Tubs de bobina soldada d'acer inoxidable 347 / 347H Component zhemical, el paper dels complexos de glicoproteïnes de distrofina en la mecanotransducció de cèl·lules musculars

Gràcies per visitar Nature.com.Esteu utilitzant una versió del navegador amb suport CSS limitat.Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer).A més, per garantir un suport permanent, mostrem el lloc sense estils ni JavaScript.
Controls lliscants que mostren tres articles per diapositiva.Utilitzeu els botons enrere i següent per moure's per les diapositives, o els botons del controlador de diapositives al final per moure's per cada diapositiva.

La distrofina és la proteïna principal del complex distrofina-glicoproteïna (DGC) al múscul esquelètic i als cardiomiòcits.La distrofina uneix el citoesquelet d'actina a la matriu extracel·lular (ECM).La ruptura de la connexió entre la matriu extracel·lular i el citoesquelet intracel·lular pot tenir conseqüències devastadores per a l'homeòstasi de les cèl·lules del múscul esquelètic, donant lloc a una sèrie de distròfies musculars.A més, la pèrdua de DGC funcionals condueix a una miocardiopatia dilatada progressiva i una mort prematura.La distrofina actua com a molla molecular i el DHA té un paper clau en el manteniment de la integritat del sarcolema.A més, s'acumulen proves que vinculen la DGC amb la senyalització mecanicista, tot i que aquest paper encara no s'entén.Aquest article de revisió pretén oferir una visió moderna dels DGC i el seu paper en la mecanotransducció.Primer discutim la complexa relació entre la mecànica i la funció de les cèl·lules musculars, i després revisem les investigacions recents sobre el paper del complex de glicoproteïnes de la distrofina en la mecanotransducció i el manteniment de la integritat biomecànica de les cèl·lules musculars.Finalment, revisem la literatura actual per entendre com la senyalització DGC es creua amb les vies de mecanosenyalització per destacar possibles punts d'intervenció futurs, amb un enfocament particular en la miocardiopatia.
Les cèl·lules estan en constant comunicació amb el seu microentorn, i és necessari un diàleg bidireccional entre elles per a la interpretació i integració de la informació biomecànica.La biomecànica controla els esdeveniments posteriors clau (per exemple, els reordenaments del citoesquelet) controlant el fenotip cel·lular global en l'espai i el temps.El centre d'aquest procés en els cardiomiòcits és la regió costal, la regió on el sarcolema es connecta a un sarcòmer format per complexos integrina-talina-vinculina i distrofina-glicoproteïna (DGC).Unides al citoesquelet intracel·lular, aquestes adhesions focals discretes (FA) propaguen una cascada de canvis cel·lulars biomecànics i bioquímics que controlen la diferenciació, la proliferació, l'organogènesi, la migració, la progressió de la malaltia i molt més.La conversió de forces biomecàniques en canvis bioquímics i/o (epi)genètics es coneix com a mecanotransducció1.
Fa temps que se sap que el receptor transmembrana d'integrina 2 ancla la matriu extracel·lular a les cèl·lules i media la senyalització tant interna com externa.Paral·lelament a les integrines, les DGC uneixen l'ECM al citoesquelet, establint un enllaç crític entre l'exterior i l'interior de la cèl·lula3.La distrofina de longitud completa (Dp427) s'expressa principalment al múscul cardíac i esquelètic, però també s'observa en teixits del sistema nerviós central, incloent la retina i el teixit de Purkinje4.Es creu que les mutacions en integrines i DGC són les causes de la distròfia muscular i la miocardiopatia dilatada progressiva (DCM) (taula 1)5,6.En particular, les mutacions de DMD que codifiquen la proteïna central de la distrofina DGC causen la distròfia muscular de Duchenne (DMD)7.La DGC es compon de diversos subcomplexes que inclouen α- i β-distroglicà (α/β-DG), sarcoglicà-spanina, distrofina i distrofina 8.
La distrofina és una proteïna citoesquelètica codificada per DMD (Xp21.1-Xp22) que té un paper central en el manteniment de la DGC.DGC manté la integritat del sarcolema, la membrana plasmàtica del teixit muscular estriat.La distrofina atenua encara més el dany causat per la contracció actuant com a molla molecular i bastida molecular9,10.La distrofina de longitud completa té un pes molecular de 427 kDa, però, a causa dels nombrosos promotors interns de la DMD, hi ha diverses isoformes truncades naturals, inclosa Dp7111.
S'ha demostrat que les proteïnes accessories estan localitzades a la distrofina, inclosos els veritables mecanotransductors com l'òxid nítric sintasa neuronal (nNOS), la proteïna associada al Sí (YAP) i la caveolina-3, representant així components importants de la senyalització cel·lular.Compostos 12, 13, 14. A més de l'adhesió, un mecanisme cel·lular associat a les interaccions entre les cèl·lules i la matriu, format per integrines i els seus objectius aigües avall, aquests dos complexos representen la interfície entre l'"interior" i "fora" de la cèl·lula. .Protegir aquestes adhesions focals de la destrucció anormal és fonamental per al comportament i la supervivència cel·lular.A més, les dades donen suport que la distrofina és un modulador dels canals iònics mecanosensibles, inclosos els canals activats per estirament, especialment els canals de Ca2+ de tipus L i els canals TRPC 15.
Tot i que la distrofina és important per a la funció homeostàtica de les cèl·lules musculars estriades, els mecanismes de suport precisos són menys clars, especialment el paper de la distrofina i la seva capacitat d'actuar com a mecanosensor i protector mecànic.A causa de la pèrdua de distrofina, han sorgit diverses preguntes sense resposta, entre les quals destaquen: les proteïnes mecanosensibles com YAP i AMPK estan mal ubicades al sarcolema;Hi ha diafonia amb integrines, circumstàncies que poden conduir a una mecanotransducció anormal?Totes aquestes característiques poden contribuir al fenotip DCM greu observat en pacients amb DMD.
A més, l'associació de canvis en la biomecànica cel·lular amb el fenotip global de DMD té implicacions clíniques importants.La DMD és una distròfia muscular lligada a X que afecta 1:3500–5000 homes, caracteritzada per una pèrdua precoç de la mobilitat (<5 anys) i una DCM progressiva amb un pronòstic significativament pitjor que la DCM d'altres etiologies16,17,18.
La biomecànica de la pèrdua de distrofina no s'ha descrit completament, i aquí revisem l'evidència que recolza la idea que la distrofina realment té un paper mecanoprotector, és a dir, manté la integritat del sarcolema, i és fonamental en la mecanotransducció.A més, vam revisar l'evidència que suggereix una diafonia important amb integrines, específicament unint laminina α7β1D a les cèl·lules musculars estriades.
Les insercions i les supressions són responsables d'un gran nombre de mutacions en la DMD, amb el 72% de les mutacions causades per aquestes mutacions19.Clínicament, la DMD es presenta en la infància (≤ 5 anys) amb hipotensió, signe de Gower positiu, progressió retardada dels canvis relacionats amb l'edat, retard mental i atròfia del múscul esquelètic.Històricament, el malestar respiratori ha estat la principal causa de mort en pacients amb DMD, però la millora de les cures de suport (corticoides, pressió positiva contínua de les vies respiratòries) ha augmentat l'esperança de vida en aquests pacients, i l'edat mitjana dels pacients amb DMD nascuts després del 1990 és de 28,1 anys 20,21. ..No obstant això, a mesura que augmenta la supervivència del pacient, el pronòstic de la DCM progressiva és significativament pitjor en comparació amb altres miocardiopaties16, donant lloc a una insuficiència cardíaca en fase terminal, que actualment és la principal causa de mort, que representa aproximadament el 50% de les morts per DMD17,18.
La DCM progressiva es caracteritza per un augment de la dilatació i el compliment del ventricular esquerre, l'aprimament ventricular, l'augment de la infiltració fibrogreixosa, la disminució de la funció sistòlica i l'augment de la freqüència d'arítmies.El grau de DCM en pacients amb DMD és gairebé universal al final de l'adolescència (del 90% als 18 anys), però està present en aproximadament el 59% dels pacients als 10 anys8,22.Abordar aquest problema és fonamental, ja que la fracció d'ejecció del ventricular esquerre ha anat disminuint constantment a un ritme de l'1,6% anual23.
Les arítmies cardíaques són freqüents en pacients amb DMD, especialment la taquicàrdia sinusal i la taquicàrdia ventricular, i són la causa de la mort cardíaca sobtada22.Les arítmies són el resultat de la infiltració fibrogreixosa, especialment al ventricle esquerre subbasal, que perjudica els circuits de retorn, així com la disfunció del processament de [Ca2+]i i la disfunció del canal iònic24,25.El reconeixement de la presentació cardíaca clínica és fonamental, ja que les estratègies de tractament primerenques poden retardar l'aparició de DCM greu.
La importància de tractar la disfunció cardíaca i la morbiditat del múscul esquelètic es mostra en un interessant estudi que va utilitzar un model de ratolí de DMD anomenat mdx26 per estudiar els efectes de la millora del teixit muscular esquelètic sense abordar els problemes cardíacs subjacents presents a la DMD.Aquí, els autors van demostrar un augment paradoxal de 5 vegades en la disfunció cardíaca després de la millora del múscul esquelètic, i els ratolins van tenir una reducció significativa de la fracció d'ejecció26.La millora de la funció del múscul esquelètic permet que una major activitat física posi més pressió sobre el miocardi, fent-lo més susceptible a la disfunció general.Això posa de manifest la importància de tractar els pacients amb DMD en general i adverteix contra només la teràpia del múscul esquelètic.
Els DGC realitzen diverses funcions addicionals, és a dir, proporcionen estabilitat estructural al sarcolema, es converteixen en una bastida molecular que actua com a enllaç de senyalització, regulen els canals iònics mecanosensibles, el nucli de la mecanotransducció costal i participen en la transmissió de la força lateral a la regió de la costelles (Fig. 1b)..La distrofina té un paper central en aquesta capacitat i, a causa de la presència de molts promotors interns, hi ha diverses isoformes diferents, cadascuna jugant un paper diferent en diferents teixits.L'expressió de teixit diferencial de diferents isoformes de distrofina dóna suport a la idea que cada isoforma té un paper diferent.Per exemple, el teixit cardíac expressa la longitud completa (Dp427m) així com la isoforma més curta Dp71m de la distrofina, mentre que el teixit esquelètic només expressa la primera de les dues.L'observació del paper de cada subtipus pot revelar no només la seva funció fisiològica, sinó també la patogènesi de la distròfia muscular.
Representació esquemàtica de la distrofina de longitud completa (Dp427m) i la isoforma més petita i truncada de Dp71.La distrofina té 24 repeticions d'espectrina separades per quatre bucles, així com un domini d'unió a l'actina (ABD), un domini ric en cisteïna (CR) i un C-terminal (CT).S'han identificat socis d'unió clau, inclosos els microtúbuls (MT) i el sarcolema.Hi ha moltes isoformes de Dp71, Dp71m es refereix al teixit muscular i Dp71b es refereix a la isoforma del teixit nerviós.En particular, Dp71f es refereix a la isoforma citoplasmàtica de les neurones.b El complex distrofina-glicoproteïna (DHA) es troba en el conjunt del sarcolema.Les forces biomecàniques canvien entre ECM i F-actina.Tingueu en compte la possible diafonia entre els DGC i l'adhesió d'integrines, Dp71 pot tenir un paper en les adhesions focals.Creat amb Biorender.com.
La DMD és la distròfia muscular més freqüent i és causada per mutacions en la DMD.Tanmateix, per apreciar plenament la nostra comprensió actual del paper de la antidistrofina, és important situar-la en el context de la DGC en conjunt.Així, es descriuen breument les altres proteïnes constituents.La composició proteica de la DGC es va començar a estudiar a finals dels anys vuitanta, amb especial atenció a la distrofina.Koenig27,28, Hoffman29 i Ervasti30 van fer un descobriment important identificant la distrofina, una proteïna de 427 kDa al múscul estriat31.
Posteriorment, es va demostrar que altres subcomplexes estaven associats a la distrofina, incloent el sarcoglicà, el subcomplex transmembrana de la distrofina, la disbrevina i les sintrofines8, que conjuntament constitueixen el model DGC actual.Aquesta secció difondrà primer l'evidència del paper de la DGC en la percepció mecanosensorial mentre s'examinen els components individuals en detall.
La isoforma de distrofina de longitud completa present al teixit muscular estriat és Dp427m (per exemple, "m" perquè el múscul la distingeixi del cervell) i és una gran proteïna en forma de vareta amb quatre dominis funcionals situats sota el sarcolema del cardiomiòcit, especialment a la regió costal. 29, 32. Dp427m, codificat pel gen DMD a Xp21.1, consta de 79 exons generats a 2,2 megabases i, per tant, és el gen més gran del nostre genoma8.
Diversos promotors interns de la DMD produeixen múltiples isoformes de distrofina truncada, algunes de les quals són específiques del teixit.En comparació amb Dp427m, Dp71m està significativament truncat i no té un domini de repetició d'espectrina o un domini ABD N-terminal.Tanmateix, Dp71m conserva l'estructura d'unió C-terminal.En els cardiomiòcits, el paper de Dp71m no està clar, però s'ha demostrat que es localitza als túbuls T, cosa que suggereix que pot ajudar a regular l'acoblament excitació-contracció 33,34,35.Segons el nostre coneixement, el recent descobriment de Dp71m al teixit cardíac ha rebut poca atenció, però alguns estudis suggereixen que està associat amb canals iònics activats per estirament, i Masubuchi va suggerir que pot tenir un paper en la regulació de nNOS33., 36. En fer-ho, Dp71 ha rebut una atenció important en la neurofisiologia i la investigació plaquetària, àrees que poden proporcionar una visió del paper dels cardiomiòcits37,38,39.
Al teixit nerviós, la isoforma Dp71b s'expressa predominantment, amb 14 isoformes reportades38.S'ha demostrat que la supressió de Dp71b, un regulador important dels canals de potassi de l'aquaporina 4 i Kir4.1 al sistema nerviós central, altera la permeabilitat de la barrera hematoencefàlica40.Donat el paper de Dp71b en la regulació del canal iònic, Dp71m pot tenir un paper similar en els cardiomiòcits.
La presència de DGC als ganglis costals indica immediatament un paper en la mecanotransducció i, de fet, s'ha demostrat que es co-localitza amb els complexos integrina-talina-vinculina 41 .A més, atès que el segment costal és el focus de la mecanotransducció transversal, la localització de Dp427m aquí destaca el seu paper en la protecció de les cèl·lules dels danys induïts per la contracció.A més, Dp427m interacciona amb l'actina i el citoesquelet dels microtúbuls, completant així la connexió entre l'entorn intracel·lular i la matriu extracel·lular.
L'extrem N que conté el domini d'unió a l'actina 1 (ABD1) consta de dos dominis d'homologia de calmodulina (CH) que són necessaris per a la interacció amb l'actina F i l'ancoratge de la isoforma γ-actina al sarcolema42,43.La distrofina pot contribuir a la viscoelasticitat global dels cardiomiòcits en unir-se al citoesquelet subsarcolemmal, i la seva localització als ganglis costals admet la seva implicació en la mecanotransducció i la mecanoprotecció44,45.
El domini central central consta de 24 proteïnes repetides semblants a l'espectrina, cadascuna de les quals té una longitud d'aproximadament 100 residus d'aminoàcids.Les repeticions de l'espectrina s'intercalen amb quatre dominis frontissa, donant flexibilitat a la proteïna i un alt grau d'extensibilitat.Les repeticions de l'espectrina de la distrofina es poden desplegar dins d'un rang fisiològic de forces (15-30 pN) que s'estén des de 21 nm fins a 84 nm, forces assolibles per a la contracció de la miosina 46 .Aquestes característiques del domini de repetició de l'espectrina permeten que la distrofina actuï com a amortidor molecular.
La vareta central de Dp427m assegura la seva localització al sarcolema, en particular, mitjançant interaccions hidrofòbiques i electrostàtiques amb fosfatidilserina 47,48.Curiosament, el nucli central de la distrofina interacciona de manera diferent amb els fosfolípids del sarcolema en els teixits esquelètics i cardíacs, possiblement reflectint diferents patrons de primavera.crític, mentre que els músculs esquelètics també estan associats amb R10-R1249.
La unió al citoesquelet de γ-actina requereix la regió de repetició de l'espectrina ABD2 11-17, que consta de residus d'aminoàcids bàsics i difereix del domini CH que s'uneix a l'actina F.Els microtúbuls interaccionen directament amb el domini central de la distrofina, aquesta interacció requereix residus de repeticions d'espectrina 4-15 i 20-23, i es requereix la presència d'anquirina B per evitar la formació de microtúbuls en aquest lloc.No hi ha tubs 50,51,52.S'ha demostrat que una bretxa entre els microtúbuls i la distrofina agreuja la patologia DMD augmentant les espècies reactives d'oxigen (X-ROS).
El domini CR a través de l'anquirina B és un altre àncora per als fosfolípids sarcolemmals52.L'anquirina-B i l'anquirina-G són necessàries per a la localització de les costelles de la distrofina/DGC, i la seva absència dóna lloc a un patró sarcolemmal difús de DGC52.
El domini CR conté un domini d'unió WW que interacciona directament amb el motiu d'unió PPxY de β-DG.En unir-se al complex distrofina-glicà, la distrofina completa l'enllaç entre l'interior i l'exterior de la cèl·lula54.Aquesta connexió és fonamental per al múscul estriat, com ho demostra el fet que la interrupció de la connexió entre l'ECM i l'interior de la cèl·lula condueix a una distròfia muscular que limita la vida.
Finalment, el domini CT és una regió altament conservada que forma una hèlix enrotllada i és fonamental per unir-se a α-distrobrevina i α1-,β1-sintrofines55,56.L'α-distrobrevina s'uneix al domini CT de la distrofina i proporciona resistència addicional a la distrofina al sarcolema57.
Durant el desenvolupament embrionari i fetal, la utrofina s'expressa àmpliament en diversos teixits, incloses les cèl·lules endotelials, el teixit nerviós i el teixit muscular estriat58.La utrofina s'expressa per UTRN situada al cromosoma 6q i és un autòleg de distrofina amb un 80% d'homologia de proteïnes.Durant el desenvolupament, la utrofina es localitza al sarcolema, però es suprimeix notablement al teixit muscular estriat postnatal, on és substituïda per la distrofina.Després del naixement, la localització de la utrofina es limita als tendons i les unions neuromusculars dels músculs esquelètics58,59.
Els socis d'unió d'utrofina són àmpliament similars als de les distrofines, tot i que s'han descrit algunes diferències clau.Per exemple, la distrofina interacciona amb β-DG a través del seu domini WW, que està estabilitzat pel domini ZZ (anomenat per la seva capacitat d'unir dos ions de zinc) dins de la seva regió CT, on els residus d'àcid cisteic 3307-3354 són especialment importants per a aquesta interacció60 ., 61. La utrofina també s'uneix a β-DG a través del domini WW/ZZ, però els residus exactes que donen suport a aquesta interacció difereixen dels residus de distrofina (3307–3345 a la distrofina i 3064–3102 a la utrofina) 60,61.És important destacar que la unió de la utrofina a β-DG va ser aproximadament 2 vegades menor en comparació amb la distrofina 61. S'ha informat que la distrofina s'uneix a l'actina F mitjançant les repeticions d'espectrina 11-17, mentre que llocs similars a la utrofina no poden unir-se a l'actina F, fins i tot a concentracions elevades, però poden interactuar a través dels seus dominis CH.Acció 62,63,64.Finalment, a diferència de la distrofina, la utrofina no pot unir-se als microtúbuls51.
Biomecànicament, les repeticions de l'espectrina d'utrofina tenen un patró de desplegament diferent en comparació amb la distrofina65.La utrofina-espectrina repeteix el desplegament a forces més altes, similar a la titina però no a la distrofina65.Això és coherent amb la seva localització i paper en la transmissió de la força elàstica rígida a les unions dels tendons, però pot fer que la utrofina sigui menys adequada per actuar com a molla molecular en les forces amortidores induïdes per la contracció 65 .En conjunt, aquestes dades suggereixen que les capacitats de mecanotransducció i mecanobuffering es poden alterar en presència de sobreexpressió d'utrofina, sobretot tenint en compte diferents socis/mecanismes d'unió, però això requereix un estudi experimental més.
Des d'un punt de vista funcional, el fet que es creu que la utrofina té efectes similars a la distrofina la converteix en un objectiu potencial de tractament per a la DMD66,67.De fet, s'ha demostrat que alguns pacients amb DMD sobreexpressen utrofina, possiblement com a mecanisme compensatori, i el fenotip s'ha restaurat amb èxit en un model de ratolí amb sobreexpressió d'utrofina 68 .Tot i que la regulació de l'utrofina és una estratègia terapèutica probable, la consideració de la diferència formal i funcional entre la utrofina i la distrofina i la utilitat d'induir aquesta sobreexpressió amb una localització adequada al llarg del sarcolema fa que l'estratègia a llarg termini de la utrofina encara no estigui clara.En particular, les dones portadores mostren un patró de mosaic d'expressió d'utrofina, i la relació entre distrofina i utrofina pot influir en el grau de miocardiopatia dilatada en aquests pacients,69 tot i que ho han demostrat models murins de portadores..
El subcomplex de distroglicà consta de dues proteïnes, α- i β-distroglicà (α-, β-DG), ambdues transcrites a partir del gen DAG1 i després escindides post-traduccionalment en dues proteïnes components 71 .L'α-DG està altament glicosilada en l'aspecte extracel·lular dels DGC i interacciona directament amb els residus de prolina de la laminina α2, així com amb l'agrin72 i la picaculina73 i la regió CT/CR de la distrofina73,74,75,76.La glicosilació lligada a O, especialment de residus de serina, és necessària per a la seva interacció amb l'ECM.La via de glicosilació inclou molts enzims les mutacions dels quals condueixen a la distròfia muscular (vegeu també la taula 1).Aquests inclouen l'O-mannosiltransferasa POMT2, la proteïna relacionada amb la fucutina i la fucutina (FKRP), dues ribitol fosfotransferases que afegeixen ribitol fosfats en tàndem al glicà central i la proteïna LARGE1 que afegeix xilosa i glucosa.Polisacàrid d'àcid urònic lineal, també conegut com a glicà de la matriu al final del glicà77.El FKRP també està implicat en el desenvolupament i manteniment de l'ECM, i les mutacions en ell condueixen a una disminució de l'expressió de laminina α2 i α-DG77,78,79.A més, FKRP també pot dirigir la formació de la làmina basal i la matriu extracel·lular cardíaca mitjançant la fibronectina 80 glicosilada.
β-DG conté un motiu d'unió PPxY que localitza i segresta directament YAP12.Aquesta és una troballa interessant, ja que implica que la DGC regula el cicle cel·lular dels cardiomiòcits.L'α-DH dels cardiomiòcits neonatals interacciona amb l'agrina, que afavoreix la regeneració del cor i la lisi de DGC76 a causa de la maduració cel·lular.A mesura que els cardiomiòcits maduren, l'expressió d'aggrina disminueix a favor de la laminina, que es creu que contribueix a l'aturada del cicle cel·lular76.Morikawa12 va demostrar que la doble derrota de la distrofina i el salvador, un regulador negatiu de YAP, condueix a la hiperproliferació de cardiomiòcits al rumen que causa infart.Això va conduir a la idea emocionant que la manipulació de YAP podria tenir un valor clínic per prevenir la pèrdua de teixit després d'un infart de miocardi.Així, la lisi DGC induïda per l'agrina podria representar un eix que permeti l'activació de YAP i és una via potencial per a la regeneració cardíaca.
Mecànicament, calen α- i β-DG per mantenir la interacció entre el sarcolema i la capa basal 81 .Tant les integrines α-DG com α7 contribueixen a la generació de força al gangli costal, i la pèrdua d'α-DG provoca la separació del sarcolema de la làmina basal, deixant el teixit muscular esquelètic vulnerable al dany induït per la contracció.Com s'ha descrit anteriorment, el complex de distroglicà regula el volum de negoci global dels DGC, on la unió a la laminina de lligands afins dóna lloc a la fosforilació de tirosina del motiu d'unió PPPY de β-DG892.La fosforilació de tirosina aquí afavoreix el desmuntatge de la distrofina, que gira el complex DGC.Fisiològicament, aquest procés està molt regulat, cosa que està absent en la distròfia muscular82, encara que no s'entenen del tot els mecanismes subjacents que controlen aquest procés.
S'ha demostrat que l'estirament cíclic activa les vies ERK1/2 i AMPK a través del complex de distrofina i la proteïna relacionada amb la plectina83.Junts, la plectina i el distroglicà es requereixen no només per actuar com a bastida, sinó també per participar en la mecanotransducció, i la derrota de la plectina condueix a una disminució de l'activitat d'ERK1/2 i AMPK83.La plectina també s'uneix a la desmina del filament intermedi citoesquelètic, i s'ha demostrat que la sobreexpressió de desmina millora el fenotip de la malaltia en ratolins mdx:desmin i mdx, un model de ratolí de doble eliminació DMD84.En interaccionar amb β-DG, la plectina s'uneix indirectament a DGC a aquest component del citoesquelet.A més, el distroglicà interacciona amb la proteïna 2 d'unió al receptor del factor de creixement (Grb2), que se sap que està implicada en els reordenaments del citoesquelet85.S'ha demostrat que l'activació de Ras per integrina està mediada a través de Grb2, que pot proporcionar una via potencial per a la diafonia entre integrines i DGC86.
Les mutacions en els gens implicats en la glicosilació d'α-DH condueixen a l'anomenada distròfia muscular.Les distroglicanopaties mostren heterogeneïtat clínica, però són causades principalment per una interrupció en la interacció entre α-DG i laminina α277.Les distrofiglicanoses causades per mutacions primàries en DAG1 són generalment extremadament rares, probablement perquè són letals embrionàries87, confirmant així la necessitat d'associació cel·lular amb ECM.Això significa que la majoria de les malalties distròfiques de glicans són causades per mutacions de proteïnes secundàries associades a la glicosilació.Per exemple, les mutacions en POMT1 provoquen la síndrome de Walker-Warburg extremadament greu, que es caracteritza per anencefàlia i una esperança de vida marcadament escurçada (menys de 3 anys)88.Tanmateix, les mutacions de FKRP es manifesten principalment com a distròfia muscular de la cintura de les extremitats (LGMD), que sol ser (però no sempre) relativament lleu.Tanmateix, s'ha demostrat que les mutacions en FKRP són una causa rara de WWS89.S'han identificat moltes mutacions en FKRP, de les quals la mutació fundadora (c.826>A) causa amb més freqüència LGMD2I90.
LGMD2I és una distròfia muscular relativament lleu la patogènesi de la qual es basa en la interrupció de la connexió entre la matriu extracel·lular i el citoesquelet intracel·lular.Menys clara és la relació entre genotip i fenotip en pacients amb mutacions en aquests gens, i de fet aquest concepte és aplicable a altres proteïnes DSC.Per què alguns pacients amb mutacions FKRP mostren un fenotip de malaltia coherent amb WWS mentre que altres tenen LGMD2I?La resposta a aquesta pregunta pot estar en i) quin pas de la via de glicosilació està afectat per la mutació, o ii) el grau d'hipoglicosilació en qualsevol pas donat.La hipoglicosilació d'α-DG encara pot permetre un cert grau d'interacció amb l'ECM donant lloc a un fenotip global més lleu, mentre que la dissociació de la membrana basal augmenta la gravetat del fenotip de la malaltia.Els pacients amb LGMD2I també desenvolupen DCM, tot i que això està menys documentat que el DMD, motivant la urgència d'entendre aquestes mutacions en el context dels cardiomiòcits.
El subcomplex sarcospan-sarcoglicà afavoreix la formació de DHA i interacciona directament amb β-DH.Hi ha quatre sarcoglicans unidireccionals al teixit cardíac: α, β, γ i δ91.Recentment s'ha descrit que una mutació missense c.218C>T a l'exó 3 del gen SGCA i una deleció heterozigota parcial als exons 7–8 causen LGMD2D92.Tanmateix, en aquest cas, els autors no van avaluar el fenotip cardíac.
Altres grups han trobat que SGCD en models porcin93 i ratolí94 produeix una reducció de l'expressió de proteïnes al subcomplex de sarcoglicans, alterant l'estructura global dels DGC i donant lloc a DCM.A més, es va informar que el 19% de tots els pacients amb mutacions SGCA, SGCB o SGCG tenien miocardiopatia dilatada i el 25% de tots els pacients també necessitaven suport respiratori95.
Les mutacions recessives en sarcoglicà (SG) δ donen lloc a una reducció o absència completa de complexos de sarcoglicà i, per tant, DGC al teixit cardíac i són responsables de LGMD i el seu DCM96 associat.Curiosament, les mutacions dominants negatives en SG-δ són específiques del sistema cardiovascular i són la causa de la miocardiopatia dilatada familiar97.S'ha demostrat que les mutacions dominants negatives de SG-δ R97Q i R71T s'expressen de manera estable en cardiomiòcits de rata sense un deteriorament significatiu del DGC98 total.Tanmateix, les cèl·lules cardíaques que porten aquestes mutacions són més susceptibles al dany del sarcolema, la permeabilitat i la disfunció mecànica sota estrès mecànic, d'acord amb el fenotip DCM98.
Sarcospan (SSPN) és una tetraspanina de 25 kDa localitzada al subcomplex de sarcoglicans i es creu que serveix com a bastida de proteïnes99.100.Com a bastida de proteïnes, SSPN estabilitza la localització i la glicosilació d'α-DG99,101.S'ha trobat que la sobreexpressió de SSPN en models de ratolí augmenta la unió entre el múscul i la laminina 102 .A més, s'ha demostrat que SSPN interactua amb les integrines, cosa que suggereix el grau de diafonia entre les dues comissures costelles, DGC, i l'estructura de la glicoproteïna integrina-talin-vinculina100,101,102.La derrota de SSPN també va provocar un augment de α7β1 al múscul esquelètic del ratolí.
Un estudi recent va demostrar que la sobreexpressió de sarcospan millora la maduració i la glicosilació d'α-DG al teixit cardíac independentment de la derrota de la galactosilaminotransferasa 2 (Galgt2) en un model de ratolí mdx de DMD, alleujant així el fenotip de la malaltia 101. L'augment de la glicosilació del complex distroglicà pot millorar l'ECM, mitigant així la malaltia.A més, han demostrat que la sobreexpressió de sarcospan redueix la interacció de la integrina β1D amb els DGC, posant de manifest un possible paper del sarcospan en la regulació dels complexos d'integrines101.
Les sintrofines són una família de proteïnes petites (58 kDa) que es localitzen als DGC, no tenen activitat enzimàtica intrínseca i serveixen com a adaptadors moleculars103,104.S'han identificat cinc isoformes (α-1, β-1, β-2, γ-1 i γ-2) que mostren expressió específica del teixit, amb l'isoforma α-1 expressada predominantment en teixit muscular estriat 105 .Les sintrofines són proteïnes adaptadores importants que faciliten la comunicació entre la distrofina i les molècules de senyalització, inclosa l'òxid nítric sintasa neuronal (nNOS) al múscul esquelètic106.L'α-sintrofina interacciona directament amb el domini de repetició de l'espectrina de la distrofina 16-17, que al seu torn s'uneix al motiu d'unió a PDZ nNOS106,107.
Les sintrofines també interaccionen amb la distrobrevina mitjançant els dominis d'unió PH2 i SU, i també interaccionen amb el citoesquelet d'actina 108 .De fet, les sintrofines semblen tenir un paper especialment important en la regulació de la dinàmica citoesquelètica, i les isoformes α i β poden interactuar directament amb la F-actina 108 i, per tant, probablement juguen un paper en la regulació de la tensegritat i la biomecànica de la cèl·lula. efecte.A més, s'ha demostrat que les sintrofines regulen el citoesquelet mitjançant Rac1109.
La modulació dels nivells de sintrofina pot restaurar la funció, i un estudi recent amb mini-distrofina va demostrar que la construcció ΔR4-R23/ΔCT era capaç de restaurar l'α-sintrofina i altres proteïnes DGC a nivells comparables als cardiomiòcits WT mdx.
A més del seu paper en la regulació del citoesquelet, les sintrofines també estan ben documentades en la regulació dels canals iònics 111,112,113.El motiu d'unió a PDZ de les sintrofines regula el canal Nav1.5111 depenent del voltatge cardíac, que té un paper clau en l'establiment de l'excitabilitat i la conducció cardíaca.Curiosament, en el model de ratolí mdx, es va trobar que els canals Nav1.5 estaven regulats a la baixa i es van trobar arítmies cardíaques als animals 111 .A més, s'ha demostrat que una família de canals iònics mecanosensibles, el canal potencial del receptor transitori (TRPC), està regulada per α1-sintrofina al teixit cardíac 113 i s'ha demostrat que la inhibició de TRPC6 millora les arítmies en el model de ratolí DMD112.S'ha informat que l'augment de l'activitat de TRPC6 en DMD provoca arítmies cardíaques, que s'alleugen quan es combinen amb PKG 112.Mecànicament, l'esgotament de la distrofina promou una afluència de [Ca2+]i induïda per l'estirament que actua aigües amunt de TRPC6 per activar-la, tal com es mostra en cardiomiòcits i cèl·lules musculars llises vasculars112,114.La hiperactivació de TRPC6 per estirar-lo el converteix en un mecanosensor important i un objectiu terapèutic potencial en DMD112,114.
La pèrdua de distrofina condueix a la lisi o la supressió marcada de tot el complex DGC, amb la pèrdua posterior de moltes funcions mecanoprotectores i de mecanotransducció, donant lloc al fenotip catastròfic observat en el teixit muscular estriat a la DMD.Per tant, pot ser raonable considerar que els RSK funcionen conjuntament i que els components individuals depenen de la presència i el funcionament d'altres components.Això és especialment cert per a la distrofina, que sembla ser necessària per al muntatge i la localització del complex de sarcolema als cardiomiòcits.Cada component té un paper únic contribuint a l'estabilització global del sarcolema, la localització de proteïnes accessories clau, la regulació dels canals iònics i l'expressió gènica, i la pèrdua d'una sola proteïna a la DGC condueix a la desregulació de tot el miocardi.
Com es mostra anteriorment, moltes proteïnes DGC estan implicades en la mecanotransducció i la senyalització, i la distrofina és especialment adequada per a aquest paper.Si la DGC es troba a les costelles, això confirma l'opinió que participa en la mecanotransducció juntament amb les integrines.Així, els DGC pateixen físicament una transferència de força anisòtropa i participen en la reordenació mecanosensorial i citoesquelètica del microambient intracel·lular, d'acord amb el model de tensegritat.A més, Dp427m amortigua les forces biomecàniques entrants ampliant les repeticions de l'espectrina dins del seu domini central central, actuant així com a mecanoprotector mantenint una força de desenrotllament de 25 pN en un rang de 800 nm estès.En dividir-se, la distrofina és capaç de "amortiguar" la força de contracció-relaxació produïda pels cardiomiòcits10.Atesa la diversitat de proteïnes i fosfolípids que interaccionen amb els dominis de repetició de l'espectrina, és interessant especular si el desenrotllament de la repetició de l'espectrina altera la cinètica d'unió de les proteïnes mecanosensibles d'una manera similar a la de la talina116,117,118.Tanmateix, això encara no s'ha determinat i cal investigar més.