Химический компонент капиллярных змеевиковых трубок из нержавеющей стали 310, Роль гликопротеиновых комплексов дистрофина в механотрансдукции мышечных клеток

Благодарим вас за посещение Nature.com.Вы используете версию браузера с ограниченной поддержкой CSS.Для оптимальной работы мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer).Кроме того, для обеспечения постоянной поддержки мы показываем сайт без стилей и JavaScript.
Слайдеры, показывающие по три статьи на слайде.Используйте кнопки «Назад» и «Далее» для перемещения по слайдам или кнопки контроллера слайдов в конце для перемещения по каждому слайду.

310 Поставщики капиллярных гибких трубок из нержавеющей стали

Дистрофин является основным белком дистрофин-гликопротеинового комплекса (ДГК) в скелетных мышцах и кардиомиоцитах.Дистрофин связывает актиновый цитоскелет с внеклеточным матриксом (ECM).Разрыв связи между внеклеточным матриксом и внутриклеточным цитоскелетом может иметь разрушительные последствия для гомеостаза клеток скелетных мышц, приводя к ряду мышечных дистрофий.Кроме того, потеря функциональных ДГК приводит к прогрессирующей дилатационной кардиомиопатии и преждевременной смерти.Дистрофин действует как молекулярная пружина, а ДГК играет ключевую роль в поддержании целостности сарколеммы.Более того, накапливаются доказательства связи DGC с механической передачей сигналов, хотя эта роль остается плохо изученной.Целью этой обзорной статьи является представление современного взгляда на ДГК и их роль в механотрансдукции.Сначала мы обсудим сложную взаимосвязь между механикой и функцией мышечных клеток, а затем рассмотрим недавние исследования роли гликопротеинового комплекса дистрофина в механотрансдукции и поддержании биомеханической целостности мышечных клеток.Наконец, мы рассмотрим современную литературу, чтобы понять, как передача сигналов DGC пересекается с механосигнальными путями, чтобы выделить потенциальные будущие точки вмешательства, уделяя особое внимание кардиомиопатии.
Клетки находятся в постоянной связи со своим микроокружением, и для интерпретации и интеграции биомеханической информации между ними необходим двусторонний диалог.Биомеханика контролирует ключевые последующие события (например, перестройки цитоскелета), контролируя общий клеточный фенотип в пространстве и времени.Центральное место в этом процессе в кардиомиоцитах занимает реберная область, область, где сарколемма соединяется с саркомером, состоящим из комплексов интегрин-талин-винкулин и дистрофин-гликопротеин (DGC).Прикрепленные к внутриклеточному цитоскелету, эти дискретные фокальные спайки (FA) распространяют каскад биомеханических и биохимических клеточных изменений, которые контролируют дифференцировку, пролиферацию, органогенез, миграцию, прогрессирование заболевания и многое другое.Преобразование биомеханических сил в биохимические и/или (эпи)генетические изменения известно как механотрансдукция1.
Трансмембранный рецептор интегрина 2 давно известен как закрепляющий внеклеточный матрикс в клетках и опосредующий как внутреннюю, так и внешнюю передачу сигналов.Параллельно с интегринами DGCs связывают ЕСМ с цитоскелетом, устанавливая критическую связь между внешней и внутренней частью клетки3.Полноразмерный дистрофин (Dp427) преимущественно экспрессируется в сердечной и скелетных мышцах, но также наблюдается в тканях центральной нервной системы, включая сетчатку и ткань Пуркинье4.Считается, что мутации в интегринах и DGC являются причинами мышечной дистрофии и прогрессирующей дилатационной кардиомиопатии (ДКМП) (табл. 1)5,6.В частности, мутации DMD, кодирующие центральный белок дистрофина DGC, вызывают мышечную дистрофию Дюшенна (МДД)7.DGC состоит из нескольких субкомплексов, включая α- и β-дистрогликан (α/β-DG), саркогликан-саркоспан, синтрофин и дистрофин8.
Дистрофин представляет собой белок цитоскелета, кодируемый DMD (Xp21.1-Xp22), который играет центральную роль в поддержании DGC.DGC поддерживает целостность сарколеммы, плазматической мембраны поперечно-полосатой мышечной ткани.Дистрофин дополнительно ослабляет повреждения, вызванные сокращением, действуя как молекулярная пружина и молекулярный каркас9,10.Полноразмерный дистрофин имеет молекулярную массу 427 кДа, однако из-за множества внутренних промоторов при МДД существует несколько встречающихся в природе усеченных изоформ, включая Dp7111.
Было показано, что вспомогательные белки локализованы на дистрофине, включая истинные механотрансдукторы, такие как нейрональная синтаза оксида азота (nNOS), Yes-ассоциированный белок (YAP) и кавеолин-3, представляя, таким образом, важные компоненты клеточной передачи сигналов.Соединения 12, 13, 14. Помимо адгезии, клеточного механизма, связанного с взаимодействием между клетками и матриксом, образованным интегринами и их нижестоящими мишенями, эти два комплекса представляют собой интерфейс между «внутри» и «внешней» частью клетки. .Защита этих фокальных спаек от аномального разрушения имеет решающее значение для поведения и выживания клеток.Кроме того, данные подтверждают, что дистрофин является модулятором механочувствительных ионных каналов, включая каналы, активируемые растяжением, особенно каналы Ca2+ L-типа и каналы TRPC 15.
Хотя дистрофин важен для гомеостатической функции поперечно-полосатых мышечных клеток, точные поддерживающие механизмы менее ясны, особенно роль дистрофина и его способность действовать как механосенсор и механический защитник.Из-за потери дистрофина возникло несколько вопросов без ответа, в том числе: не смещены ли механочувствительные белки, такие как YAP и AMPK, к сарколемме;Существуют ли перекрестные помехи с интегринами, обстоятельства, которые могут привести к аномальной механотрансдукции?Все эти особенности могут способствовать развитию тяжелого фенотипа ДКМП, наблюдаемого у пациентов с МДД.
Кроме того, связь изменений клеточной биомеханики с общим фенотипом МДД имеет важное клиническое значение.МДД представляет собой Х-сцепленную мышечную дистрофию, поражающую 1:3500–5000 мужчин, характеризующуюся ранней потерей подвижности (<5 лет) и прогрессирующей ДКМП со значительно худшим прогнозом, чем ДКМП другой этиологии16,17,18.
Биомеханика потери дистрофина полностью не описана, и здесь мы рассматриваем доказательства, подтверждающие мнение о том, что дистрофин действительно играет механозащитную роль, т.е. поддерживает целостность сарколеммы и имеет решающее значение в механотрансдукции.Кроме того, мы рассмотрели данные, указывающие на важные перекрестные помехи с интегринами, специфически связывающими ламинин α7β1D в клетках поперечнополосатых мышц.
Инсерции и делеции ответственны за большое количество мутаций при МДД, причем 72% мутаций вызваны такими мутациями19.Клинически МДД проявляется в младенчестве (до 5 лет) гипотонией, положительным симптомом Гауэра, задержкой прогрессирования возрастных изменений, умственной отсталостью и атрофией скелетных мышц.Респираторный дистресс исторически был основной причиной смерти пациентов с МДД, но улучшение поддерживающей терапии (кортикостероиды, постоянное положительное давление в дыхательных путях) увеличило ожидаемую продолжительность жизни этих пациентов, а средний возраст пациентов с МДД, родившихся после 1990 года, составляет 28,1 года 20,21 ..Однако по мере увеличения выживаемости пациентов прогноз прогрессирующей ДКМП значительно хуже по сравнению с другими кардиомиопатиями16, что приводит к терминальной стадии сердечной недостаточности, которая в настоящее время является основной причиной смерти, на которую приходится примерно 50% смертей от МДД17,18.
Прогрессирующая ДКМП характеризуется усилением дилатации и растяжимости левого желудочка, истончением желудочков, усилением фиброзно-жировой инфильтрации, снижением систолической функции и увеличением частоты аритмий.Степень ДКМП у пациентов с МДД практически универсальна в позднем подростковом возрасте (от 90% до 18 лет), но присутствует примерно у 59% пациентов к 10-летнему возрасту8,22.Решение этой проблемы имеет решающее значение, поскольку фракция выброса левого желудочка неуклонно снижается со скоростью 1,6% в год23.
Сердечные аритмии часто встречаются у пациентов с МДД, особенно синусовая и желудочковая тахикардия, и являются причиной внезапной сердечной смерти22.Аритмии являются результатом фиброзно-жировой инфильтрации, особенно в суббазальном левом желудочке, которая нарушает схему возврата, а также дисфункцию обработки [Ca2+]i и дисфункцию ионных каналов24,25.Распознавание клинической сердечной картины имеет решающее значение, поскольку ранние стратегии лечения могут отсрочить начало тяжелой ДКМП.
Важность лечения сердечной дисфункции и заболеваемости скелетных мышц показана в интересном исследовании, в котором использовалась мышиная модель МДД под названием mdx26 для изучения эффектов улучшения ткани скелетных мышц без решения основных сердечных проблем, присутствующих при МДД.Здесь авторы продемонстрировали парадоксальное 5-кратное увеличение сердечной дисфункции после улучшения состояния скелетных мышц, а у мышей наблюдалось значительное снижение фракции выброса26.Улучшение функции скелетных мышц позволяет более высокой физической активности создавать большую нагрузку на миокард, делая его более восприимчивым к общей дисфункции.Это подчеркивает важность лечения пациентов с МДД в ​​целом и предостерегает от терапии только скелетных мышц.
ДГК выполняют ряд дополнительных функций, а именно обеспечивают структурную стабильность сарколеммы, становятся молекулярным каркасом, выполняющим роль сигнального звена, регулируют механочувствительные ионные каналы, ядро ​​реберной механотрансдукции, участвуют в передаче латеральной силы в области сарколеммы. ребра (рис. 1б)..Дистрофин играет центральную роль в этой способности, и из-за наличия множества внутренних промоторов существует несколько различных изоформ, каждая из которых играет различную роль в разных тканях.Дифференциальная тканевая экспрессия разных изоформ дистрофина подтверждает представление о том, что каждая изоформа играет различную роль.Например, сердечная ткань экспрессирует как полную длину (Dp427m), так и более короткую изоформу дистрофина Dp71m, тогда как скелетная ткань экспрессирует только первую из двух изоформ.Наблюдение за ролью каждого подтипа может выявить не только его физиологическую функцию, но и патогенез мышечной дистрофии.
Схематическое изображение полноразмерного дистрофина (Dp427m) и меньшей укороченной изоформы Dp71.Дистрофин имеет 24 повтора спектрина, разделенных четырьмя петлями, а также актин-связывающий домен (ABD), богатый цистеином (CR) домен и С-конец (CT).Были идентифицированы ключевые партнеры по связыванию, включая микротрубочки (МТ) и сарколемму.Существует множество изоформ Dp71, Dp71m относится к мышечной ткани, а Dp71b относится к изоформе нервной ткани.В частности, Dp71f относится к цитоплазматической изоформе нейронов.б Дистрофин-гликопротеиновый комплекс (ДГК) расположен в сарколемме целиком.Биомеханические силы переключаются между ЕСМ и F-актином.Обратите внимание на потенциальные перекрестные помехи между DGCs и адгезией интегрина, Dp71 может играть роль в фокальных спайках.Создано с помощью Biorender.com.
МДД является наиболее распространенной мышечной дистрофией и вызван мутациями МДД.Однако, чтобы полностью оценить наше нынешнее понимание роли антидистрофина, важно поместить его в контекст ДГК в целом.Таким образом, будут кратко описаны другие составляющие белки.Белковый состав ДГК начали изучать в конце 1980-х годов, уделив особое внимание дистрофину.Кениг27,28, Хоффман29 и Эрвасти30 сделали важное открытие, идентифицировав дистрофин, белок массой 427 кДа в поперечнополосатых мышцах31.
Впоследствии было показано, что другие подкомплексы связаны с дистрофином, включая саркогликан, транссин, подкомплекс дистрофина, дисбревин и синтрофины8, которые вместе составляют текущую модель DGC.В этом разделе сначала будут распространены доказательства роли DGC в механосенсорном восприятии, одновременно детально изучая отдельные компоненты.
Полноразмерная изоформа дистрофина, присутствующая в поперечно-полосатой мышечной ткани, представляет собой Dp427m (например, «m» для мышцы, чтобы отличить ее от головного мозга) и представляет собой большой палочковидный белок с четырьмя функциональными доменами, расположенными под сарколеммой кардиомиоцитов, особенно в реберной области. 29, 32. Dp427m, кодируемый геном DMD на Xp21.1, состоит из 79 экзонов, генерируемых в 2,2 мегабаз, и, таким образом, является самым большим геном в нашем геноме8.
Несколько внутренних промоторов при МДД продуцируют несколько усеченных изоформ дистрофина, некоторые из которых тканеспецифичны.По сравнению с Dp427m, Dp71m значительно укорочен и лишен повторного домена спектрина или N-концевого домена ABD.Однако Dp71m сохраняет структуру связывания на С-конце.В кардиомиоцитах роль Dp71m неясна, но было показано, что он локализуется в Т-трубочках, указывая тем самым, что он может способствовать регуляции связи возбуждения-сокращения 33,34,35.Насколько нам известно, недавнее открытие Dp71m в сердечной ткани привлекло мало внимания, но некоторые исследования предполагают, что он связан с ионными каналами, активируемыми растяжением, а Масубучи предположил, что он может играть роль в регуляции nNOS33., 36. При этом Dp71 привлек значительное внимание в нейрофизиологии и исследованиях тромбоцитов, областях, которые могут пролить свет на роль кардиомиоцитов37,38,39.
В нервной ткани преимущественно экспрессируется изоформа Dp71b, при этом зарегистрировано 14 изоформ38.Было показано, что удаление Dp71b, важного регулятора аквапорина 4 и калиевых каналов Kir4.1 в центральной нервной системе, изменяет проницаемость гематоэнцефалического барьера40.Учитывая роль Dp71b в регуляции ионных каналов, Dp71m может играть аналогичную роль в кардиомиоцитах.
Присутствие DGC в реберных ганглиях немедленно указывает на его роль в механотрансдукции, и действительно было показано, что он локализуется совместно с комплексами интегрин-талин-винкулин 41 .Более того, учитывая, что реберный сегмент является фокусом поперечной механотрансдукции, локализация Dp427m здесь подчеркивает его роль в защите клеток от повреждений, вызванных сокращением.Далее Dp427m взаимодействует с актином и цитоскелетом микротрубочек, тем самым завершая связь внутриклеточной среды с внеклеточным матриксом.
N-конец, содержащий актин-связывающий домен 1 (ABD1), состоит из двух доменов гомологии кальмодулина (CH), которые необходимы для взаимодействия с F-актином и закрепления изоформы γ-актина на сарколемме42,43.Дистрофин может способствовать общей вязкоэластичности кардиомиоцитов путем прикрепления к субсарколеммальному цитоскелету, а его локализация в реберных ганглиях подтверждает его участие в механотрансдукции, а также в механопротекции44,45.
Центральный коровый домен состоит из 24 спектриноподобных повторяющихся белков, каждый из которых имеет длину примерно 100 аминокислотных остатков.Повторы спектрина перемежаются четырьмя шарнирными доменами, что придает белку гибкость и высокую степень растяжимости.Повторы дистрофинового спектрина могут разворачиваться в пределах физиологического диапазона сил (15-30 pN), простирающихся от 21 нм до 84 нм, сил, достижимых для сокращения миозина 46 .Эти особенности повторяющегося домена спектрина позволяют дистрофину действовать как молекулярный амортизатор.
Центральный стержень Dp427m обеспечивает его локализацию в сарколемме, в частности, за счет гидрофобных и электростатических взаимодействий с фосфатидилсерином 47,48.Интересно, что центральное ядро ​​дистрофина по-разному взаимодействует с фосфолипидами сарколеммы в скелетных и сердечных тканях, что, возможно, отражает разные весенние закономерности.критичен, тогда как скелетные мышцы также связаны с R10-R1249.
Для связывания с γ-актиновым цитоскелетом необходима область повторов 11–17 спектрина ABD2, которая состоит из основных аминокислотных остатков и отличается от F-актин-связывающего домена CH.Микротрубочки напрямую взаимодействуют с коровым доменом дистрофина, для этого взаимодействия необходимы остатки спектриновых повторов 4–15 и 20–23, а присутствие анкирина В необходимо для предотвращения образования микротрубочек в этом сайте.Трубки отсутствуют 50,51,52.Было показано, что разрыв между микротрубочками и дистрофином усугубляет патологию МДД за счет увеличения количества активных форм кислорода (X-ROS).
Домен CR через анкирин B является еще одним якорем для сарколеммальных фосфолипидов52.Анкирин-B и анкирин-G необходимы для реберной локализации дистрофина/DGC, а их отсутствие приводит к диффузному сарколемному паттерну DGC52.
Домен CR содержит связывающий домен WW, который напрямую взаимодействует с мотивом связывания PPxY β-DG.Прикрепляясь к комплексу дистрофин-гликан, дистрофин завершает связь между внутренней и внешней частью клетки54.Эта связь имеет решающее значение для поперечнополосатых мышц, о чем свидетельствует тот факт, что нарушение связи между ЕСМ и внутренней частью клетки приводит к ограничивающей жизнь мышечной дистрофии.
Наконец, домен CT представляет собой высококонсервативную область, которая образует спиральную спираль и имеет решающее значение для связывания с α-дистробревином и α1-,β1-синтрофинами55,56.α-дистробревин связывается с доменом CT дистрофина и обеспечивает дополнительную устойчивость к дистрофину в сарколемме57.
Во время эмбрионального и внутриутробного развития атрофин широко экспрессируется в различных тканях, включая эндотелиальные клетки, нервную ткань и поперечно-полосатую мышечную ткань58.Атрофин экспрессируется с помощью UTRN, расположенного на хромосоме 6q, и является аутологом дистрофина с 80% гомологией белка.В процессе развития атрофин локализуется в сарколемме, но заметно подавляется в постнатальной поперечно-полосатой мышечной ткани, где он заменяется дистрофином.После рождения локализация атрофина ограничивается сухожилиями и нервно-мышечными соединениями скелетных мышц58,59.
Партнеры по связыванию атрофина во многом аналогичны партнерам по связыванию дистрофинов, хотя были описаны некоторые ключевые различия.Например, дистрофин взаимодействует с β-DG через свой домен WW, который стабилизируется доменом ZZ (названным в честь его способности связывать два иона цинка) в его CT-области, где остатки цистеиновой кислоты 3307-3354 особенно важны для этого взаимодействия60 ., 61. Атрофин также связывается с β-DG через домен WW/ZZ, но точные остатки, поддерживающие это взаимодействие, отличаются от остатков дистрофина (3307–3345 в дистрофине и 3064–3102 в атрофине) 60,61.Важно отметить, что связывание атрофина с β-DG было примерно в 2 раза ниже по сравнению с дистрофином 61. Сообщалось, что дистрофин связывается с F-актином через повторы спектрина 11–17, тогда как аналогичные сайты в атрофине не могут связываться с F-актином даже при высоких концентрациях, но могут взаимодействовать через свои CH-домены.Действие 62,63,64.Наконец, в отличие от дистрофина, атрофин не может связываться с микротрубочками51.
Биомеханически повторы атрофинового спектрина имеют отчетливый паттерн разворачивания по сравнению с дистрофином65.Атрофин-спектрин повторяет развертывание при более высоких силах, подобно титину, но не дистрофину65.Это согласуется с его локализацией и ролью в передаче жесткой упругой силы в сухожильных соединениях, но может сделать утрофин менее подходящим для действия в качестве молекулярной пружины в буферных силах, индуцируемых сокращением 65 .В совокупности эти данные позволяют предположить, что возможности механотрансдукции и механобуферизации могут быть изменены в присутствии сверхэкспрессии утрофина, особенно с учетом различных партнеров/механизмов связывания, однако это требует дальнейшего экспериментального изучения.
С функциональной точки зрения тот факт, что атрофин, как полагают, оказывает такое же действие, как и дистрофин, делает его потенциальной мишенью лечения МДД66,67.Фактически, у некоторых пациентов с МДД было показано сверхэкспрессия атрофина, возможно, как компенсаторный механизм, и фенотип был успешно восстановлен на мышиной модели со сверхэкспрессией атрофина 68 .Хотя повышение регуляции атрофина является вероятной терапевтической стратегией, рассмотрение формальных и функциональных различий между атрофином и дистрофином и полезности индукции этой сверхэкспрессии с правильной локализацией вдоль сарколеммы делает долгосрочную стратегию атрофина все еще неясной.Примечательно, что женщины-носители демонстрируют мозаичный паттерн экспрессии атрофина, и соотношение между дистрофином и атрофином может влиять на степень дилатационной кардиомиопатии у этих пациентов, хотя мышиные модели носителей показали это..
Субкомплекс дистрогликана состоит из двух белков, α- и β-дистрогликанов (α-, β-DG), оба транскрибируются из гена DAG1 и затем посттрансляционно расщепляются на два компонента белка 71 .α-DG сильно гликозилирован во внеклеточном аспекте DGC и напрямую взаимодействует с остатками пролина в ламинине α2, а также с агрином72 и пикакулином73 и областью CT/CR дистрофина73,74,75,76.О-связанное гликозилирование, особенно остатков серина, необходимо для его взаимодействия с ЕСМ.Путь гликозилирования включает множество ферментов, мутации которых приводят к мышечной дистрофии (см. также табл. 1).К ним относятся О-маннозилтрансфераза POMT2, фукутин и родственный фукутину белок (FKRP), две рибитфосфотрансферазы, которые добавляют тандемные рибитфосфаты к ядру гликана, и белок LARGE1, который добавляет ксилозу и глюкозу.Линейный полисахарид уроновой кислоты, также известный как матричный гликан на конце гликана77.FKRP также участвует в развитии и поддержании ECM, а мутации в нем приводят к снижению экспрессии ламинина α2 и α-DG77,78,79.Кроме того, FKRP может также управлять формированием базальной пластинки и сердечного внеклеточного матрикса посредством гликозилированного фибронектина 80.
β-DG содержит мотив связывания PPxY, который непосредственно локализует и изолирует YAP12.Это интересное открытие, поскольку оно подразумевает, что DGC регулирует клеточный цикл кардиомиоцитов.α-ДГ в неонатальных кардиомиоцитах взаимодействует с агрином, который способствует регенерации сердца и лизису DGC76 вследствие созревания клеток.По мере созревания кардиомиоцитов экспрессия аггрина снижается в пользу ламинина, который, как полагают, способствует остановке клеточного цикла76.Морикава12 показал, что двойной нокдаун дистрофина и сальвадора, отрицательного регулятора YAP, приводит к гиперпролиферации кардиомиоцитов в рубце, вызывающем инфаркт.Это привело к захватывающей идее о том, что манипуляции с YAP могут иметь клиническое значение для предотвращения потери тканей после инфаркта миокарда.Таким образом, агрин-индуцированный лизис DGC может представлять собой ось, которая обеспечивает активацию YAP и является потенциальным путем регенерации сердца.
Механически α- и β-DG необходимы для поддержания взаимодействия между сарколеммой и базальным слоем 81 .Интегрины α-DG и α7 способствуют генерации силы в реберном ганглии, а потеря α-DG вызывает отделение сарколеммы от базальной пластинки, делая ткань скелетных мышц уязвимой для повреждений, вызванных сокращением.Как описано ранее, комплекс дистрогликанов регулирует общий оборот DGC, при этом связывание с родственным лигандом ламинином приводит к фосфорилированию тирозина PPPY-связывающего мотива β-DG892.Фосфорилирование тирозина здесь способствует разборке дистрофина, что переворачивает комплекс DGC.Физиологически этот процесс высоко регулируется, чего нет при мышечной дистрофии82, хотя основные механизмы, контролирующие этот процесс, до конца не изучены.
Было показано, что циклическое растяжение активирует пути ERK1/2 и AMPK через дистрофиновый комплекс и родственный ему белок плектин83.Вместе плектин и дистрогликан должны не только действовать как каркас, но и участвовать в механотрансдукции, а нокдаун плектина приводит к снижению активности ERK1/2 и AMPK83.Плектин также связывается с десмином промежуточных филаментов цитоскелета, и было показано, что сверхэкспрессия десмина улучшает фенотип заболевания у мышей mdx:desmin и mdx, модели мышей с двойным нокаутом DMD84.Взаимодействуя с β-ДГ, плектин опосредованно связывает ДГК с этим компонентом цитоскелета.Кроме того, дистрогликан взаимодействует с белком 2, связывающим рецептор фактора роста (Grb2), который, как известно, участвует в цитоскелетных перестройках85.Было показано, что активация Ras интегрином опосредована через Grb2, который может обеспечивать потенциальный путь перекрестных помех между интегринами и DGC86.
Мутации в генах, участвующих в гликозилировании α-ДГ, приводят к так называемой мышечной дистрофии.Дистрогликанопатии демонстрируют клиническую гетерогенность, но в основном вызваны нарушением взаимодействия между α-DG и ламинином α277.Дистрофигликанозы, вызванные первичными мутациями в DAG1, как правило, чрезвычайно редки, вероятно, потому, что они летальны для эмбриона87, что подтверждает необходимость клеточной ассоциации с ЕСМ.Это означает, что большинство дистрофических гликановых заболеваний вызваны вторичными мутациями белков, связанными с гликозилированием.Например, мутации в POMT1 вызывают чрезвычайно тяжелый синдром Уокера-Варбурга, который характеризуется анэнцефалией и заметным сокращением продолжительности жизни (менее 3 лет)88.Однако мутации FKRP преимущественно проявляются в виде мышечной дистрофии конечностей (LGMD), которая обычно (но не всегда) протекает относительно легко.Однако было показано, что мутации FKRP являются редкой причиной WWS89.В FKRP было выявлено множество мутаций, из которых мутация-основатель (c.826>A) чаще всего вызывает LGMD2I90.
LGMD2I — относительно легкая мышечная дистрофия, в основе патогенеза которой лежит нарушение связи между внеклеточным матриксом и внутриклеточным цитоскелетом.Менее ясна связь между генотипом и фенотипом у пациентов с мутациями в этих генах, и действительно, эта концепция применима и к другим белкам DSC.Почему у некоторых пациентов с мутациями FKRP наблюдается фенотип заболевания, соответствующий WWS, в то время как у других есть LGMD2I?Ответ на этот вопрос может заключаться в том, i) на какой этап пути гликозилирования влияет мутация, или ii) в степень гипогликозилирования на любом данном этапе.Гипогликозилирование α-DG все еще может обеспечивать некоторую степень взаимодействия с ЕСМ, что приводит к более мягкому общему фенотипу, тогда как диссоциация от базальной мембраны увеличивает тяжесть фенотипа заболевания.У пациентов с LGMD2I также развивается ДКМП, хотя это менее документировано, чем МДД, что мотивирует безотлагательность понимания этих мутаций в контексте кардиомиоцитов.
Субкомплекс саркоспан-саркогликан способствует образованию ДГК и напрямую взаимодействует с β-ДГ.В сердечной ткани имеется четыре однонаправленных саркогликана: α, β, γ и δ91.Недавно было описано, что миссенс-мутация c.218C>T в экзоне 3 гена SGCA и частичная гетерозиготная делеция в экзонах 7–8 вызывают LGMD2D92.Однако в этом случае авторы не оценивали сердечный фенотип.
Другие группы обнаружили, что SGCD на моделях свиней93 и мышей94 приводит к снижению экспрессии белка в подкомплексе саркогликанов, нарушая общую структуру DGCs и приводя к DCM.Кроме того, у 19% всех пациентов с мутациями SGCA, SGCB или SGCG наблюдалась дилатационная кардиомиопатия, а 25% всех пациентов также нуждались в респираторной поддержке95.
Рецессивные мутации в саркогликане (SG) δ приводят к уменьшению или полному отсутствию саркогликановых комплексов и, следовательно, DGC в сердечной ткани и ответственны за LGMD и связанный с ним DCM96.Интересно, что доминантно-негативные мутации в SG-δ специфичны для сердечно-сосудистой системы и являются причиной семейной дилатационной кардиомиопатии97.Было показано, что доминантно-негативные мутации SG-δ R97Q и R71T стабильно экспрессируются в кардиомиоцитах крыс без значительного нарушения общего количества DGC98.Однако клетки сердца, несущие эти мутации, более восприимчивы к повреждению сарколеммы, проницаемости и механической дисфункции при механическом стрессе, что соответствует фенотипу DCM98.
Саркоспан (SSPN) представляет собой тетраспанин массой 25 кДа, локализованный в субкомплексе саркогликанов и, как полагают, служит белковым каркасом99,100.В качестве белкового каркаса SSPN стабилизирует локализацию и гликозилирование α-DG99,101.Было обнаружено, что сверхэкспрессия SSPN на мышиных моделях увеличивает связывание между мышцами и ламинином 102 .Кроме того, было показано, что SSPN взаимодействует с интегринами, что указывает на степень перекрестных помех между двумя реберными спайками, DGC, и структурой гликопротеина интегрин-талин-винкулин100,101,102.Нокдаун SSPN также приводил к увеличению уровня α7β1 в скелетных мышцах мышей.
Недавнее исследование показало, что сверхэкспрессия саркоспана усиливает созревание и гликозилирование α-DG в сердечной ткани независимо от нокдауна галактозиламинотрансферазы 2 (Galgt2) в модели МДД на мышах mdx, тем самым облегчая фенотип заболевания 101. Повышенное гликозилирование дистрогликанового комплекса может усиливать взаимодействие с ЕСМ, тем самым максимально смягчая заболевание.Более того, они показали, что сверхэкспрессия саркоспана снижает взаимодействие интегрина β1D с DGC, подчеркивая возможную роль саркоспана в регуляции интегриновых комплексов101.
Синтрофины представляют собой семейство небольших (58 кДа) белков, которые локализуются в DGC, сами по себе не обладают собственной ферментативной активностью и служат молекулярными адаптерами103,104.Были идентифицированы пять изоформ (α-1, β-1, β-2, γ-1 и γ-2), демонстрирующие тканеспецифическую экспрессию, причем изоформа α-1 преимущественно экспрессируется в поперечно-полосатой мышечной ткани 105 .Синтрофины являются важными адаптерными белками, которые облегчают связь между дистрофином и сигнальными молекулами, включая нейрональную синтазу оксида азота (nNOS) в скелетных мышцах106.α-синтрофин напрямую взаимодействует с доменом повтора спектрина дистрофина 16-17, который, в свою очередь, связывается с мотивом связывания nNOS106,107 PDZ.
Синтрофины также взаимодействуют с дистробревином через PH2 и SU связывающие домены, и они также взаимодействуют с актиновым цитоскелетом 108 .Действительно, синтрофины, по-видимому, играют особенно важную роль в регуляции динамики цитоскелета, а изоформы α и β способны напрямую взаимодействовать с F-актином 108 и, таким образом, вероятно, играют роль в регуляции тенсегрити и биомеханике клеточных процессов. эффект.Кроме того, было показано, что синтрофины регулируют цитоскелет посредством Rac1109.
Модулирование уровней синтрофина может восстановить функцию, и недавнее исследование с использованием мини-дистрофина показало, что конструкция ΔR4-R23/ΔCT способна восстанавливать α-синтрофин, а также другие белки DGC до уровней, сравнимых с уровнями кардиомиоцитов WT mdx.
Помимо своей роли в регуляции цитоскелета, синтрофины также хорошо известны в регуляции ионных каналов 111,112,113.PDZ-связывающий мотив синтрофинов регулирует сердечный потенциал-зависимый канал Nav1.5111, который играет ключевую роль в установлении сердечной возбудимости и проводимости.Интересно, что в модели на мышах mdx было обнаружено, что каналы Nav1.5 подавляются, и у животных обнаруживаются сердечные аритмии 111 .Кроме того, было показано, что семейство механочувствительных ионных каналов, канал транзиторного рецепторного потенциала (TRPC), регулируется α1-синтрофином в сердечной ткани 113, а ингибирование TRPC6, как было показано, улучшает аритмии на мышиной модели DMD112.Сообщалось, что повышенная активность TRPC6 при МДД приводит к сердечным аритмиям, которые уменьшаются при сочетании с PKG 112 .Механически истощение дистрофина способствует индуцированному растяжением притоку [Ca2+]i, который действует выше TRPC6, активируя его, как показано в кардиомиоцитах и ​​гладкомышечных клетках сосудов112,114.Гиперактивация TRPC6 при растяжении делает его основным механосенсором и потенциальной терапевтической мишенью при МДД112,114.
Потеря дистрофина приводит к лизису или выраженному подавлению всего комплекса DGC с последующей потерей многих механозащитных и механотрансдукционных функций, что приводит к катастрофическому фенотипу, наблюдаемому в поперечно-полосатой мышечной ткани при МДД.Поэтому может быть разумно предположить, что RSK работают согласованно и что отдельные компоненты зависят от присутствия и функционирования других компонентов.Особенно это касается дистрофина, который, по-видимому, необходим для сборки и локализации комплекса сарколеммы в кардиомиоцитах.Каждый компонент играет уникальную роль, способствуя общей стабилизации сарколеммы, локализации ключевых вспомогательных белков, регуляции ионных каналов и экспрессии генов, а потеря одного белка в ДГК приводит к нарушению регуляции всего миокарда.
Как показано выше, многие белки DGC участвуют в механотрансдукции и передаче сигналов, и дистрофин особенно подходит для этой роли.Если ДГК расположена в ребрах, это подтверждает мнение о том, что она участвует в механотрансдукции наряду с интегринами.Таким образом, DGCs физически подвергаются анизотропной передаче силы и участвуют в механосенсорной и цитоскелетной перестройке внутриклеточного микроокружения, что согласуется с моделью тенсегрити.Кроме того, Dp427m буферизует поступающие биомеханические силы за счет расширения повторов спектрина в его центральном стержневом домене, тем самым действуя как механопротектор, поддерживая раскручивающую силу 25 пН в расширенном диапазоне 800 нм.Расщепляясь, дистрофин способен «буферизировать» силу сокращения-расслабления, производимую кардиомиоцитами10.Учитывая разнообразие белков и фосфолипидов, которые взаимодействуют с доменами повторов спектрина, интересно предположить, изменяет ли раскручивание повторов спектрина кинетику связывания механочувствительных белков аналогично талину116,117,118.Однако это еще не установлено, и требуется дальнейшее расследование.