Ανοξείδωτο ατσάλι 347 / 347H Συγκολλημένοι σωλήνες σε σπειροειδή χημικό συστατικό, Ο ρόλος των συμπλεγμάτων γλυκοπρωτεϊνών δυστροφίνης στη μηχανομετατροπή των μυϊκών κυττάρων

Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.

Η δυστροφίνη είναι η κύρια πρωτεΐνη του συμπλέγματος δυστροφίνης-γλυκοπρωτεΐνης (DGC) στους σκελετικούς μυς και στα καρδιομυοκύτταρα.Η δυστροφίνη δεσμεύει τον κυτταροσκελετό της ακτίνης στην εξωκυτταρική μήτρα (ECM).Η ρήξη της σύνδεσης μεταξύ της εξωκυτταρικής μήτρας και του ενδοκυτταρικού κυτταροσκελετού μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες για την ομοιόσταση των σκελετικών μυϊκών κυττάρων, οδηγώντας σε μια σειρά από μυϊκές δυστροφίες.Επιπλέον, η απώλεια λειτουργικών DGC οδηγεί σε προοδευτική διατατική μυοκαρδιοπάθεια και πρόωρο θάνατο.Η δυστροφίνη δρα ως μοριακό ελατήριο και το DHA παίζει βασικό ρόλο στη διατήρηση της ακεραιότητας του σαρκολήματος.Επιπλέον, συσσωρεύονται στοιχεία που συνδέουν το DGC με τη μηχανιστική σηματοδότηση, αν και αυτός ο ρόλος παραμένει ελάχιστα κατανοητός.Αυτό το άρθρο ανασκόπησης στοχεύει να παρέχει μια σύγχρονη άποψη των DGC και του ρόλου τους στη μηχανομετατροπή.Αρχικά συζητάμε τη σύνθετη σχέση μεταξύ της μηχανικής και της λειτουργίας των μυϊκών κυττάρων και στη συνέχεια εξετάζουμε την πρόσφατη έρευνα σχετικά με το ρόλο του συμπλέγματος γλυκοπρωτεΐνης δυστροφίνης στη μηχανομετατροπή και τη διατήρηση της εμβιομηχανικής ακεραιότητας των μυϊκών κυττάρων.Τέλος, εξετάζουμε την τρέχουσα βιβλιογραφία για να κατανοήσουμε πώς η σηματοδότηση DGC διασταυρώνεται με τις μηχανικές οδούς σηματοδότησης για να τονίσει πιθανά μελλοντικά σημεία παρέμβασης, με ιδιαίτερη έμφαση στην μυοκαρδιοπάθεια.
Τα κύτταρα βρίσκονται σε συνεχή επικοινωνία με το μικροπεριβάλλον τους και ένας αμφίδρομος διάλογος μεταξύ τους είναι απαραίτητος για την ερμηνεία και την ενσωμάτωση των εμβιομηχανικών πληροφοριών.Η εμβιομηχανική ελέγχει βασικά επόμενα γεγονότα (π.χ. κυτταροσκελετικές ανακατατάξεις) ελέγχοντας τον συνολικό κυτταρικό φαινότυπο στο χώρο και στο χρόνο.Κεντρική θέση σε αυτή τη διαδικασία στα καρδιομυοκύτταρα είναι η πλευρική περιοχή, η περιοχή όπου το σαρκόλημμα συνδέεται με ένα σαρκομέριο που αποτελείται από σύμπλοκα ιντεγρίνης-ταλίνης-βινκουλίνης και δυστροφίνης-γλυκοπρωτεΐνης (DGC).Προσαρτημένες στον ενδοκυτταρικό κυτταροσκελετό, αυτές οι διακριτές εστιακές συμφύσεις (FAs) διαδίδουν έναν καταρράκτη βιομηχανικών και βιοχημικών κυτταρικών αλλαγών που ελέγχουν τη διαφοροποίηση, τον πολλαπλασιασμό, την οργανογένεση, τη μετανάστευση, την εξέλιξη της νόσου και πολλά άλλα.Η μετατροπή των εμβιομηχανικών δυνάμεων σε βιοχημικές και/ή (επι)γενετικές αλλαγές είναι γνωστή ως μηχανομετατροπή1.
Ο διαμεμβρανικός υποδοχέας ιντεγκρίνης 2 είναι γνωστό από καιρό ότι αγκυρώνει την εξωκυτταρική μήτρα στα κύτταρα και μεσολαβεί τόσο στην εσωτερική όσο και στην εξωτερική σηματοδότηση.Παράλληλα με τις ιντεγκρίνες, τα DGC δεσμεύουν το ECM στον κυτταροσκελετό, δημιουργώντας έναν κρίσιμο σύνδεσμο μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού του κυττάρου3.Η ολόσωμη δυστροφίνη (Dp427) εκφράζεται κυρίως στους καρδιακούς και σκελετικούς μύες, αλλά παρατηρείται επίσης σε ιστούς του κεντρικού νευρικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του αμφιβληστροειδούς και του ιστού Purkinje4.Οι μεταλλάξεις στις ιντεγκρίνες και στο DGC πιστεύεται ότι είναι τα αίτια της μυϊκής δυστροφίας και της προοδευτικής διατατικής μυοκαρδιοπάθειας (DCM) (Πίνακας 1)5,6.Συγκεκριμένα, οι μεταλλάξεις DMD που κωδικοποιούν τα DGC της κεντρικής πρωτεΐνης δυστροφίνης προκαλούν μυϊκή δυστροφία Duchenne (DMD)7.Το DGC αποτελείται από πολλά υποσυμπλέγματα, όπως η α- και β-δυστρογλυκάνη (α/β-DG), η σαρκογλυκάνη-σπανίνη, η δυστροφίνη και η δυστροφίνη 8.
Η δυστροφίνη είναι μια κυτταροσκελετική πρωτεΐνη που κωδικοποιείται από DMD (Xp21.1-Xp22) που παίζει κεντρικό ρόλο στη διατήρηση της DGC.Το DGC διατηρεί την ακεραιότητα του σαρκολήματος, της πλασματικής μεμβράνης του γραμμωτού μυϊκού ιστού.Η δυστροφίνη εξασθενεί περαιτέρω τις βλάβες που προκαλούνται από τη συστολή λειτουργώντας ως μοριακό ελατήριο και μοριακό ικρίωμα9,10.Η πλήρους μήκους δυστροφίνη έχει μοριακό βάρος 427 kDa, ωστόσο, λόγω των πολλών εσωτερικών προαγωγών στο DMD, υπάρχουν αρκετές φυσικώς απαντώμενες κολοβωμένες ισομορφές, συμπεριλαμβανομένου του Dp7111.
Οι βοηθητικές πρωτεΐνες έχει αποδειχθεί ότι εντοπίζονται στη δυστροφίνη, συμπεριλαμβανομένων των πραγματικών μηχανομετατροπέων όπως η συνθάση του νευρωνικού μονοξειδίου του αζώτου (nNOS), η πρωτεΐνη που σχετίζεται με Yes (YAP) και η caveolin-3, αντιπροσωπεύοντας έτσι σημαντικά συστατικά της κυτταρικής σηματοδότησης.Ενώσεις 12, 13, 14. Εκτός από την προσκόλληση, έναν κυτταρικό μηχανισμό που σχετίζεται με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυττάρων και της μήτρας, που σχηματίζεται από ιντεγκρίνες και τους κατάντη στόχους τους, αυτά τα δύο σύμπλοκα αντιπροσωπεύουν τη διεπαφή μεταξύ του "μέσα" και "έξω" του κυττάρου .Η προστασία αυτών των εστιακών συμφύσεων από μη φυσιολογική καταστροφή είναι κρίσιμη για τη συμπεριφορά και την επιβίωση των κυττάρων.Επιπλέον, τα δεδομένα υποστηρίζουν ότι η δυστροφίνη είναι διαμορφωτής μηχανοευαίσθητων καναλιών ιόντων, συμπεριλαμβανομένων καναλιών που ενεργοποιούνται με τέντωμα, ειδικά καναλιών Ca2+ τύπου L και καναλιών TRPC 15.
Αν και η δυστροφίνη είναι σημαντική για την ομοιοστατική λειτουργία των γραμμωτών μυϊκών κυττάρων, οι ακριβείς υποστηρικτικοί μηχανισμοί είναι λιγότερο σαφείς, ειδικά ο ρόλος της δυστροφίνης και η ικανότητά της να δρα ως μηχανοαισθητήρας και μηχανικός προστάτης.Λόγω της απώλειας της δυστροφίνης, έχουν προκύψει πολλά αναπάντητα ερωτήματα, όπως: μήπως οι μηχανοευαίσθητες πρωτεΐνες όπως το YAP και το AMPK έχουν εσφαλμένη εντόπιση στο σαρκόλημμα;Υπάρχουν διαφωνίες με ιντεγκρίνες, καταστάσεις που μπορεί να οδηγήσουν σε μη φυσιολογική μηχανομετατροπή;Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά μπορεί να συμβάλλουν στον σοβαρό φαινότυπο DCM που παρατηρείται σε ασθενείς με DMD.
Επιπλέον, η συσχέτιση των αλλαγών στην κυτταρική εμβιομηχανική με τον συνολικό φαινότυπο DMD έχει σημαντικές κλινικές επιπτώσεις.Η DMD είναι μια συνδεδεμένη με Χ μυϊκή δυστροφία που επηρεάζει 1:3500–5000 άνδρες, που χαρακτηρίζεται από πρώιμη απώλεια κινητικότητας (<5 έτη) και προοδευτική DCM με σημαντικά χειρότερη πρόγνωση από την DCM άλλων αιτιολογιών16,17,18.
Η εμβιομηχανική της απώλειας δυστροφίνης δεν έχει περιγραφεί πλήρως και εδώ εξετάζουμε τα στοιχεία που υποστηρίζουν την ιδέα ότι η δυστροφίνη παίζει πράγματι μηχανοπροστατευτικό ρόλο, δηλαδή διατηρεί την ακεραιότητα του σαρκολήματος και είναι κρίσιμης σημασίας στη μηχανομετατροπή.Επιπλέον, εξετάσαμε τα στοιχεία που υποδεικνύουν σημαντική αλληλεπίδραση με ιντεγκρίνες, ειδικά δέσμευση της λαμινίνης α7β1D σε γραμμωτά μυϊκά κύτταρα.
Οι εισαγωγές και οι διαγραφές ευθύνονται για μεγάλο αριθμό μεταλλάξεων στο DMD, με το 72% των μεταλλάξεων να προκαλούνται από τέτοιες μεταλλάξεις19.Κλινικά, η DMD εμφανίζεται στη βρεφική ηλικία (≤5 ετών) με υπόταση, θετικό σημάδι Gower, καθυστερημένη εξέλιξη των αλλαγών που σχετίζονται με την ηλικία, νοητική υστέρηση και ατροφία των σκελετικών μυών.Η αναπνευστική δυσχέρεια ήταν ιστορικά η κύρια αιτία θανάτου σε ασθενείς με DMD, αλλά η βελτιωμένη υποστηρικτική φροντίδα (κορτικοστεροειδή, συνεχής θετική πίεση αεραγωγών) αύξησε το προσδόκιμο ζωής σε αυτούς τους ασθενείς και η διάμεση ηλικία των ασθενών με DMD που γεννήθηκαν μετά το 1990 είναι 28,1 έτη 20,21 ..Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η επιβίωση των ασθενών, η πρόγνωση του προοδευτικού DCM είναι σημαντικά χειρότερη σε σύγκριση με άλλες μυοκαρδιοπάθειες16, οδηγώντας σε καρδιακή ανεπάρκεια τελικού σταδίου, η οποία είναι επί του παρόντος η κύρια αιτία θανάτου, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 50% των θανάτων από DMD17,18.
Το προοδευτικό DCM χαρακτηρίζεται από αυξημένη διάταση και συμμόρφωση της αριστερής κοιλίας, κοιλιακή λέπτυνση, αυξημένη ινολιπώδη διήθηση, μειωμένη συστολική λειτουργία και αυξημένη συχνότητα αρρυθμιών.Ο βαθμός DCM σε ασθενείς με DMD είναι σχεδόν καθολικός στην ύστερη εφηβεία (90% έως 18 ετών), αλλά είναι παρών σε περίπου 59% των ασθενών έως την ηλικία των 10 ετών8,22.Η αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος είναι κρίσιμη καθώς το κλάσμα εξώθησης της αριστερής κοιλίας μειώνεται σταθερά με ρυθμό 1,6% ετησίως23.
Οι καρδιακές αρρυθμίες είναι συχνές σε ασθενείς με DMD, ιδιαίτερα η φλεβοκομβική ταχυκαρδία και η κοιλιακή ταχυκαρδία, και είναι η αιτία αιφνίδιου καρδιακού θανάτου22.Οι αρρυθμίες είναι αποτέλεσμα ινολιπώδους διήθησης, ειδικά στην υποβασική αριστερή κοιλία, η οποία βλάπτει το κύκλωμα επιστροφής καθώς και τη δυσλειτουργία επεξεργασίας του [Ca2+]i και τη δυσλειτουργία του διαύλου ιόντων24,25.Η αναγνώριση της κλινικής καρδιακής παρουσίασης είναι κρίσιμη, καθώς οι στρατηγικές έγκαιρης θεραπείας μπορεί να καθυστερήσουν την εμφάνιση σοβαρού DCM.
Η σημασία της θεραπείας της καρδιακής δυσλειτουργίας και της νοσηρότητας των σκελετικών μυών φαίνεται σε μια ενδιαφέρουσα μελέτη που χρησιμοποίησε ένα μοντέλο DMD σε ποντίκια που ονομάζεται mdx26 για να μελετήσει τα αποτελέσματα της βελτίωσης του σκελετικού μυϊκού ιστού χωρίς την αντιμετώπιση των υποκείμενων καρδιακών προβλημάτων που υπάρχουν στο DMD.Εδώ, οι συγγραφείς κατέδειξαν μια παράδοξη 5-πλάσια αύξηση στην καρδιακή δυσλειτουργία μετά τη βελτίωση των σκελετικών μυών και τα ποντίκια είχαν σημαντική μείωση στο κλάσμα εξώθησης26.Η βελτιωμένη λειτουργία των σκελετικών μυών επιτρέπει στην υψηλότερη σωματική δραστηριότητα να επιβαρύνει περισσότερο το μυοκάρδιο, καθιστώντας το πιο ευαίσθητο σε γενική δυσλειτουργία.Αυτό υπογραμμίζει τη σημασία της θεραπείας των ασθενών με DMD γενικά και προειδοποιεί μόνο έναντι της θεραπείας με σκελετικούς μυς.
Τα DGCs εκτελούν πολλές πρόσθετες λειτουργίες, συγκεκριμένα, παρέχουν δομική σταθερότητα στο σαρκόλημμα, γίνονται μοριακό ικρίωμα που λειτουργεί ως σύνδεσμος σηματοδότησης, ρυθμίζουν μηχανοευαίσθητα κανάλια ιόντων, τον πυρήνα της πλευρικής μηχανομετατροπής και συμμετέχουν στη μετάδοση της πλευρικής δύναμης στην περιοχή του νευρώσεις (Εικ. 1β)..Η δυστροφίνη παίζει κεντρικό ρόλο σε αυτή την ικανότητα και λόγω της παρουσίας πολλών εσωτερικών προαγωγών, υπάρχουν πολλές διαφορετικές ισομορφές, καθεμία από τις οποίες παίζει διαφορετικό ρόλο σε διαφορετικούς ιστούς.Η διαφορική έκφραση ιστού διαφορετικών ισομορφών δυστροφίνης υποστηρίζει την ιδέα ότι κάθε ισομορφή παίζει διαφορετικό ρόλο.Για παράδειγμα, ο καρδιακός ιστός εκφράζει το πλήρες μήκος (Dp427m) καθώς και τη βραχύτερη ισομορφή Dp71m της δυστροφίνης, ενώ ο σκελετικός ιστός εκφράζει μόνο την πρώτη από τις δύο.Η παρατήρηση του ρόλου κάθε υποτύπου μπορεί να αποκαλύψει όχι μόνο τη φυσιολογική του λειτουργία, αλλά και την παθογένεια της μυϊκής δυστροφίας.
Σχηματική αναπαράσταση της πλήρους μήκους δυστροφίνης (Dp427m) και της μικρότερης, κολοβωμένης ισομορφής Dp71.Η δυστροφίνη έχει 24 επαναλήψεις σπεκτρίνης που χωρίζονται από τέσσερις βρόχους, καθώς και μια περιοχή δέσμευσης ακτίνης (ABD), μια περιοχή πλούσια σε κυστεΐνη (CR) και ένα C-άκρο (CT).Έχουν εντοπιστεί βασικοί εταίροι δέσμευσης, συμπεριλαμβανομένων των μικροσωληνίσκων (MTs) και του σαρκολήματος.Υπάρχουν πολλές ισομορφές του Dp71, το Dp71m αναφέρεται στον μυϊκό ιστό και το Dp71b αναφέρεται στην ισομορφή του νευρικού ιστού.Συγκεκριμένα, το Dp71f αναφέρεται στην κυτταροπλασματική ισομορφή των νευρώνων.β Το σύμπλοκο δυστροφίνης-γλυκοπρωτεΐνης (DHA) εντοπίζεται στο σαρκόλημμα ως σύνολο.Οι εμβιομηχανικές δυνάμεις αλλάζουν μεταξύ ECM και F-ακτίνης.Σημειώστε την πιθανή αλληλεπίδραση μεταξύ των DGC και της προσκόλλησης ιντεγκρίνης, η Dp71 μπορεί να παίζει ρόλο στις εστιακές συμφύσεις.Δημιουργήθηκε με το Biorender.com.
Η DMD είναι η πιο κοινή μυϊκή δυστροφία και προκαλείται από μεταλλάξεις της DMD.Ωστόσο, για να εκτιμήσουμε πλήρως την τρέχουσα κατανόησή μας για τον ρόλο της αντι-δυστροφίνης, είναι σημαντικό να το τοποθετήσουμε στο πλαίσιο της DGC στο σύνολό της.Έτσι, οι άλλες πρωτεΐνες που αποτελούν θα περιγραφούν εν συντομία.Η πρωτεϊνική σύνθεση του DGC άρχισε να μελετάται στα τέλη της δεκαετίας του 1980, με ιδιαίτερη προσοχή στη δυστροφίνη.Οι Koenig27,28, Hoffman29 και Ervasti30 έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη εντοπίζοντας τη δυστροφίνη, μια πρωτεΐνη 427 kDa σε γραμμωτούς μυς31.
Στη συνέχεια, άλλα υποσύμπλοκα αποδείχθηκαν ότι σχετίζονται με τη δυστροφίνη, συμπεριλαμβανομένης της σαρκογλυκάνης, του διαμεμβρανικού υποσυμπλέγματος δυστροφίνης, της dysbrevin και των syntrophins8, τα οποία μαζί αποτελούν το τρέχον μοντέλο DGC.Αυτή η ενότητα θα διαδώσει πρώτα τα στοιχεία για το ρόλο του DGC στη μηχανοαισθητηριακή αντίληψη, ενώ θα εξετάσει λεπτομερώς τα επιμέρους στοιχεία.
Η ισόμορφη δυστροφίνης πλήρους μήκους που υπάρχει στον γραμμωτό μυϊκό ιστό είναι Dp427m (π.χ. "m" για να τον διακρίνει ο μυς από τον εγκέφαλο) και είναι μια μεγάλη πρωτεΐνη σε σχήμα ράβδου με τέσσερις λειτουργικές περιοχές που βρίσκονται κάτω από το σαρκόλημμα των καρδιομυοκυττάρων, ειδικά στην πλευρική περιοχή 29, 32. Το Dp427m, που κωδικοποιείται από το γονίδιο DMD στο Xp21.1, αποτελείται από 79 εξόνια που δημιουργούνται σε 2,2 μεγαβάσεις και είναι επομένως το μεγαλύτερο γονίδιο στο γονιδίωμά μας8.
Αρκετοί εσωτερικοί προαγωγείς στο DMD παράγουν πολλαπλές κολοβωμένες ισομορφές δυστροφίνης, μερικές από τις οποίες είναι ειδικές για τον ιστό.Σε σύγκριση με το Dp427m, το Dp71m είναι σημαντικά περικομμένο και στερείται πεδίου επανάληψης σπεκτρίνης ή Ν-τερματικής περιοχής ABD.Ωστόσο, το Dp71m διατηρεί την Ο-τελική δομή δέσμευσης.Στα καρδιομυοκύτταρα, ο ρόλος του Dp71m είναι ασαφής, αλλά έχει αποδειχθεί ότι εντοπίζεται στα σωληνάρια Τ, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να βοηθήσει στη ρύθμιση της σύζευξης διέγερσης-συστολής 33,34,35.Από ό,τι γνωρίζουμε, η πρόσφατη ανακάλυψη του Dp71m στον καρδιακό ιστό έχει λάβει λίγη προσοχή, αλλά ορισμένες μελέτες υποδεικνύουν ότι σχετίζεται με διαύλους ιόντων που ενεργοποιούνται με διάταση και ο Masubuchi πρότεινε ότι μπορεί να παίζει ρόλο στη ρύθμιση του nNOS33., 36. Με αυτόν τον τρόπο, η Dp71 έχει λάβει σημαντική προσοχή στη νευροφυσιολογία και την έρευνα των αιμοπεταλίων, τομείς που μπορεί να παρέχουν πληροφορίες για το ρόλο των καρδιομυοκυττάρων37,38,39.
Στο νευρικό ιστό, η ισομορφή Dp71b εκφράζεται κυρίως, με 14 ισομορφές να αναφέρονται38.Η διαγραφή του Dp71b, ενός σημαντικού ρυθμιστή των διαύλων καλίου aquaporin 4 και Kir4.1 στο κεντρικό νευρικό σύστημα, έχει αποδειχθεί ότι μεταβάλλει τη διαπερατότητα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού40.Δεδομένου του ρόλου του Dp71b στη ρύθμιση των διαύλων ιόντων, το Dp71m μπορεί να παίζει παρόμοιο ρόλο στα καρδιομυοκύτταρα.
Η παρουσία του DGC στα πλευρικά γάγγλια υποδεικνύει αμέσως έναν ρόλο στη μηχανομετατροπή και πράγματι έχει αποδειχθεί ότι συνεντοπίζεται με σύμπλοκα ιντεγκρίνης-ταλίνης-βινκουλίνης 41 .Επιπλέον, δεδομένου ότι το πλευρικό τμήμα είναι το επίκεντρο της εγκάρσιας μηχανομετατροπής, ο εντοπισμός του Dp427m εδώ υπογραμμίζει τον ρόλο του στην προστασία των κυττάρων από ζημιές που προκαλούνται από συστολές.Επιπλέον, το Dp427m αλληλεπιδρά με την ακτίνη και τον κυτταροσκελετό του μικροσωληνίσκου, ολοκληρώνοντας έτσι τη σύνδεση μεταξύ του ενδοκυτταρικού περιβάλλοντος και της εξωκυτταρικής μήτρας.
Το Ν-άκρο που περιέχει το πεδίο δέσμευσης ακτίνης 1 (ABD1) αποτελείται από δύο τομείς ομολογίας καλμοδουλίνης (CH) που απαιτούνται για την αλληλεπίδραση με την F-ακτίνη και την αγκύρωση της ισομορφής γ-ακτίνης στο σαρκόλημμα42,43.Η δυστροφίνη μπορεί να συμβάλλει στη συνολική ιξωδοελαστικότητα των καρδιομυοκυττάρων προσκολλώντας στον υποσαρκολεμικό κυτταροσκελετό και η εντόπισή της στα πλευρικά γάγγλια υποστηρίζει τη συμμετοχή της στη μηχανομετατροπή καθώς και στη μηχανοπροστασία44,45.
Η περιοχή του κεντρικού πυρήνα αποτελείται από 24 επαναλαμβανόμενες πρωτεΐνες τύπου σπεκτρίνης, καθεμία από τις οποίες έχει μήκος περίπου 100 υπολείμματα αμινοξέων.Οι επαναλήψεις σπεκτρίνης είναι διάσπαρτες με τέσσερις τομείς άρθρωσης, δίνοντας στην πρωτεΐνη ευελιξία και υψηλό βαθμό εκτασιμότητας.Οι επαναλήψεις σπεκτρίνης δυστροφίνης μπορούν να ξεδιπλωθούν μέσα σε ένα φυσιολογικό εύρος δυνάμεων (15-30 pN) που εκτείνεται από 21 nm έως 84 nm, δυνάμεις που μπορούν να επιτευχθούν για τη συστολή της μυοσίνης 46 .Αυτά τα χαρακτηριστικά του τομέα επανάληψης σπεκτρίνης επιτρέπουν στη δυστροφίνη να δρα ως μοριακός απορροφητής κραδασμών.
Η κεντρική ράβδος του Dp427m εξασφαλίζει τον εντοπισμό του στο σαρκόλημμα, ιδίως μέσω υδρόφοβων και ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων με τη φωσφατιδυλοσερίνη 47,48.Είναι ενδιαφέρον ότι ο κεντρικός πυρήνας της δυστροφίνης αλληλεπιδρά διαφορετικά με τα φωσφολιπίδια του σαρκολήματος στους σκελετικούς και καρδιακούς ιστούς, αντανακλώντας πιθανώς διαφορετικά ελατήρια.κρίσιμο, ενώ οι σκελετικοί μύες συνδέονται επίσης με το R10-R1249.
Η δέσμευση στον κυτταροσκελετό γ-ακτίνης απαιτεί την περιοχή επανάληψης σπεκτρίνης ABD2 11-17, η οποία αποτελείται από υπολείμματα βασικών αμινοξέων και διαφέρει από την περιοχή CH που δεσμεύει τη F-ακτίνη.Οι μικροσωληνίσκοι αλληλεπιδρούν άμεσα με την περιοχή πυρήνα της δυστροφίνης, αυτή η αλληλεπίδραση απαιτεί υπολείμματα επαναλήψεων σπεκτρίνης 4-15 και 20-23 και η παρουσία αγκυρίνης Β απαιτείται για να αποτραπεί ο σχηματισμός μικροσωληνίσκων σε αυτή τη θέση.Οι σωλήνες απουσιάζουν 50,51,52.Ένα χάσμα μεταξύ μικροσωληνίσκων και δυστροφίνης έχει αποδειχθεί ότι επιδεινώνει την παθολογία της DMD αυξάνοντας τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου (X-ROS).
Η περιοχή CR μέσω της αγκυρίνης Β είναι μια άλλη άγκυρα για τα σαρκολεμματικά φωσφολιπίδια52.Η αγκυρίνη-Β και η ανκυρίνη-G απαιτούνται για τον εντοπισμό της δυστροφίνης/DGC στις νευρώσεις και η απουσία τους οδηγεί σε διάχυτο σαρκολεμικό μοτίβο του DGC52.
Η περιοχή CR περιέχει μια περιοχή σύνδεσης WW που αλληλεπιδρά απευθείας με το μοτίβο δέσμευσης PPxY της β-DG.Με την προσκόλληση στο σύμπλεγμα δυστροφίνης-γλυκάνης, η δυστροφίνη ολοκληρώνει τη σύνδεση μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου54.Αυτή η σύνδεση είναι κρίσιμη για τους γραμμωτούς μυς, όπως αποδεικνύεται από το γεγονός ότι η διακοπή της σύνδεσης μεταξύ της ECM και του εσωτερικού του κυττάρου οδηγεί σε περιοριστική για τη ζωή μυϊκή δυστροφία.
Τέλος, η περιοχή CT είναι μια εξαιρετικά συντηρημένη περιοχή που σχηματίζει μια περιελιγμένη έλικα και είναι κρίσιμη για τη σύνδεση με α-δυστρομπρεβίνη και α1-,β1-συντροφίνες55,56.Η α-δυστρομπρεβίνη συνδέεται με την περιοχή CT της δυστροφίνης και παρέχει πρόσθετη αντίσταση στη δυστροφίνη στο σαρκόλημμα57.
Κατά την εμβρυϊκή και εμβρυϊκή ανάπτυξη, το Utrophin εκφράζεται ευρέως σε διάφορους ιστούς, συμπεριλαμβανομένων των ενδοθηλιακών κυττάρων, του νευρικού ιστού και του γραμμωτού μυϊκού ιστού58.Η ουτροφίνη εκφράζεται από το UTRN που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 6q και είναι ένα αυτόλογο δυστροφίνης με ομολογία πρωτεΐνης 80%.Κατά την ανάπτυξη, η ουτροφίνη εντοπίζεται στο σαρκόλημμα, αλλά καταστέλλεται σημαντικά στον μεταγεννητικό γραμμωτό μυϊκό ιστό, όπου αντικαθίσταται από δυστροφίνη.Μετά τη γέννηση, ο εντοπισμός της ουτροφίνης περιορίζεται στους τένοντες και στις νευρομυϊκές συνδέσεις των σκελετικών μυών58,59.
Οι συνεργάτες δέσμευσης της ουτροφίνης είναι σε γενικές γραμμές παρόμοιοι με εκείνους των δυστροφινών, αν και έχουν περιγραφεί ορισμένες βασικές διαφορές.Για παράδειγμα, η δυστροφίνη αλληλεπιδρά με τη β-DG μέσω της περιοχής WW της, η οποία σταθεροποιείται από την περιοχή ZZ (ονομάστηκε για την ικανότητά της να δεσμεύει δύο ιόντα ψευδαργύρου) στην περιοχή CT της, όπου τα υπολείμματα κυστεϊκού οξέος 3307-3354 είναι ιδιαίτερα σημαντικά για αυτήν την αλληλεπίδραση60 ., 61. Η ουτροφίνη δεσμεύεται επίσης στη β-DG μέσω της περιοχής WW/ZZ, αλλά τα ακριβή υπολείμματα που υποστηρίζουν αυτή την αλληλεπίδραση διαφέρουν από τα υπολείμματα δυστροφίνης (3307–3345 στη δυστροφίνη και 3064–3102 στην ουτροφίνη) 60,61.Είναι σημαντικό ότι η δέσμευση της ουτροφίνης στη β-DG ήταν περίπου 2 φορές χαμηλότερη σε σύγκριση με τη δυστροφίνη 61. Η δυστροφίνη έχει αναφερθεί ότι δεσμεύεται στη F-ακτίνη μέσω επαναλήψεων σπεκτρίνης 11-17, ενώ παρόμοιες θέσεις στην ουτροφίνη δεν μπορούν να συνδεθούν με τη F-ακτίνη, ακόμη και σε υψηλές συγκεντρώσεις, αλλά μπορούν να αλληλεπιδράσουν μέσω των τομέων CH τους.Δράση 62,63,64.Τέλος, σε αντίθεση με τη δυστροφίνη, η ουτροφίνη δεν μπορεί να συνδεθεί με μικροσωληνίσκους51.
Βιομηχανικά, οι επαναλήψεις σπεκτρίνης ουτροφίνης έχουν ένα ξεχωριστό μοτίβο ξεδίπλωσης σε σύγκριση με τη δυστροφίνη65.Η σπεκτρίνη ουτροφίνης επαναλαμβάνει την ανάπτυξη σε υψηλότερες δυνάμεις, παρόμοια με την τιτίνη αλλά όχι με τη δυστροφίνη65.Αυτό είναι σύμφωνο με τον εντοπισμό και τον ρόλο του στη μετάδοση της άκαμπτης ελαστικής δύναμης στις τενοντιακές συνδέσεις, αλλά μπορεί να κάνει την ουτροφίνη λιγότερο κατάλληλη να λειτουργεί ως μοριακό ελατήριο στις ρυθμιστικές δυνάμεις που προκαλούνται από τη συστολή 65 .Συνολικά, αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι οι ικανότητες μηχανομετατροπής και μηχανορυθμιστικού διαλύματος μπορεί να μεταβληθούν παρουσία υπερέκφρασης ουτροφίνης, ειδικά λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικούς εταίρους/μηχανισμούς δέσμευσης, ωστόσο αυτό απαιτεί περαιτέρω πειραματική μελέτη.
Από λειτουργική άποψη, το γεγονός ότι η ουτροφίνη πιστεύεται ότι έχει παρόμοια αποτελέσματα με τη δυστροφίνη την καθιστά πιθανό στόχο θεραπείας για το DMD66,67.Στην πραγματικότητα, ορισμένοι ασθενείς με DMD έχουν αποδειχθεί ότι υπερεκφράζουν την ουτροφίνη, πιθανώς ως αντισταθμιστικό μηχανισμό, και ο φαινότυπος έχει αποκατασταθεί επιτυχώς σε ένα μοντέλο ποντικού με υπερέκφραση ουτροφίνης 68 .Ενώ η ανοδική ρύθμιση της ουτροφίνης είναι μια πιθανή θεραπευτική στρατηγική, η εξέταση της τυπικής και λειτουργικής διαφοράς μεταξύ ουτροφίνης και δυστροφίνης και η χρησιμότητα της πρόκλησης αυτής της υπερέκφρασης με τον κατάλληλο εντοπισμό κατά μήκος του σαρκολήματος καθιστά τη μακροπρόθεσμη στρατηγική της ουτροφίνης ακόμη ασαφής.Ιδιαίτερα, οι γυναίκες φορείς εμφανίζουν ένα μωσαϊκό μοτίβο έκφρασης ουτροφίνης και η αναλογία μεταξύ δυστροφίνης και ουτροφίνης μπορεί να επηρεάσει τον βαθμό διατατικής μυοκαρδιοπάθειας σε αυτούς τους ασθενείς,69 αν και έχουν δείξει μοντέλα φορέων σε ποντικό..
Το υποσύμπλεγμα δυστρογλυκάνης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες, την α- και β-δυστρογλυκάνη (α-, β-DG), και οι δύο μεταγράφονται από το γονίδιο DAG1 και στη συνέχεια διασπώνται μετα-μεταφραστικά σε πρωτεΐνες δύο συστατικών 71 .Η α-DG είναι υψηλά γλυκοζυλιωμένη στην εξωκυτταρική πλευρά των DGCs και αλληλεπιδρά άμεσα με τα υπολείμματα προλίνης στη λαμινίνη α2 καθώς και με την agrin72 και την πικακουλίνη73 και την περιοχή CT/CR της δυστροφίνης73,74,75,76.Για την αλληλεπίδρασή της με το ECM απαιτείται γλυκοζυλίωση με Ο-συνδεδεμένη, ειδικά υπολειμμάτων σερίνης.Η οδός γλυκοζυλίωσης περιλαμβάνει πολλά ένζυμα των οποίων οι μεταλλάξεις οδηγούν σε μυϊκή δυστροφία (βλ. επίσης Πίνακα 1).Αυτές περιλαμβάνουν την Ο-μαννοσυλτρανσφεράση POMT2, τη φουκουτίνη και τη σχετική με τη φουκουτίνη πρωτεΐνη (FKRP), δύο φωσφοτρανσφεράσες ριβιτόλης που προσθέτουν παράλληλα φωσφορικές ριβιτόλης στον πυρήνα της γλυκάνης και την πρωτεΐνη LARGE1 που προσθέτει ξυλόζη και γλυκόζη.Γραμμικός πολυσακχαρίτης ουρονικού οξέος, γνωστός και ως μήτρα γλυκάνης στο τέλος της γλυκάνης77.Το FKRP εμπλέκεται επίσης στην ανάπτυξη και διατήρηση του ECM και οι μεταλλάξεις σε αυτό οδηγούν σε μειωμένη έκφραση της λαμινίνης α2 και α-DG77,78,79.Επιπλέον, το FKRP μπορεί επίσης να κατευθύνει το σχηματισμό του βασικού ελάσματος και της καρδιακής εξωκυτταρικής μήτρας μέσω της γλυκοζυλιωμένης φιμπρονεκτίνης 80.
Το β-DG περιέχει ένα μοτίβο δέσμευσης PPxY που εντοπίζει και απομονώνει άμεσα το YAP12.Αυτό είναι ένα ενδιαφέρον εύρημα καθώς υπονοεί ότι το DGC ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο των καρδιομυοκυττάρων.Η α-DH στα νεογνικά καρδιομυοκύτταρα αλληλεπιδρά με την αγρίνη, η οποία προάγει την αναγέννηση της καρδιάς και τη λύση του DGC76 λόγω της ωρίμανσης των κυττάρων.Καθώς τα καρδιομυοκύτταρα ωριμάζουν, η έκφραση aggrin μειώνεται προς όφελος της λαμινίνης, η οποία θεωρείται ότι συμβάλλει στη διακοπή του κυτταρικού κύκλου76.Ο Morikawa12 έδειξε ότι η διπλή καταστροφή της δυστροφίνης και του σαλβαδόρ, ενός αρνητικού ρυθμιστή του ΥΑΡ, οδηγεί σε υπερπολλαπλασιασμό των καρδιομυοκυττάρων στην κοιλιά που προκαλεί έμφραγμα.Αυτό οδήγησε στη συναρπαστική ιδέα ότι ο χειρισμός του YAP θα μπορούσε να έχει κλινική αξία για την πρόληψη της απώλειας ιστού μετά από έμφραγμα του μυοκαρδίου.Έτσι, η λύση DGC που προκαλείται από αγρίνη θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει έναν άξονα που επιτρέπει την ενεργοποίηση του YAP και είναι μια πιθανή οδός για την καρδιακή αναγέννηση.
Μηχανικά, τα α- και β-DG απαιτούνται για να διατηρηθεί η αλληλεπίδραση μεταξύ του σαρκολήματος και της βασικής στιβάδας 81 .Τόσο οι α-DG όσο και οι ιντεγκρίνες α7 συμβάλλουν στη δημιουργία δύναμης στο πλευρικό γάγγλιο και η απώλεια της α-DG προκαλεί διαχωρισμό του σαρκολήματος από το βασικό έλασμα, αφήνοντας τον σκελετικό μυϊκό ιστό ευάλωτο σε βλάβες που προκαλούνται από συστολές.Όπως περιγράφηκε προηγουμένως, το σύμπλεγμα δυστρογλυκάνης ρυθμίζει τη συνολική ανακύκλωση των DGCs, όπου η δέσμευση με τον συγγενή συνδέτη λαμινίνη οδηγεί σε φωσφορυλίωση τυροσίνης του μοτίβου δέσμευσης PPPY του β-DG892.Η φωσφορυλίωση τυροσίνης εδώ προωθεί την αποσυναρμολόγηση της δυστροφίνης, η οποία ανατρέπει το σύμπλεγμα DGC.Φυσιολογικά, αυτή η διαδικασία είναι ιδιαίτερα ρυθμισμένη, κάτι που απουσιάζει στη μυϊκή δυστροφία82, αν και οι υποκείμενοι μηχανισμοί που ελέγχουν αυτή τη διαδικασία δεν είναι πλήρως κατανοητοί.
Το κυκλικό τέντωμα έχει αποδειχθεί ότι ενεργοποιεί τις οδούς ERK1/2 και AMPK μέσω του συμπλέγματος δυστροφίνης και της σχετικής πρωτεΐνης πλεκτίνης83.Μαζί, η πλεκτίνη και η δυστρογλυκάνη απαιτούνται όχι μόνο για να λειτουργήσουν ως ικρίωμα, αλλά και για να συμμετέχουν στη μηχανομετατροπή και η καταστροφή της πλεκίνης οδηγεί σε μείωση της δραστηριότητας των ERK1/2 και AMPK83.Η πλεκτίνη συνδέεται επίσης με τη δεσμίνη του ενδιάμεσου νήματος του κυτταροσκελετικού και η υπερέκφραση δεσμίνης έχει αποδειχθεί ότι βελτιώνει τον φαινότυπο της νόσου σε ποντίκια mdx:desmin και mdx, ένα μοντέλο ποντικού DMD84 με διπλό νοκ-άουτ.Αλληλεπιδρώντας με το β-DG, η πλεκτίνη δεσμεύει έμμεσα το DGC σε αυτό το συστατικό του κυτταροσκελετού.Επιπλέον, η δυστρογλυκάνη αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη 2 που δεσμεύει τον υποδοχέα του αυξητικού παράγοντα (Grb2), η οποία είναι γνωστό ότι εμπλέκεται στις κυτταροσκελετικές ανακατατάξεις85.Η ενεργοποίηση Ras από την ιντεγκρίνη έχει αποδειχθεί ότι μεσολαβείται μέσω του Grb2, το οποίο μπορεί να παρέχει μια πιθανή οδό για διασταύρωση μεταξύ ιντεγκρινών και DGC86.
Οι μεταλλάξεις στα γονίδια που εμπλέκονται στη γλυκοζυλίωση της α-DH οδηγούν στη λεγόμενη μυϊκή δυστροφία.Οι δυστρογλυκανοπάθειες παρουσιάζουν κλινική ετερογένεια αλλά προκαλούνται κυρίως από διαταραχή της αλληλεπίδρασης μεταξύ α-DG και λαμινίνης α277.Οι δυστροφιγλυκανόζες που προκαλούνται από πρωτογενείς μεταλλάξεις στο DAG1 είναι γενικά εξαιρετικά σπάνιες, πιθανώς επειδή είναι θανατηφόρες για το έμβρυο87, επιβεβαιώνοντας έτσι την ανάγκη για κυτταρική συσχέτιση με το ECM.Αυτό σημαίνει ότι οι περισσότερες δυστροφικές ασθένειες γλυκάνης προκαλούνται από δευτερογενείς μεταλλάξεις πρωτεΐνης που σχετίζονται με τη γλυκοζυλίωση.Για παράδειγμα, οι μεταλλάξεις στο POMT1 προκαλούν το εξαιρετικά σοβαρό σύνδρομο Walker-Warburg, το οποίο χαρακτηρίζεται από ανεγκεφαλία και σημαντικά μειωμένο προσδόκιμο ζωής (λιγότερο από 3 χρόνια)88.Ωστόσο, οι μεταλλάξεις FKRP εκδηλώνονται κυρίως ως μυϊκή δυστροφία της ζώνης των άκρων (LGMD), η οποία είναι συνήθως (αλλά όχι πάντα) σχετικά ήπια.Ωστόσο, οι μεταλλάξεις στο FKRP έχουν αποδειχθεί ότι είναι μια σπάνια αιτία του WWS89.Πολλές μεταλλάξεις έχουν εντοπιστεί στο FKRP, από τις οποίες η ιδρυτική μετάλλαξη (c.826>A) προκαλεί συχνότερα το LGMD2I90.
Το LGMD2I είναι μια σχετικά ήπια μυϊκή δυστροφία της οποίας η παθογένεση βασίζεται στη διακοπή της σύνδεσης μεταξύ της εξωκυτταρικής μήτρας και του ενδοκυτταρικού κυτταροσκελετού.Λιγότερο σαφής είναι η σχέση μεταξύ γονότυπου και φαινοτύπου σε ασθενείς με μεταλλάξεις σε αυτά τα γονίδια, και πράγματι αυτή η έννοια είναι εφαρμόσιμη σε άλλες πρωτεΐνες DSC.Γιατί ορισμένοι ασθενείς με μεταλλάξεις FKRP εμφανίζουν φαινότυπο ασθένειας σύμφωνο με το WWS ενώ άλλοι έχουν LGMD2I;Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα μπορεί να βρίσκεται στο i) ποιο στάδιο της οδού γλυκοζυλίωσης επηρεάζεται από τη μετάλλαξη, ή ii) στο βαθμό υπογλυκοζυλίωσης σε οποιοδήποτε δεδομένο στάδιο.Η υπογλυκοζυλίωση της α-DG μπορεί ακόμα να επιτρέψει κάποιο βαθμό αλληλεπίδρασης με την ECM με αποτέλεσμα έναν ηπιότερο συνολικό φαινότυπο, ενώ η διάσταση από τη βασική μεμβράνη αυξάνει τη σοβαρότητα του φαινοτύπου της νόσου.Οι ασθενείς με LGMD2I αναπτύσσουν επίσης DCM, αν και αυτό είναι λιγότερο τεκμηριωμένο από το DMD, γεγονός που οδηγεί στην επείγουσα ανάγκη κατανόησης αυτών των μεταλλάξεων στο πλαίσιο των καρδιομυοκυττάρων.
Το υποσύμπλεγμα sarcospan-sarcoglycan προάγει το σχηματισμό DHA και αλληλεπιδρά άμεσα με το β-DH.Υπάρχουν τέσσερις μονόδρομες σαρκογλυκάνες στον καρδιακό ιστό: α, β, γ και δ91.Έχει περιγραφεί πρόσφατα ότι μια μετάλλαξη c.218C>T στο εξόνιο 3 του γονιδίου SGCA και μια μερική ετερόζυγη διαγραφή στα εξόνια 7-8 προκαλούν LGMD2D92.Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, οι συγγραφείς δεν αξιολόγησαν τον καρδιακό φαινότυπο.
Άλλες ομάδες ανακάλυψαν ότι το SGCD σε μοντέλα χοίρου93 και ποντικού94 έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη έκφραση πρωτεΐνης στο υποσύμπλεγμα σαρκογλυκάνης, διαταράσσοντας τη συνολική δομή των DGC και οδηγώντας σε DCM.Επιπλέον, το 19% όλων των ασθενών με μεταλλάξεις SGCA, SGCB ή SGCG αναφέρθηκε ότι είχαν διατατική μυοκαρδιοπάθεια και το 25% όλων των ασθενών χρειάζονταν επίσης αναπνευστική υποστήριξη95.
Οι υπολειπόμενες μεταλλάξεις στη σαρκογλυκάνη (SG) δ έχουν ως αποτέλεσμα μείωση ή πλήρη απουσία συμπλεγμάτων σαρκογλυκάνης και ως εκ τούτου DGC στον καρδιακό ιστό και είναι υπεύθυνες για το LGMD και το σχετικό DCM96.Είναι ενδιαφέρον ότι οι κυρίαρχες-αρνητικές μεταλλάξεις στο SG-δ είναι ειδικές για το καρδιαγγειακό σύστημα και είναι η αιτία της οικογενούς διατατικής μυοκαρδιοπάθειας97.Οι επικρατούσες-αρνητικές μεταλλάξεις SG-δ R97Q και R71T έχουν αποδειχθεί ότι εκφράζονται σταθερά σε καρδιομυοκύτταρα αρουραίου χωρίς σημαντική βλάβη του συνολικού DGC98.Ωστόσο, τα καρδιακά κύτταρα που φέρουν αυτές τις μεταλλάξεις είναι πιο επιρρεπή σε βλάβη του σαρκολήματος, διαπερατότητα και μηχανική δυσλειτουργία υπό μηχανική καταπόνηση, σύμφωνα με τον φαινότυπο DCM98.
Το Sarcospan (SSPN) είναι μια τετρασπανίνη 25 kDa που εντοπίζεται στο υποσύμπλοκο της σαρκογλυκάνης και πιστεύεται ότι χρησιμεύει ως πρωτεϊνικό ικρίωμα99.100.Ως πρωτεϊνικό ικρίωμα, το SSPN σταθεροποιεί τον εντοπισμό και τη γλυκοζυλίωση του α-DG99,101.Η υπερέκφραση του SSPN σε μοντέλα ποντικών έχει βρεθεί ότι αυξάνει τη δέσμευση μεταξύ μυών και λαμινίνης 102 .Επιπλέον, το SSPN έχει αποδειχθεί ότι αλληλεπιδρά με τις ιντεγκρίνες, υποδηλώνοντας τον βαθμό αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο πλευρών, DGC, και της δομής γλυκοπρωτεΐνης ιντεγρίνης-ταλίνης-βινκουλίνης100,101,102.Η πτώση του SSPN οδήγησε επίσης σε αύξηση της α7β1 στον σκελετικό μυ του ποντικού.
Μια πρόσφατη μελέτη έδειξε ότι η υπερέκφραση sarcospan ενισχύει την ωρίμανση και τη γλυκοζυλίωση της α-DG στον καρδιακό ιστό ανεξάρτητα από το knockdown της γαλακτοζυλαμινοτρανσφεράσης 2 (Galgt2) σε ένα μοντέλο ποντικού mdx της DMD, ανακουφίζοντας έτσι τον φαινότυπο της νόσου 101. Η αύξηση του συμπλέγματος με τη δυσγλυκαίωση το ECM, μετριάζοντας έτσι περισσότερο τη νόσο.Επιπλέον, έχουν δείξει ότι η υπερέκφραση του sarcospan μειώνει την αλληλεπίδραση της β1D ιντεγκρίνης με τα DGCs, υπογραμμίζοντας τον πιθανό ρόλο του sarcospan στη ρύθμιση των συμπλεγμάτων ιντεγκρίνης101.
Οι συντροφίνες είναι μια οικογένεια μικρών πρωτεϊνών (58 kDa) που εντοπίζονται στα DGCs, δεν έχουν οι ίδιες εγγενή ενζυματική δραστηριότητα και χρησιμεύουν ως μοριακοί προσαρμογείς103,104.Πέντε ισομορφές (α-1, β-1, β-2, γ-1 και γ-2) έχουν ταυτοποιηθεί που δείχνουν ειδική για τον ιστό έκφραση, με την ισομορφή α-1 να εκφράζεται κυρίως σε γραμμωτό μυϊκό ιστό 105 .Οι συντροφίνες είναι σημαντικές πρωτεΐνες προσαρμογής που διευκολύνουν την επικοινωνία μεταξύ της δυστροφίνης και των μορίων σηματοδότησης, συμπεριλαμβανομένης της συνθάσης του νευρωνικού μονοξειδίου του αζώτου (nNOS) στους σκελετικούς μυς106.Η α-συντροφίνη αλληλεπιδρά απευθείας με την περιοχή επαναλήψεως σπεκτρίνης δυστροφίνης 16-17, η οποία με τη σειρά της συνδέεται με το μοτίβο δέσμευσης nNOS106,107 PDZ.
Οι συντροφίνες αλληλεπιδρούν επίσης με τη δυστρομπρεβίνη μέσω των περιοχών δέσμευσης PH2 και SU και επίσης αλληλεπιδρούν με τον κυτταροσκελετό της ακτίνης 108 .Πράγματι, οι συντροφίνες φαίνεται να διαδραματίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της δυναμικής του κυτταροσκελετού και οι ισομορφές α και β είναι σε θέση να αλληλεπιδρούν άμεσα με την F-ακτίνη 108 και επομένως πιθανότατα παίζουν ρόλο στη ρύθμιση της έντασης και της εμβιομηχανικής του κυτταρικού αποτέλεσμα.Επιπλέον, οι συντροφίνες έχει αποδειχθεί ότι ρυθμίζουν τον κυτταροσκελετό μέσω του Rac1109.
Η ρύθμιση των επιπέδων συντροφίνης μπορεί να αποκαταστήσει τη λειτουργία και μια πρόσφατη μελέτη με χρήση mini-dystrophin έδειξε ότι το κατασκεύασμα ΔR4-R23/ΔCT ήταν σε θέση να επαναφέρει την α-συντροφίνη καθώς και άλλες πρωτεΐνες DGC σε επίπεδα συγκρίσιμα με τα καρδιομυοκύτταρα WT mdx.
Εκτός από το ρόλο τους στη ρύθμιση του κυτταροσκελετού, οι συντροφίνες είναι επίσης καλά τεκμηριωμένες στη ρύθμιση των διαύλων ιόντων 111,112,113.Το μοτίβο δέσμευσης PDZ των συντροφινών ρυθμίζει το εξαρτώμενο από την τάση καρδιακό κανάλι Nav1.5111, το οποίο παίζει βασικό ρόλο στη δημιουργία της καρδιακής διεγερσιμότητας και αγωγιμότητας.Είναι ενδιαφέρον ότι στο μοντέλο ποντικιού mdx, τα κανάλια Nav1.5 βρέθηκαν να ρυθμίζονται προς τα κάτω και βρέθηκαν καρδιακές αρρυθμίες στα ζώα 111 .Επιπροσθέτως, μια οικογένεια μηχανοευαίσθητων διαύλων ιόντων, το κανάλι δυναμικού παροδικού υποδοχέα (TRPC), έχει αποδειχθεί ότι ρυθμίζεται από την α1-συντροφίνη στον καρδιακό ιστό 113 και η αναστολή του TRPC6 έχει αποδειχθεί ότι βελτιώνει τις αρρυθμίες στο μοντέλο ποντικού DMD112.Η αυξημένη δραστηριότητα του TRPC6 στο DMD έχει αναφερθεί ότι οδηγεί σε καρδιακές αρρυθμίες, οι οποίες ανακουφίζονται όταν συνδυάζονται με PKG 112.Μηχανικά, η μείωση της δυστροφίνης προάγει μια επαγόμενη από το τέντωμα εισροή [Ca2+]i που δρα ανάντη του TRPC6 για να το ενεργοποιήσει, όπως φαίνεται στα καρδιομυοκύτταρα και στα αγγειακά λεία μυϊκά κύτταρα112,114.Η υπερενεργοποίηση του TRPC6 για τέντωμα το καθιστά σημαντικό μηχανοαισθητήρα και πιθανό θεραπευτικό στόχο στο DMD112,114.
Η απώλεια της δυστροφίνης οδηγεί σε λύση ή αξιοσημείωτη καταστολή ολόκληρου του συμπλέγματος DGC, με επακόλουθη απώλεια πολλών μηχανοπροστατευτικών και μηχανομετααγωγικών λειτουργιών, με αποτέλεσμα τον καταστροφικό φαινότυπο που εμφανίζεται στον γραμμωτό μυϊκό ιστό στο DMD.Επομένως, μπορεί να είναι λογικό να θεωρηθεί ότι τα RSK λειτουργούν συντονισμένα και ότι τα μεμονωμένα στοιχεία εξαρτώνται από την παρουσία και τη λειτουργία άλλων στοιχείων.Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τη δυστροφίνη, η οποία φαίνεται να απαιτείται για τη συναρμολόγηση και τον εντοπισμό του συμπλέγματος σαρκολήματος στα καρδιομυοκύτταρα.Κάθε συστατικό παίζει μοναδικό ρόλο συμβάλλοντας στη συνολική σταθεροποίηση του σαρκώματος, τον εντοπισμό βασικών βοηθητικών πρωτεϊνών, τη ρύθμιση των διαύλων ιόντων και την έκφραση γονιδίων και η απώλεια μιας μόνο πρωτεΐνης στο DGC οδηγεί σε απορύθμιση ολόκληρου του μυοκαρδίου.
Όπως φαίνεται παραπάνω, πολλές πρωτεΐνες DGC εμπλέκονται στη μηχανομετατροπή και τη σηματοδότηση και η δυστροφίνη είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για αυτόν τον ρόλο.Εάν το DGC βρίσκεται στις νευρώσεις, αυτό επιβεβαιώνει την άποψη ότι συμμετέχει στη μηχανομετατροπή μαζί με τις ιντεγκρίνες.Έτσι, τα DGCs υφίστανται φυσική μεταφορά ανισότροπης δύναμης και συμμετέχουν στη μηχανοαισθητήρια και κυτταροσκελετική αναδιάταξη του ενδοκυτταρικού μικροπεριβάλλοντος, σύμφωνα με το μοντέλο τάσης.Επιπλέον, το Dp427m ρυθμίζει τις εισερχόμενες εμβιομηχανικές δυνάμεις επεκτείνοντας τις επαναλήψεις σπεκτρίνης εντός της περιοχής του κεντρικού πυρήνα, ενεργώντας έτσι ως μηχανοπροστάτης διατηρώντας μια δύναμη εκτύλιξης 25 pN σε μια εκτεταμένη περιοχή 800 nm.Με τη διάσπαση, η δυστροφίνη είναι σε θέση να «ρυθμίσει» τη δύναμη της συστολής-χαλάρωσης που παράγεται από τα καρδιομυοκύτταρα10.Δεδομένης της ποικιλομορφίας των πρωτεϊνών και των φωσφολιπιδίων που αλληλεπιδρούν με τους τομείς της επανάληψης σπεκτρίνης, είναι ενδιαφέρον να υποθέσουμε εάν η επαναλαμβανόμενη σπεκτρίνη μεταβάλλει την κινητική δέσμευσης των μηχανοευαίσθητων πρωτεϊνών με τρόπο παρόμοιο με αυτόν του talin116,117,118.Ωστόσο, αυτό δεν έχει ακόμη προσδιοριστεί και απαιτείται περαιτέρω έρευνα.