Componente zhemical dei tubi saldati in acciaio inossidabile 347 / 347H, il ruolo dei complessi glicoproteici della distrofina nella meccanotrasduzione delle cellule muscolari

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La distrofina è la proteina principale del complesso distrofina-glicoproteina (DGC) nel muscolo scheletrico e nei cardiomiociti.La distrofina lega il citoscheletro di actina alla matrice extracellulare (ECM).La rottura della connessione tra la matrice extracellulare e il citoscheletro intracellulare può avere conseguenze devastanti per l’omeostasi delle cellule muscolari scheletriche, portando a una serie di distrofie muscolari.Inoltre, la perdita dei DGC funzionali porta a una cardiomiopatia dilatativa progressiva e a morte prematura.La distrofina agisce come una molla molecolare e il DHA svolge un ruolo chiave nel mantenimento dell'integrità del sarcolemma.Inoltre, si stanno accumulando prove che collegano la DGC alla segnalazione meccanicistica, sebbene questo ruolo rimanga poco compreso.Questo articolo di revisione mira a fornire una visione moderna delle DGC e del loro ruolo nella meccanotrasduzione.Discutiamo innanzitutto la complessa relazione tra meccanica e funzione delle cellule muscolari, quindi esaminiamo le recenti ricerche sul ruolo del complesso glicoproteico della distrofina nella meccanotrasduzione e nel mantenimento dell'integrità biomeccanica delle cellule muscolari.Infine, esaminiamo la letteratura attuale per comprendere come la segnalazione della DGC si interseca con le vie di meccanosegnalazione per evidenziare potenziali punti di intervento futuri, con particolare attenzione alla cardiomiopatia.
Le cellule sono in costante comunicazione con il loro microambiente e un dialogo bidirezionale tra loro è necessario per l'interpretazione e l'integrazione delle informazioni biomeccaniche.La biomeccanica controlla eventi chiave successivi (ad esempio, riarrangiamenti citoscheletrici) controllando il fenotipo cellulare complessivo nello spazio e nel tempo.Centrale in questo processo nei cardiomiociti è la regione costale, la regione in cui il sarcolemma si collega a un sarcomero composto da complessi integrina-talina-vinculina e distrofina-glicoproteina (DGC).Attaccate al citoscheletro intracellulare, queste adesioni focali discrete (FA) propagano una cascata di cambiamenti cellulari biomeccanici e biochimici che controllano la differenziazione, la proliferazione, l'organogenesi, la migrazione, la progressione della malattia e altro ancora.La conversione delle forze biomeccaniche in cambiamenti biochimici e/o (epi)genetici è nota come meccanotrasduzione1.
È noto da tempo che il recettore transmembrana 2 dell'integrina ancora la matrice extracellulare nelle cellule e media la segnalazione sia interna che esterna.Parallelamente alle integrine, le DGC legano la matrice extracellulare al citoscheletro, stabilendo un collegamento fondamentale tra l'esterno e l'interno della cellula3.La distrofina a lunghezza intera (Dp427) è espressa principalmente nel muscolo cardiaco e scheletrico, ma è osservata anche nei tessuti del sistema nervoso centrale, compresi la retina e il tessuto del Purkinje4.Si ritiene che le mutazioni nelle integrine e nella DGC siano le cause della distrofia muscolare e della cardiomiopatia dilatativa progressiva (DCM) (Tabella 1)5,6.In particolare, le mutazioni della DMD che codificano per la proteina centrale della distrofina DGC causano la distrofia muscolare di Duchenne (DMD)7.La DGC è composta da diversi sottocomplessi tra cui α- e β-distroglicano (α/β-DG), sarcoglicano-spanina, distrofina e distrofina 8.
La distrofina è una proteina citoscheletrica codificata dalla DMD (Xp21.1-Xp22) che svolge un ruolo centrale nel mantenimento della DGC.La DGC mantiene l'integrità del sarcolemma, la membrana plasmatica del tessuto muscolare striato.La distrofina attenua ulteriormente il danno causato dalla contrazione agendo come una molla molecolare e un'impalcatura molecolare9,10.La distrofina a lunghezza intera ha un peso molecolare di 427 kDa, tuttavia, a causa dei numerosi promotori interni nella DMD, esistono diverse isoforme troncate presenti in natura, inclusa Dp7111.
È stato dimostrato che le proteine ​​accessorie sono localizzate nella distrofina, inclusi veri e propri meccanotrasduttori come l'ossido nitrico sintasi neuronale (nNOS), la proteina associata a Yes (YAP) e la caveolina-3, che rappresentano quindi componenti importanti della segnalazione cellulare.Composti 12, 13, 14. Oltre all'adesione, meccanismo cellulare associato alle interazioni tra cellule e matrice, formata da integrine e dai loro bersagli a valle, questi due complessi rappresentano l'interfaccia tra il “dentro” e il “fuori” della cellula .Proteggere queste aderenze focali dalla distruzione anomala è fondamentale per il comportamento e la sopravvivenza delle cellule.Inoltre, i dati supportano che la distrofina è un modulatore dei canali ionici meccanosensibili, compresi i canali attivati ​​dallo stiramento, in particolare i canali Ca2+ di tipo L e i canali TRPC 15.
Sebbene la distrofina sia importante per la funzione omeostatica delle cellule muscolari striate, i precisi meccanismi di supporto sono meno chiari, in particolare il ruolo della distrofina e la sua capacità di agire come meccanosensore e protettore meccanico.A causa della perdita di distrofina, sono sorte diverse domande senza risposta, tra cui: le proteine ​​meccanosensibili come YAP e AMPK sono localizzate erroneamente nel sarcolemma;Esistono interferenze con le integrine, circostanze che possono portare a una meccanotrasduzione anomala?Tutte queste caratteristiche possono contribuire al grave fenotipo DCM osservato nei pazienti con DMD.
Inoltre, l’associazione dei cambiamenti nella biomeccanica cellulare con il fenotipo DMD complessivo ha importanti implicazioni cliniche.La DMD è una distrofia muscolare legata all'X che colpisce 1:3500–5000 uomini, caratterizzata da perdita precoce di mobilità (<5 anni) e DCM progressiva con una prognosi significativamente peggiore rispetto alla DCM di altre eziologie16,17,18.
La biomeccanica della perdita di distrofina non è stata completamente descritta, e qui esaminiamo le prove a sostegno dell'idea che la distrofina svolge effettivamente un ruolo meccanoprotettivo, cioè mantenendo l'integrità del sarcolemma, ed è fondamentale nella meccanotrasduzione.Inoltre, abbiamo esaminato le prove che suggeriscono un'importante diafonia con le integrine, legando specificamente la laminina α7β1D nelle cellule muscolari striate.
Le inserzioni e le delezioni sono responsabili di un gran numero di mutazioni nella DMD, di cui il 72% è causato da tali mutazioni19.Clinicamente, la DMD si presenta nell'infanzia (≤ 5 anni) con ipotensione, segno di Gower positivo, progressione ritardata dei cambiamenti legati all'età, ritardo mentale e atrofia dei muscoli scheletrici.Il distress respiratorio è stato storicamente la principale causa di morte nei pazienti con DMD, ma il miglioramento delle cure di supporto (corticosteroidi, pressione positiva continua nelle vie aeree) ha aumentato l'aspettativa di vita in questi pazienti e l'età media dei pazienti con DMD nati dopo il 1990 è di 28,1 anni20,21. ..Tuttavia, con l'aumento della sopravvivenza del paziente, la prognosi della DCM progressiva è significativamente peggiore rispetto ad altre cardiomiopatie16, portando all'insufficienza cardiaca allo stadio terminale, che è attualmente la principale causa di morte, rappresentando circa il 50% dei decessi per DMD17,18.
La DCM progressiva è caratterizzata da un aumento della dilatazione e della compliance del ventricolo sinistro, un assottigliamento ventricolare, un aumento dell'infiltrazione fibroadiposa, una diminuzione della funzione sistolica e un aumento della frequenza delle aritmie.Il grado di DCM nei pazienti con DMD è quasi universale nella tarda adolescenza (dal 90% ai 18 anni di età), ma è presente in circa il 59% dei pazienti entro i 10 anni di età8,22.Affrontare questo problema è fondamentale poiché la frazione di eiezione ventricolare sinistra è in costante calo ad un tasso dell'1,6% all'anno23.
Le aritmie cardiache sono comuni nei pazienti affetti da DMD, in particolare la tachicardia sinusale e la tachicardia ventricolare, e sono la causa di morte cardiaca improvvisa22.Le aritmie sono il risultato dell'infiltrazione fibroadiposa, soprattutto nel ventricolo sinistro subbasale, che compromette il circuito di ritorno, nonché la disfunzione dell'elaborazione del [Ca2+]i e la disfunzione del canale ionico24,25.Il riconoscimento della presentazione clinica cardiaca è fondamentale, poiché le strategie di trattamento precoci possono ritardare l'insorgenza di una grave DCM.
L’importanza del trattamento della disfunzione cardiaca e della morbilità dei muscoli scheletrici è dimostrata in un interessante studio che ha utilizzato un modello murino di DMD chiamato mdx26 per studiare gli effetti del miglioramento del tessuto muscolare scheletrico senza affrontare i problemi cardiaci sottostanti presenti nella DMD.In questo caso, gli autori hanno dimostrato un aumento paradossale di 5 volte della disfunzione cardiaca dopo il miglioramento del muscolo scheletrico e i topi hanno avuto una riduzione significativa della frazione di eiezione26.Una migliore funzione dei muscoli scheletrici consente a una maggiore attività fisica di mettere a dura prova il miocardio, rendendolo più suscettibile a disfunzioni generali.Ciò evidenzia l’importanza del trattamento dei pazienti affetti da DMD in generale e mette in guardia contro la sola terapia muscolo-scheletrica.
I DGC svolgono diverse funzioni aggiuntive, vale a dire forniscono stabilità strutturale al sarcolemma, diventano un'impalcatura molecolare che agisce come collegamento di segnalazione, regolano i canali ionici meccanosensibili, il nucleo della meccanotrasduzione costale, e partecipano alla trasmissione della forza laterale nella regione del sarcolemma. costole (Fig. 1b)..La distrofina gioca un ruolo centrale in questa capacità e, a causa della presenza di molti promotori interni, esistono diverse isoforme, ciascuna delle quali svolge un ruolo diverso nei diversi tessuti.L'espressione differenziale dei tessuti delle diverse isoforme della distrofina supporta l'idea che ciascuna isoforma svolga un ruolo diverso.Ad esempio, il tessuto cardiaco esprime l'intera lunghezza (Dp427m) così come l'isoforma più corta Dp71m della distrofina, mentre il tessuto scheletrico esprime solo la prima delle due.L'osservazione del ruolo di ciascun sottotipo può rivelare non solo la sua funzione fisiologica, ma anche la patogenesi della distrofia muscolare.
Rappresentazione schematica della distrofina a lunghezza intera (Dp427m) e dell'isoforma Dp71 più piccola e troncata.La distrofina ha 24 ripetizioni di spettrina separate da quattro anse, nonché un dominio legante l'actina (ABD), un dominio ricco di cisteina (CR) e un dominio C-terminale (CT).Sono stati identificati i principali partner di legame, inclusi i microtubuli (MT) e il sarcolemma.Esistono molte isoforme di Dp71, Dp71m si riferisce al tessuto muscolare e Dp71b si riferisce all'isoforma del tessuto nervoso.In particolare, Dp71f si riferisce all'isoforma citoplasmatica dei neuroni.b Il complesso distrofina-glicoproteina (DHA) è localizzato nel sarcolemma nel suo insieme.Le forze biomeccaniche cambiano tra ECM e F-actina.Notare la potenziale diafonia tra DGC e adesione dell'integrina, Dp71 può svolgere un ruolo nelle adesioni focali.Creato con Biorender.com.
La DMD è la distrofia muscolare più comune ed è causata da mutazioni della DMD.Tuttavia, per apprezzare appieno la nostra attuale comprensione del ruolo dell’anti-distrofina, è importante collocarlo nel contesto della DGC nel suo complesso.Verranno quindi brevemente descritte le altre proteine ​​costituenti.La composizione proteica della DGC iniziò ad essere studiata alla fine degli anni '80, con particolare attenzione alla distrofina.Koenig27,28, Hoffman29 ed Ervasti30 hanno fatto un'importante scoperta identificando la distrofina, una proteina da 427 kDa nel muscolo striato31.
Successivamente, è stato dimostrato che altri sottocomplessi sono associati alla distrofina, tra cui il sarcoglicano, il sottocomplesso transmembrana della distrofina, la disbrevina e le sintrofine8, che insieme costituiscono l'attuale modello DGC.Questa sezione diffonderà innanzitutto le prove del ruolo del DGC nella percezione meccanosensoriale esaminando in dettaglio i singoli componenti.
L'isoforma intera della distrofina presente nel tessuto muscolare striato è Dp427m (ad esempio "m" per muscolo per distinguerlo dal cervello) ed è una grande proteina a forma di bastoncino con quattro domini funzionali situata sotto il sarcolemma dei cardiomiociti, soprattutto nella regione costale 29, 32. Dp427m, codificato dal gene DMD su Xp21.1, è costituito da 79 esoni generati a 2,2 megabasi ed è quindi il gene più grande nel nostro genoma8.
Diversi promotori interni nella DMD producono più isoforme troncate di distrofina, alcune delle quali sono tessuto-specifiche.Rispetto a Dp427m, Dp71m è significativamente troncato e manca di un dominio ripetuto di spettrina o di un dominio ABD N-terminale.Tuttavia, Dp71m mantiene la struttura di legame C-terminale.Nei cardiomiociti, il ruolo di Dp71m non è chiaro, ma è stato dimostrato che si localizza nei tubuli T, suggerendo che potrebbe aiutare a regolare l'accoppiamento eccitazione-contrazione 33,34,35.A nostra conoscenza, la recente scoperta di Dp71m nel tessuto cardiaco ha ricevuto poca attenzione, ma alcuni studi suggeriscono che sia associato a canali ionici attivati ​​dallo stiramento e Masubuchi ha suggerito che potrebbe svolgere un ruolo nella regolazione di nNOS33., 36. In tal modo, Dp71 ha ricevuto un'attenzione significativa nella neurofisiologia e nella ricerca sulle piastrine, aree che possono fornire informazioni su un ruolo nei cardiomiociti37,38,39.
Nel tessuto nervoso, l'isoforma Dp71b è espressa prevalentemente, con 14 isoforme riportate38.È stato dimostrato che la delezione di Dp71b, un importante regolatore dei canali del potassio dell'acquaporina 4 e Kir4.1 nel sistema nervoso centrale, altera la permeabilità della barriera emato-encefalica40.Dato il ruolo di Dp71b nella regolazione dei canali ionici, Dp71m potrebbe svolgere un ruolo simile nei cardiomiociti.
La presenza di DGC nei gangli costali indica immediatamente un ruolo nella meccanotrasduzione, ed è stato infatti dimostrato che co-localizza con i complessi integrina-talina-vinculina 41 .Inoltre, dato che il segmento costale è il fulcro della meccanotrasduzione trasversale, la localizzazione di Dp427m qui evidenzia il suo ruolo nella protezione delle cellule dal danno indotto dalla contrazione.Inoltre, Dp427m interagisce con l'actina e il citoscheletro dei microtubuli, completando così la connessione tra l'ambiente intracellulare e la matrice extracellulare.
Il dominio N-terminale contenente il dominio 1 di legame dell'actina (ABD1) è costituito da due domini di omologia della calmodulina (CH) necessari per l'interazione con F-actina e per l'ancoraggio dell'isoforma γ-actina al sarcolemma42,43.La distrofina può contribuire alla viscoelasticità complessiva dei cardiomiociti legandosi al citoscheletro subsarcolemmale e la sua localizzazione nei gangli costali supporta il suo coinvolgimento nella meccanotrasduzione e nella meccanoprotezione44,45.
Il dominio del nucleo centrale è costituito da 24 proteine ​​ripetute simili a spettrina, ciascuna delle quali è lunga circa 100 residui amminoacidici.Le ripetizioni della spettrina sono intervallate da quattro domini cerniera, conferendo alla proteina flessibilità e un elevato grado di estensibilità.Le ripetizioni della distrofina-spettrina possono svolgersi entro un intervallo fisiologico di forze (15-30 pN) che si estende da 21 nm a 84 nm, forze ottenibili per la contrazione della miosina 46 .Queste caratteristiche del dominio ripetuto della spettrina consentono alla distrofina di agire come un ammortizzatore molecolare.
L'asta centrale di Dp427m ne garantisce la localizzazione nel sarcolemma, in particolare, attraverso interazioni idrofobiche ed elettrostatiche con la fosfatidilserina 47,48.È interessante notare che il nucleo centrale della distrofina interagisce in modo diverso con i fosfolipidi del sarcolemma nei tessuti scheletrici e cardiaci, forse riflettendo diversi modelli di primavera.critico, mentre i muscoli scheletrici sono anche associati a R10-R1249.
Il legame al citoscheletro della γ-actina richiede la regione 11-17 della ripetizione della spettrina ABD2, che consiste di residui di amminoacidi basici e differisce dal dominio CH che lega l'F-actina.I microtubuli interagiscono direttamente con il dominio centrale della distrofina, questa interazione richiede residui di ripetizioni della spettrina 4-15 e 20-23 e la presenza di anchirina B è necessaria per prevenire la formazione di microtubuli in questo sito.I tubi sono assenti 50,51,52.È stato dimostrato che un divario tra i microtubuli e la distrofina esacerba la patologia della DMD aumentando le specie reattive dell'ossigeno (X-ROS).
Il dominio CR tramite l'anchirina B è un altro ancoraggio per i fosfolipidi sarcolemmali52.Ankyrin-B e ankyrin-G sono necessari per la localizzazione costale della distrofina/DGC e la loro assenza si traduce in un pattern sarcolemmiale diffuso di DGC52.
Il dominio CR contiene un dominio di legame WW che interagisce direttamente con il motivo di legame PPxY di β-DG.Legandosi al complesso distrofina-glicano, la distrofina completa il collegamento tra l'interno e l'esterno della cellula54.Questa connessione è fondamentale per il muscolo striato, come evidenziato dal fatto che l’interruzione della connessione tra l’ECM e l’interno della cellula porta alla distrofia muscolare limitante la vita.
Infine, il dominio CT è una regione altamente conservata che forma un'elica a spirale ed è fondamentale per il legame con l'α-distrobrevina e le α1-,β1-sintrofine55,56.L'α-distrobrevina si lega al dominio CT della distrofina e fornisce ulteriore resistenza alla distrofina nel sarcolemma57.
Durante lo sviluppo embrionale e fetale, l'Utrofina è ampiamente espressa in vari tessuti, comprese le cellule endoteliali, il tessuto nervoso e il tessuto muscolare striato58.L'utrofina è espressa da UTRN situato sul cromosoma 6q ed è un autologo della distrofina con un'omologia proteica dell'80%.Durante lo sviluppo, l’utrofina è localizzata nel sarcolemma ma è marcatamente soppressa nel tessuto muscolare striato postnatale, dove viene sostituita dalla distrofina.Dopo la nascita, la localizzazione dell'utrofina è limitata ai tendini e alle giunzioni neuromuscolari dei muscoli scheletrici58,59.
I partner che legano l'utrofina sono sostanzialmente simili a quelli delle distrofine, sebbene siano state descritte alcune differenze chiave.Ad esempio, la distrofina interagisce con β-DG attraverso il suo dominio WW, che è stabilizzato dal dominio ZZ (chiamato così per la sua capacità di legare due ioni zinco) all'interno della sua regione CT, dove i residui di acido cisteico 3307-3354 sono particolarmente importanti per questa interazione60 ., 61. L'utrofina si lega anche alla β-DG tramite il dominio WW/ZZ, ma i residui esatti che supportano questa interazione differiscono dai residui di distrofina (3307–3345 nella distrofina e 3064–3102 nell'utrofina) 60,61.È importante sottolineare che il legame dell'utrofina al β-DG era circa 2 volte inferiore rispetto alla distrofina 61. È stato segnalato che la distrofina si lega all'F-actina tramite ripetizioni della spettrina 11-17, mentre siti simili nell'utrofina non possono legarsi all'F-actina, anche a alte concentrazioni, ma possono interagire attraverso i loro domini CH.Azione 62,63,64.Infine, a differenza della distrofina, l’utrofina non può legarsi ai microtubuli51.
Biomeccanicamente, le ripetizioni della spettrina dell'utrofina hanno uno schema di sviluppo distinto rispetto alla distrofina65.L'utrofina-spettrina ripete il dispiegamento a forze più elevate, simile alla titina ma non alla distrofina65.Ciò è coerente con la sua localizzazione e il suo ruolo nella trasmissione della forza elastica rigida alle giunzioni dei tendini, ma potrebbe rendere l'utrofina meno adatta ad agire come molla molecolare nelle forze tampone indotte dalla contrazione 65 .Presi insieme, questi dati suggeriscono che le capacità di meccanotrasduzione e meccanobuffering possono essere alterate in presenza di sovraespressione di utrofina, soprattutto dati diversi partner/meccanismi di legame, tuttavia ciò richiede ulteriori studi sperimentali.
Da un punto di vista funzionale, il fatto che si ritenga che l'utrofina abbia effetti simili alla distrofina la rende un potenziale bersaglio terapeutico per la DMD66,67.Infatti, è stato dimostrato che alcuni pazienti con DMD sovraesprimono l'utrofina, forse come meccanismo compensatorio, e il fenotipo è stato ripristinato con successo in un modello murino con sovraespressione di utrofina 68 .Sebbene la sovraregolazione dell'utrofina sia una probabile strategia terapeutica, la considerazione della differenza formale e funzionale tra utrofina e distrofina e l'utilità di indurre questa sovraespressione con un'adeguata localizzazione lungo il sarcolemma rende ancora poco chiara la strategia a lungo termine dell'utrofina.In particolare, le donne portatrici mostrano un modello a mosaico di espressione di utrofina e il rapporto tra distrofina e utrofina può influenzare il grado di cardiomiopatia dilatativa in questi pazienti,69 sebbene i modelli murini di portatrici abbiano dimostrato..
Il sottocomplesso del distroglicano è costituito da due proteine, α- e β-distroglicano (α-, β-DG), entrambe trascritte dal gene DAG1 e poi scisse post-traduzionalmente in due proteine ​​componenti 71 .L'α-DG è altamente glicosilato nella parte extracellulare delle DGC e interagisce direttamente con i residui di prolina nella laminina α2 nonché con l'agrina72 e la picaculina73 e la regione CT/CR della distrofina73,74,75,76.La glicosilazione legata all'O, in particolare dei residui di serina, è necessaria per la sua interazione con l'ECM.La via della glicosilazione comprende molti enzimi le cui mutazioni portano alla distrofia muscolare (vedi anche Tabella 1).Questi includono la O-mannosiltransferasi POMT2, la fucutina e la proteina correlata alla fucutina (FKRP), due ribitol fosfotransferasi che aggiungono fosfati di ribitol in tandem al glicano principale e la proteina LARGE1 che aggiunge xilosio e glucosio.Polisaccaride dell'acido uronico lineare, noto anche come glicano della matrice all'estremità del glicano77.FKRP è anche coinvolto nello sviluppo e nel mantenimento dell'ECM e le sue mutazioni portano a una ridotta espressione di laminina α2 e α-DG77,78,79.Inoltre, la FKRP può anche dirigere la formazione della lamina basale e della matrice extracellulare cardiaca attraverso la fibronectina 80 glicosilata.
β-DG contiene un motivo di legame PPxY che localizza e sequestra direttamente YAP12.Questa è una scoperta interessante in quanto implica che la DGC regola il ciclo cellulare dei cardiomiociti.L'α-DH nei cardiomiociti neonatali interagisce con l'agrina, che promuove la rigenerazione del cuore e la lisi del DGC76 dovuta alla maturazione cellulare.Man mano che i cardiomiociti maturano, l'espressione dell'agrina diminuisce a favore della laminina, che si ritiene contribuisca all'arresto del ciclo cellulare76.Morikawa12 ha dimostrato che il doppio abbattimento della distrofina e del salvador, un regolatore negativo di YAP, porta all'iperproliferazione dei cardiomiociti nel rumine che causa l'infarto.Ciò ha portato all’idea entusiasmante che la manipolazione YAP potrebbe avere un valore clinico nel prevenire la perdita di tessuto dopo un infarto miocardico.Pertanto, la lisi DGC indotta da agrina potrebbe rappresentare un asse che consente l'attivazione di YAP ed è un potenziale percorso per la rigenerazione cardiaca.
Meccanicamente, α- e β-DG sono necessari per mantenere l'interazione tra il sarcolemma e lo strato basale81.Sia le integrine α-DG che α7 contribuiscono alla generazione di forza nel ganglio costale e la perdita di α-DG provoca la separazione del sarcolemma dalla lamina basale, lasciando il tessuto muscolare scheletrico vulnerabile al danno indotto dalla contrazione.Come descritto in precedenza, il complesso del distroglicano regola il turnover complessivo dei DGC, dove il legame con la laminina del ligando affine determina la fosforilazione in tirosina del motivo di legame PPPY di β-DG892.La fosforilazione della tirosina qui promuove il disassemblaggio della distrofina, che capovolge il complesso DGC.Fisiologicamente, questo processo è altamente regolato, cosa che è assente nella distrofia muscolare82, sebbene i meccanismi sottostanti che controllano questo processo non siano completamente compresi.
È stato dimostrato che lo stiramento ciclico attiva le vie ERK1/2 e AMPK attraverso il complesso della distrofina e la relativa proteina plectina83.Insieme, la plectina e il distroglicano sono tenuti non solo a fungere da impalcatura, ma anche a partecipare alla meccanotrasduzione e l'abbattimento della plectina porta a una diminuzione dell'attività di ERK1/2 e AMPK83.La plectina si lega anche al filamento intermedio del citoscheletro desmin e la sovraespressione di desmin ha dimostrato di migliorare il fenotipo della malattia nei topi mdx: desmin e mdx, un modello murino a doppio knockout DMD84.Interagendo con β-DG, la plectina lega indirettamente la DGC a questo componente del citoscheletro.Inoltre, il distroglicano interagisce con la proteina 2 legante il recettore del fattore di crescita (Grb2), che è nota per essere coinvolta nei riarrangiamenti citoscheletrici85.È stato dimostrato che l'attivazione di Ras da parte dell'integrina è mediata da Grb2, che può fornire un potenziale percorso per la diafonia tra le integrine e DGC86.
Le mutazioni nei geni coinvolti nella glicosilazione dell'α-DH portano alla cosiddetta distrofia muscolare.Le distroglicanopatie mostrano eterogeneità clinica ma sono principalmente causate da un'interruzione dell'interazione tra α-DG e laminina α277.Le distrofiglicanosi causate da mutazioni primarie in DAG1 sono generalmente estremamente rare, probabilmente perché sono letali embrionali87, confermando così la necessità di un'associazione cellulare con l'ECM.Ciò significa che la maggior parte delle malattie distrofiche legate ai glicani sono causate da mutazioni proteiche secondarie associate alla glicosilazione.Ad esempio, le mutazioni di POMT1 causano la sindrome estremamente grave di Walker-Warburg, caratterizzata da anencefalia e aspettativa di vita notevolmente ridotta (meno di 3 anni)88.Tuttavia, le mutazioni FKRP si manifestano prevalentemente come distrofia muscolare dei cingoli (LGMD), che di solito (ma non sempre) è relativamente lieve.Tuttavia, è stato dimostrato che le mutazioni in FKRP sono una causa rara di WWS89.Sono state identificate molte mutazioni nella FKRP, di cui la mutazione fondatrice (c.826>A) causa più comunemente LGMD2I90.
La LGMD2I è una distrofia muscolare relativamente lieve la cui patogenesi si basa sulla rottura della connessione tra la matrice extracellulare e il citoscheletro intracellulare.Meno chiara è la relazione tra genotipo e fenotipo nei pazienti con mutazioni in questi geni, e in effetti questo concetto è applicabile ad altre proteine ​​DSC.Perché alcuni pazienti con mutazioni FKRP mostrano un fenotipo della malattia coerente con WWS mentre altri hanno LGMD2I?La risposta a questa domanda potrebbe risiedere in i) quale fase della via della glicosilazione è influenzata dalla mutazione, o ii) il grado di ipoglicosilazione in ogni determinata fase.L'ipoglicosilazione dell'α-DG può ancora consentire un certo grado di interazione con l'ECM determinando un fenotipo complessivo più lieve, mentre la dissociazione dalla membrana basale aumenta la gravità del fenotipo della malattia.Anche i pazienti con LGMD2I sviluppano la DCM, sebbene questa sia meno documentata della DMD, motivando l'urgenza di comprendere queste mutazioni nel contesto dei cardiomiociti.
Il sottocomplesso sarcospan-sarcoglicano promuove la formazione di DHA e interagisce direttamente con β-DH.Nel tessuto cardiaco sono presenti quattro sarcoglicani unidirezionali: α, β, γ e δ91.È stato recentemente descritto che una mutazione missenso c.218C>T nell'esone 3 del gene SGCA e una delezione eterozigote parziale negli esoni 7–8 causano LGMD2D92.Tuttavia, in questo caso, gli autori non hanno valutato il fenotipo cardiaco.
Altri gruppi hanno scoperto che l'SGCD nei modelli suini93 e topo94 determina una ridotta espressione proteica nel sottocomplesso del sarcoglicano, interrompendo la struttura complessiva dei DGC e portando al DCM.Inoltre, è stato segnalato che il 19% di tutti i pazienti con mutazioni SGCA, SGCB o SGCG presentava cardiomiopatia dilatativa e il 25% di tutti i pazienti necessitava anche di supporto respiratorio95.
Mutazioni recessive nel sarcoglicano (SG) δ determinano una riduzione o una completa assenza di complessi di sarcoglicani e quindi di DGC nel tessuto cardiaco e sono responsabili della LGMD e del DCM96 associato.È interessante notare che le mutazioni dominanti negative in SG-δ sono specifiche del sistema cardiovascolare e sono la causa della cardiomiopatia dilatativa familiare97.È stato dimostrato che le mutazioni dominanti negative SG-δ R97Q e R71T sono espresse stabilmente nei cardiomiociti di ratto senza compromissione significativa del DGC98 totale.Tuttavia, le cellule cardiache portatrici di queste mutazioni sono più suscettibili al danno del sarcolemma, alla permeabilità e alla disfunzione meccanica sotto stress meccanico, in linea con il fenotipo DCM98.
Sarcospan (SSPN) è una tetraspanina da 25 kDa localizzata nel sottocomplesso del sarcoglicano e si ritiene che serva da impalcatura proteica99,100.Come impalcatura proteica, SSPN stabilizza la localizzazione e la glicosilazione di α-DG99,101.È stato riscontrato che la sovraespressione di SSPN nei modelli murini aumenta il legame tra muscolo e laminina 102 .Inoltre, è stato dimostrato che SSPN interagisce con le integrine, suggerendo il grado di diafonia tra le due commissure costali, DGC, e la struttura glicoproteica integrina-talina-vinculina100,101,102.L'abbattimento di SSPN ha comportato anche un aumento di α7β1 nel muscolo scheletrico del topo.
Uno studio recente ha dimostrato che la sovraespressione di sarcospan migliora la maturazione e la glicosilazione dell'α-DG nel tessuto cardiaco indipendentemente dall'inibizione della galattosilaminotransferasi 2 (Galgt2) in un modello murino mdx di DMD, alleviando così il fenotipo 101 della malattia. L'aumento della glicosilazione del complesso distroglicano può migliorare l'interazione con l’ECM, mitigando così maggiormente la malattia.Inoltre, hanno dimostrato che la sovraespressione di sarcospan riduce l'interazione dell'integrina β1D con le DGC, evidenziando un possibile ruolo di sarcospan nella regolazione dei complessi di integrine101.
Le sintrofine sono una famiglia di piccole proteine ​​(58 kDa) che si localizzano nelle DGC, non hanno attività enzimatica intrinseca e fungono da adattatori molecolari103,104.Sono state identificate cinque isoforme (α-1, β-1, β-2, γ-1 e γ-2) che mostrano un'espressione tessuto-specifica, con l'isoforma α-1 espressa prevalentemente nel tessuto muscolare striato105.Le sintrofine sono importanti proteine ​​adattatrici che facilitano la comunicazione tra la distrofina e le molecole di segnalazione, inclusa l'ossido nitrico sintasi neuronale (nNOS) nel muscolo scheletrico106.L'α-sintrofina interagisce direttamente con il dominio ripetuto della spettrina della distrofina 16-17, che a sua volta si lega al motivo di legame PDZ nNOS106,107.
Le sintrofine interagiscono anche con la distrobrevina attraverso i domini di legame PH2 e SU, e interagiscono anche con il citoscheletro di actina 108 .Infatti, le sintrofine sembrano svolgere un ruolo particolarmente importante nella regolazione della dinamica del citoscheletro, e le isoforme α e β sono in grado di interagire direttamente con F-actina 108 e quindi probabilmente svolgono un ruolo nella regolazione della tensegrità e della biomeccanica della cellula. effetto.Inoltre, è stato dimostrato che le sintrofine regolano il citoscheletro attraverso Rac1109.
La modulazione dei livelli di sintrofina può ripristinare la funzione e un recente studio utilizzando la mini-distrofina ha dimostrato che il costrutto ΔR4-R23/ΔCT era in grado di ripristinare l'α-sintrofina e altre proteine ​​DGC a livelli paragonabili ai cardiomiociti WT mdx.
Oltre al loro ruolo nella regolazione del citoscheletro, le sintrofine sono ben documentate anche nella regolazione dei canali ionici111,112,113.Il motivo di legame PDZ delle sintrofine regola il canale Nav1.5111 dipendente dalla tensione cardiaca, che svolge un ruolo chiave nello stabilire l'eccitabilità e la conduzione cardiaca.È interessante notare che, nel modello murino mdx, si è scoperto che i canali Nav1.5 erano sottoregolati e negli animali sono state riscontrate aritmie cardiache 111 .Inoltre, è stato dimostrato che una famiglia di canali ionici meccanosensibili, il canale del potenziale transitorio (TRPC), è regolata dalla α1-sintrofina nel tessuto cardiaco 113 e l'inibizione di TRPC6 ha dimostrato di migliorare le aritmie nel modello murino DMD112.È stato riportato che l'aumento dell'attività del TRPC6 nella DMD provoca aritmie cardiache, che vengono alleviate quando combinato con PKG 112 .Meccanicamente, la deplezione della distrofina promuove un afflusso di [Ca2+]i indotto dallo stiramento che agisce a monte del TRPC6 per attivarlo, come mostrato nei cardiomiociti e nelle cellule muscolari lisce vascolari112,114.L'iperattivazione di TRPC6 per l'allungamento lo rende un importante meccanosensore e un potenziale bersaglio terapeutico nella DMD112,114.
La perdita di distrofina porta alla lisi o alla marcata soppressione dell'intero complesso DGC, con conseguente perdita di molte funzioni meccanoprotettive e meccanotrasduttive, determinando il fenotipo catastrofico osservato nel tessuto muscolare striato nella DMD.Pertanto, può essere ragionevole ritenere che gli RSK funzionino di concerto e che i singoli componenti dipendano dalla presenza e dal funzionamento di altri componenti.Ciò è particolarmente vero per la distrofina, che sembra essere necessaria per l'assemblaggio e la localizzazione del complesso del sarcolemma nei cardiomiociti.Ciascun componente svolge un ruolo unico nel contribuire alla stabilizzazione complessiva del sarcolemma, alla localizzazione delle proteine ​​accessorie chiave, alla regolazione dei canali ionici e dell'espressione genica, e la perdita di una singola proteina nel DGC porta alla disregolazione dell'intero miocardio.
Come mostrato sopra, molte proteine ​​DGC sono coinvolte nella meccanotrasduzione e nella segnalazione, e la distrofina è particolarmente adatta a questo ruolo.Se il DGC si trova nelle costole, ciò conferma l'opinione che partecipa alla meccanotrasduzione insieme alle integrine.Pertanto, le DGC subiscono fisicamente un trasferimento di forza anisotropico e partecipano al riarrangiamento meccanosensoriale e citoscheletrico del microambiente intracellulare, coerente con il modello di tensegrità.Inoltre, Dp427m tampona le forze biomeccaniche in entrata espandendo le ripetizioni della spettrina all'interno del suo dominio centrale centrale, agendo così come un meccanoprotettore mantenendo una forza di svolgimento di 25 pN su un intervallo esteso di 800 nm.La distrofina, scindendosi, è in grado di “tamponare” la forza di contrazione-rilassamento prodotta dai cardiomiociti10.Data la diversità delle proteine ​​e dei fosfolipidi che interagiscono con i domini ripetuti della spettrina, è interessante ipotizzare se lo svolgimento della ripetizione della spettrina alteri la cinetica di legame delle proteine ​​meccanosensibili in modo simile a quello della talina116,117,118.Tuttavia, ciò non è stato ancora stabilito e sono necessarie ulteriori indagini.