310 Kemijska komponenta kapilarne spiralne cijevi od nehrđajućeg čelika, Uloga kompleksa glikoproteina distrofina u mehanotransdukciji mišićnih stanica

Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Klizači koji prikazuju tri članka po slajdu.Koristite dugmad za nazad i sledeće da se krećete kroz slajdove ili dugmad kontrolora slajdova na kraju za kretanje kroz svaki slajd.

310 Dobavljači kapilarnih spiralnih cijevi od nehrđajućeg čelika

Distrofin je glavni protein distrofin-glikoproteinskog kompleksa (DGC) u skeletnim mišićima i kardiomiocitima.Distrofin vezuje aktinski citoskelet za ekstracelularni matriks (ECM).Prekid veze između ekstracelularnog matriksa i intracelularnog citoskeleta može imati razorne posljedice za homeostazu skeletnih mišićnih stanica, što dovodi do brojnih mišićnih distrofija.Osim toga, gubitak funkcionalnih DGC-a dovodi do progresivne dilatacijske kardiomiopatije i prerane smrti.Distrofin djeluje kao molekularni izvor, a DHA igra ključnu ulogu u održavanju integriteta sarkoleme.Štaviše, gomilaju se dokazi koji povezuju DGC sa mehaničkom signalizacijom, iako je ova uloga i dalje slabo shvaćena.Ovaj pregledni članak ima za cilj da pruži moderan pogled na DGC i njihovu ulogu u mehanotransdukciji.Prvo raspravljamo o složenom odnosu između mehanike i funkcije mišićnih ćelija, a zatim pregledamo nedavna istraživanja o ulozi kompleksa glikoproteina distrofina u mehanotransdukciji i održavanju biomehaničkog integriteta mišićnih ćelija.Konačno, pregledamo trenutnu literaturu da bismo razumjeli kako se DGC signalizacija ukršta s mehanosignalnim putevima kako bismo istakli potencijalne buduće intervencijske točke, s posebnim fokusom na kardiomiopatiju.
Ćelije su u stalnoj komunikaciji sa svojim mikrookruženjem, a dvosmjerni dijalog između njih je neophodan za interpretaciju i integraciju biomehaničkih informacija.Biomehanika kontroliše ključne naknadne događaje (npr. preuređenje citoskeleta) kontrolišući ukupni ćelijski fenotip u prostoru i vremenu.Centralno za ovaj proces u kardiomiocitima je obalna regija, regija u kojoj se sarkolema povezuje sa sarkomerom sastavljenom od kompleksa integrin-talin-vinkulin i distrofin-glikoprotein (DGC).Vezane za intracelularni citoskelet, ove diskretne fokalne adhezije (FA) propagiraju kaskadu biomehaničkih i biokemijskih promjena koje kontroliraju diferencijaciju, proliferaciju, organogenezu, migraciju, progresiju bolesti i još mnogo toga.Pretvaranje biomehaničkih sila u biohemijske i/ili (epi)genetske promjene je poznato kao mehanotransdukcija1.
Odavno je poznato da integrinski transmembranski receptor 2 učvršćuje ekstracelularni matriks u ćelijama i posreduje i unutrašnju i eksternu signalizaciju.Paralelno sa integrinima, DGC vezuju ECM za citoskelet, uspostavljajući kritičnu vezu između spoljašnje i unutrašnje strane ćelije3.Distrofin pune dužine (Dp427) se prvenstveno eksprimira u srčanim i skeletnim mišićima, ali se takođe primećuje u tkivima centralnog nervnog sistema, uključujući retinu i Purkinje tkivo4.Smatra se da su mutacije integrina i DGC uzroci mišićne distrofije i progresivne proširene kardiomiopatije (DCM) (Tablica 1)5,6.Konkretno, DMD mutacije koje kodiraju centralni distrofin protein DGC uzrokuju Duchenneovu mišićnu distrofiju (DMD)7.DGC se sastoji od nekoliko podkompleksa uključujući α- i β-distroglikan (α/β-DG), sarkoglikan-sarkospan, sintrofin i distrofin8.
Distrofin je citoskeletni protein kodiran DMD (Xp21.1-Xp22) koji igra centralnu ulogu u održavanju DGC.DGC održava integritet sarkoleme, plazma membrane prugasto-prugastog mišićnog tkiva.Distrofin dodatno ublažava oštećenja uzrokovana kontrakcijom djelujući kao molekularna opruga i molekularna skela9,10.Distrofin pune dužine ima molekularnu težinu od 427 kDa, međutim, zbog mnogih unutrašnjih promotora u DMD-u, postoji nekoliko prirodno prisutnih skraćenih izoforma, uključujući Dp7111.
Pokazalo se da su pomoćni proteini lokalizirani na distrofinu, uključujući prave mehanotransduktore kao što su neuronska sintaza dušikovog oksida (nNOS), protein povezan sa Yes (YAP) i kaveolin-3, te tako predstavljaju važne komponente stanične signalizacije.Jedinjenja 12, 13, 14. Pored adhezije, ćelijskog mehanizma povezanog sa interakcijama između ćelija i matriksa, formiranog od integrina i njihovih nizvodnih ciljeva, ova dva kompleksa predstavljaju interfejs između "unutrašnje" i "vanjštine" ćelije. .Zaštita ovih fokalnih adhezija od abnormalnog uništenja je kritična za ponašanje i opstanak ćelije.Pored toga, podaci potvrđuju da je distrofin modulator mehanosenzitivnih jonskih kanala, uključujući kanale aktivirane rastezanjem, posebno Ca2+ kanale L-tipa i TRPC 15 kanale.
Iako je distrofin važan za homeostatsku funkciju poprečnoprugastih mišićnih stanica, precizni mehanizmi podrške su manje jasni, posebno uloga distrofina i njegova sposobnost da djeluje kao mehanosenzor i mehanički zaštitnik.Zbog gubitka distrofina, pojavilo se nekoliko pitanja bez odgovora, uključujući: da li su mehanosenzitivni proteini kao što su YAP i AMPK pogrešno locirani u sarkolemu;Postoje li preslušavanja sa integrinima, okolnosti koje mogu dovesti do abnormalne mehanotransdukcije?Sve ove karakteristike mogu doprinijeti ozbiljnom fenotipu DCM-a uočenom kod pacijenata sa DMD-om.
Osim toga, povezanost promjena u ćelijskoj biomehanici s ukupnim fenotipom DMD-a ima važne kliničke implikacije.DMD je X-vezana mišićna distrofija koja pogađa 1:3500–5000 muškaraca, koju karakterizira rani gubitak pokretljivosti (<5 godina) i progresivni DCM sa značajno lošijom prognozom od DCM druge etiologije16,17,18.
Biomehanika gubitka distrofina nije u potpunosti opisana, a ovdje razmatramo dokaze koji podržavaju ideju da distrofin zaista igra mehanoprotektivnu ulogu, tj. održava integritet sarkoleme, i da je kritičan u mehanotransdukciji.Osim toga, pregledali smo dokaze koji ukazuju na važno unakrsno preslušavanje sa integrinima, posebno vezanjem laminina α7β1D u prugasto-prugastim mišićnim ćelijama.
Insercije i delecije su odgovorne za veliki broj mutacija u DMD, pri čemu je 72% mutacija uzrokovano takvim mutacijama19.Klinički, DMD se manifestira u djetinjstvu (≤5 godina) hipotenzijom, pozitivnim Gowerovim znakom, odgođenom progresijom promjena vezanih za dob, mentalnom retardacijom i atrofijom skeletnih mišića.Respiratorni distres je povijesno bio vodeći uzrok smrti kod pacijenata s DMD, ali poboljšana potporna njega (kortikosteroidi, kontinuirani pozitivan pritisak u dišnim putevima) povećala je očekivani životni vijek ovih pacijenata, a srednja dob pacijenata s DMD rođenima nakon 1990. je 28,1 godina 20,21 ..Međutim, kako se preživljavanje pacijenata povećava, prognoza progresivne DCM je značajno lošija u odnosu na druge kardiomiopatije16, što dovodi do završne faze srčane insuficijencije, koja je trenutno vodeći uzrok smrti, čineći otprilike 50% smrtnih slučajeva od DMD17,18.
Progresivni DCM karakterizira povećana dilatacija i popuštanje lijeve komore, stanjivanje ventrikula, povećana fibromasna infiltracija, smanjena sistolna funkcija i povećana učestalost aritmija.Stepen DCM-a kod pacijenata sa DMD-om je skoro univerzalan u kasnoj adolescenciji (90% do 18 godina), ali je prisutan kod približno 59% pacijenata do 10. godine života8,22.Rješavanje ovog problema je kritično jer ejekciona frakcija lijeve komore stalno opada po stopi od 1,6% godišnje23.
Srčane aritmije su česte kod pacijenata sa DMD, posebno sinusna tahikardija i ventrikularna tahikardija, i uzrok su iznenadne srčane smrti22.Aritmije su rezultat fibromasne infiltracije, posebno u subbazalnoj lijevoj komori, koja oštećuje povratno kolo, kao i disfunkciju obrade [Ca2+]i i disfunkciju jonskih kanala24,25.Prepoznavanje kliničke srčane prezentacije je kritično, jer rane strategije liječenja mogu odgoditi početak teške DCM.
Važnost liječenja srčane disfunkcije i morbiditeta skeletnih mišića prikazana je u zanimljivoj studiji koja je koristila mišji model DMD-a nazvan mdx26 za proučavanje efekata poboljšanja skeletnog mišićnog tkiva bez rješavanja osnovnih srčanih problema prisutnih u DMD-u.Ovdje su autori demonstrirali paradoksalno 5-struko povećanje srčane disfunkcije nakon poboljšanja skeletnih mišića, a miševi su imali značajno smanjenje ejekcione frakcije26.Poboljšana funkcija skeletnih mišića omogućava veću fizičku aktivnost da više opterećuje miokard, čineći ga podložnijim općoj disfunkciji.Ovo naglašava važnost liječenja pacijenata s DMD općenito i upozorava na samo terapiju skeletnim mišićima.
DGC obavljaju nekoliko dodatnih funkcija, naime, obezbjeđuju strukturnu stabilnost sarkoleme, postaju molekularna skela koja djeluje kao signalna veza, reguliše mehanosenzitivne jonske kanale, jezgro kostalne mehanotransdukcije i sudjeluje u prijenosu lateralne sile u regiji rebra (slika 1b)..Distrofin igra centralnu ulogu u ovoj sposobnosti, a zbog prisustva mnogih unutrašnjih promotora, postoji nekoliko različitih izoforma, od kojih svaka igra različitu ulogu u različitim tkivima.Diferencijalna tkivna ekspresija različitih izoforma distrofina podržava ideju da svaka izoforma igra različitu ulogu.Na primjer, srčano tkivo izražava punu dužinu (Dp427m) kao i kraću Dp71m izoformu distrofina, dok skeletno tkivo izražava samo prvu od ta dva.Promatranje uloge svakog podtipa može otkriti ne samo njegovu fiziološku funkciju, već i patogenezu mišićne distrofije.
Šematski prikaz distrofina pune dužine (Dp427m) i manje, skraćene izoforme Dp71.Distrofin ima 24 spektrinska ponavljanja razdvojena sa četiri petlje, kao i domen koji veže aktin (ABD), domen bogat cisteinom (CR) i C-terminus (CT).Identificirani su ključni partneri za vezivanje, uključujući mikrotubule (MT) i sarkolemu.Postoje mnoge izoforme Dp71, Dp71m se odnosi na mišićno tkivo, a Dp71b se odnosi na izoformu nervnog tkiva.Konkretno, Dp71f se odnosi na citoplazmatsku izoformu neurona.b Distrofin-glikoproteinski kompleks (DHA) nalazi se u sarkolemi kao cjelini.Biomehaničke sile se prebacuju između ECM i F-aktina.Obratite pažnju na potencijalno preslušavanje između DGC-a i adhezije integrina, Dp71 može igrati ulogu u fokalnim adhezijama.Kreirano sa Biorender.com.
DMD je najčešća mišićna distrofija i uzrokovana je mutacijama u DMD.Međutim, da bismo u potpunosti cijenili naše trenutno razumijevanje uloge anti-distrofina, važno je staviti ga u kontekst DGC-a u cjelini.Dakle, ostali sastavni proteini će biti ukratko opisani.Proteinski sastav DGC-a počeo se proučavati kasnih 1980-ih, s posebnom pažnjom na distrofin.Koenig27,28, Hoffman29 i Ervasti30 došli su do važnog otkrića identifikacijom distrofina, proteina od 427 kDa u prugasto-prugastim mišićima31.
Kasnije se pokazalo da su drugi podkompleksi povezani sa distrofinom, uključujući sarkoglikan, transsin, podkompleks distrofina, disbrevin i sintropine8, koji zajedno čine trenutni DGC model.Ovaj odjeljak će prvo diseminirati dokaze o ulozi DGC-a u mehanosenzornoj percepciji uz detaljno ispitivanje pojedinačnih komponenti.
Izoforma distrofina pune dužine prisutna u prugasto-prugastom mišićnom tkivu je Dp427m (npr. "m" za mišić da ga razlikuje od mozga) i veliki je protein u obliku štapa sa četiri funkcionalna domena smještena ispod sarkoleme kardiomiocita, posebno u obalnoj regiji. 29, 32. Dp427m, kodiran DMD genom na Xp21.1, sastoji se od 79 egzona generiranih na 2,2 megabaze i stoga je najveći gen u našem genomu8.
Nekoliko unutrašnjih promotora u DMD proizvodi višestruke skraćene izoforme distrofina, od kojih su neke specifične za tkivo.U poređenju sa Dp427m, Dp71m je značajno skraćen i nema domen ponavljanja spektrina ili N-terminalni ABD domen.Međutim, Dp71m zadržava strukturu vezivanja C-terminala.U kardiomiocitima, uloga Dp71m je nejasna, ali se pokazalo da se lokalizira u T tubulima, što sugerira da može pomoći u regulaciji spajanja ekscitacije-kontrakcije 33,34,35.Prema našim saznanjima, nedavno otkriće Dp71m u srčanom tkivu nije dobilo malo pažnje, ali neke studije sugeriraju da je povezan s ionskim kanalima aktiviranim istezanjem, a Masubuchi je sugerirao da može igrati ulogu u regulaciji nNOS33., 36. Čineći to, Dp71 je dobio značajnu pažnju u neurofiziologiji i istraživanju trombocita, oblastima koje mogu pružiti uvid u ulogu kardiomiocita37,38,39.
U nervnom tkivu, izoforma Dp71b je pretežno izražena, sa 14 izoforma prijavljenih38.Pokazalo se da brisanje Dp71b, važnog regulatora akvaporin 4 i Kir4.1 kalijumovih kanala u centralnom nervnom sistemu, mijenja propustljivost krvno-moždane barijere40.S obzirom na ulogu Dp71b u regulaciji jonskih kanala, Dp71m može igrati sličnu ulogu u kardiomiocitima.
Prisustvo DGC-a u rebrnim ganglijima odmah ukazuje na ulogu u mehanotransdukciji, i zaista se pokazalo da se ko-lokalizira sa integrin-talin-vinkulinskim kompleksima 41 .Štaviše, s obzirom da je obalni segment fokus za poprečnu mehanotransdukciju, lokalizacija Dp427m ovdje naglašava njegovu ulogu u zaštiti stanica od oštećenja uzrokovanih kontrakcijom.Nadalje, Dp427m stupa u interakciju s aktinom i citoskeletom mikrotubula, čime se dovršava veza između intracelularnog okruženja i ekstracelularnog matriksa.
N-terminus koji sadrži aktin-vezujući domen 1 (ABD1) sastoji se od dva homološka domena kalmodulina (CH) koja su potrebna za interakciju sa F-aktinom i sidrenje izoforme γ-aktina za sarkolemu42,43.Distrofin može doprinijeti ukupnoj viskoelastičnosti kardiomiocita vezivanjem za subsarkolemalni citoskelet, a njegova lokalizacija u rebrnim ganglijama podržava njegovo učešće u mehanotransdukciji kao i mehanoprotekciji44,45.
Centralni domen jezgre sastoji se od 24 proteina koji se ponavljaju poput spektra, od kojih je svaki dugačak otprilike 100 aminokiselinskih ostataka.Ponavljanja spektrina su isprepletena sa četiri zglobna domena, dajući proteinu fleksibilnost i visok stepen rastegljivosti.Ponavljanja spektrina distrofina mogu se odvijati unutar fiziološkog raspona sila (15-30 pN) koji se protežu od 21 nm do 84 nm, sila koje se mogu postići za kontrakciju miozina 46 .Ove karakteristike domena ponavljanja spektrina omogućavaju distrofinu da djeluje kao molekularni amortizer.
Centralni štap Dp427m osigurava njegovu lokalizaciju u sarkolemi, posebno kroz hidrofobne i elektrostatičke interakcije sa fosfatidilserinom 47,48.Zanimljivo je da centralno jezgro distrofina različito interaguje sa fosfolipidima sarkoleme u skeletnom i srčanom tkivu, verovatno odražavajući različite prolećne obrasce.kritično, dok su skeletni mišići takođe povezani sa R10-R1249.
Vezivanje za citoskelet γ-aktina zahtijeva regiju ponavljanja ABD2 spektrina 11–17, koja se sastoji od baznih aminokiselinskih ostataka i razlikuje se od CH domena koji se vezuje za F-aktin.Mikrotubule direktno stupaju u interakciju sa domenom jezgra distrofina, ova interakcija zahtijeva ostatke spektrinskih ponavljanja 4-15 i 20-23, a prisustvo ankirina B je potrebno kako bi se spriječilo stvaranje mikrotubula na ovom mjestu.Cijevi su odsutne 50,51,52.Pokazalo se da jaz između mikrotubula i distrofina pogoršava DMD patologiju povećanjem reaktivnih vrsta kiseonika (X-ROS).
CR domen preko ankirina B je još jedno sidro za sarkolemalne fosfolipide52.Ankyrin-B i ankyrin-G su potrebni za lokalizaciju distrofina/DGC na rebrima, a njihov nedostatak rezultira difuznim sarkolemalnim uzorkom DGC52.
CR domen sadrži WW vezujući domen koji je u direktnoj interakciji sa PPxY vezujućim motivom β-DG.Vezivanjem na distrofin-glikanski kompleks, distrofin dovršava vezu između unutarnje i vanjske strane ćelije54.Ova veza je kritična za prugaste mišiće, o čemu svjedoči činjenica da prekid veze između ECM-a i unutrašnjosti ćelije dovodi do mišićne distrofije koja ograničava život.
Konačno, CT domen je visoko očuvana regija koja formira spiralni heliks i kritična je za vezivanje za α-distrobrevin i α1-,β1-sintrofine55,56.α-distrobrevin se vezuje za CT domen distrofina i pruža dodatnu otpornost na distrofin u sarkolemi57.
Tokom embrionalnog i fetalnog razvoja, Utrophin je široko eksprimiran u različitim tkivima, uključujući endotelne ćelije, nervno tkivo i prugasto mišićno tkivo58.Utrofin se eksprimira pomoću UTRN koji se nalazi na hromozomu 6q i predstavlja autolog distrofina sa 80% homologije proteina.Tokom razvoja, utrofin je lokalizovan u sarkolemi, ali je značajno potisnut u postnatalno prugasto-prugasto mišićno tkivo, gde je zamenjen distrofinom.Nakon rođenja, lokalizacija utrofina je ograničena na tetive i neuromuskularne spojeve skeletnih mišića58,59.
Partneri koji se vezuju za utrofin su uglavnom slični onima kod distrofina, iako su opisane neke ključne razlike.Na primjer, distrofin stupa u interakciju sa β-DG kroz svoju WW domenu, koja je stabilizirana ZZ domenom (nazvanom po svojoj sposobnosti da veže dva jona cinka) unutar CT regije, gdje su ostaci cisteinske kiseline 3307-3354 posebno važni za ovu interakciju60 ., 61. Utrofin se takođe vezuje za β-DG preko WW/ZZ domena, ali tačni ostaci koji podržavaju ovu interakciju razlikuju se od ostataka distrofina (3307–3345 u distrofinu i 3064–3102 u utrofinu) 60,61.Važno je da je vezivanje utrofina za β-DG bilo približno 2 puta niže u poređenju sa distrofinom 61. Prijavljeno je da se distrofin vezuje za F-aktin preko spektrinskih ponavljanja 11–17, dok se slična mjesta u utrofinu ne mogu vezati za F-aktin, čak ni na visoke koncentracije, ali mogu komunicirati preko svojih CH-domena.Akcija 62,63,64.Konačno, za razliku od distrofina, utrofin se ne može vezati za mikrotubule51.
Biomehanički, ponavljanja spektrina utrofina imaju jasan obrazac odvijanja u poređenju sa distrofinom65.Utrofin-spektrin se ponavlja pri većim silama, slično titinu, ali ne i distrofin65.Ovo je u skladu s njegovom lokalizacijom i ulogom u prijenosu krute elastične sile na spojevima tetiva, ali može učiniti utrofin manje pogodnim da djeluje kao molekularna opruga u puferskim silama izazvanim kontrakcijom 65 .Uzeti zajedno, ovi podaci sugeriraju da se mehanotransdukcija i mehanobuferiranje mogu promijeniti u prisustvu prekomjerne ekspresije utrofina, posebno s obzirom na različite partnere/mehanizme vezivanja, međutim to zahtijeva daljnje eksperimentalno istraživanje.
Sa funkcionalne tačke gledišta, činjenica da se veruje da utrofin ima slične efekte kao i distrofin čini ga potencijalnom metom tretmana za DMD66,67.U stvari, pokazalo se da neki pacijenti sa DMD prekomjerno eksprimiraju utrofin, vjerovatno kao kompenzacijski mehanizam, a fenotip je uspješno obnovljen na mišjem modelu sa prekomjernom ekspresijom utrofina 68 .Dok je pojačana regulacija utrofina vjerovatna terapijska strategija, razmatranje formalne i funkcionalne razlike između utrofina i distrofina i korisnost izazivanja ove prekomjerne ekspresije uz odgovarajuću lokalizaciju duž sarkoleme čini dugoročnu strategiju utrofina još uvijek nejasnom.Značajno je da žene nositeljice pokazuju mozaični obrazac ekspresije utrofina, a omjer između distrofina i utrofina može utjecati na stupanj proširene kardiomiopatije kod ovih pacijenata,69 iako su mišji modeli nosilaca pokazali..
Podkompleks distroglikana sastoji se od dva proteina, α- i β-distroglikana (α-, β-DG), oba transkribovana iz DAG1 gena i zatim post-translaciono cijepana u dvokomponentne proteine ​​71 .α-DG je visoko glikoziliran u ekstracelularnom aspektu DGC i direktno stupa u interakciju sa ostacima prolina u lamininu α2, kao i sa agrinom72 i pikukulinom73 i CT/CR regijom distrofina73,74,75,76.O-vezana glikozilacija, posebno serinskih ostataka, potrebna je za njegovu interakciju sa ECM.Put glikozilacije uključuje mnoge enzime čije mutacije dovode do mišićne distrofije (vidi također tabelu 1).To uključuje O-manoziltransferazu POMT2, fukutin i protein vezan za fukutin (FKRP), dvije ribitol fosfotransferaze koje dodaju tandem ribitol fosfate jezgru glikana i LARGE1 protein koji dodaje ksilozu i glukozu.Linearni polisaharid uronske kiseline, poznat i kao matriksni glikan na kraju glikana77.FKRP je također uključen u razvoj i održavanje ECM-a, a mutacije u njemu dovode do smanjene ekspresije laminina α2 i α-DG77,78,79.Osim toga, FKRP također može usmjeriti formiranje bazalne lamine i srčanog ekstracelularnog matriksa preko glikoziliranog fibronektina 80.
β-DG sadrži PPxY vezni motiv koji direktno lokalizira i sekvestrira YAP12.Ovo je zanimljiv nalaz jer implicira da DGC reguliše ćelijski ciklus kardiomiocita.α-DH u neonatalnim kardiomiocitima stupa u interakciju sa agrinom, koji potiče regeneraciju srca i lizu DGC76 zbog sazrevanja ćelija.Kako kardiomiociti sazrijevaju, ekspresija agrina se smanjuje u korist laminina, za koji se smatra da doprinosi zaustavljanju ćelijskog ciklusa76.Morikawa12 je pokazao da dvostruko uništavanje distrofina i salvadora, negativnog regulatora YAP, dovodi do hiperproliferacije kardiomiocita u buragu koji uzrokuje infarkt.To je dovelo do uzbudljive ideje da bi YAP manipulacija mogla biti od kliničke vrijednosti u prevenciji gubitka tkiva nakon infarkta miokarda.Dakle, agrinom indukovana DGC liza može predstavljati osovinu koja omogućava aktivaciju YAP i potencijalni je put za regeneraciju srca.
Mehanički, α- i β-DG su potrebni za održavanje interakcije između sarkoleme i bazalnog sloja 81 .I α-DG i α7 integrini doprinose stvaranju sile u rebrnom gangliju, a gubitak α-DG uzrokuje odvajanje sarkoleme od bazalne lamine, ostavljajući skeletno mišićno tkivo ranjivim na oštećenja izazvana kontrakcijom.Kao što je prethodno opisano, kompleks distroglikana reguliše ukupni promet DGC, pri čemu vezivanje za srodni ligand laminin rezultira fosforilacijom tirozina PPPY-vezujućeg motiva β-DG892.Fosforilacija tirozina ovdje potiče demontažu distrofina, što preokreće DGC kompleks.Fiziološki, ovaj proces je visoko reguliran, što izostaje kod mišićne distrofije82, iako osnovni mehanizmi koji kontroliraju ovaj proces nisu u potpunosti shvaćeni.
Pokazalo se da ciklično rastezanje aktivira ERK1/2 i AMPK puteve kroz distrofinski kompleks i srodni protein plektin83.Zajedno, plektin i distroglikan su potrebni ne samo da djeluju kao skela, već i da učestvuju u mehanotransdukciji, a rušenje plektina dovodi do smanjenja aktivnosti ERK1/2 i AMPK83.Plektin se takođe vezuje za desmin srednjeg filamenta citoskeleta, a pokazalo se da prekomerna ekspresija desmina poboljšava fenotip bolesti kod mdx:desmin i mdx miševa, DMD84 modela miša sa dvostrukim nokautom.Interakcijom sa β-DG, plektin indirektno vezuje DGC za ovu komponentu citoskeleta.Osim toga, distroglikan stupa u interakciju s proteinom 2 koji vezuje receptor faktora rasta (Grb2), za koji je poznato da je uključen u preuređenje citoskeleta85.Pokazalo se da je aktivacija Ras integrinom posredovana preko Grb2, što može pružiti potencijalni put za preslušavanje između integrina i DGC86.
Mutacije gena uključenih u α-DH glikozilaciju dovode do takozvane mišićne distrofije.Distroglikanopatije pokazuju kliničku heterogenost, ali su uglavnom uzrokovane poremećajem u interakciji između α-DG i laminina α277.Distrofiglikanoze uzrokovane primarnim mutacijama u DAG1 općenito su izuzetno rijetke, vjerovatno zato što su embrionalno smrtonosne87, što potvrđuje potrebu za staničnom asocijacijom s ECM.To znači da je većina distrofičnih glikanskih bolesti uzrokovana sekundarnim mutacijama proteina povezanih s glikozilacijom.Na primjer, mutacije u POMT1 uzrokuju izuzetno težak Walker-Warburgov sindrom, koji se karakterizira anencefalijom i značajno skraćenim životnim vijekom (manje od 3 godine)88.Međutim, FKRP mutacije se pretežno manifestiraju kao mišićna distrofija udova-pojasa (LGMD), koja je obično (ali ne uvijek) relativno blaga.Međutim, pokazalo se da su mutacije u FKRP rijedak uzrok WWS89.Mnoge mutacije su identificirane u FKRP, od kojih mutacija osnivača (c.826>A) najčešće uzrokuje LGMD2I90.
LGMD2I je relativno blaga mišićna distrofija čija se patogeneza zasniva na prekidu veze između ekstracelularnog matriksa i intracelularnog citoskeleta.Manje je jasan odnos između genotipa i fenotipa kod pacijenata sa mutacijama u ovim genima, i zaista je ovaj koncept primjenjiv na druge DSC proteine.Zašto neki pacijenti sa FKRP mutacijama pokazuju fenotip bolesti u skladu sa WWS, dok drugi imaju LGMD2I?Odgovor na ovo pitanje može ležati u i) na koji korak puta glikozilacije utiče mutacija, ili u ii) stepenu hipoglikozilacije u bilo kom koraku.Hipoglikozilacija α-DG i dalje može omogućiti određeni stupanj interakcije sa ECM-om što rezultira blažim ukupnim fenotipom, dok disocijacija od bazalne membrane povećava ozbiljnost fenotipa bolesti.Pacijenti sa LGMD2I također razvijaju DCM, iako je to manje dokumentirano od DMD, što motivira hitnost razumijevanja ovih mutacija u kontekstu kardiomiocita.
Podkompleks sarkospan-sarkoglikana potiče stvaranje DHA i direktno stupa u interakciju sa β-DH.U srčanom tkivu postoje četiri jednosmjerna sarkoglikana: α, β, γ i δ91.Nedavno je opisano da c.218C>T missense mutacija u eksonu 3 gena SGCA i djelomična heterozigotna delecija u egzonima 7-8 uzrokuju LGMD2D92.Međutim, u ovom slučaju, autori nisu procijenili srčani fenotip.
Druge grupe su otkrile da SGCD u modelima svinja93 i miša94 rezultira smanjenom ekspresijom proteina u podkompleksu sarkoglikana, narušavajući ukupnu strukturu DGC i dovodeći do DCM.Osim toga, prijavljeno je da 19% svih pacijenata sa mutacijama SGCA, SGCB ili SGCG ima dilatirajuću kardiomiopatiju, a 25% svih pacijenata je također zahtijevalo respiratornu podršku95.
Recesivne mutacije u sarkoglikanu (SG) δ dovode do smanjenja ili potpunog odsustva sarkoglikanskih kompleksa, a time i DGC u srčanom tkivu i odgovorne su za LGMD i s njim povezan DCM96.Zanimljivo je da su dominantno negativne mutacije u SG-δ specifične za kardiovaskularni sistem i uzrok su porodične proširene kardiomiopatije97.Pokazalo se da su dominantno negativne mutacije SG-δ R97Q i R71T stabilno eksprimirane u kardiomiocitima pacova bez značajnog oštećenja ukupnog DGC98.Međutim, srčane stanice koje nose ove mutacije su podložnije oštećenju sarkoleme, permeabilnosti i mehaničkoj disfunkciji pod mehaničkim stresom, što je u skladu s fenotipom DCM98.
Sarcospan (SSPN) je tetraspanin od 25 kDa lokaliziran u podkompleksu sarkoglikana i vjeruje se da služi kao proteinska skela99,100.Kao proteinska skela, SSPN stabilizira lokalizaciju i glikozilaciju α-DG99,101.Utvrđeno je da prekomjerna ekspresija SSPN-a kod mišjih modela povećava vezivanje između mišića i laminina 102 .Pored toga, pokazalo se da SSPN stupa u interakciju sa integrinima, što ukazuje na stepen preslušavanja između dva rebra, DGC, i strukture glikoproteina integrin-talin-vinkulin100,101,102.Nokdaun SSPN-a je također rezultirao povećanjem α7β1 u skeletnim mišićima miša.
Nedavna studija je pokazala da prekomjerna ekspresija sarkospana pospješuje sazrijevanje i glikozilaciju α-DG u srčanom tkivu neovisno o nokdaunu galaktozilaminotransferaze 2 (Galgt2) u mdx mišjem modelu DMD, čime se ublažava fenotip bolesti 101. Povećana interakcija glikozilacije kompleksa može pojačati ECM, čime se najviše ublažava bolest.Štaviše, oni su pokazali da prekomerna ekspresija sarkospana smanjuje interakciju β1D integrina sa DGC, naglašavajući moguću ulogu sarkospana u regulaciji kompleksa integrina101.
Sintrofini su porodica malih (58 kDa) proteina koji se lokalizuju na DGC, sami nemaju intrinzičnu enzimsku aktivnost i služe kao molekularni adapteri103,104.Identifikovano je pet izoforma (α-1, β-1, β-2, γ-1 i γ-2) koje pokazuju tkivno specifičnu ekspresiju, pri čemu je α-1 izoforma pretežno izražena u prugasto-prugastom mišićnom tkivu 105 .Sintrofini su važni adapterski proteini koji olakšavaju komunikaciju između distrofina i signalnih molekula, uključujući neuronsku sintazu dušikovog oksida (nNOS) u skeletnim mišićima106.α-sintrofin je u direktnoj interakciji sa domenom ponavljanja spektrina distrofina 16-17, koji se zauzvrat vezuje za nNOS106,107 PDZ-vezujući motiv.
Sintrofini takođe stupaju u interakciju sa distrobrevinom preko PH2 i SU vezujućih domena, a takođe su u interakciji sa aktinskim citoskeletom 108 .Zaista, čini se da sintrofini igraju posebno važnu ulogu u regulaciji dinamike citoskeleta, a α i β izoforme su u stanju da stupe u direktnu interakciju sa F-aktinom 108 i stoga vjerovatno igraju ulogu u regulaciji tensegrity-a i biomehanici stanične efekat.Osim toga, pokazalo se da sintrofini regulišu citoskelet preko Rac1109.
Moduliranje nivoa sintrofina može vratiti funkciju, a nedavna studija koja je koristila mini-distrofin je pokazala da je ΔR4-R23/ΔCT konstrukt bio u stanju da vrati α-sintrofin kao i druge DGC proteine ​​na nivoe koji su uporedivi sa WT mdx kardiomiocitima.
Pored njihove uloge u regulaciji citoskeleta, sintrofini su takođe dobro dokumentovani u regulaciji jonskih kanala 111,112,113.PDZ-vezujući motiv sintrofina reguliše srčani kanal zavisan od napona Nav1.5111, koji igra ključnu ulogu u uspostavljanju srčane ekscitabilnosti i provodljivosti.Zanimljivo je da je u mdx modelu miša otkriveno da su Nav1.5 kanali smanjeni i da su srčane aritmije pronađene kod životinja 111 .Pored toga, pokazalo se da familija mehanosenzitivnih jonskih kanala, prolazni receptorski potencijalni kanal (TRPC), reguliše α1-sintrofin u srčanom tkivu 113, a pokazalo se da inhibicija TRPC6 poboljšava aritmije kod DMD112 mišjeg modela.Prijavljeno je da povećana aktivnost TRPC6 kod DMD-a dovodi do srčanih aritmija, koje se ublažavaju u kombinaciji s PKG 112.Mehanički, smanjenje distrofina potiče priliv [Ca2+]i izazvan istezanjem koji djeluje uzvodno od TRPC6 kako bi ga aktivirao, kao što je prikazano u kardiomiocitima i vaskularnim glatkim mišićnim ćelijama112,114.Hiperaktivacija TRPC6 radi istezanja čini ga glavnim mehanosenzorom i potencijalnom terapijskom metom u DMD112,114.
Gubitak distrofina dovodi do lize ili izražene supresije cjelokupnog DGC kompleksa, s naknadnim gubitkom mnogih mehanoprotektivnih i mehanotransdukcionih funkcija, što rezultira katastrofalnim fenotipom koji se vidi u prugasto-prugastom mišićnom tkivu u DMD.Stoga bi moglo biti razumno smatrati da RSK-ovi rade usklađeno i da pojedinačne komponente zavise od prisustva i funkcionisanja drugih komponenti.Ovo se posebno odnosi na distrofin, koji je neophodan za sklapanje i lokalizaciju kompleksa sarkoleme u kardiomiocitima.Svaka komponenta igra jedinstvenu ulogu u doprinosu sveukupnoj stabilizaciji sarkoleme, lokalizaciji ključnih pomoćnih proteina, regulaciji ionskih kanala i ekspresiji gena, a gubitak jednog proteina u DGC dovodi do disregulacije cijelog miokarda.
Kao što je gore prikazano, mnogi DGC proteini su uključeni u mehanotransdukciju i signalizaciju, a distrofin je posebno pogodan za ovu ulogu.Ako se DGC nalazi u rebrima, to potvrđuje mišljenje da zajedno sa integrinima učestvuje u mehanotransdukciji.Dakle, DGC fizički prolaze kroz anizotropni prijenos sile i učestvuju u mehanosenzornom i citoskeletnom preuređenju unutarćelijskog mikrookruženja, u skladu s tensegrity modelom.Dodatno, Dp427m puferuje nadolazeće biomehaničke sile širenjem spektrinskih ponavljanja unutar svog centralnog domena jezgra, čime djeluje kao mehanoprotektor održavajući silu odmotavanja od 25 pN u proširenom rasponu od 800 nm.Cepanjem, distrofin je u stanju da "buferuje" silu kontrakcije-opuštanja koju proizvode kardiomiociti10.S obzirom na raznolikost proteina i fosfolipida koji stupaju u interakciju s domenima ponavljanja spektrina, zanimljivo je spekulirati da li odmotavanje ponavljanja spektra mijenja kinetiku vezivanja mehanosenzitivnih proteina na način sličan onom kod talina116,117,118.Međutim, to još nije utvrđeno i potrebna je dalja istraga.