310 Хемиска компонента на цевки со капиларна спирала од нерѓосувачки челик, Улогата на комплексите на дистрофин гликопротеин во механотрансдукцијата на мускулните клетки

Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Користите верзија на прелистувач со ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Покрај тоа, за да обезбедиме постојана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Лизгачи кои прикажуваат три статии по слајд.Користете ги копчињата за назад и следно за да се движите низ слајдовите или копчињата на контролорот на слајдовите на крајот за да се движите низ секој слајд.

310 Добавувачи на цевки со капиларна намотка од нерѓосувачки челик

Дистрофинот е главниот протеин на комплексот дистрофин-гликопротеин (DGC) во скелетните мускули и кардиомиоцитите.Дистрофинот го врзува цитоскелетот на актин со екстрацелуларната матрица (ECM).Раскинувањето на врската помеѓу екстрацелуларната матрица и интрацелуларниот цитоскелет може да има катастрофални последици за хомеостазата на скелетните мускулни клетки, што доведува до голем број на мускулни дистрофии.Дополнително, губењето на функционалните DGC доведува до прогресивна дилатирана кардиомиопатија и прерана смрт.Дистрофинот делува како молекуларна пружина, а DHA игра клучна улога во одржувањето на интегритетот на сарколемата.Покрај тоа, се акумулираат докази кои го поврзуваат DGC со механистичкото сигнализирање, иако оваа улога останува слабо разбрана.Оваа статија за преглед има за цел да обезбеди модерен поглед на DGC и нивната улога во механотрансдукцијата.Прво разговараме за сложената врска помеѓу механиката и функцијата на мускулните клетки, а потоа ги разгледуваме неодамнешните истражувања за улогата на комплексот на дистрофин гликопротеин во механотрансдукцијата и одржувањето на биомеханичкиот интегритет на мускулните клетки.Конечно, ја разгледуваме тековната литература за да разбереме како DGC сигнализацијата се вкрстува со механизните патеки за да ги нагласи потенцијалните идни интервентни точки, со посебен фокус на кардиомиопатија.
Клетките се во постојана комуникација со нивната микросредина, а двонасочен дијалог меѓу нив е неопходен за интерпретација и интеграција на биомеханичките информации.Биомеханиката ги контролира клучните последователни настани (на пр., цитоскелетни преуредувања) со контролирање на целокупниот клеточен фенотип во просторот и времето.Централно место за овој процес кај кардиомиоцитите е крајбрежниот регион, регионот каде што сарколемата се поврзува со саркомер составен од комплекси интегрин-талин-винкулин и дистрофин-гликопротеин (DGC).Прикачени на интрацелуларниот цитоскелет, овие дискретни фокални адхезии (FAs) пропагираат каскада од биомеханички и биохемиски клеточни промени кои ја контролираат диференцијацијата, пролиферацијата, органогенезата, миграцијата, прогресијата на болеста и многу повеќе.Преобразувањето на биомеханичките сили во биохемиски и/или (епи)генетски промени е познато како механотрансдукција1.
Интегранскиот трансмембрански рецептор 2 одамна е познат по тоа што ја закотвува екстрацелуларната матрица во клетките и посредува и во внатрешната и надворешната сигнализација.Паралелно со интегрините, DGC го врзуваат ECM со цитоскелетот, воспоставувајќи критична врска помеѓу надворешноста и внатрешноста на клетката3.Целосниот дистрофин (Dp427) е првенствено изразен во срцевите и скелетните мускули, но исто така е забележан и во ткивата на централниот нервен систем, вклучувајќи ја мрежницата и ткивото Пуркиние4.Се смета дека мутациите во интегрините и DGC се причините за мускулна дистрофија и прогресивна дилатирана кардиомиопатија (DCM) (Табела 1)5,6.Конкретно, мутациите на DMD кои го кодираат централниот протеин на дистрофин DGC предизвикуваат Душенова мускулна дистрофија (DMD)7.DGC е составен од неколку поткомплекси вклучувајќи α- и β-дистрогликан (α/β-DG), саркогликан-саркоспан, синтрофин и дистрофин8.
Дистрофин е цитоскелет протеин кодиран од DMD (Xp21.1-Xp22) кој игра централна улога во одржувањето на DGC.DGC го одржува интегритетот на сарколемата, плазматската мембрана на напречното мускулно ткиво.Дистрофинот дополнително ја ублажува штетата предизвикана од контракција делувајќи како молекуларна пружина и молекуларно скеле9,10.Дистрофинот со целосна должина има молекуларна тежина од 427 kDa, меѓутоа, поради многуте внатрешни промотери во DMD, постојат неколку природни скратени изоформи, вклучувајќи го и Dp7111.
Се покажа дека помошните протеини се локализирани на дистрофин, вклучувајќи ги вистинските механотрансдуктори како невронската азотна оксид синтаза (nNOS), протеинот поврзан со Yes (YAP) и кавеолин-3, со што претставуваат важни компоненти на клеточната сигнализација.Соединенија 12, 13, 14. Покрај адхезијата, клеточниот механизам поврзан со интеракциите помеѓу клетките и матрицата, формиран од интегрините и нивните низводно цели, овие два комплекса претставуваат интерфејс помеѓу „внатре“ и „надвор“ на клетката .Заштитата на овие фокални адхезии од абнормално уништување е критична за однесувањето и опстанокот на клетките.Дополнително, податоците поддржуваат дека дистрофинот е модулатор на механосензитивни јонски канали, вклучително и канали активирани со истегнување, особено L-тип на Ca2+ канали и TRPC 15 канали.
Иако дистрофинот е важен за хомеостатската функција на напречно-пругастите мускулни клетки, прецизните механизми за поддршка се помалку јасни, особено улогата на дистрофинот и неговата способност да делува како механосензор и механички заштитник.Поради губење на дистрофин, се појавија неколку неодговорени прашања, вклучувајќи: дали механосензитивните протеини како што се YAP и AMPK се погрешно лоцирани во сарколемата;Дали има разговори со интегрините, околности кои можат да доведат до абнормална механотрансдукција?Сите овие карактеристики може да придонесат за тешкиот DCM фенотип забележан кај пациенти со DMD.
Дополнително, поврзаноста на промените во клеточната биомеханика со целокупниот фенотип на DMD има важни клинички импликации.DMD е X-поврзана мускулна дистрофија која влијае на 1:3500-5000 мажи, која се карактеризира со рано губење на мобилноста (<5 години) и прогресивен DCM со значително полоша прогноза од DCM од други етиологии16,17,18.
Биомеханиката на загубата на дистрофин не е целосно опишана, а овде ги разгледуваме доказите што ја поддржуваат идејата дека дистрофинот навистина игра механопротективна улога, т.е. го одржува интегритетот на сарколемата и е критичен во механотрансдукцијата.Дополнително, ги разгледавме доказите кои укажуваат на важен разговор со интегрините, специфично врзување на ламинин α7β1D во напречно-пругастите мускулни клетки.
Вметнувањата и бришењата се одговорни за голем број мутации во ДМД, при што 72% од мутациите се предизвикани од такви мутации19.Клинички, DMD се манифестира во детството (≤5 години) со хипотензија, позитивен Gower-ов знак, одложена прогресија на промените поврзани со возраста, ментална ретардација и атрофија на скелетните мускули.Респираторниот дистрес историски е водечка причина за смрт кај пациентите со ДМД, но подобрената супортивна нега (кортикостероиди, континуиран позитивен притисок на дишните патишта) го зголемила животниот век кај овие пациенти, а средната возраст на пациентите со ДМД родени по 1990 година е 28,1 година 20,21 ..Сепак, како што се зголемува преживувањето на пациентот, прогнозата на прогресивното ДКМ е значително полоша во споредба со другите кардиомиопатии16, што доведува до срцева слабост во краен стадиум, која моментално е водечка причина за смрт, што претставува приближно 50% од смртните случаи од ДМД17,18.
Прогресивното DCM се карактеризира со зголемена лево вентрикуларна дилатација и усогласеност, вентрикуларно разредување, зголемена фибромасна инфилтрација, намалена систолна функција и зголемена фреквенција на аритмии.Степенот на DCM кај пациенти со DMD е речиси универзален во доцната адолесценција (90% до 18-годишна возраст), но е присутен кај приближно 59% од пациентите до 10-годишна возраст8,22.Решавањето на ова прашање е критично бидејќи фракцијата на исфрлање на левата комора постојано се намалува со стапка од 1,6% годишно23.
Срцевите аритмии се чести кај пациенти со ДМД, особено синусна тахикардија и вентрикуларна тахикардија, и се причина за ненадејна срцева смрт22.Аритмиите се резултат на фибромасна инфилтрација, особено во субазалната лева комора, која го нарушува повратното коло, како и дисфункција на процесирање [Ca2+]i и дисфункција на јонскиот канал24,25.Препознавањето на клиничката срцева презентација е од клучно значење, бидејќи стратегиите за раниот третман може да го одложат почетокот на тешка DCM.
Важноста на лекувањето на срцевата дисфункција и морбидитетот на скелетните мускули е прикажана во една интересна студија која користела глувчешки модел на DMD наречен mdx26 за да ги проучи ефектите од подобрувањето на скелетното мускулно ткиво без да се адресираат основните срцеви проблеми присутни во DMD.Овде, авторите покажаа парадоксално 5-кратно зголемување на срцевата дисфункција по подобрувањето на скелетните мускули, а глувците имаа значително намалување на фракцијата на исфрлање26.Подобрената функција на скелетните мускули овозможува поголема физичка активност да го оптоварува миокардот, што го прави поподложен на општа дисфункција.Ова ја нагласува важноста на лекувањето на пациентите со ДМД воопшто и предупредува само против терапија со скелетни мускули.
DGCs извршуваат неколку дополнителни функции, имено, обезбедуваат структурна стабилност на сарколемата, стануваат молекуларно скеле што делува како сигнална врска, ги регулираат механосензитивните јонски канали, јадрото на крајбрежната механотрансдукција и учествуваат во преносот на страничната сила во регионот на ребра (сл. 1б)..Дистрофинот игра централна улога во оваа способност, а поради присуството на многу внатрешни промотори, постојат неколку различни изоформи, од кои секоја игра различна улога во различни ткива.Диференцијалната ткивна експресија на различни изоформи на дистрофин ја поддржува идејата дека секоја изоформа игра различна улога.На пример, срцевото ткиво ја изразува целата должина (Dp427m), како и пократката изоформа на Dp71m на дистрофин, додека скелетното ткиво ја изразува само првата од двете.Набљудувањето на улогата на секој подтип може да ја открие не само неговата физиолошка функција, туку и патогенезата на мускулната дистрофија.
Шематски приказ на дистрофинот со целосна должина (Dp427m) и помалата, скратена изоформа Dp71.Дистрофинот има 24 повторувања на спектрин разделени со четири јамки, како и домен за врзување на актин (ABD), домен богат со цистеин (CR) и C-терминал (CT).Идентификувани се клучните сврзувачки партнери, вклучувајќи ги микротубулите (MTs) и сарколемата.Постојат многу изоформи на Dp71, Dp71m се однесува на мускулното ткиво и Dp71b се однесува на изоформата на нервното ткиво.Особено, Dp71f се однесува на цитоплазматската изоформа на невроните.b Дистрофинско-гликопротеинскиот комплекс (DHA) се наоѓа во сарколемата како целина.Биомеханичките сили се префрлаат помеѓу ECM и F-актин.Забележете го потенцијалниот разговор помеѓу DGC и адхезијата на интегрин, Dp71 може да игра улога во фокалните адхезии.Создадено со Biorender.com.
DMD е најчеста мускулна дистрофија и е предизвикана од мутации на DMD.Сепак, за целосно да го цениме нашето сегашно разбирање за улогата на анти-дистрофинот, важно е да го ставиме во контекст на DGC како целина.Така, накратко ќе бидат опишани другите составни протеини.Протеинскиот состав на DGC почна да се проучува кон крајот на 1980-тите, со особено внимание на дистрофинот.Koenig27,28, Hoffman29 и Ervasti30 направија важно откритие со идентификување на дистрофин, протеин од 427 kDa во напречно-пругастите мускули31.
Последователно, се покажа дека други субкомплекси се поврзани со дистрофин, вклучувајќи саркогликан, транссин, дистрофински субкомплекс, дисбревин и синтрофини8, кои заедно го сочинуваат тековниот DGC модел.Овој дел најпрво ќе ги дисеминира доказите за улогата на DGC во механосензорната перцепција додека детално ќе ги испита поединечните компоненти.
Дистрофинската изоформа со целосна должина присутна во напречно мускулното ткиво е Dp427m (на пр. „m“ за мускулите да се разликуваат од мозокот) и е голем протеин во облик на прачка со четири функционални домени лоцирани под сарколемата на кардиомиоцитите, особено во крајбрежниот регион. 29, 32. Dp427m, кодиран од генот DMD на Xp21.1, се состои од 79 егзони генерирани на 2,2 мегабази и затоа е најголемиот ген во нашиот геном8.
Неколку внатрешни промотори во DMD произведуваат повеќе скратени дистрофински изоформи, од кои некои се специфични за ткивото.Во споредба со Dp427m, Dp71m е значително скратен и нема домен за повторување на спектрин или N-терминален ABD домен.Сепак, Dp71m ја задржува структурата за врзување на C-терминалот.Во кардиомиоцитите, улогата на Dp71m е нејасна, но се покажа дека се локализира во Т тубулите, што укажува на тоа дека може да помогне во регулирањето на спојката возбуда-контракција 33,34,35.Според нашите сознанија, неодамнешното откритие на Dp71m во срцевото ткиво привлече малку внимание, но некои студии сугерираат дека тоа е поврзано со јонски канали активирани со истегнување, а Масубучи сугерираше дека може да игра улога во регулацијата на nNOS33., 36. Притоа, Dp71 доби значително внимание во неврофизиологијата и истражувањето на тромбоцитите, области кои можат да обезбедат увид во улогата во кардиомиоцитите37,38,39.
Во нервното ткиво, изоформата Dp71b е претежно изразена, со пријавени 14 изоформи38.Се покажа дека бришењето на Dp71b, важен регулатор на аквапорин 4 и Kir4.1 калиумовите канали во централниот нервен систем, ја менува пропустливоста на крвно-мозочната бариера40.Со оглед на улогата на Dp71b во регулацијата на јонските канали, Dp71m може да игра слична улога во кардиомиоцитите.
Присуството на DGC во крајбрежните ганглии веднаш укажува на улога во механотрансдукцијата и навистина се покажа дека се ко-локализира со комплексите интегрин-талин-винкулин 41 .Покрај тоа, имајќи предвид дека крајбрежниот сегмент е фокус за попречна механотрансдукција, локализацијата на Dp427m овде ја нагласува нејзината улога во заштитата на клетките од оштетување предизвикано од контракција.Понатаму, Dp427m комуницира со актин и цитоскелетот на микротубулите, а со тоа ја комплетира врската помеѓу интрацелуларната средина и екстрацелуларната матрица.
N-крајот што содржи домен 1 за врзување на актин (ABD1) се состои од два калмодулински хомолошки домени (CH) кои се потребни за интеракција со F-актин и закотвување на γ-актинската изоформа на сарколемата42,43.Дистрофинот може да придонесе за целокупната вискоеластичност на кардиомиоцитите со прикачување на субсарколемалниот цитоскелет, а неговата локализација во крајбрежните ганглии го поддржува неговото вклучување во механотрансдукцијата, како и во механозаштитата44,45.
Централното јадро на доменот се состои од 24 повторувачки протеини слични на спектрин, од кои секоја е во должина од приближно 100 амино киселински остатоци.Спектринските повторувања се прошарани со четири домени на шарки, давајќи му на протеинот флексибилност и висок степен на растегливост.Повторувањата на спектринот на дистрофин може да се развијат во физиолошки опсег на сили (15-30 pN) кои се протегаат од 21 nm до 84 nm, сили што може да се постигнат за контракција на миозин 46 .Овие карактеристики на доменот на повторување на спектринот му овозможуваат на дистрофинот да дејствува како молекуларен амортизер.
Централната прачка на Dp427m обезбедува нејзина локализација во сарколемата, особено преку хидрофобни и електростатски интеракции со фосфатидилсерин 47,48.Интересно е тоа што централното јадро на дистрофинот различно комуницира со фосфолипидите на сарколемата во скелетните и срцевите ткива, веројатно рефлектирајќи различни пролетни обрасци.критични, додека скелетните мускули се исто така поврзани со R10-R1249.
Поврзувањето со цитоскелетот на γ-актин бара ABD2 спектрин повторен регион 11-17, кој се состои од базни амино киселински остатоци и се разликува од доменот CH што се врзува за F-актин.Микротубулите директно комуницираат со основниот домен на дистрофин, оваа интеракција бара остатоци од повторувања на спектрин 4-15 и 20-23, а присуството на анкирин Б е потребно за да се спречи формирање на микротубули на ова место.Цевките се отсутни 50,51,52.Се покажа дека јазот помеѓу микротубулите и дистрофинот ја влошува патологијата на DMD со зголемување на реактивните видови кислород (X-ROS).
CR доменот преку анкирин Б е уште едно сидро за сарколемалните фосфолипиди52.Анкирин-Б и анкирин-Г се потребни за ребро локализација на дистрофин/DGC, а нивното отсуство резултира со дифузен сарколемски модел на DGC52.
CR доменот содржи WW врзувачки домен кој директно комуницира со PPxY врзувачкиот мотив на β-DG.Со прикачување на комплексот дистрофин-гликан, дистрофинот ја комплетира врската помеѓу внатрешноста и надворешноста на клетката54.Оваа врска е критична за напречно-пругастите мускули, како што е потврдено со фактот дека нарушувањето на врската помеѓу ECM и внатрешноста на клетката доведува до мускулна дистрофија што го ограничува животот.
Конечно, КТ доменот е високо конзервирана област која формира завиткана спирала и е критична за врзување со α-дистробревин и α1-, β1-синтрофини55,56.α-дистробревин се врзува за КТ доменот на дистрофинот и обезбедува дополнителна отпорност на дистрофин во сарколемата57.
За време на ембрионалниот и феталниот развој, Utrophin е широко изразен во различни ткива, вклучувајќи ги и ендотелните клетки, нервното ткиво и напречно-пругастите мускулни ткива58.Утрофинот се изразува со UTRN лоциран на хромозомот 6q и е дистрофински автолог со 80% протеинска хомологија.Во текот на развојот, утрофинот е локализиран во сарколемата, но е значително потиснат во постнаталното напречно-пругасто мускулно ткиво, каде што се заменува со дистрофин.По раѓањето, локализацијата на утрофинот е ограничена на тетивите и невромускулните споеви на скелетните мускули58,59.
Партнерите за врзување на утрофин се во голема мера слични на оние на дистрофините, иако се опишани некои клучни разлики.На пример, дистрофинот комуницира со β-DG преку неговиот WW домен, кој е стабилизиран од доменот ZZ (именуван поради неговата способност да врзе два јони на цинк) во неговиот КТ регион, каде што остатоците од цистеинска киселина 3307-3354 се особено важни за оваа интеракција60 ., 61. Утрофинот исто така се врзува за β-DG преку доменот WW/ZZ, но точните остатоци што ја поддржуваат оваа интеракција се разликуваат од остатоците од дистрофин (3307-3345 кај дистрофинот и 3064-3102 кај утрофинот) 60,61.Поважно, врзувањето на утрофинот за β-DG беше приближно 2 пати помало во споредба со дистрофинот 61. Пријавено е дека дистрофинот се врзува за F-актин преку спектрин повторувања 11-17, додека слични места во утрофинот не можат да се врзат за F-актин, дури и на високи концентрации, но можат да комуницираат преку нивните CH-домени.Дејство 62,63,64.Конечно, за разлика од дистрофинот, утрофинот не може да се врзе за микротубулите51.
Биомеханички, повторувањата на утрофин спектрин имаат посебна шема на расплетување во споредба со дистрофинот65.Утрофин-спектринот го повторува распоредувањето на повисоки сили, слично на титинот, но не и дистрофинот65.Ова е во согласност со неговата локализација и улога во преносот на цврста еластична сила на спојниците на тетивите, но може да го направи утрофинот помалку погоден да делува како молекуларна пружина во пуферските сили предизвикани од контракција 65 .Земени заедно, овие податоци сугерираат дека способностите за механотрансдукција и механобаферирање може да се променат во присуство на прекумерна експресија на утрофин, особено со оглед на различните сврзувачки партнери/механизми, но сепак ова бара понатамошни експериментални студии.
Од функционална гледна точка, фактот што се верува дека утрофинот има слични ефекти на дистрофинот го прави потенцијална цел на третман за DMD66,67.Всушност, се покажа дека некои пациенти со ДМД прекумерно го изразуваат утрофинот, веројатно како компензаторен механизам, а фенотипот е успешно обновен во модел на глушец со прекумерна експресија на утрофин 68 .Додека регулацијата на утрофинот е веројатна терапевтска стратегија, разгледувањето на формалната и функционалната разлика помеѓу утрофинот и дистрофинот и корисноста за поттикнување на оваа прекумерна експресија со соодветна локализација долж сарколемата ја прави долгорочната стратегија на утрофин сè уште нејасна.Забележително, женските носители покажуваат мозаичен модел на изразување на утрофин, а односот помеѓу дистрофинот и утрофинот може да влијае на степенот на дилатациона кардиомиопатија кај овие пациенти,69 иако покажале глувчешки модели на носители..
Подкомплексот на дистрогликаните се состои од два протеини, α- и β-дистрогликан (α-, β-DG), и двата транскрибирани од генот DAG1, а потоа пост-транслациски расцепени на два компоненти протеини 71 .α-DG е високо гликолизиран во екстрацелуларниот аспект на DGC и директно комуницира со остатоците од пролин во ламинин α2, како и со агрин72 и пикакулин73 и CT/CR регионот на дистрофинот73,74,75,76.О-поврзана гликозилација, особено на остатоци од серин, е потребна за нејзината интеракција со ECM.Патот на гликозилација вклучува многу ензими чии мутации доведуваат до мускулна дистрофија (види и Табела 1).Тие вклучуваат О-маносилтрансфераза POMT2, фукутин и протеин поврзан со фукутин (FKRP), две рибитол фосфотрансферази кои додаваат тандем рибитол фосфати во јадрото на гликанот и протеинот LARGE1 кој додава ксилоза и гликоза.Линеарен полисахарид на уронска киселина, познат и како матрикс гликан на крајот на гликанот77.FKRP е исто така вклучен во развојот и одржувањето на ECM, а мутациите во него доведуваат до намалена експресија на ламинин α2 и α-DG77,78,79.Покрај тоа, FKRP може да го насочи и формирањето на базалната ламина и срцевиот екстрацелуларен матрикс преку гликолизиран фибронектин 80.
β-DG содржи PPxY врзувачки мотив кој директно го локализира и го заробува YAP12.Ова е интересно откритие бидејќи имплицира дека DGC го регулира клеточниот циклус на кардиомиоцитите.α-DH кај неонаталните кардиомиоцити е во интеракција со агрин, што ја промовира регенерацијата на срцето и лизата на DGC76 поради созревањето на клетките.Како што созреваат кардиомиоцитите, изразот на агрин се намалува во корист на ламинин, за кој се смета дека придонесува за прекин на клеточниот циклус76.Морикава12 покажа дека двојното укинување на дистрофин и салвадор, негативен регулатор на YAP, доведува до хиперпролиферација на кардиомиоцитите во руменот што предизвикува инфаркт.Ова доведе до возбудлива идеја дека манипулацијата со YAP може да има клиничка вредност во спречувањето на губење на ткивото по миокарден инфаркт.Така, лизата на DGC индуцирана од агрин може да претставува оска што овозможува активирање на YAP и е потенцијален пат за срцева регенерација.
Механички, α- и β-DG се потребни за одржување на интеракцијата помеѓу сарколемата и базалниот слој 81 .И α-DG и α7 интегрините придонесуваат за генерирање сила во крајбрежниот ганглион, а губењето на α-DG предизвикува одвојување на сарколемата од базалната ламина, оставајќи го скелетното мускулно ткиво ранливо на оштетување предизвикано од контракција.Како што беше претходно опишано, комплексот на дистрогликаните го регулира целокупниот промет на DGCs, каде што врзувањето за сродниот лиганд ламинин резултира со тирозин фосфорилација на мотивот за врзување PPPY на β-DG892.Тирозин фосфорилацијата овде промовира расклопување на дистрофин, што го превртува комплексот DGC.Физиолошки, овој процес е високо регулиран, што е отсутен кај мускулната дистрофија82, иако основните механизми кои го контролираат овој процес не се целосно разбрани.
Се покажа дека цикличното истегнување ги активира патиштата ERK1/2 и AMPK преку дистрофинскиот комплекс и сродниот протеински плектин83.Заедно, плектинот и дистрогликанот се потребни не само да дејствуваат како скеле, туку и да учествуваат во механотрансдукцијата, а падот на плектинот доведува до намалување на активноста на ERK1/2 и AMPK83.Плектинот, исто така, се врзува за десминот на цитоскелетниот меѓусебен филамент, а прекумерната експресија на десмин се покажа дека го подобрува фенотипот на болеста кај глувците mdx:desmin и mdx, модел на глушец со двоен нокаут DMD84.Со интеракција со β-DG, плектинот индиректно го врзува DGC со оваа компонента на цитоскелетот.Дополнително, дистрогликанот е во интеракција со протеинот за врзување на рецепторот на факторот на раст 2 (Grb2), за кој е познато дека е вклучен во цитоскелетните преуредувања85.Се покажа дека активирањето на Ras со интегрин е посредувано преку Grb2, што може да обезбеди потенцијална патека за вкрстување помеѓу интегрините и DGC86.
Мутациите во гените вклучени во α-DH гликозилацијата доведуваат до таканаречената мускулна дистрофија.Дистрогликанопатиите покажуваат клиничка хетерогеност, но главно се предизвикани од нарушување на интеракцијата помеѓу α-DG и ламинин α277.Дистрофигликанозите предизвикани од примарните мутации во DAG1 се генерално исклучително ретки, веројатно затоа што се смртоносни за ембрионот87, со што се потврдува потребата за клеточна поврзаност со ECM.Ова значи дека повеќето дистрофични гликански болести се предизвикани од секундарни протеински мутации поврзани со гликозилација.На пример, мутациите во POMT1 предизвикуваат екстремно тежок Вокер-Варбург синдром, кој се карактеризира со аненцефалија и значително скратен животен век (помалку од 3 години)88.Сепак, мутациите на FKRP претежно се манифестираат како мускулна дистрофија на појасот на екстремитетите (LGMD), која обично е (но не секогаш) релативно блага.Сепак, мутациите во FKRP се покажаа како ретка причина за WWS89.Многу мутации се идентификувани во FKRP, од кои основачката мутација (c.826>A) најчесто предизвикува LGMD2I90.
LGMD2I е релативно блага мускулна дистрофија чија патогенеза се заснова на нарушување на врската помеѓу екстрацелуларниот матрикс и интрацелуларниот цитоскелет.Помалку јасна е врската помеѓу генотипот и фенотипот кај пациенти со мутации во овие гени, и навистина овој концепт е применлив за други DSC протеини.Зошто некои пациенти со FKRP мутации покажуваат фенотип на болеста во согласност со WWS додека други имаат LGMD2I?Одговорот на ова прашање може да лежи во i) кој чекор од патеката на гликозилација е под влијание на мутацијата, или ii) степенот на хипогликозилација на кој било даден чекор.Хипогликозилацијата на α-DG сепак може да дозволи одреден степен на интеракција со ECM што резултира со поблаг целокупен фенотип, додека дисоцијацијата од базалната мембрана ја зголемува сериозноста на фенотипот на болеста.Пациентите со LGMD2I исто така развиваат DCM, иако ова е помалку документирано од DMD, што ја мотивира итноста за разбирање на овие мутации во контекст на кардиомиоцитите.
Подкомплексот саркоспан-саркогликан го промовира формирањето на DHA и директно комуницира со β-DH.Постојат четири еднонасочни саркогликани во срцевото ткиво: α, β, γ и δ91.Неодамна беше опишано дека c.218C>T missense мутација во егзонот 3 на генот SGCA и делумно хетерозиготно бришење во егзоните 7-8 предизвикуваат LGMD2D92.Меѓутоа, во овој случај, авторите не го процениле срцевиот фенотип.
Други групи открија дека SGCD во моделите свински93 и глушец94 резултира со намалена протеинска експресија во субкомплексот на саркогликаните, што ја нарушува целокупната структура на DGC и доведува до DCM.Дополнително, 19% од сите пациенти со SGCA, SGCB или SGCG мутации беа пријавени дека имаат дилатирана кардиомиопатија, а на 25% од сите пациенти исто така им беше потребна респираторна поддршка95.
Рецесивните мутации на саркогликанот (SG) δ резултираат со намалување или целосно отсуство на саркогликанските комплекси и оттаму DGC во срцевото ткиво и се одговорни за LGMD и неговиот поврзан DCM96.Интересно, доминантно-негативните мутации во SG-δ се специфични за кардиоваскуларниот систем и се причина за фамилијарна дилатирана кардиомиопатија97.Се покажа дека SG-δ R97Q и R71T доминантно-негативни мутации се стабилно изразени во кардиомиоцитите на стаорци без значително оштетување на вкупниот DGC98.Сепак, срцевите клетки кои ги носат овие мутации се поподложни на оштетување на сарколемата, пропустливост и механичка дисфункција под механички стрес, во согласност со фенотипот DCM98.
Sarcospan (SSPN) е тетраспанин од 25 kDa локализиран во субкомплексот на саркогликаните и се верува дека служи како протеинско скеле99,100.Како протеинско скеле, SSPN ја стабилизира локализацијата и гликозилацијата на α-DG99,101.Утврдено е дека прекумерната експресија на SSPN кај моделите на глувци го зголемува врзувањето помеѓу мускулите и ламинин 102 .Дополнително, се покажа дека SSPN има интеракција со интегрините, што укажува на степенот на вкрстување помеѓу двете ребра комисури, DGC и структурата на гликопротеинот интегрин-талин-винкулин100,101,102.Нокдаун на SSPN, исто така, резултираше со зголемување на α7β1 во скелетните мускули на глувчето.
Една неодамнешна студија покажа дека прекумерната експресија на саркоспанот го подобрува созревањето и гликозилацијата на α-DG во срцевото ткиво независно од падот на галактозиламинотрансфераза 2 (Galgt2) во модел на глувче mdx на DMD, со што се ублажува фенотипот на болеста 101. ECM, а со тоа најмногу ја ублажува болеста.Покрај тоа, тие покажаа дека прекумерното изразување на саркоспан ја намалува интеракцијата на β1D интегринот со DGCs, нагласувајќи ја можната улога на саркоспанот во регулацијата на интегринските комплекси101.
Синтрофините се фамилија на мали (58 kDa) протеини кои се локализираат во DGC, самите немаат внатрешна ензимска активност и служат како молекуларни адаптери103,104.Идентификувани се пет изоформи (α-1, β-1, β-2, γ-1 и γ-2) кои покажуваат ткивна специфична експресија, со α-1 изоформа претежно изразена во напречно-пругасто мускулно ткиво 105 .Синтрофините се важни адаптер протеини кои ја олеснуваат комуникацијата помеѓу дистрофинот и сигналните молекули, вклучително и невронската азотна оксид синтаза (nNOS) во скелетните мускули106.α-синтрофинот директно комуницира со доменот на повторување на спектринот 16-17 на дистрофин, кој пак се врзува за мотивот за врзување nNOS106,107 PDZ.
Синтрофините, исто така, комуницираат со дистробревин преку PH2 и SU сврзувачките домени, а тие исто така комуницираат со цитоскелетот на актинот 108 .Навистина, се чини дека синтрофините играат особено важна улога во регулацијата на цитоскелетната динамика, а α и β изоформите се способни директно да комуницираат со F-актин 108 и на тој начин веројатно играат улога во регулирањето на тензичноста и биомеханиката на клеточната ефект.Дополнително, докажано е дека синтрофините го регулираат цитоскелетот преку Rac1109.
Модулирањето на нивоата на синтрофин може да ја врати функцијата, а една неодамнешна студија со употреба на мини-дистрофин покажа дека конструкцијата ΔR4-R23/ΔCT може да го врати α-синтрофинот како и другите DGC протеини на нивоа споредливи со WT mdx кардиомиоцитите.
Покрај нивната улога во регулацијата на цитоскелетот, синтрофините се исто така добро документирани во регулацијата на јонските канали 111,112,113.Мотивот за врзување на PDZ на синтрофините го регулира срцевиот напон Nav1.5111 канал, кој игра клучна улога во воспоставувањето на срцева ексцитабилност и спроводливост.Интересно, во моделот на глувчето mdx, беше откриено дека каналите Nav1.5 се намалени и срцеви аритмии кај животните 111 .Дополнително, се покажа дека фамилија на механосензитивни јонски канали, транзиторниот потенцијален канал на рецепторот (TRPC), се регулира со α1-синтрофин во срцевото ткиво 113 и се покажа дека инхибицијата на TRPC6 ги подобрува аритмиите во моделот на глувчето DMD112.Забележано е дека зголемената активност на TRPC6 кај DMD резултира со срцеви аритмии, кои се намалуваат кога се комбинираат со PKG 112.Механички, намалувањето на дистрофинот промовира прилив на [Ca2+]i предизвикан од истегнување, кој делува нагоре од TRPC6 за да го активира, како што е прикажано во кардиомиоцитите и васкуларните мазни мускулни клетки112,114.Хиперактивирањето на TRPC6 за истегнување го прави главен механосензор и потенцијална терапевтска цел во DMD112,114.
Губењето на дистрофин доведува до лиза или значително потиснување на целиот DGC комплекс, со последователно губење на многу механопротективни и механотрансдукциски функции, што резултира со катастрофален фенотип забележан во напречно-пругасто мускулно ткиво кај DMD.Затоа, може да биде разумно да се смета дека RSK-ите работат заедно и дека поединечните компоненти зависат од присуството и функционирањето на други компоненти.Ова е особено точно за дистрофинот, кој се чини дека е потребен за составување и локализација на комплексот сарколема во кардиомиоцитите.Секоја компонента игра уникатна улога во придонесувањето за целокупната стабилизација на сарколемата, локализацијата на клучните дополнителни протеини, регулацијата на јонските канали и генската експресија, а губењето на еден протеин во DGC доведува до дисрегулација на целиот миокард.
Како што е прикажано погоре, многу DGC протеини се вклучени во механотрансдукцијата и сигнализацијата, а дистрофинот е особено погоден за оваа улога.Ако DGC се наоѓа во ребрата, ова го потврдува мислењето дека учествува во механотрансдукцијата заедно со интегрините.Така, DGC физички се подложени на анизотропен пренос на сила и учествуваат во механосензорно и цитоскелетно преуредување на интрацелуларната микросредина, во согласност со моделот на тензигност.Дополнително, Dp427m ги тампонира дојдовните биомеханички сили со проширување на спектринските повторувања во доменот на неговото централно јадро, а со тоа делува како механозаштитник со одржување на сила на одмотување од 25 pN во продолжен опсег од 800 nm.Со разделување, дистрофинот може да ја „тампонира“ силата на контракција-релаксација произведена од кардиомиоцитите10.Со оглед на разновидноста на протеините и фосфолипидите кои комуницираат со домени на повторување на спектринот, интересно е да се шпекулира дали одмотувањето на повторувањето на спектринот ја менува врзувачката кинетика на механосензитивните протеини на начин сличен на оној на талин116,117,118.Сепак, тоа се уште не е утврдено и потребна е дополнителна истрага.