310 Roostevabast terasest kapillaarspiraali torude keemiline komponent, düstrofiini glükoproteiini komplekside roll lihasrakkude mehaanilises ülekandes

Täname, et külastasite veebisaiti Nature.com.Kasutate piiratud CSS-i toega brauseri versiooni.Parima kasutuskogemuse saamiseks soovitame kasutada uuendatud brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim).Lisaks näitame pideva toe tagamiseks saiti ilma stiilide ja JavaScriptita.
Liugurid, mis näitavad kolme artiklit slaidi kohta.Kasutage slaidide vahel liikumiseks nuppu Tagasi ja Järgmine või igal slaidil liikumiseks lõpus olevaid slaidijuhtnuppe.

310 roostevabast terasest kapillaarspiraaltorude tarnijad

Düstrofiin on düstrofiini-glükoproteiini kompleksi (DGC) peamine valk skeletilihastes ja kardiomüotsüütides.Düstrofiin seob aktiini tsütoskeleti ekstratsellulaarse maatriksiga (ECM).Ekstratsellulaarse maatriksi ja intratsellulaarse tsütoskeleti vahelise ühenduse katkemisel võivad olla laastavad tagajärjed skeletilihaste rakkude homöostaasile, mis põhjustab mitmeid lihasdüstroofiaid.Lisaks põhjustab funktsionaalsete DGC-de kadumine progresseeruvat laienenud kardiomüopaatiat ja enneaegset surma.Düstrofiin toimib molekulaarse vedruna ja DHA mängib võtmerolli sarkolemma terviklikkuse säilitamisel.Lisaks koguneb tõendeid DGC sidumise kohta mehaanilise signaalimisega, kuigi see roll on endiselt halvasti mõistetav.Selle ülevaateartikli eesmärk on anda kaasaegne ülevaade DGC-dest ja nende rollist mehhaanilises ülekandes.Esmalt arutame lihasrakkude mehaanika ja funktsiooni vahelist keerulist seost ning seejärel vaatame läbi hiljutised uuringud düstrofiini glükoproteiini kompleksi rolli kohta mehaanilises transduktsioonis ja lihasrakkude biomehaanilise terviklikkuse säilitamises.Lõpuks vaatame läbi praeguse kirjanduse, et mõista, kuidas DGC signaalimine ristub mehaanilise signaalimise radadega, et tuua esile võimalikud tulevased sekkumispunktid, pöörates erilist tähelepanu kardiomüopaatiale.
Rakud on pidevas ühenduses oma mikrokeskkonnaga ning nendevaheline kahepoolne dialoog on vajalik biomehaanilise teabe tõlgendamiseks ja integreerimiseks.Biomehaanika kontrollib peamisi järgnevaid sündmusi (nt tsütoskeleti ümberkorraldusi), kontrollides raku üldist fenotüüpi ruumis ja ajas.Kardiomüotsüütides toimuva protsessi keskmes on rannikupiirkond, piirkond, kus sarkolemma ühendub sarkomeeriga, mis koosneb integriini-taliin-vinkuliini ja düstrofiini-glükoproteiini (DGC) kompleksidest.Rakusisese tsütoskeleti külge kinnitatud diskreetsed fokaalsed adhesioonid (FA-d) levitavad biomehaaniliste ja biokeemiliste rakuliste muutuste kaskaadi, mis kontrollivad diferentseerumist, proliferatsiooni, organogeneesi, migratsiooni, haiguse progresseerumist ja palju muud.Biomehaaniliste jõudude muundumist biokeemilisteks ja/või (epi)geneetilisteks muutusteks nimetatakse mehhanotransduktsiooniks1.
Integriini transmembraanne retseptor 2 on juba ammu teadaolevalt ankurdanud rakuvälist maatriksit rakkudesse ja vahendab nii sisemist kui ka välist signaaliülekannet.Paralleelselt integriinidega seovad DGC-d ECM-i tsütoskeletiga, luues kriitilise seose raku välis- ja sisekülje vahel3.Täispikka düstrofiini (Dp427) ekspresseeritakse peamiselt südame- ja skeletilihastes, kuid seda täheldatakse ka kesknärvisüsteemi kudedes, sealhulgas võrkkestas ja Purkinje koes4.Arvatakse, et integriinide ja DGC mutatsioonid on lihasdüstroofia ja progresseeruva laienenud kardiomüopaatia (DCM) põhjused (tabel 1)5,6.Eelkõige põhjustavad tsentraalset düstrofiini valku DGC kodeerivad DMD mutatsioonid Duchenne'i lihasdüstroofiat (DMD)7.DGC koosneb mitmest alamkompleksist, sealhulgas α- ja β-düstroglükaan (α/β-DG), sarkoglükaan-sarkospan, süntrofiin ja düstrofiin8.
Düstrofiin on tsütoskeleti valk, mida kodeerib DMD (Xp21.1-Xp22), mis mängib keskset rolli DGC säilitamisel.DGC säilitab sarkolemma, vöötlihaskoe plasmamembraani terviklikkuse.Düstrofiin nõrgendab veelgi kokkutõmbumisest põhjustatud kahjustusi, toimides molekulaarse vedru ja molekulaarse karkassina9, 10.Täispika düstrofiini molekulmass on 427 kDa, kuid DMD paljude sisemiste promootorite tõttu on mitmeid looduslikult esinevaid kärbitud isovorme, sealhulgas Dp7111.
On näidatud, et lisavalgud paiknevad düstrofiinil, sealhulgas tõelised mehhaanilised muundurid, nagu neuronaalne lämmastikoksiidi süntaas (nNOS), Jah-seotud valk (YAP) ja kaveoliin-3, mis esindavad seega raku signaaliülekande olulisi komponente.Ühendid 12, 13, 14. Lisaks adhesioonile, raku mehhanismile, mis on seotud interaktsioonidega rakkude ja maatriksi vahel, mille moodustavad integriinid ja nende allavoolu sihtmärgid, esindavad need kaks kompleksi liidest raku "sees" ja "väljas" vahel. .Nende fokaalsete adhesioonide kaitsmine ebanormaalse hävimise eest on rakkude käitumise ja ellujäämise seisukohalt kriitiline.Lisaks kinnitavad andmed, et düstrofiin on mehaaniliselt tundlike ioonikanalite, sealhulgas venitusaktiveeritud kanalite, eriti L-tüüpi Ca2+ kanalite ja TRPC 15 kanalite modulaator.
Kuigi düstrofiin on oluline vöötlihasrakkude homöostaatilise funktsiooni jaoks, on täpsed tugimehhanismid vähem selged, eriti düstrofiini roll ja selle võime toimida mehhanosensori ja mehaanilise kaitsjana.Düstrofiini kadumise tõttu on kerkinud mitmed vastuseta küsimused, sealhulgas: kas mehhaanitundlikud valgud nagu YAP ja AMPK on sarkolemmas valesti paigutatud;Kas on olemas läbirääkimisi integriinidega, mis võivad viia ebanormaalse mehhaanilise transduktsioonini?Kõik need omadused võivad kaasa aidata raskele DCM-i fenotüübile, mida täheldatakse DMD-ga patsientidel.
Lisaks on raku biomehaanika muutuste seos üldise DMD fenotüübiga olulised kliinilised tagajärjed.DMD on X-seotud lihasdüstroofia, mis mõjutab 1:3500–5000 meest, mida iseloomustab varajane liikuvuse kaotus (<5 aastat) ja progresseeruv DCM, mille prognoos on oluliselt halvem kui teiste etioloogiate DCM-i puhul16, 17, 18.
Düstrofiini kadumise biomehaanikat ei ole täielikult kirjeldatud ja siin vaatleme tõendeid, mis toetavad arvamust, et düstrofiinil on tõepoolest mehaaniline kaitse, st sarkolemma terviklikkuse säilitamine, ja see on mehhaanilise transduktsiooni jaoks kriitiline.Lisaks vaatasime läbi tõendid, mis viitavad olulisele läbirääkimisele integriinidega, spetsiifiliselt laminiini α7β1D sidumisele vöötlihasrakkudes.
Inseratsioonid ja deletsioonid põhjustavad DMD-s suure hulga mutatsioone, kusjuures 72% mutatsioonidest on põhjustatud sellistest mutatsioonidest19.Kliiniliselt avaldub DMD imikueas (≤5 aastat) hüpotensiooni, positiivse Goweri tunnusega, vanusega seotud muutuste edasise progresseerumise, vaimse alaarengu ja skeletilihaste atroofiaga.Respiratoorne distress on ajalooliselt olnud DMD-ga patsientide peamine surmapõhjus, kuid parem toetav ravi (kortikosteroidid, pidev positiivne hingamisteede rõhk) on pikendanud nende patsientide eluiga ning pärast 1990. aastat sündinud DMD-ga patsientide keskmine vanus on 28,1 aastat 20,21 ..Patsientide elulemuse suurenedes on progresseeruva DCM-i prognoos võrreldes teiste kardiomüopaatiatega16 oluliselt halvem, mis viib lõppstaadiumis südamepuudulikkuseni, mis on praegu peamine surmapõhjus, mis moodustab ligikaudu 50% DMD-surmadest17,18.
Progresseeruvat DCM-i iseloomustab vasaku vatsakese suurenenud dilatatsioon ja vastavus, vatsakeste hõrenemine, suurenenud fibrorasva infiltratsioon, vähenenud süstoolne funktsioon ja suurenenud arütmiate sagedus.DCM-i määr DMD-ga patsientidel on hilises noorukieas (90% kuni 18-aastased) peaaegu universaalne, kuid 10-aastaseks saamiseni esineb see ligikaudu 59% patsientidest8,22.Selle probleemi lahendamine on kriitilise tähtsusega, kuna vasaku vatsakese väljutusfraktsioon on pidevalt vähenenud kiirusega 1,6% aastas23.
Südame rütmihäired on DMD-ga patsientidel tavalised, eriti siinustahhükardia ja ventrikulaarne tahhükardia, ning need on südame äkksurma põhjuseks22.Arütmiad on fibrorasva infiltratsiooni tagajärg, eriti vasaku vatsakese subbasaalses osas, mis kahjustab tagasivooluahelat, samuti [Ca2+]i töötlemise düsfunktsiooni ja ioonkanalite talitlushäireid24,25.Südame kliinilise pildi äratundmine on kriitilise tähtsusega, kuna varajased ravistrateegiad võivad raske DCM-i teket edasi lükata.
Südame düsfunktsiooni ja skeletilihaste haigestumuse ravi tähtsust näitab huvitav uuring, milles kasutati DMD hiiremudelit nimega mdx26, et uurida skeletilihaskoe paranemise mõju, ilma et oleks käsitletud DMD-s esinevaid südameprobleeme.Siin näitasid autorid südame düsfunktsiooni paradoksaalset 5-kordset suurenemist pärast skeletilihaste paranemist ja hiirtel oli väljutusfraktsioon märkimisväärselt vähenenud26.Parem skeletilihaste funktsioon võimaldab suuremal füüsilisel aktiivsusel müokardit rohkem koormata, muutes selle vastuvõtlikumaks üldistele talitlushäiretele.See rõhutab DMD-ga patsientide ravimise tähtsust üldiselt ja hoiatab ainult skeletilihaste ravi eest.
DGC-d täidavad mitmeid lisafunktsioone, nimelt tagavad sarkolemma struktuurse stabiilsuse, muutuvad molekulaarseks karkassiks, mis toimib signaaliülekande lülina, reguleerivad mehhaanitundlikke ioonkanaleid, kaldapoolse mehhaanilise transduktsiooni tuuma ja osalevad külgjõu ülekandes kalda piirkonnas. ribid (joonis 1b)..Düstrofiinil on selles võimes keskne roll ja paljude sisemiste promootorite olemasolu tõttu on olemas mitu erinevat isovormi, millest igaüks mängib erinevates kudedes erinevat rolli.Erinevate düstrofiini isovormide erinev koeekspressioon toetab arvamust, et igal isovormil on erinev roll.Näiteks südamekude ekspresseerib düstrofiini täispikkuses (Dp427m) ja ka lühemat Dp71m isovormi, samas kui skeleti kude ekspresseerib ainult esimest kahest.Iga alatüübi rolli jälgimine võib paljastada mitte ainult selle füsioloogilise funktsiooni, vaid ka lihasdüstroofia patogeneesi.
Täispika düstrofiini (Dp427m) ja väiksema kärbitud Dp71 isovormi skemaatiline esitus.Düstrofiinil on 24 spektrikordust, mis on eraldatud nelja silmusega, samuti aktiini siduv domeen (ABD), tsüsteiinirikas (CR) domeen ja C-ots (CT).On tuvastatud peamised sidumispartnerid, sealhulgas mikrotuubulid (MT) ja sarkolemma.Dp71 isovorme on palju, Dp71m viitab lihaskoele ja Dp71b närvikoe isovormile.Eelkõige viitab Dp71f neuronite tsütoplasmaatilisele isovormile.b Düstrofiini-glükoproteiini kompleks (DHA) paikneb sarkolemmas tervikuna.Biomehaanilised jõud lülituvad ECM-i ja F-aktiini vahel.Pange tähele potentsiaalset läbirääkimist DGC-de ja integriini adhesiooni vahel, Dp71 võib mängida rolli fokaalsetes adhesioonides.Loodud saidil Biorender.com.
DMD on kõige levinum lihasdüstroofia ja seda põhjustavad DMD mutatsioonid.Kuid selleks, et mõista täielikult meie praegust arusaama antidüstrofiini rollist, on oluline asetada see DGC kui terviku konteksti.Seega kirjeldatakse lühidalt teisi koostises olevaid valke.DGC valgu koostist hakati uurima 1980. aastate lõpus, pöörates erilist tähelepanu düstrofiinile.Koenig27,28, Hoffman29 ja Ervasti30 tegid olulise avastuse, tuvastades düstrofiini, 427 kDa valgu vöötlihastes31.
Seejärel näidati, et düstrofiiniga on seotud ka teised alamkompleksid, sealhulgas sarkoglükaan, transsüün, düstrofiini alamkompleks, düsbreviin ja süntrofiinid8, mis koos moodustavad praeguse DGC mudeli.Selles jaotises levitatakse esmalt tõendeid DGC rolli kohta mehhanosensoorses tajumises, uurides samal ajal üksikasjalikult üksikuid komponente.
Vöötlihaskoes esinev täispikk düstrofiini isovorm on Dp427m (nt “m” lihase eristamiseks ajust) ja see on suur pulgakujuline valk nelja funktsionaalse domeeniga, mis paiknevad kardiomüotsüütide sarkolemma all, eriti ranniku piirkonnas. 29, 32. Dp427m, mida kodeerib Xp21.1 DMD geen, koosneb 79 eksonist, mis on genereeritud 2,2 megabaasil ja on seega meie genoomi suurim geen8.
Mitmed DMD sisemised promootorid toodavad mitmeid kärbitud düstrofiini isovorme, millest mõned on koespetsiifilised.Võrreldes Dp427m-ga on Dp71m märkimisväärselt kärbitud ja sellel puudub spektriini kordusdomeen või N-terminaalne ABD domeen.Kuid Dp71m säilitab C-terminaalse sidumisstruktuuri.Kardiomüotsüütides on Dp71m roll ebaselge, kuid on näidatud, et see lokaliseerub T-tuubulitesse, mis viitab sellele, et see võib aidata reguleerida ergastus-kontraktsiooni ühendust 33, 34, 35.Meile teadaolevalt on hiljutine Dp71m avastamine südamekoes pälvinud vähe tähelepanu, kuid mõned uuringud viitavad sellele, et see on seotud venitusaktiveeritud ioonikanalitega ja Masubuchi väitis, et see võib mängida rolli nNOS33 reguleerimises., 36. Seejuures on Dp71 pälvinud märkimisväärset tähelepanu neurofüsioloogias ja trombotsüütide uuringutes – valdkondades, mis võivad anda ülevaate rollist kardiomüotsüütides37,38,39.
Närvikoes ekspresseerub valdavalt Dp71b isovorm, teatatud on 14 isovormist38.On näidatud, et kesknärvisüsteemi akvaporiin 4 ja Kir4.1 kaaliumikanalite olulise regulaatori Dp71b deletsioon muudab hematoentsefaalbarjääri läbilaskvust40.Arvestades Dp71b rolli ioonikanali regulatsioonis, võib Dp71m mängida kardiomüotsüütides sarnast rolli.
DGC esinemine ranniku ganglionides näitab koheselt rolli mehhanotransduktsioonis ja tõepoolest on näidatud, et see lokaliseerub koos integriini-taliin-vinkuliini kompleksidega 41 .Veelgi enam, arvestades, et rannikualade segment on põiksuunalise mehhaanilise transduktsiooni fookuses, tõstab Dp427m lokaliseerimine siin esile selle rolli rakkude kaitsmisel kokkutõmbumisest põhjustatud kahjustuste eest.Lisaks interakteerub Dp427m aktiini ja mikrotuubulite tsütoskeletiga, luues seeläbi ühenduse rakusisese keskkonna ja rakuvälise maatriksi vahel.
N-ots, mis sisaldab aktiini siduvat domeeni 1 (ABD1), koosneb kahest kalmoduliini homoloogia domeenist (CH), mis on vajalikud interaktsiooniks F-aktiiniga ja y-aktiini isovormi ankurdamiseks sarkolemma külge42, 43.Düstrofiin võib kaasa aidata kardiomüotsüütide üldisele viskoelastsusele, kinnitudes subsarkolemmaalse tsütoskeleti külge, ja selle lokaliseerimine ranniku ganglionides toetab selle osalemist nii mehhaanilises transduktsioonis kui ka mehhaanilises kaitses44, 45.
Keskne tuumdomeen koosneb 24 spektrilaadsest korduvvalgust, millest igaüks on ligikaudu 100 aminohappejäägi pikkune.Spektriini kordused on segatud nelja liigenddomeeniga, mis annab valgule paindlikkuse ja suure venitatavuse.Düstrofiini spektriini kordused võivad areneda füsioloogilises jõudude vahemikus (15–30 pN), mis ulatuvad 21 nm kuni 84 nm, jõud, mis on saavutatavad müosiini kokkutõmbumiseks46.Need spektriini kordusdomeeni omadused võimaldavad düstrofiinil toimida molekulaarse amortisaatorina.
Dp427m keskne varras tagab selle lokaliseerimise sarkolemmas, eriti hüdrofoobsete ja elektrostaatiliste interaktsioonide kaudu fosfatidüülseriiniga 47,48.Huvitav on see, et düstrofiini keskne tuum interakteerub erinevalt sarcolemma fosfolipiididega skeleti ja südame kudedes, peegeldades võib-olla erinevaid kevadmustreid.kriitiline, samas kui skeletilihased on samuti seotud R10-R1249-ga.
Seondumiseks y-aktiini tsütoskeletiga on vaja ABD2 spektriini korduse 11–17 piirkonda, mis koosneb aluselistest aminohappejääkidest ja erineb F-aktiini siduvast CH domeenist.Mikrotuubulid interakteeruvad otseselt düstrofiini tuumdomeeniga, see interaktsioon nõuab spektriini korduste 4-15 ja 20-23 jääke ning anküriin B olemasolu on vajalik, et vältida mikrotuubulite moodustumist selles kohas.Torud puuduvad 50,51,52.On näidatud, et mikrotuubulite ja düstrofiini vaheline lõhe süvendab DMD patoloogiat, suurendades reaktiivsete hapnikuühendite (X-ROS) hulka.
CR domeen ankyriin B kaudu on veel üks ankur sarkolemmiliste fosfolipiidide jaoks52.Ankyrin-B ja ankyrin-G on vajalikud düstrofiini / DGC ribide lokaliseerimiseks ning nende puudumine põhjustab DGC52 hajusa sarkolemmaalse mustri.
CR domeen sisaldab WW siduvat domeeni, mis interakteerub otseselt β-DG PPxY sidumismotiiviga.Düstrofiini-glükaani kompleksiga kinnitumisel viib düstrofiin lõpule sideme raku sise- ja välispinna vahel54.See ühendus on vöötlihase jaoks kriitiline, mida tõendab tõsiasi, et ECM-i ja raku sisemuse vahelise ühenduse katkemine põhjustab eluiga piiravat lihasdüstroofiat.
Lõpuks on CT domeen väga konserveerunud piirkond, mis moodustab keerdunud heeliksi ja on kriitilise tähtsusega α-düstrobreviini ja α1-, β1-süntrofiinidega 55, 56 seondumisel.α-düstrobreviin seondub düstrofiini CT domeeniga ja annab sarkolemmas täiendava resistentsuse düstrofiini suhtes57.
Embrüonaalse ja loote arengu ajal ekspresseeritakse Utrophin laialdaselt erinevates kudedes, sealhulgas endoteelirakkudes, närvikoes ja vöötlihaskoes58.Utrofiini ekspresseerib 6q kromosoomis asuv UTRN ja see on 80% valgu homoloogiaga düstrofiini autoloog.Arengu ajal lokaliseerub utrofiin sarkolemmas, kuid on märgatavalt alla surutud postnataalses vöötlihaskoes, kus see asendatakse düstrofiiniga.Pärast sündi piirdub utrofiini lokaliseerimine skeletilihaste kõõluste ja neuromuskulaarsete ühendustega58,59.
Utrofiini siduvad partnerid on üldiselt sarnased düstrofiinide omadega, kuigi on kirjeldatud mõningaid olulisi erinevusi.Näiteks düstrofiin interakteerub β-DG-ga oma WW domeeni kaudu, mida stabiliseerib ZZ domeen (nimetatud selle võime järgi siduda kahte tsingiooni) oma CT piirkonnas, kus tsüsteiinhappe jäägid 3307-3354 on selle interaktsiooni jaoks eriti olulised60 ., 61. Utrofiin seondub ka β-DG-ga WW/ZZ domeeni kaudu, kuid seda interaktsiooni toetavad täpsed jäägid erinevad düstrofiini jääkidest (3307–3345 düstrofiinis ja 3064–3102 utrofiinis) 60,61.Oluline on see, et utrofiini seondumine β-DG-ga oli ligikaudu 2 korda madalam võrreldes düstrofiiniga 61. On teatatud, et düstrofiin seondub F-aktiiniga spektriini korduste 11–17 kaudu, samas kui utrofiini sarnased saidid ei saa F-aktiiniga seonduda isegi kellaajal. kõrge kontsentratsiooniga, kuid võivad suhelda oma CH-domeenide kaudu.Tegevus 62,63,64.Lõpuks, erinevalt düstrofiinist, ei saa utrofiin seostuda mikrotuubulitega51.
Biomehaaniliselt on utrofiini spektriini kordustel düstrofiiniga võrreldes erinev lahtirullumise muster65.Utrofiin-spektriin kordab kasutuselevõttu kõrgemate jõududega, sarnaselt titiiniga, kuid mitte düstrofiiniga65.See on kooskõlas selle lokaliseerimise ja rolliga jäiga elastsusjõu ülekandmisel kõõluste ristmikel, kuid võib muuta utrofiini vähem sobivaks toimima molekulaarvedruna kontraktsioonist põhjustatud puhverjõududes 65 .Kokkuvõttes näitavad need andmed, et utrofiini üleekspressiooni korral võivad mehhaanilise transduktsiooni ja mehaanilise puhverdamise võimalused muutuda, eriti arvestades erinevaid sidumispartnereid / mehhanisme, kuid see nõuab täiendavat eksperimentaalset uuringut.
Funktsionaalsest vaatenurgast teeb asjaolu, et utrofiinil arvatakse olevat düstrofiiniga sarnane toime, võimalik DMD66,67 ravi sihtmärk.Tegelikult on näidatud, et mõned DMD-ga patsiendid ekspresseerivad utrofiini üle, võib-olla kompenseeriva mehhanismina, ja fenotüüp on edukalt taastatud utrofiini üleekspressiooniga hiiremudelis 68 .Kuigi utrofiini ülesreguleerimine on tõenäoline terapeutiline strateegia, muudab utrofiini pikaajalise strateegia endiselt ebaselgeks utrofiini ja düstrofiini vahelise formaalse ja funktsionaalse erinevuse ning selle üleekspressiooni esilekutsumise kasulikkuse ja õige lokaliseerimisega mööda sarkolemma.Eelkõige näitavad naissoost kandjad utrofiini ekspressiooni mosaiikmustrit ning düstrofiini ja utrofiini vaheline suhe võib mõjutada nende patsientide laienenud kardiomüopaatia astet 69, kuigi kandjate hiiremudelid on näidanud..
Düstroglükaani alamkompleks koosneb kahest valgust, α- ja β-düstroglükaanist (α-, β-DG), mis mõlemad transkribeeritakse DAG1 geenist ja seejärel lõhustatakse translatsioonijärgselt kahekomponendiliseks valguks 71 .α-DG on DGC-de ekstratsellulaarses aspektis tugevalt glükosüülitud ja interakteerub otseselt α2-lamiini proliinijääkidega, samuti agriin72 ja pikakuliiniga73 ning düstrofiini 73, 74, 75, 76 CT/CR piirkonnaga.O-seotud glükosüülimine, eriti seriinijääkide puhul, on vajalik selle interaktsiooniks ECM-iga.Glükosüülimise rada hõlmab paljusid ensüüme, mille mutatsioonid põhjustavad lihasdüstroofiat (vt ka tabel 1).Nende hulka kuuluvad O-mannosüültransferaas POMT2, fukutiini ja fukutiiniga seotud valk (FKRP), kaks ribitoolfosfotransferaasi, mis lisavad põhiglükaanile tandemribitoolfosfaate, ja LARGE1 valk, mis lisab ksüloosi ja glükoosi.Lineaarne uroonhappe polüsahhariid, tuntud ka kui maatriksglükaan glükaani lõpus77.FKRP osaleb ka ECM-i väljatöötamises ja säilitamises ning selle mutatsioonid põhjustavad laminiini α2 ja α-DG77, 78, 79 ekspressiooni vähenemist.Lisaks võib FKRP glükosüülitud fibronektiin 80 kaudu juhtida ka basaalkihi ja südame rakuvälise maatriksi moodustumist.
β-DG sisaldab PPxY siduvat motiivi, mis lokaliseerib ja eraldab otseselt YAP12.See on huvitav leid, kuna see tähendab, et DGC reguleerib kardiomüotsüütide rakutsüklit.α-DH vastsündinute kardiomüotsüütides interakteerub agriiniga, mis soodustab südame regeneratsiooni ja DGC76 lüüsi rakkude küpsemise tõttu.Kardiomüotsüütide küpsedes väheneb agriini ekspressioon laminiini kasuks, mis arvatakse soodustavat rakutsükli peatamist76.Morikawa12 näitas, et YAP-i negatiivse regulaatori düstrofiini ja salvadori kahekordne kokkuvarisemine põhjustab kardiomüotsüütide hüperproliferatsiooni infarkti põhjustavas vatsas.See viis põneva ideeni, et YAP-i manipuleerimine võib olla kliiniliselt väärtuslik koekaotuse ennetamisel pärast müokardiinfarkti.Seega võib agriini poolt indutseeritud DGC lüüs kujutada endast telge, mis võimaldab YAP-i aktiveerimist ja on potentsiaalne viis südame regenereerimiseks.
Mehaaniliselt on sarkolemma ja basaalkihi vahelise interaktsiooni säilitamiseks vajalikud α- ja β-DG 81 .Nii α-DG kui ka α7 integriinid aitavad kaasa jõu tekkele ranniku ganglionis ja α-DG kadumine põhjustab sarkolemma eraldumise basaalkihist, jättes skeletilihaskoe haavatavaks kontraktsioonist põhjustatud kahjustuste suhtes.Nagu eelnevalt kirjeldatud, reguleerib düstroglükaani kompleks DGC-de üldist käivet, kus seondumine sugulasligandi laminiiniga põhjustab β-DG892 PPPY-d siduva motiivi türosiini fosforüülimist.Türosiini fosforüülimine soodustab siin düstrofiini lahtivõtmist, mis muudab DGC kompleksi ümber.Füsioloogiliselt on see protsess tugevalt reguleeritud, mis puudub lihasdüstroofia82 korral, kuigi selle protsessi kontrolli all olevad mehhanismid pole täielikult teada.
On näidatud, et tsükliline venitus aktiveerib ERK1 / 2 ja AMPK radu läbi düstrofiini kompleksi ja sellega seotud valgu plektiini83.Plektiini ja düstroglükaani ei nõuta mitte ainult karkassina toimimiseks, vaid ka mehhaanilises transduktsioonis osalemiseks ning plektiini katkestamine viib ERK1 / 2 ja AMPK83 aktiivsuse vähenemiseni.Plektiin seondub ka tsütoskeleti vahepealse filamendi desmiiniga ja on näidatud, et desmiini üleekspressioon parandab haiguse fenotüüpi mdx: desmin ja mdx hiirtel, DMD84 topelt väljalülitatud hiiremudelil.Suheldes β-DG-ga, seob plektiin kaudselt DGC selle tsütoskeleti komponendiga.Lisaks interakteerub düstroglükaan kasvufaktori retseptorit siduva valguga 2 (Grb2), mis teadaolevalt osaleb tsütoskeleti ümberkorraldustes85.On näidatud, et Ras-i aktiveerimine integriini poolt on vahendatud Grb2 kaudu, mis võib pakkuda potentsiaalset teed integriinide ja DGC86 vaheliseks läbirääkimiseks.
α-DH glükosüülimisega seotud geenide mutatsioonid põhjustavad nn lihasdüstroofiat.Düstroglükanopaatiad näitavad kliinilist heterogeensust, kuid need on peamiselt põhjustatud α-DG ja laminiini α277 vahelise interaktsiooni katkemisest.DAG1 primaarsetest mutatsioonidest põhjustatud düstrofiglikanoosid on üldiselt äärmiselt haruldased, tõenäoliselt seetõttu, et need on embrüonaalselt surmavad87, kinnitades seega vajadust rakulise seose järele ECM-iga.See tähendab, et enamik düstroofseid glükaani haigusi on põhjustatud glükosüülimisega seotud sekundaarsetest valkude mutatsioonidest.Näiteks põhjustavad POMT1 mutatsioonid äärmiselt rasket Walker-Warburgi sündroomi, mida iseloomustab anentsefaalia ja märgatavalt lühenenud eluiga (alla 3 aasta)88.FKRP mutatsioonid avalduvad aga valdavalt jäseme-vöötme lihasdüstroofiana (LGMD), mis on tavaliselt (kuid mitte alati) suhteliselt kerge.Siiski on näidatud, et FKRP mutatsioonid on WWS89 haruldane põhjus.FKRP-s on tuvastatud palju mutatsioone, millest põhimutatsioon (c.826>A) põhjustab kõige sagedamini LGMD2I90.
LGMD2I on suhteliselt kerge lihasdüstroofia, mille patogenees põhineb rakuvälise maatriksi ja intratsellulaarse tsütoskeleti vahelise ühenduse katkemisel.Vähem selge on seos genotüübi ja fenotüübi vahel nendes geenides mutatsioonidega patsientidel ja see kontseptsioon on tõepoolest rakendatav ka teiste DSC valkude puhul.Miks on mõnel FKRP mutatsiooniga patsiendil haiguse fenotüüp, mis on kooskõlas WWS-iga, samas kui teistel on LGMD2I?Vastus sellele küsimusele võib peituda i) selles, millist glükosüülimise raja etappi mutatsioon mõjutab, või ii) hüpoglükosüülimise astmes mis tahes etapis.α-DG hüpoglükosüülimine võib siiski võimaldada teatud määral interaktsiooni ECM-iga, mille tulemuseks on kergem üldine fenotüüp, samas kui dissotsiatsioon basaalmembraanist suurendab haiguse fenotüübi raskust.LGMD2I-ga patsientidel areneb ka DCM, kuigi see on vähem dokumenteeritud kui DMD, mis motiveerib neid mutatsioone kardiomüotsüütide kontekstis kiiresti mõistma.
Sarkospan-sarkoglükaani alamkompleks soodustab DHA moodustumist ja interakteerub otseselt β-DH-ga.Südamekoes on neli ühesuunalist sarkoglükaani: α, β, γ ja δ91.Hiljuti kirjeldati, et c.218C>T missense mutatsioon SGCA geeni eksonis 3 ja osaline heterosügootne deletsioon eksonites 7–8 põhjustavad LGMD2D92.Kuid sel juhul ei hinnanud autorid südame fenotüüpi.
Teised rühmad on leidnud, et SGCD sea93 ja hiire94 mudelites põhjustab valgu ekspressiooni vähenemist sarkoglükaani alamkompleksis, häirides DGC-de üldist struktuuri ja põhjustades DCM-i.Lisaks teatati, et 19% kõigist SGCA, SGCB või SGCG mutatsioonidega patsientidest oli laienenud kardiomüopaatia ja 25% kõigist patsientidest vajas ka hingamistoetust95.
Sarkoglükaani (SG) δ retsessiivsed mutatsioonid põhjustavad sarkoglükaani komplekside ja seega ka DGC vähenemise või täieliku puudumise südamekoes ning vastutavad LGMD ja sellega seotud DCM96 eest.Huvitav on see, et SG-δ domineerivad-negatiivsed mutatsioonid on spetsiifilised kardiovaskulaarsüsteemile ja on perekondliku laienenud kardiomüopaatia põhjus97.On näidatud, et SG-δ R97Q ja R71T domineeriv-negatiivsed mutatsioonid ekspresseeruvad stabiilselt roti kardiomüotsüütides ilma kogu DGC98 olulise kahjustuseta.Neid mutatsioone kandvad südamerakud on aga mehaanilise pinge all vastuvõtlikumad sarkolemma kahjustustele, läbilaskvusele ja mehaanilisele düsfunktsioonile, mis on kooskõlas DCM98 fenotüübiga.
Sarcospan (SSPN) on 25 kDa tetraspaniin, mis paikneb sarkoglükaani alamkompleksis ja arvatakse, et see toimib valgu karkassina99 100.Valgukarkassina stabiliseerib SSPN α-DG99,101 lokaliseerimist ja glükosüülimist.On leitud, et SSPN üleekspressioon hiiremudelites suurendab lihaste ja laminiini vahelist seostumist102.Lisaks on näidatud, et SSPN interakteerub integriinidega, mis viitab kahe ribi kommissuuri, DGC ja integriini-taliin-vinkuliini glükoproteiini struktuuri 100, 101, 102 vahelisele läbirääkimisastmele.SSPN-i katkestamine põhjustas ka α7β1 suurenemise hiire skeletilihastes.
Hiljutine uuring näitas, et sarkospani üleekspressioon suurendab α-DG küpsemist ja glükosüülimist südamekoes, sõltumata galaktosüülaminotransferaas 2 (Galgt2) pärssimisest DMD mdx hiiremudelis, leevendades seeläbi haiguse fenotüüpi 101. Suurenenud interaktsioon kompleksi glükosüülimisega võib suureneda. ECM, leevendades seeläbi haigust kõige enam.Lisaks on nad näidanud, et sarkospani üleekspressioon vähendab β1D integriini interaktsiooni DGC-dega, tuues esile sarkospani võimaliku rolli integriinikomplekside reguleerimisel101.
Süntrofiinid on väikeste (58 kDa) valkude perekond, mis lokaliseeruvad DGC-dele, millel endal puudub sisemine ensümaatiline aktiivsus ja mis toimivad molekulaarsete adapteritena103,104.Tuvastatud on viis isovormi (α-1, β-1, β-2, γ-1 ja γ-2), mis näitavad koespetsiifilist ekspressiooni, kusjuures α-1 isovorm ekspresseerub valdavalt vöötlihaskoes105.Süntrofiinid on olulised adaptervalgud, mis hõlbustavad suhtlemist düstrofiini ja signaalmolekulide, sealhulgas skeletilihaste neuronaalse lämmastikoksiidi süntaasi (nNOS) vahel106.α-süntrofiin interakteerub otseselt düstrofiini 16-17 spektriini kordusdomeeniga, mis omakorda seondub nNOS106,107 PDZ-d siduva motiiviga.
Süntrofiinid interakteeruvad ka düstrobreviiniga PH2 ja SU sidumisdomeenide kaudu ning nad interakteeruvad ka aktiini tsütoskeletiga 108 .Tõepoolest, süntrofiinid näivad mängivat eriti olulist rolli tsütoskeleti dünaamika reguleerimisel ning α ja β isovormid on võimelised F-aktiiniga 108 otseselt interakteeruma ja seega mängivad tõenäoliselt rolli raku pingelisuse ja biomehaanika reguleerimises. mõju.Lisaks on näidatud, et süntrofiinid reguleerivad Rac1109 kaudu tsütoskeleti.
Süntrofiini taseme moduleerimine võib funktsiooni taastada ja hiljutine mini-düstrofiini kasutav uuring näitas, et ΔR4-R23/ΔCT konstrukt suutis taastada α-süntrofiini ja ka teised DGC valgud WT mdx kardiomüotsüütidega võrreldavale tasemele.
Lisaks oma rollile tsütoskeleti reguleerimises on süntrofiinid hästi dokumenteeritud ka ioonikanalite 111, 112, 113 reguleerimises.Süntrofiinide PDZ-d siduv motiiv reguleerib südame pingest sõltuvat Nav1.5111 kanalit, mis mängib võtmerolli südame erutuvuse ja juhtivuse loomisel.Huvitaval kombel leiti, et mdx hiiremudelis olid Nav1.5 kanalid alareguleeritud ja loomadel leiti südame rütmihäireid 111 .Lisaks on näidatud, et mehaaniliste tundlike ioonikanalite perekonda, transientset retseptori potentsiaalikanalit (TRPC), reguleerib südamekoes 113 α1-süntrofiin ja TRPC6 inhibeerimine parandab DMD112 hiiremudelis arütmiaid.On teatatud, et suurenenud TRPC6 aktiivsus DMD-s põhjustab südame rütmihäireid, mis leevenevad kombineerituna PKG 112-ga.Mehaaniliselt soodustab düstrofiini ammendumine venitusest põhjustatud [Ca2+]i sissevoolu, mis toimib TRPC6-st ülesvoolu, et seda aktiveerida, nagu on näidatud kardiomüotsüütides ja veresoonte silelihasrakkudes112,114.TRPC6 hüperaktiveerimine venitamiseks muudab selle DMD112, 114 peamiseks mehhanosensoriks ja potentsiaalseks terapeutiliseks sihtmärgiks.
Düstrofiini kadumine põhjustab kogu DGC kompleksi lüüsi või märkimisväärse supressiooni, millele järgneb paljude mehaaniliste kaitsvate ja mehhaanilise transduktsiooni funktsioonide kadu, mille tulemuseks on DMD vöötlihaskoes katastroofiline fenotüüp.Seetõttu võib olla mõistlik arvata, et RSK-d töötavad koos ja et üksikud komponendid sõltuvad teiste komponentide olemasolust ja toimimisest.See kehtib eriti düstrofiini kohta, mis näib olevat vajalik sarkolemma kompleksi kokkupanekuks ja lokaliseerimiseks kardiomüotsüütides.Igal komponendil on ainulaadne roll sarkolemma üldisel stabiliseerimisel, peamiste lisavalkude lokaliseerimisel, ioonikanalite ja geeniekspressiooni reguleerimisel ning ühe valgu kadumine DGC-s põhjustab kogu müokardi düsregulatsiooni.
Nagu ülalpool näidatud, osalevad paljud DGC valgud mehaanilises ülekandes ja signaalimises ning düstrofiin sobib selle rolli jaoks eriti hästi.Kui DGC asub ribides, kinnitab see arvamust, et see osaleb mehhaanilises transduktsioonis koos integriinidega.Seega läbivad DGC-d füüsiliselt anisotroopse jõuülekande ja osalevad rakusisese mikrokeskkonna mehhanosensoorses ja tsütoskeleti ümberkorraldamises, mis on kooskõlas tensegrity mudeliga.Lisaks puhverdab Dp427m sissetulevaid biomehaanilisi jõude, laiendades spektriini kordusi oma keskses tuumdomeenis, toimides seeläbi mehaanilise kaitsjana, säilitades 25 pN lahtikerimisjõudu laiendatud 800 nm vahemikus.Lõhenemise teel suudab düstrofiin "puhverdada" kardiomüotsüütide poolt tekitatud kontraktsiooni-lõõgastusjõudu10.Arvestades valkude ja fosfolipiidide mitmekesisust, mis interakteeruvad spektriini kordusdomeenidega, on huvitav spekuleerida, kas spektriini korduv lahtikerimine muudab mehhaanitundlike valkude seondumiskineetikat sarnaselt taliin116, 117, 118 omaga.Seda pole aga veel kindlaks tehtud ja vaja on täiendavat uurimist.