Keluli tahan karat 347 / 347H Tiub gegelung dikimpal komponen zhemical, Peranan kompleks distrofin glikoprotein dalam mekanotransduksi sel otot

Terima kasih kerana melawat Nature.com.Anda menggunakan versi penyemak imbas dengan sokongan CSS terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Di samping itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami menunjukkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Peluncur menunjukkan tiga artikel setiap slaid.Gunakan butang belakang dan seterusnya untuk bergerak melalui slaid, atau butang pengawal slaid di hujung untuk bergerak melalui setiap slaid.

Dystrophin ialah protein utama kompleks dystrophin-glikoprotein (DGC) dalam otot rangka dan kardiomiosit.Dystrophin mengikat sitoskeleton aktin ke matriks ekstraselular (ECM).Pecahnya hubungan antara matriks ekstraselular dan sitoskeleton intrasel boleh membawa kesan buruk untuk homeostasis sel otot rangka, yang membawa kepada beberapa distrofi otot.Di samping itu, kehilangan DGC berfungsi membawa kepada kardiomiopati diluaskan progresif dan kematian pramatang.Dystrophin bertindak sebagai spring molekul dan DHA memainkan peranan penting dalam mengekalkan integriti sarcolemma.Selain itu, bukti terkumpul menghubungkan DGC kepada isyarat mekanistik, walaupun peranan ini masih kurang difahami.Artikel ulasan ini bertujuan untuk memberikan pandangan moden tentang DGC dan peranannya dalam mekanotransduksi.Kami mula-mula membincangkan hubungan kompleks antara mekanik dan fungsi sel otot, dan kemudian mengkaji penyelidikan terkini mengenai peranan kompleks glikoprotein dystrophin dalam mekanotransduksi dan penyelenggaraan integriti biomekanik sel otot.Akhir sekali, kami menyemak kesusasteraan semasa untuk memahami cara isyarat DGC bersilang dengan laluan isyarat mekano untuk menyerlahkan potensi mata intervensi masa depan, dengan tumpuan khusus pada kardiomiopati.
Sel sentiasa berkomunikasi dengan persekitaran mikro mereka, dan dialog dua hala antara mereka adalah perlu untuk tafsiran dan penyepaduan maklumat biomekanikal.Biomekanik mengawal peristiwa penting berikutnya (cth, penyusunan semula sitoskeletal) dengan mengawal keseluruhan fenotip selular dalam ruang dan masa.Pusat kepada proses ini dalam kardiomiosit ialah kawasan kosta, kawasan di mana sarcolemma bersambung dengan sarkomer yang terdiri daripada kompleks integrin-talin-vinculin dan dystrophin-glycoprotein (DGC).Dilekatkan pada sitoskeleton intraselular, pelekatan fokus diskret (FA) ini menyebarkan lata perubahan selular biomekanikal dan biokimia yang mengawal pembezaan, percambahan, organogenesis, penghijrahan, perkembangan penyakit dan banyak lagi.Penukaran daya biomekanikal kepada perubahan biokimia dan/atau (epi) genetik dikenali sebagai mekanotransduksi1.
Reseptor transmembran integrin 2 telah lama diketahui untuk menambat matriks ekstraselular dalam sel dan mengantara kedua-dua isyarat dalaman dan luaran.Selari dengan integrin, DGC mengikat ECM ke sitoskeleton, mewujudkan hubungan kritikal antara luar dan dalam sel3.Dystrofin penuh (Dp427) terutamanya dinyatakan dalam otot jantung dan rangka, tetapi juga diperhatikan dalam tisu sistem saraf pusat, termasuk retina dan tisu Purkinje4.Mutasi dalam integrin dan DGC dianggap sebagai punca distrofi otot dan kardiomiopati diluaskan progresif (DCM) (Jadual 1)5,6.Khususnya, mutasi DMD yang mengekod DGC protein distrofin pusat menyebabkan distrofi otot Duchenne (DMD)7.DGC terdiri daripada beberapa subkompleks termasuk α- dan β-dystroglycan (α/β-DG), sarcoglycan-spanin, dystrophin, dan dystrophin 8.
Dystrophin ialah protein sitoskeletal yang dikodkan oleh DMD (Xp21.1-Xp22) yang memainkan peranan penting dalam mengekalkan DGC.DGC mengekalkan integriti sarcolemma, membran plasma tisu otot berjalur.Dystrophin seterusnya melemahkan kerosakan yang disebabkan oleh penguncupan dengan bertindak sebagai spring molekul dan perancah molekul9,10.Dystrofin panjang penuh mempunyai berat molekul 427 kDa, bagaimanapun, disebabkan oleh banyak penganjur dalaman dalam DMD, terdapat beberapa isoform terpenggal yang berlaku secara semula jadi, termasuk Dp7111.
Protein aksesori telah ditunjukkan untuk disetempatkan kepada distrofin, termasuk mekanotransduser sebenar seperti sintase nitrik oksida neuron (nNOS), protein berkaitan Ya (YAP), dan caveolin-3, dengan itu mewakili komponen penting dalam isyarat selular.Sebatian 12, 13, 14. Selain lekatan, mekanisme selular yang dikaitkan dengan interaksi antara sel dan matriks, yang dibentuk oleh integrin dan sasaran hilirannya, kedua-dua kompleks ini mewakili antara muka antara "dalam" dan "luar" sel. .Melindungi lekatan fokus ini daripada pemusnahan yang tidak normal adalah penting untuk tingkah laku dan kelangsungan hidup sel.Di samping itu, data menyokong bahawa dystrophin adalah modulator saluran ion mekanosensitif, termasuk saluran yang diaktifkan regangan, terutamanya saluran Ca2+ jenis L dan saluran TRPC 15.
Walaupun dystrophin penting untuk fungsi homeostatik sel otot berjalur, mekanisme sokongan yang tepat kurang jelas, terutamanya peranan distrofin dan keupayaannya untuk bertindak sebagai mekanosensor dan pelindung mekanikal.Disebabkan kehilangan dystrophin, beberapa soalan yang tidak terjawab telah timbul, termasuk: adakah protein mekanosensitif seperti YAP dan AMPK tersilap tempat ke sarcolemma;Adakah terdapat crosstalk dengan integrin, keadaan yang boleh membawa kepada mekanotransduksi yang tidak normal?Semua ciri ini boleh menyumbang kepada fenotip DCM teruk yang dilihat pada pesakit dengan DMD.
Di samping itu, persatuan perubahan dalam biomekanik selular dengan fenotip DMD keseluruhan mempunyai implikasi klinikal yang penting.DMD ialah distrofi otot berkaitan X yang menjejaskan 1:3500-5000 lelaki, dicirikan oleh kehilangan mobiliti awal (<5 tahun) dan DCM progresif dengan prognosis yang lebih teruk daripada DCM etiologi lain16,17,18.
Biomekanik kehilangan distrofin belum diterangkan sepenuhnya, dan di sini kami menyemak bukti yang menyokong tanggapan bahawa distrofin sememangnya memainkan peranan mekanoprotektif, iaitu mengekalkan integriti sarcolemma, dan penting dalam mekanotransduksi.Di samping itu, kami menyemak bukti yang mencadangkan crosstalk penting dengan integrin, khususnya mengikat laminin α7β1D dalam sel otot berjalur.
Sisipan dan pemadaman bertanggungjawab untuk sejumlah besar mutasi dalam DMD, dengan 72% mutasi disebabkan oleh mutasi tersebut19.Secara klinikal, DMD muncul pada peringkat bayi (≤5 tahun) dengan hipotensi, tanda Gower positif, perkembangan lambat perubahan berkaitan usia, terencat akal, dan atrofi otot rangka.Kesusahan pernafasan secara historis menjadi punca utama kematian dalam pesakit DMD, tetapi penjagaan sokongan yang lebih baik (kortikosteroid, tekanan saluran udara positif berterusan) telah meningkatkan jangka hayat pesakit ini, dan umur median pesakit DMD yang dilahirkan selepas 1990 ialah 28.1 tahun 20 ,21 ..Walau bagaimanapun, apabila kelangsungan hidup pesakit meningkat, prognosis DCM progresif adalah jauh lebih teruk berbanding dengan kardiomiopati lain16, yang membawa kepada kegagalan jantung peringkat akhir, yang kini merupakan punca utama kematian, menyumbang kira-kira 50% daripada kematian DMD17,18.
DCM progresif dicirikan oleh peningkatan dilatasi dan pematuhan ventrikel kiri, penipisan ventrikel, peningkatan penyusupan fibrofatty, penurunan fungsi sistolik, dan peningkatan kekerapan aritmia.Tahap DCM pada pesakit dengan DMD adalah hampir universal pada akhir remaja (90% hingga 18 tahun), tetapi terdapat dalam kira-kira 59% pesakit pada usia 10 tahun8,22.Menangani isu ini adalah kritikal kerana pecahan ejection ventrikel kiri telah semakin berkurangan pada kadar 1.6% setahun23.
Aritmia jantung adalah perkara biasa pada pesakit DMD, terutamanya takikardia sinus dan takikardia ventrikel, dan merupakan punca kematian jantung secara mengejut22.Aritmia adalah akibat penyusupan fibrofatty, terutamanya dalam ventrikel kiri subbasal, yang menjejaskan litar balik serta disfungsi pemprosesan [Ca2+]i dan disfungsi saluran ion24,25.Pengiktirafan persembahan jantung klinikal adalah kritikal, kerana strategi rawatan awal mungkin melambatkan permulaan DCM yang teruk.
Kepentingan merawat disfungsi jantung dan morbiditi otot rangka ditunjukkan dalam kajian menarik yang menggunakan model tetikus DMD yang dipanggil mdx26 untuk mengkaji kesan memperbaiki tisu otot rangka tanpa menangani masalah jantung yang terdapat dalam DMD.Di sini, pengarang menunjukkan peningkatan 5 kali ganda paradoks dalam disfungsi jantung selepas peningkatan dalam otot rangka, dan tikus mempunyai pengurangan ketara dalam pecahan ejekan26.Fungsi otot rangka yang lebih baik membolehkan aktiviti fizikal yang lebih tinggi untuk memberi lebih tekanan pada miokardium, menjadikannya lebih terdedah kepada disfungsi umum.Ini menyerlahkan kepentingan merawat pesakit DMD secara umum dan berhati-hati terhadap terapi otot rangka sahaja.
DGCs melaksanakan beberapa fungsi tambahan, iaitu, memberikan kestabilan struktur kepada sarcolemma, menjadi perancah molekul yang bertindak sebagai penghubung isyarat, mengawal saluran ion mekanosensitif, teras mekanotransduksi kosta, dan mengambil bahagian dalam penghantaran daya sisi di rantau ini. rusuk (Rajah 1b)..Dystrophin memainkan peranan penting dalam keupayaan ini, dan disebabkan kehadiran banyak promoter dalaman, terdapat beberapa isoform yang berbeza, masing-masing memainkan peranan yang berbeza dalam tisu yang berbeza.Ekspresi tisu pembezaan isoform dystrophin yang berbeza menyokong tanggapan bahawa setiap isoform memainkan peranan yang berbeza.Sebagai contoh, tisu jantung menyatakan panjang penuh (Dp427m) serta isoform Dp71m distrofin yang lebih pendek, manakala tisu rangka hanya menyatakan yang pertama daripada dua.Pemerhatian terhadap peranan setiap subtipe boleh mendedahkan bukan sahaja fungsi fisiologinya, tetapi juga patogenesis distrofi otot.
Perwakilan skematik dystrophin panjang penuh (Dp427m) dan isoform Dp71 yang lebih kecil dan terpotong.Dystrophin mempunyai 24 ulangan spektrin yang dipisahkan oleh empat gelung, serta domain pengikat aktin (ABD), domain kaya sistein (CR) dan terminal C (CT).Rakan kongsi pengikat utama telah dikenal pasti, termasuk mikrotubulus (MTs) dan sarcolemma.Terdapat banyak isoform Dp71, Dp71m merujuk kepada tisu otot dan Dp71b merujuk kepada isoform tisu saraf.Khususnya, Dp71f merujuk kepada isoform sitoplasma neuron.b Kompleks distrofin-glikoprotein (DHA) terletak dalam sarcolemma secara keseluruhan.Daya biomekanikal bertukar antara ECM dan F-aktin.Perhatikan potensi crosstalk antara DGC dan lekatan integrin, Dp71 mungkin memainkan peranan dalam lekatan fokus.Dicipta dengan Biorender.com.
DMD ialah distrofi otot yang paling biasa dan disebabkan oleh mutasi dalam DMD.Walau bagaimanapun, untuk menghargai sepenuhnya pemahaman semasa kami tentang peranan anti-dystrophin, adalah penting untuk meletakkannya dalam konteks DGC secara keseluruhan.Oleh itu, protein konstituen lain akan diterangkan secara ringkas.Komposisi protein DGC mula dikaji pada akhir 1980-an, dengan perhatian khusus kepada distrofin.Koenig27,28, Hoffman29 dan Ervasti30 membuat penemuan penting dengan mengenal pasti distrofin, protein 427 kDa dalam otot berjalur31.
Selepas itu, subkompleks lain ditunjukkan dikaitkan dengan distrofin, termasuk sarcoglycan, subkompleks transmembran distrofin, dysbrevin, dan syntrophins8, yang bersama-sama membentuk model DGC semasa.Bahagian ini mula-mula akan menyebarkan bukti untuk peranan DGC dalam persepsi mekanosensori sambil meneliti komponen individu secara terperinci.
Isoform dystrophin penuh yang terdapat dalam tisu otot berjalur ialah Dp427m (cth "m" untuk otot membezakannya dari otak) dan merupakan protein berbentuk batang besar dengan empat domain berfungsi terletak di bawah sarcolemma kardiomiosit, terutamanya di kawasan kosta. 29, 32. Dp427m, yang dikodkan oleh gen DMD pada Xp21.1, terdiri daripada 79 ekson yang dihasilkan pada 2.2 megabases dan oleh itu merupakan gen terbesar dalam genom kami8.
Beberapa promoter dalaman dalam DMD menghasilkan pelbagai isoform dystrophin terpotong, beberapa daripadanya adalah khusus tisu.Berbanding dengan Dp427m, Dp71m dipotong dengan ketara dan tidak mempunyai domain ulangan spektrin atau domain ABD terminal-N.Walau bagaimanapun, Dp71m mengekalkan struktur pengikat terminal-C.Dalam kardiomiosit, peranan Dp71m tidak jelas, tetapi ia telah ditunjukkan untuk menyetempatkan dalam tubul T, menunjukkan bahawa ia boleh membantu mengawal gandingan pengujaan-penguncupan 33,34,35.Untuk pengetahuan kami, penemuan baru-baru ini Dp71m dalam tisu jantung telah mendapat sedikit perhatian, tetapi beberapa kajian mencadangkan bahawa ia dikaitkan dengan saluran ion yang diaktifkan regangan, dan Masubuchi mencadangkan bahawa ia mungkin memainkan peranan dalam peraturan nNOS33., 36. Dengan berbuat demikian, Dp71 telah mendapat perhatian yang ketara dalam penyelidikan neurofisiologi dan platelet, bidang yang mungkin memberikan gambaran tentang peranan dalam kardiomiosit37,38,39.
Dalam tisu saraf, isoform Dp71b kebanyakannya dinyatakan, dengan 14 isoform dilaporkan38.Pemadaman Dp71b, pengawal selia penting saluran aquaporin 4 dan Kir4.1 kalium dalam sistem saraf pusat, telah ditunjukkan untuk mengubah kebolehtelapan penghalang darah-otak40.Memandangkan peranan Dp71b dalam peraturan saluran ion, Dp71m mungkin memainkan peranan yang sama dalam kardiomiosit.
Kehadiran DGC dalam ganglia kosta serta-merta menunjukkan peranan dalam mekanotransduksi, dan sememangnya ia telah ditunjukkan untuk menyetempat bersama dengan kompleks integrin-talin-vinculin 41 .Selain itu, memandangkan segmen kosta adalah tumpuan mekanotransduksi melintang, penyetempatan Dp427m di sini menyerlahkan peranannya dalam melindungi sel daripada kerosakan yang disebabkan oleh penguncupan.Selanjutnya, Dp427m berinteraksi dengan aktin dan sitoskeleton mikrotubulus, dengan itu melengkapkan hubungan antara persekitaran intraselular dan matriks ekstraselular.
Terminal N yang mengandungi domain pengikat aktin 1 (ABD1) terdiri daripada dua domain homologi calmodulin (CH) yang diperlukan untuk interaksi dengan F-aktin dan menambat isoform γ-aktin ke sarcolemma42,43.Dystrophin boleh menyumbang kepada viskoelastik keseluruhan kardiomiosit dengan melekat pada sitoskeleton subsarcolemmal, dan penyetempatannya dalam ganglia kosta menyokong penglibatannya dalam mekanotransduksi serta mekanoproteksi44,45.
Domain teras pusat terdiri daripada 24 protein berulang seperti spektrin, setiap satunya adalah kira-kira 100 residu asid amino panjangnya.Ulangan spektrin diselingi dengan empat domain engsel, memberikan fleksibiliti protein dan tahap kebolehlanjutan yang tinggi.Ulangan spektrin distrofin boleh terungkap dalam julat daya fisiologi (15-30 pN) dari 21 nm hingga 84 nm, daya yang boleh dicapai untuk penguncupan miosin 46 .Ciri-ciri domain ulangan spektrin ini membolehkan distrofin bertindak sebagai penyerap kejutan molekul.
Batang pusat Dp427m memastikan penyetempatannya dalam sarcolemma, khususnya, melalui interaksi hidrofobik dan elektrostatik dengan phosphatidylserine 47,48.Menariknya, teras pusat dystrophin berinteraksi secara berbeza dengan fosfolipid sarcolemma dalam tisu rangka dan jantung, mungkin mencerminkan corak musim bunga yang berbeza.kritikal, manakala otot rangka juga dikaitkan dengan R10-R1249.
Mengikat kepada sitoskeleton γ-aktin memerlukan spektrin ABD2 ulangan 11-17 rantau, yang terdiri daripada residu asid amino asas dan berbeza daripada domain CH pengikat F-aktin.Microtubules berinteraksi secara langsung dengan domain teras distrofin, interaksi ini memerlukan sisa spektrin berulang 4-15 dan 20-23, dan kehadiran ankyrin B diperlukan untuk mengelakkan pembentukan mikrotubul di tapak ini.Tiub tiada 50,51,52.Jurang antara microtubules dan dystrophin telah ditunjukkan untuk memburukkan lagi patologi DMD dengan meningkatkan spesies oksigen reaktif (X-ROS).
Domain CR melalui ankyrin B ialah satu lagi sauh untuk fosfolipid sarcolemmal52.Ankyrin-B dan ankyrin-G diperlukan untuk penyetempatan rusuk dystrophin/DGC, dan ketiadaannya mengakibatkan corak sarcolemmal meresap DGC52.
Domain CR mengandungi domain mengikat WW yang berinteraksi secara langsung dengan motif mengikat PPxY β-DG.Dengan melekat pada kompleks dystrophin-glycan, distrofin melengkapkan hubungan antara bahagian dalam dan luar sel54.Sambungan ini penting untuk otot berjalur, seperti yang dibuktikan oleh fakta bahawa gangguan sambungan antara ECM dan bahagian dalam sel membawa kepada distrofi otot yang menyekat hayat.
Akhir sekali, domain CT ialah kawasan yang sangat terpelihara yang membentuk heliks bergelung dan penting untuk mengikat α-dystrobrevin dan α1-,β1-sintropin55,56.α-dystrobrevin mengikat kepada domain CT dystrophin dan memberikan rintangan tambahan kepada distrofin dalam sarcolemma57.
Semasa perkembangan embrio dan janin, Utrophin diekspresikan secara meluas dalam pelbagai tisu, termasuk sel endothelial, tisu saraf, dan tisu otot berjalur58.Utrophin dinyatakan oleh UTRN yang terletak pada kromosom 6q dan merupakan autolog distrofin dengan 80% homologi protein.Semasa perkembangan, utrophin disetempat dalam sarcolemma tetapi ditindas dengan ketara dalam tisu otot berjalur selepas bersalin, di mana ia digantikan oleh dystrophin.Selepas kelahiran, penyetempatan utrophin terhad kepada tendon dan persimpangan neuromuskular otot rangka58,59.
Rakan kongsi pengikat utrophin secara amnya serupa dengan distrofin, walaupun beberapa perbezaan utama telah diterangkan.Sebagai contoh, distrofin berinteraksi dengan β-DG melalui domain WWnya, yang distabilkan oleh domain ZZ (dinamakan kerana keupayaannya untuk mengikat dua ion zink) dalam kawasan CTnya, di mana residu asid sisteik 3307-3354 amat penting untuk interaksi ini60 ., 61. Utrophin juga terikat kepada β-DG melalui domain WW/ZZ, tetapi residu tepat yang menyokong interaksi ini berbeza daripada residu distrofin (3307–3345 dalam dystrophin dan 3064–3102 dalam utrophin) 60,61.Yang penting, pengikatan utrophin kepada β-DG adalah kira-kira 2 kali ganda lebih rendah berbanding dengan distrofin 61. Dystrophin telah dilaporkan mengikat kepada F-aktin melalui ulangan spektrin 11-17, manakala tapak yang serupa dalam utrophin tidak boleh mengikat F-aktin, walaupun pada kepekatan tinggi, tetapi boleh berinteraksi melalui domain CH mereka.Tindakan 62,63,64.Akhirnya, tidak seperti distrofin, utrophin tidak boleh mengikat mikrotubul51.
Secara biomekanik, ulangan utrophin spectrin mempunyai corak terbentang yang berbeza berbanding dengan dystrophin65.Utrophin-spectrin mengulangi penggunaan pada daya yang lebih tinggi, serupa dengan titin tetapi bukan dystrophin65.Ini selaras dengan penyetempatan dan peranannya dalam penghantaran daya kenyal tegar pada persimpangan tendon, tetapi mungkin menjadikan utrophin kurang sesuai untuk bertindak sebagai spring molekul dalam daya penimbal yang disebabkan oleh penguncupan 65 .Diambil bersama, data ini mencadangkan bahawa keupayaan mekanotransduksi dan mekanobuffering boleh diubah dengan kehadiran overexpression utrophin, terutamanya memandangkan rakan kongsi/mekanisme pengikat yang berbeza, namun ini memerlukan kajian eksperimen lanjut.
Dari sudut pandangan fungsional, fakta bahawa utrophin dipercayai mempunyai kesan yang sama dengan distrofin menjadikannya sasaran rawatan yang berpotensi untuk DMD66,67.Malah, sesetengah pesakit DMD telah ditunjukkan untuk mengekspresikan utrophin secara berlebihan, mungkin sebagai mekanisme pampasan, dan fenotip telah berjaya dipulihkan dalam model tetikus dengan overexpression utrophin 68 .Walaupun upregulasi utrophin adalah strategi terapeutik yang mungkin, pertimbangan perbezaan formal dan fungsi antara utrophin dan dystrophin dan utiliti untuk mendorong ekspresi berlebihan ini dengan penyetempatan yang betul di sepanjang sarcolemma menjadikan strategi jangka panjang utrophin masih tidak jelas.Terutamanya, pembawa wanita menunjukkan corak mozek ekspresi utrophin, dan nisbah antara distrofin dan utrophin mungkin mempengaruhi tahap kardiomiopati diluaskan dalam pesakit ini, 69 walaupun model pembawa murine telah ditunjukkan..
Subkompleks dystroglycan terdiri daripada dua protein, α- dan β-dystroglycan (α-, β-DG), kedua-duanya ditranskripsi daripada gen DAG1 dan kemudian selepas translasi dibelah menjadi dua komponen protein 71 .α-DG sangat glikosilasi dalam aspek ekstraselular DGC dan berinteraksi secara langsung dengan sisa prolin dalam laminin α2 serta dengan agrin72 dan picaculin73 dan rantau CT / CR dystrophin73,74,75,76.Glikosilasi berkait O, terutamanya sisa serin, diperlukan untuk interaksinya dengan ECM.Laluan glikosilasi merangkumi banyak enzim yang mutasinya membawa kepada distrofi otot (lihat juga Jadual 1).Ini termasuk O-mannosyltransferase POMT2, fucutin dan protein berkaitan fucutin (FKRP), dua ribitol phosphotransferases yang menambah fosfat ribitol tandem kepada glycan teras, dan protein LARGE1 yang menambah xylose dan glukosa.Polisakarida asid uronik linear, juga dikenali sebagai matriks glycan pada penghujung glycan77.FKRP juga terlibat dalam pembangunan dan penyelenggaraan ECM, dan mutasi di dalamnya membawa kepada penurunan ekspresi laminin α2 dan α-DG77,78,79.Selain itu, FKRP juga boleh mengarahkan pembentukan lamina basal dan matriks ekstrasel jantung melalui fibronektin terglikosilasi 80.
β-DG mengandungi motif pengikat PPxY yang menyetempatkan secara langsung dan mengasingkan YAP12.Ini adalah penemuan yang menarik kerana ia membayangkan bahawa DGC mengawal kitaran sel kardiomiosit.α-DH dalam kardiomiosit neonatal berinteraksi dengan agrin, yang menggalakkan penjanaan semula jantung dan lisis DGC76 akibat kematangan sel.Apabila kardiomiosit matang, ekspresi aggrin berkurangan memihak kepada laminin, yang dianggap menyumbang kepada penangkapan kitaran sel76.Morikawa12 menunjukkan bahawa ketukan berganda distrofin dan salvador, pengawal selia negatif YAP, membawa kepada hiperproliferasi kardiomiosit dalam rumen yang menyebabkan infark.Ini membawa kepada idea yang menarik bahawa manipulasi YAP boleh menjadi nilai klinikal dalam mencegah kehilangan tisu selepas infarksi miokardium.Oleh itu, lisis DGC yang disebabkan oleh agrin boleh mewakili paksi yang membolehkan pengaktifan YAP dan merupakan laluan yang berpotensi untuk penjanaan semula jantung.
Secara mekanikal, α- dan β-DG diperlukan untuk mengekalkan interaksi antara sarcolemma dan lapisan basal 81 .Kedua-dua integrin α-DG dan α7 menyumbang kepada penjanaan daya dalam ganglion kosta, dan kehilangan α-DG menyebabkan pemisahan sarcolemma daripada lamina basal, menyebabkan tisu otot rangka terdedah kepada kerosakan yang disebabkan oleh penguncupan.Seperti yang diterangkan sebelum ini, kompleks dystroglycan mengawal perolehan keseluruhan DGC, di mana pengikatan kepada laminin ligan serumpun menghasilkan fosforilasi tirosin motif pengikat PPPY β-DG892.Fosforilasi tirosin di sini menggalakkan pembongkaran distrofin, yang membalikkan kompleks DGC.Secara fisiologi, proses ini sangat dikawal, yang tidak terdapat dalam distrofi otot82, walaupun mekanisme asas yang mengawal proses ini tidak difahami sepenuhnya.
Peregangan kitaran telah ditunjukkan untuk mengaktifkan laluan ERK1/2 dan AMPK melalui kompleks dystrophin dan plectin protein yang berkaitan83.Bersama-sama, plectin dan dystroglycan diperlukan bukan sahaja untuk bertindak sebagai perancah, tetapi juga untuk mengambil bahagian dalam mekanotransduksi, dan knockdown plectin membawa kepada penurunan dalam aktiviti ERK1/2 dan AMPK83.Plectin juga mengikat kepada desmin filamen perantaraan sitoskeletal, dan ekspresi berlebihan desmin telah ditunjukkan untuk meningkatkan fenotip penyakit dalam tikus mdx:desmin dan mdx, model tetikus kalah mati berganda DMD84.Dengan berinteraksi dengan β-DG, plectin secara tidak langsung mengikat DGC kepada komponen sitoskeleton ini.Di samping itu, distroglycan berinteraksi dengan protein pengikat reseptor faktor pertumbuhan 2 (Grb2), yang diketahui terlibat dalam penyusunan semula sitoskeletal85.Pengaktifan Ras oleh integrin telah ditunjukkan sebagai pengantara melalui Grb2, yang mungkin menyediakan laluan berpotensi untuk crosstalk antara integrin dan DGC86.
Mutasi dalam gen yang terlibat dalam glikosilasi α-DH membawa kepada apa yang dipanggil distrofi otot.Dystroglycanopaties menunjukkan heterogeniti klinikal tetapi terutamanya disebabkan oleh gangguan dalam interaksi antara α-DG dan laminin α277.Dystrophiglicanoses yang disebabkan oleh mutasi primer dalam DAG1 secara amnya sangat jarang berlaku, mungkin kerana ia adalah embrio yang mematikan87, sekali gus mengesahkan keperluan untuk persatuan selular dengan ECM.Ini bermakna bahawa kebanyakan penyakit glycan dystrophic disebabkan oleh mutasi protein sekunder yang dikaitkan dengan glikosilasi.Sebagai contoh, mutasi dalam POMT1 menyebabkan sindrom Walker-Warburg yang sangat teruk, yang dicirikan oleh anencephaly dan jangka hayat yang dipendekkan dengan ketara (kurang daripada 3 tahun)88.Walau bagaimanapun, mutasi FKRP kebanyakannya nyata sebagai distrofi otot limb-girdle (LGMD), yang biasanya (tetapi tidak selalu) agak ringan.Walau bagaimanapun, mutasi dalam FKRP telah terbukti menjadi punca WWS89 yang jarang berlaku.Banyak mutasi telah dikenal pasti dalam FKRP, yang mana mutasi pengasas (c.826>A) paling kerap menyebabkan LGMD2I90.
LGMD2I ialah distrofi otot yang agak ringan yang patogenesisnya adalah berdasarkan gangguan hubungan antara matriks ekstraselular dan sitoskeleton intraselular.Kurang jelas ialah hubungan antara genotip dan fenotip pada pesakit dengan mutasi dalam gen ini, dan sememangnya konsep ini boleh digunakan untuk protein DSC yang lain.Mengapakah sesetengah pesakit dengan mutasi FKRP menunjukkan fenotip penyakit yang konsisten dengan WWS manakala yang lain mempunyai LGMD2I?Jawapan kepada soalan ini mungkin terletak pada i) langkah mana laluan glikosilasi dipengaruhi oleh mutasi, atau ii) tahap hipoglikosilasi pada mana-mana langkah tertentu.Hypoglycosylation α-DG mungkin masih membenarkan beberapa tahap interaksi dengan ECM yang menghasilkan fenotip keseluruhan yang lebih ringan, manakala pemisahan dari membran bawah tanah meningkatkan keterukan fenotip penyakit.Pesakit dengan LGMD2I juga membangunkan DCM, walaupun ini kurang didokumenkan daripada DMD, memotivasikan keperluan untuk memahami mutasi ini dalam konteks kardiomiosit.
Subkompleks sarcospan-sarcoglycan menggalakkan pembentukan DHA dan berinteraksi secara langsung dengan β-DH.Terdapat empat sarcoglycans satu arah dalam tisu jantung: α, β, γ, dan δ91.Baru-baru ini telah diterangkan bahawa mutasi missense c.218C>T dalam exon 3 gen SGCA dan penghapusan heterozigot separa dalam exon 7–8 menyebabkan LGMD2D92.Walau bagaimanapun, dalam kes ini, penulis tidak menilai fenotip jantung.
Kumpulan lain telah mendapati bahawa SGCD dalam model porcine93 dan mouse94 menghasilkan ekspresi protein yang berkurangan dalam subkompleks sarcoglycan, mengganggu struktur keseluruhan DGC dan membawa kepada DCM.Di samping itu, 19% daripada semua pesakit dengan mutasi SGCA, SGCB, atau SGCG dilaporkan mempunyai kardiomiopati diluaskan, dan 25% daripada semua pesakit juga memerlukan sokongan pernafasan95.
Mutasi resesif dalam sarcoglycan (SG) δ mengakibatkan pengurangan atau ketiadaan lengkap kompleks sarcoglycan dan seterusnya DGC dalam tisu jantung dan bertanggungjawab untuk LGMD dan DCM96 yang berkaitan.Menariknya, mutasi dominan-negatif dalam SG-δ adalah khusus untuk sistem kardiovaskular dan merupakan punca kardiomiopati diluaskan keluarga97.Mutasi dominan-negatif SG-δ R97Q dan R71T telah ditunjukkan secara stabil dinyatakan dalam kardiomiosit tikus tanpa kemerosotan ketara jumlah DGC98.Walau bagaimanapun, sel-sel jantung yang membawa mutasi ini lebih mudah terdedah kepada kerosakan sarcolemma, kebolehtelapan, dan disfungsi mekanikal di bawah tekanan mekanikal, selaras dengan fenotip DCM98.
Sarcospan (SSPN) ialah tetraspanin 25 kDa yang dilokalkan dalam subkompleks sarcoglycan dan dipercayai berfungsi sebagai perancah protein99,100.Sebagai perancah protein, SSPN menstabilkan penyetempatan dan glikosilasi α-DG99,101.Ekspresi berlebihan SSPN dalam model tetikus didapati meningkatkan pengikatan antara otot dan laminin 102 .Di samping itu, SSPN telah ditunjukkan untuk berinteraksi dengan integrin, mencadangkan tahap crosstalk antara dua komissur rusuk, DGC, dan struktur glikoprotein integrin-talin-vinculin100,101,102.Penghancuran SSPN juga mengakibatkan peningkatan dalam α7β1 dalam otot rangka tikus.
Satu kajian baru-baru ini menunjukkan bahawa ekspresi berlebihan sarcospan meningkatkan kematangan dan glikosilasi α-DG dalam tisu jantung secara bebas daripada ketukan galactosylaminotransferase 2 (Galgt2) dalam model tetikus mdx DMD, dengan itu mengurangkan fenotip penyakit 101. Peningkatan glikosilasi kompleks dystroglycan boleh meningkatkan interaksi dengan ECM, dengan itu paling mengurangkan penyakit ini.Selain itu, mereka telah menunjukkan bahawa overexpression sarcospan mengurangkan interaksi integrin β1D dengan DGCs, menonjolkan kemungkinan peranan sarcospan dalam pengawalan kompleks integrin101.
Syntrophins ialah keluarga protein kecil (58 kDa) yang menyetempat kepada DGC, tidak sendiri mempunyai aktiviti enzimatik intrinsik, dan berfungsi sebagai penyesuai molekul103,104.Lima isoform (α-1, β-1, β-2, γ-1 dan γ-2) telah dikenal pasti menunjukkan ekspresi khusus tisu, dengan isoform α-1 kebanyakannya dinyatakan dalam tisu otot berjalur 105 .Syntrophins ialah protein penyesuai penting yang memudahkan komunikasi antara distrofin dan molekul isyarat, termasuk neuron nitric oxide synthase (nNOS) dalam otot rangka106.α-syntrophin berinteraksi secara langsung dengan domain ulangan spektrin dystrophin 16-17, yang seterusnya mengikat motif pengikat nNOS106, 107 PDZ.
Syntrophins juga berinteraksi dengan distrobrevin melalui domain pengikatan PH2 dan SU, dan mereka juga berinteraksi dengan sitoskeleton aktin 108 .Sesungguhnya, syntrophin nampaknya memainkan peranan yang sangat penting dalam pengawalseliaan dinamik sitoskeletal, dan isoform α dan β dapat berinteraksi secara langsung dengan F-actin 108 dan dengan itu berkemungkinan memainkan peranan dalam pengawalan tensegriti dan biomekanik selular. kesan.Di samping itu, syntrophin telah ditunjukkan untuk mengawal selia sitoskeleton melalui Rac1109.
Memodulasi tahap syntrophin boleh memulihkan fungsi, dan kajian terbaru menggunakan mini-dystrophin menunjukkan bahawa konstruk ΔR4-R23 / ΔCT dapat memulihkan α-syntrophin serta protein DGC lain ke tahap yang setanding dengan kardiomiosit WT mdx.
Sebagai tambahan kepada peranan mereka dalam pengawalseliaan sitoskeleton, syntrophin juga didokumenkan dengan baik dalam peraturan saluran ion 111,112,113.Motif syntrophin yang mengikat PDZ mengawal saluran Nav1.5111 yang bergantung kepada voltan jantung, yang memainkan peranan penting dalam mewujudkan keceriaan dan pengaliran jantung.Menariknya, dalam model tetikus mdx, saluran Nav1.5 didapati dikurangkan dan aritmia jantung ditemui pada haiwan 111 .Di samping itu, keluarga saluran ion mekanosensitif, saluran potensi reseptor sementara (TRPC), telah ditunjukkan dikawal oleh α1-syntrophin dalam tisu jantung 113 dan perencatan TRPC6 telah ditunjukkan untuk memperbaiki aritmia dalam model tetikus DMD112.Peningkatan aktiviti TRPC6 dalam DMD telah dilaporkan mengakibatkan aritmia jantung, yang lega apabila digabungkan dengan PKG 112 .Secara mekanikal, pengurangan distrofin menggalakkan kemasukan [Ca2+]i akibat regangan yang bertindak di hulu TRPC6 untuk mengaktifkannya, seperti yang ditunjukkan dalam kardiomiosit dan sel otot licin vaskular112,114.Hiperaktivasi TRPC6 untuk meregangkan menjadikannya sebagai mekanosensor utama dan sasaran terapeutik yang berpotensi dalam DMD112,114.
Kehilangan distrofin membawa kepada lisis atau penindasan yang ketara terhadap keseluruhan kompleks DGC, dengan kehilangan banyak fungsi mekanoprotektif dan mekanotransduksi seterusnya, mengakibatkan fenotip bencana yang dilihat dalam tisu otot bergaris dalam DMD.Oleh itu, mungkin munasabah untuk mempertimbangkan bahawa RSK berfungsi secara bersama dan komponen individu bergantung pada kehadiran dan fungsi komponen lain.Ini terutama berlaku untuk distrofin, yang nampaknya diperlukan untuk pemasangan dan penyetempatan kompleks sarcolemma dalam kardiomiosit.Setiap komponen memainkan peranan yang unik dalam menyumbang kepada penstabilan keseluruhan sarcolemma, penyetempatan protein aksesori utama, pengawalan saluran ion dan ekspresi gen, dan kehilangan satu protein dalam DGC membawa kepada disregulasi keseluruhan miokardium.
Seperti yang ditunjukkan di atas, banyak protein DGC terlibat dalam mekanotransduksi dan isyarat, dan distrofin amat sesuai untuk peranan ini.Jika DGC terletak di tulang rusuk, ini mengesahkan pendapat bahawa ia mengambil bahagian dalam mekanotransduksi bersama dengan integrin.Oleh itu, DGC secara fizikal menjalani pemindahan daya anisotropik dan mengambil bahagian dalam penyusunan semula mekanosensori dan sitoskeletal persekitaran mikro intraselular, selaras dengan model tensegriti.Di samping itu, Dp427m menampan daya biomekanik yang masuk dengan mengembangkan ulangan spektrin dalam domain teras pusatnya, dengan itu bertindak sebagai mekanoprotektor dengan mengekalkan daya leraikan 25 pN pada julat 800 nm yang dilanjutkan.Dengan membelah, distrofin dapat "menampan" daya pengecutan-kelonggaran yang dihasilkan oleh kardiomiosit10.Memandangkan kepelbagaian protein dan fosfolipid yang berinteraksi dengan domain ulangan spektrin, adalah menarik untuk membuat spekulasi sama ada pengulangan spektrin mengubah kinetik pengikatan protein mekanosensitif dengan cara yang serupa dengan talin116,117,118.Bagaimanapun, ini masih belum dapat ditentukan dan siasatan lanjut diperlukan.