaip molekulinė spyruoklė buferinėse jėgose, kurias sukelia susitraukimas65.Apibendrinant, šie duomenys rodo, kad esant utrofino perdėtai ekspresijai, gali pasikeisti mechaninės transdukcijos ir mechaninio buferio galimybės, ypač atsižvelgiant į skirtingus surišimo partnerius / mechanizmus, tačiau tam reikia tolesnio eksperimentinio tyrimo.
Funkciniu požiūriu tai, kad manoma, kad utrofinas turi panašų poveikį kaip distrofinas, yra galimas DMD66, 67 gydymo tikslas.Tiesą sakant, buvo įrodyta, kad kai kurie pacientai, sergantys DMD, per daug ekspresuoja utrofiną, galbūt kaip kompensacinį mechanizmą, o fenotipas buvo sėkmingai atkurtas naudojant pelės modelį su pernelyg didele utrofino ekspresija 68 .Nors utrofino reguliavimas yra tikėtina terapinė strategija, atsižvelgus į formalų ir funkcinį skirtumą tarp utrofino ir distrofino bei šios per didelės ekspresijos sukėlimo naudą tinkamai lokalizuojant išilgai sarkolemos, ilgalaikė utrofino strategija vis dar neaiški.Pažymėtina, kad moterų nešiotojai turi mozaikinį utrofino ekspresijos modelį, o distrofino ir utrofino santykis gali turėti įtakos šių pacientų išsiplėtusios kardiomiopatijos laipsniui69, nors pelių nešiotojų modeliai parodė..
Distroglikano subkompleksą sudaro du baltymai, α- ir β-distroglikanas (α-, β-DG), abu transkribuoti iš DAG1 geno, o po to po transliacijos suskaidomi į dviejų komponentų baltymus 71 .α-DG yra labai glikozilintas DGC ekstraląsteliniame aspekte ir tiesiogiai sąveikauja su prolino likučiais laminine α2, taip pat su agrin72 ir pikakulinu73 bei distrofino CT / CR sritimi 73, 74, 75, 76.O-susietas glikozilinimas, ypač serino liekanos, reikalingas jo sąveikai su ECM.Glikozilinimo kelias apima daug fermentų, kurių mutacijos sukelia raumenų distrofiją (taip pat žr. 1 lentelę).Tai apima O-mannosiltransferazę POMT2, fukutiną ir su fukutinu susijusį baltymą (FKRP), dvi ribitolio fosfotransferazes, kurios į pagrindinį glikaną prideda tandeminių ribitolio fosfatų, ir baltymą LARGE1, kuris prideda ksilozės ir gliukozės.Linijinis urono rūgšties polisacharidas, dar žinomas kaip matricos glikanas glikano gale77.FKRP taip pat dalyvauja kuriant ir palaikant ECM, o dėl mutacijų jame sumažėja laminino α2 ir α-DG77, 78, 79 ekspresija.Be to, FKRP taip pat gali nukreipti bazinės plokštelės ir širdies ekstraląstelinės matricos susidarymą per glikozilintą fibronektiną 80.
β-DG turi PPxY surišimo motyvą, kuris tiesiogiai lokalizuoja ir išskiria YAP12.Tai įdomi išvada, nes tai reiškia, kad DGC reguliuoja kardiomiocitų ląstelių ciklą.α-DH naujagimių kardiomiocituose sąveikauja su agrinu, kuris skatina širdies regeneraciją ir DGC76 lizę dėl ląstelių brendimo.Kai kardiomiocitai bręsta, agrino ekspresija mažėja laminino naudai, kuri, kaip manoma, prisideda prie ląstelių ciklo sustabdymo76.Morikawa12 parodė, kad dvigubas distrofino ir salvadoro, neigiamo YAP reguliatoriaus, numušimas sukelia kardiomiocitų hiperproliferaciją infarktą sukeliančiame prieskrandyje.Tai paskatino įdomią idėją, kad manipuliavimas YAP gali turėti klinikinės reikšmės užkertant kelią audinių praradimui po miokardo infarkto.Taigi, agrino sukelta DGC lizė gali būti ašis, leidžianti aktyvuoti YAP ir yra galimas širdies regeneracijos būdas.
Mechaniškai α- ir β-DG būtini norint palaikyti sarkolemos ir bazinio sluoksnio sąveiką81.Tiek α-DG, tiek α7 integrinai prisideda prie jėgos susidarymo šonkaulio ganglione, o α-DG praradimas sukelia sarkolemos atsiskyrimą nuo bazinės sluoksnio, todėl skeleto raumenų audinys tampa pažeidžiamas susitraukimų sukeltų pažeidimų.Kaip aprašyta anksčiau, distroglikano kompleksas reguliuoja bendrą DGC apyvartą, kur prisijungimas prie giminingo ligando laminino sukelia β-DG892 PPPY surišančio motyvo tirozino fosforilinimą.Tirozino fosforilinimas čia skatina distrofino išardymą, o tai apverčia DGC kompleksą.Fiziologiškai šis procesas yra labai reguliuojamas, o raumenų distrofijos atveju jo nėra82, nors pagrindiniai šį procesą kontroliuojantys mechanizmai nėra visiškai suprantami.
Įrodyta, kad ciklinis tempimas suaktyvina ERK1 / 2 ir AMPK kelius per distrofino kompleksą ir susijusį baltymo plektiną83.Kartu plektinas ir distroglikanas turi ne tik veikti kaip pastoliai, bet ir dalyvauti mechaninėje transdukcijoje, o plektino numušimas sumažina ERK1 / 2 ir AMPK83 aktyvumą.Plektinas taip pat jungiasi prie citoskeleto tarpinio gijų desmino, ir buvo įrodyta, kad per didelė desmino ekspresija pagerina ligos fenotipą mdx: desmin ir mdx pelėse, DMD84 dvigubo išmušimo pelės modelyje.Sąveikaujant su β-DG, plektinas netiesiogiai sujungia DGC su šiuo citoskeleto komponentu.Be to, distroglikanas sąveikauja su augimo faktoriaus receptorius jungiančiu baltymu 2 (Grb2), kuris, kaip žinoma, dalyvauja citoskeleto pertvarkymuose85.Įrodyta, kad Ras aktyvinimas integrinu yra tarpininkaujamas per Grb2, kuris gali būti potencialus integrinų ir DGC86 susikirtimo būdas.
Genų, dalyvaujančių α-DH glikozilinimo, mutacijos sukelia vadinamąją raumenų distrofiją.Distroglikanopatijos turi klinikinį nevienalytiškumą, tačiau jas daugiausia sukelia α-DG ir laminino α277 sąveikos sutrikimas.Distrofiglikanozės, kurias sukelia pirminės DAG1 mutacijos, paprastai yra labai retos, tikriausiai todėl, kad jos yra mirtinos embrionams87, tai patvirtina ląstelių susiejimo su ECM poreikį.Tai reiškia, kad daugumą distrofinių glikanų ligų sukelia antrinės baltymų mutacijos, susijusios su glikozilinimu.Pavyzdžiui, POMT1 mutacijos sukelia itin sunkų Walker-Warburg sindromą, kuriam būdinga anencefalija ir žymiai sutrumpėjusi gyvenimo trukmė (mažiau nei 3 metai)88.Tačiau FKRP mutacijos dažniausiai pasireiškia kaip galūnių juostos raumenų distrofija (LGMD), kuri paprastai (bet ne visada) yra gana lengva.Tačiau buvo įrodyta, kad FKRP mutacijos yra reta WWS89 priežastis.FKRP buvo nustatyta daug mutacijų, kurių pagrindinė mutacija (c.826>A) dažniausiai sukelia LGMD2I90.
LGMD2I yra gana lengva raumenų distrofija, kurios patogenezė pagrįsta tarpląstelinės matricos ir tarpląstelinio citoskeleto ryšio sutrikimu.Mažiau aiškus ryšys tarp genotipo ir fenotipo pacientams, turintiems šių genų mutacijų, ir iš tikrųjų ši koncepcija taikoma kitiems DSC baltymams.Kodėl kai kuriems pacientams, sergantiems FKRP mutacijomis, ligos fenotipas atitinka WWS, o kiti turi LGMD2I?Atsakymas į šį klausimą gali slypėti: i) kurį glikozilinimo kelio etapą paveikė mutacija, arba ii) hipoglikozilinimo laipsnį bet kuriame etape.α-DG hipoglikozilinimas vis tiek gali leisti tam tikrą sąveiką su ECM, todėl bendras fenotipas yra švelnesnis, o atsiribojimas nuo bazinės membranos padidina ligos fenotipo sunkumą.Pacientams, sergantiems LGMD2I, taip pat išsivysto DCM, nors tai yra mažiau dokumentuota nei DMD, todėl būtina skubiai suprasti šias mutacijas kardiomiocitų kontekste.
Sarkospano-sarkoglikano subkompleksas skatina DHR susidarymą ir tiesiogiai sąveikauja su β-DH.Širdies audinyje yra keturi vienakrypčiai sarkoglikanai: α, β, γ ir δ91.Neseniai buvo aprašyta, kad c.218C>T missense mutacija SGCA geno 3 egzone ir dalinė heterozigotinė delecija 7–8 egzonuose sukelia LGMD2D92.Tačiau šiuo atveju autoriai neįvertino širdies fenotipo.
Kitos grupės nustatė, kad SGCD kiaulių93 ir pelės94 modeliuose sumažina baltymų ekspresiją sarkoglikano subkomplekse, sutrikdo bendrą DGC struktūrą ir sukelia DCM.Be to, buvo pranešta, kad 19 % visų pacientų, turinčių SGCA, SGCB ar SGCG mutacijas, buvo išsiplėtusi kardiomiopatija, o 25 % visų pacientų taip pat reikėjo kvėpavimo palaikymo95.
Dėl sarkoglikano (SG) δ recesyvinių mutacijų sumažėja sarkoglikano kompleksų, taigi ir DGC, širdies audinyje arba jų visiškai nėra, todėl jos yra atsakingos už LGMD ir su juo susijusį DCM96.Įdomu tai, kad dominuojančios neigiamos SG-δ mutacijos yra būdingos širdies ir kraujagyslių sistemai ir yra šeiminės išsiplėtusios kardiomiopatijos priežastis97.Įrodyta, kad SG-δ R97Q ir R71T dominuojančios neigiamos mutacijos yra stabiliai išreikštos žiurkių kardiomiocituose be reikšmingo bendro DGC98 pažeidimo.Tačiau širdies ląstelės, turinčios šias mutacijas, yra jautresnės sarkolemos pažeidimams, pralaidumui ir mechaniniams sutrikimams, esant mechaniniam įtempimui, atitinkantį DCM98 fenotipą.
Sarkospanas (SSPN) yra 25 kDa tetraspaninas, lokalizuotas sarkoglikano subkomplekse ir, kaip manoma, tarnauja kaip baltymų karkasas99 100.Kaip baltymų karkasas, SSPN stabilizuoja α-DG99,101 lokalizaciją ir glikozilinimą.Nustatyta, kad pernelyg didelė SSPN ekspresija pelių modeliuose padidina raumenų ir laminino jungimąsi102.Be to, buvo įrodyta, kad SSPN sąveikauja su integrinais, o tai rodo dviejų šonkaulių jungčių, DGC, ir integrino-talino-vinkulino glikoproteino struktūros 100, 101 102 skersinio pokalbio laipsnį.SSPN numušimas taip pat padidino α7β1 pelių skeleto raumenyse.
Neseniai atliktas tyrimas parodė, kad sarkospano perteklinė ekspresija padidina α-DG brendimą ir glikozilinimą širdies audinyje, nepriklausomai nuo galaktozilaminotransferazės 2 (Galgt2) numušimo DMD mdx pelės modelyje ir taip palengvina ligos fenotipą 101. Padidėjusi glikozilinimo komplekso sąveika gali padidėti ECM, tokiu būdu labiausiai sušvelninant ligą.Be to, jie parodė, kad sarkospano per didelė ekspresija sumažina β1D integrino sąveiką su DGC, pabrėždama galimą sarkospano vaidmenį reguliuojant integrino kompleksus101.
Sintrofinai yra mažų (58 kDa) baltymų šeima, kuri lokalizuojasi DGC, patys neturi vidinio fermentinio aktyvumo ir tarnauja kaip molekuliniai adapteriai103,104.Buvo nustatytos penkios izoformos (α-1, β-1, β-2, γ-1 ir γ-2), rodančios specifinę audinių ekspresiją, o α-1 izoforma daugiausia ekspresuojama dryžuotame raumenų audinyje105.Sintrofinai yra svarbūs adaptaciniai baltymai, palengvinantys ryšį tarp distrofino ir signalinių molekulių, įskaitant neuronų azoto oksido sintazę (nNOS) skeleto raumenyse106.α-sintrofinas tiesiogiai sąveikauja su distrofino 16-17 spektro kartojimo domenu, kuris savo ruožtu prisijungia prie nNOS106, 107 PDZ surišimo motyvo.
Sintrofinai taip pat sąveikauja su distrobrevinu per PH2 ir SU surišimo domenus, taip pat jie sąveikauja su aktino citoskeletu 108 .Iš tiesų, atrodo, kad sintrofinai vaidina ypač svarbų vaidmenį reguliuojant citoskeleto dinamiką, o α ir β izoformos gali tiesiogiai sąveikauti su F-aktinu 108 ir todėl greičiausiai vaidina vaidmenį reguliuojant ląstelių įtempimą ir biomechaniką. poveikis.Be to, įrodyta, kad sintrofinai reguliuoja citoskeletą per Rac1109.
Moduliuojantis sintrofino lygis gali atkurti funkciją, o neseniai atliktas tyrimas, naudojant mini-distrofiną, parodė, kad ΔR4-R23 / ΔCT konstrukcija sugebėjo atkurti α-sintrofiną ir kitus DGC baltymus iki lygių, panašių į WT mdx kardiomiocitus.
Be savo vaidmens reguliuojant citoskeletą, sintrofinai taip pat yra gerai dokumentuoti reguliuojant jonų kanalus 111, 112, 113.PDZ surišantis sintrofinų motyvas reguliuoja nuo širdies įtampos priklausomą Nav1.5111 kanalą, kuris atlieka pagrindinį vaidmenį nustatant širdies jaudrumą ir laidumą.Įdomu tai, kad mdx pelės modelyje buvo nustatyta, kad Nav1.5 kanalai buvo sureguliuoti, o gyvūnams buvo nustatyta širdies aritmija 111 .Be to, įrodyta, kad mechaniškai jautrių jonų kanalų šeima, trumpalaikis receptorių potencialo kanalas (TRPC), yra reguliuojamas α1-sintrofinu širdies audinyje 113, o TRPC6 slopinimas pagerina aritmijas DMD112 pelės modelyje.Buvo pranešta, kad padidėjęs TRPC6 aktyvumas sergant DMD sukelia širdies aritmijas, kurios palengvėja kartu su PKG 112 .Mechaniškai distrofino išeikvojimas skatina tempimo sukeltą [Ca2+]i antplūdį, kuris veikia prieš TRPC6, kad jį suaktyvintų, kaip parodyta kardiomiocituose ir kraujagyslių lygiųjų raumenų ląstelėse112,114.Hiperaktyvavus TRPC6 tempimui, jis tampa pagrindiniu mechaniniu jutikliu ir galimu terapiniu taikiniu DMD112, 114.
Dystrofino praradimas sukelia viso DGC komplekso lizę arba ryškų slopinimą, o vėliau prarandama daug mechanoprotekcinių ir mechaninių transdukcijos funkcijų, dėl to atsiranda katastrofiškas fenotipas, pastebėtas DMD dryžuotame raumeniniame audinyje.Todėl gali būti pagrįsta manyti, kad RSK veikia kartu ir kad atskiri komponentai priklauso nuo kitų komponentų buvimo ir veikimo.Tai ypač pasakytina apie distrofiną, kuris, atrodo, reikalingas sarkolemos kompleksui surinkti ir lokalizuoti kardiomiocituose.Kiekvienas komponentas atlieka unikalų vaidmenį prisidedant prie bendro sarkolemos stabilizavimo, pagrindinių papildomų baltymų lokalizacijos, jonų kanalų ir genų ekspresijos reguliavimo, o vieno baltymo praradimas DGC sukelia viso miokardo reguliavimo sutrikimą.
Kaip parodyta aukščiau, daugelis DGC baltymų dalyvauja mechaninėje transdukcijoje ir signalizacijoje, o distrofinas yra ypač tinkamas šiam vaidmeniui.Jei DGC yra šonkauliuose, tai patvirtina nuomonę, kad jis kartu su integrinais dalyvauja mechaninėje transdukcijoje.Taigi, DGC fiziškai perduoda anizotropinę jėgą ir dalyvauja tarpląstelinės mikroaplinkos mechanosensoriniame ir citoskeletiniame pertvarkyme, atsižvelgiant į tensegrity modelį.Be to, Dp427m apsaugo įeinančias biomechanines jėgas, išplėsdamas spektro pasikartojimus savo centrinėje šerdies srityje, taip veikdamas kaip mechanoprotektorius, palaikydamas 25 pN išvyniojimo jėgą išplėstiniame 800 nm diapazone.Skildamas distrofinas gali „buferizuoti“ kardiomiocitų susitraukimo-atsipalaidavimo jėgą10.Atsižvelgiant į baltymų ir fosfolipidų, kurie sąveikauja su spektrino pasikartojančiais domenais, įvairovę, įdomu spėlioti, ar spektrino pasikartojimo išvyniojimas keičia mechaniškai jautrių baltymų surišimo kinetiką panašiai kaip talino 116, 117, 118.Tačiau tai dar nenustatyta, todėl reikalingas tolesnis tyrimas.