Paslanmaz Çelik 347 / 347H Kaynaklı bobin Tüpleri zhemical bileşen, Kas hücrelerinin mekanotransdüksiyonunda distrofin glikoprotein komplekslerinin rolü

Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Slayt başına üç makale gösteren kaydırıcılar.Slaytlar arasında ilerlemek için geri ve ileri düğmelerini veya her slaytta ilerlemek için sondaki slayt denetleyici düğmelerini kullanın.

Distrofin, iskelet kası ve kardiyomiyositlerdeki distrofin-glikoprotein kompleksinin (DGC) ana proteinidir.Distrofin, aktin hücre iskeletini hücre dışı matrise (ECM) bağlar.Hücre dışı matriks ile hücre içi hücre iskeleti arasındaki bağlantının kopması, iskelet kası hücrelerinin homeostazisi üzerinde yıkıcı sonuçlar doğurabilir ve bir dizi kas distrofisine yol açabilir.Ek olarak fonksiyonel DGC'lerin kaybı ilerleyici dilate kardiyomiyopatiye ve erken ölüme yol açar.Distrofin moleküler bir yay görevi görür ve DHA sarkolemmanın bütünlüğünü korumada anahtar rol oynar.Dahası, DGC'yi mekanik sinyallemeye bağlayan kanıtlar birikiyor, ancak bu rol tam olarak anlaşılmamış durumda.Bu derleme makalesi, DGC'lere ve bunların mekanotransdüksiyondaki rollerine modern bir bakış sunmayı amaçlamaktadır.Öncelikle kas hücresi mekaniği ve işlevi arasındaki karmaşık ilişkiyi tartışacağız ve ardından distrofin glikoprotein kompleksinin mekanotransdüksiyon ve kas hücresi biyomekanik bütünlüğünün korunmasındaki rolü üzerine son araştırmaları gözden geçireceğiz.Son olarak, özellikle kardiyomiyopatiye odaklanarak gelecekteki potansiyel müdahale noktalarını vurgulamak için DGC sinyallemesinin mekano-sinyalleme yollarıyla nasıl kesiştiğini anlamak için mevcut literatürü gözden geçiriyoruz.
Hücreler mikro çevreleriyle sürekli iletişim halindedir ve biyomekanik bilgilerin yorumlanması ve entegrasyonu için aralarında iki yönlü bir diyalog gereklidir.Biyomekanik, genel hücresel fenotipi uzay ve zaman içinde kontrol ederek sonraki önemli olayları (örneğin hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesi) kontrol eder.Kardiyomiyositlerdeki bu sürecin merkezinde, sarkolemmanın integrin-talin-vinkülin ve distrofin-glikoprotein (DGC) komplekslerinden oluşan bir sarkere bağlandığı bölge olan kostal bölge bulunur.Hücre içi hücre iskeletine bağlanan bu ayrı fokal adezyonlar (FA'lar), farklılaşmayı, proliferasyonu, organogenezi, göçü, hastalığın ilerlemesini ve daha fazlasını kontrol eden bir dizi biyomekanik ve biyokimyasal hücresel değişiklik yayar.Biyomekanik kuvvetlerin biyokimyasal ve/veya (epi)genetik değişikliklere dönüştürülmesi mekanotransdüksiyon1 olarak bilinir.
İntegrin transmembran reseptörü 2'nin hücre dışı matrisi hücrelere sabitlediği ve hem iç hem de dış sinyallemeye aracılık ettiği uzun zamandır bilinmektedir.İntegrinlere paralel olarak DGC'ler ECM'yi hücre iskeletine bağlayarak hücrenin içi ve dışı arasında kritik bir bağlantı kurar3.Tam uzunluktaki distrofin (Dp427) öncelikle kalp ve iskelet kasında ifade edilir, ancak aynı zamanda retina ve Purkinje dokusu4 dahil olmak üzere merkezi sinir sistemi dokularında da gözlenir.İntegrinler ve DGC'deki mutasyonların müsküler distrofi ve ilerleyici dilate kardiyomiyopatinin (DCM) nedenleri olduğu düşünülmektedir (Tablo 1)5,6.Özellikle merkezi distrofin proteini DGC'leri kodlayan DMD mutasyonları Duchenne kas distrofisine (DMD)7 neden olur.DGC, α- ve β-distroglikan (α/β-DG), sarkoglikan-spanin, distrofin ve distrofin 8 dahil olmak üzere çeşitli alt komplekslerden oluşur.
Distrofin, DMD (Xp21.1-Xp22) tarafından kodlanan ve DGC'nin korunmasında merkezi bir rol oynayan bir hücre iskeleti proteinidir.DGC, çizgili kas dokusunun plazma zarı olan sarkolemmanın bütünlüğünü korur.Distrofin, moleküler bir yay ve moleküler yapı iskelesi gibi davranarak kasılmanın neden olduğu hasarı daha da azaltır9,10.Tam uzunluktaki distrofinin 427 kDa'lık bir moleküler ağırlığı vardır, ancak DMD'deki birçok dahili promoter nedeniyle, Dp7111 dahil olmak üzere doğal olarak oluşan birkaç kesik izoform vardır.
Aksesuar proteinlerin, nöronal nitrik oksit sentaz (nNOS), Yes ile ilişkili protein (YAP) ve kaveolin-3 gibi gerçek mekanotransdüserler dahil olmak üzere distrofine lokalize olduğu, dolayısıyla hücresel sinyallemenin önemli bileşenlerini temsil ettiği gösterilmiştir.Bileşik 12, 13, 14. İntegrinler ve bunların aşağı yöndeki hedefleri tarafından oluşturulan, hücreler ve matris arasındaki etkileşimlerle ilişkili hücresel bir mekanizma olan yapışmaya ek olarak, bu iki kompleks hücrenin "iç" ve "dış" arasındaki arayüzü temsil eder. .Bu fokal adezyonların anormal yıkımdan korunması hücre davranışı ve hayatta kalması için kritik öneme sahiptir.Ek olarak veriler, distrofinin, özellikle L tipi Ca2+ kanalları ve TRPC 15 kanalları olmak üzere, gerilmeyle aktive edilen kanallar dahil, mekanosensitif iyon kanallarının bir modülatörü olduğunu desteklemektedir.
Distrofin çizgili kas hücrelerinin homeostatik fonksiyonu için önemli olmasına rağmen, kesin destek mekanizmaları, özellikle de distrofinin rolü ve onun bir mekanosensör ve mekanik koruyucu olarak hareket etme yeteneği daha az açıktır.Distrofin kaybına bağlı olarak, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok cevaplanmamış soru ortaya çıkmıştır: YAP ve AMPK gibi mekanosensitif proteinler sarkolemmaya yanlış mı yerleşmiştir;Anormal mekanotransdüksiyona yol açabilecek durumlar olan integrinlerle karışma var mı?Bu özelliklerin tümü DMD'li hastalarda görülen şiddetli DCM fenotipine katkıda bulunabilir.
Ek olarak hücresel biyomekanikteki değişikliklerin genel DMD fenotipiyle ilişkisinin önemli klinik etkileri vardır.DMD, 1:3500-5000 erkeği etkileyen X'e bağlı bir kas distrofisidir; erken mobilite kaybı (<5 yıl) ve diğer etiyolojilerin DCM'sinden önemli ölçüde daha kötü prognoza sahip ilerleyici DCM ile karakterizedir16,17,18.
Distrofin kaybının biyomekaniği tam olarak tanımlanmamıştır ve burada distrofinin gerçekten de mekano-koruyucu bir rol oynadığı, yani sarkolemmanın bütünlüğünü koruduğu ve mekanotransdüksiyonda kritik olduğu fikrini destekleyen kanıtları gözden geçireceğiz.Ek olarak, integrinlerle, özellikle çizgili kas hücrelerinde laminin α7β1D'yi bağlayan önemli çapraz karışmayı öne süren kanıtları da inceledik.
Eklemeler ve silmeler DMD'deki çok sayıda mutasyondan sorumludur; mutasyonların %72'si bu tür mutasyonlardan kaynaklanmaktadır19.Klinik olarak DMD, bebeklik döneminde (≤5 yaş) hipotansiyon, pozitif Gower belirtisi, yaşa bağlı değişikliklerin gecikmiş ilerlemesi, zeka geriliği ve iskelet kası atrofisi ile kendini gösterir.Solunum sıkıntısı tarihsel olarak DMD hastalarında önde gelen ölüm nedeni olmuştur, ancak geliştirilmiş destekleyici bakım (kortikosteroidler, sürekli pozitif hava yolu basıncı) bu hastalarda yaşam beklentisini arttırmıştır ve 1990'dan sonra doğan DMD hastalarının ortalama yaşı 28,1'dir 20 ,21 ..Bununla birlikte, hastanın hayatta kalması arttıkça, ilerleyici DCM'nin prognozu diğer kardiyomiyopatilere kıyasla önemli ölçüde daha kötüdür16 ve bu durum, şu anda ölümün önde gelen nedeni olan ve DMD ölümlerinin yaklaşık %50'sinden sorumlu olan son dönem kalp yetmezliğine yol açmaktadır17,18.
Progresif DCM, artan sol ventriküler dilatasyon ve kompliyans, ventriküler incelme, artmış fibroyağ infiltrasyonu, azalmış sistolik fonksiyon ve artmış aritmi sıklığı ile karakterizedir.DMD'li hastalarda DCM'nin derecesi ergenliğin sonlarında (%90 ila 18 yaş arası) neredeyse evrenseldir, ancak 10 yaşına kadar hastaların yaklaşık %59'unda mevcuttur8,22.Sol ventriküler ejeksiyon fraksiyonunun yılda %1,6 oranında istikrarlı bir şekilde azalması nedeniyle bu konunun ele alınması kritik öneme sahiptir23.
DMD hastalarında kardiyak aritmiler, özellikle sinüs taşikardisi ve ventriküler taşikardi yaygındır ve ani kardiyak ölümün nedenidir22.Aritmiler, özellikle subbazal sol ventrikülde fibroyağ infiltrasyonunun sonucudur ve bu durum dönüş devresini, ayrıca [Ca2+]i işleme fonksiyon bozukluğunu ve iyon kanalı fonksiyon bozukluğunu bozar24,25.Erken tedavi stratejileri şiddetli DCM'nin başlangıcını geciktirebileceğinden, klinik kardiyak tablonun tanınması kritik öneme sahiptir.
Kalp fonksiyon bozukluklarını ve iskelet kası morbiditesini tedavi etmenin önemi, DMD'de mevcut olan altta yatan kalp sorunlarına değinmeden iskelet kası dokusunu iyileştirmenin etkilerini incelemek için mdx26 adı verilen DMD'nin bir fare modelini kullanan ilginç bir çalışmada gösterilmiştir.Burada yazarlar, iskelet kasındaki iyileşmeden sonra kalp fonksiyon bozukluğunda paradoksal olarak 5 kat artış olduğunu ve farelerin ejeksiyon fraksiyonunda önemli bir azalma olduğunu gösterdi26.Geliştirilmiş iskelet kası fonksiyonu, daha yüksek fiziksel aktivitenin miyokard üzerinde daha fazla baskı oluşturmasına olanak tanır ve bu da onu genel işlev bozukluğuna daha duyarlı hale getirir.Bu, genel olarak DMD hastalarını tedavi etmenin önemini vurgulamakta ve yalnızca iskelet kası tedavisine karşı uyarıda bulunmaktadır.
DGC'ler birkaç ek işlevi yerine getirir; yani sarkolemmaya yapısal stabilite sağlar, bir sinyal bağlantısı görevi gören moleküler bir iskele haline gelir, mekanosensitif iyon kanallarını düzenler, kostal mekanotransdüksiyonun çekirdeğini oluşturur ve bölgedeki yanal kuvvetin iletilmesine katılır. kaburgalar (Şekil 1b)..Distrofin bu yetenekte merkezi bir rol oynar ve birçok dahili promoterin varlığı nedeniyle her biri farklı dokularda farklı bir rol oynayan birkaç farklı izoform vardır.Farklı distrofin izoformlarının farklı doku ekspresyonu, her izoformun farklı bir rol oynadığı fikrini desteklemektedir.Örneğin, kalp dokusu distrofinin tam uzunluğunu (Dp427m) ve daha kısa Dp71m izoformunu eksprese ederken, iskelet dokusu ikisinden yalnızca ilkini eksprese eder.Her bir alt tipin rolünün gözlemlenmesi, yalnızca fizyolojik işlevini değil aynı zamanda müsküler distrofinin patogenezini de ortaya çıkarabilir.
Tam uzunluktaki distrofinin (Dp427m) ve daha küçük, kesik Dp71 izoformunun şematik gösterimi.Distrofin, dört döngüyle ayrılmış 24 spektrin tekrarının yanı sıra bir aktin bağlama alanı (ABD), sistein açısından zengin bir (CR) alanı ve bir C terminaline (CT) sahiptir.Mikrotübüller (MT'ler) ve sarkolemma dahil olmak üzere anahtar bağlanma ortakları tanımlanmıştır.Dp71'in birçok izoformu vardır; Dp71m kas dokusunu, Dp71b ise sinir dokusu izoformunu belirtir.Özellikle Dp71f, nöronların sitoplazmik izoformunu ifade eder.b Distrofin-glikoprotein kompleksi (DHA) bir bütün olarak sarkolemmada bulunur.Biyomekanik kuvvetler ECM ve F-aktin arasında geçiş yapar.DGC'ler ve integrin yapışması arasındaki potansiyel karışmaya dikkat edin; Dp71, fokal yapışmalarda rol oynayabilir.Biorender.com ile oluşturuldu.
DMD en yaygın kas distrofisidir ve DMD'deki mutasyonlardan kaynaklanır.Bununla birlikte, anti-distrofinin rolüne ilişkin mevcut anlayışımızı tam olarak anlamak için onu bir bütün olarak DGC bağlamına yerleştirmek önemlidir.Böylece diğer kurucu proteinler kısaca anlatılacaktır.DGC'nin protein bileşimi, 1980'lerin sonlarında distrofine özellikle dikkat edilerek incelenmeye başlandı.Koenig27,28, Hoffman29 ve Ervasti30 çizgili kasta31 427 kDa'lık bir protein olan distrofini tanımlayarak önemli bir keşif yaptılar.
Daha sonra, birlikte mevcut DGC modelini oluşturan sarkoglikan, distrofin transmembran alt kompleksi, disbrevin ve sentrofinler8 dahil olmak üzere diğer alt komplekslerin distrofin ile ilişkili olduğu gösterilmiştir.Bu bölüm, bireysel bileşenleri ayrıntılı olarak incelerken ilk olarak DGC'nin mekanosensör algıdaki rolüne ilişkin kanıtları yayacaktır.
Çizgili kas dokusunda bulunan tam uzunluktaki distrofin izoformu Dp427m'dir (örneğin kasın onu beyinden ayırt etmesi için "m") ve kardiyomiyosit sarkolemmasının altında, özellikle kostal bölgede yer alan dört fonksiyonel alana sahip, büyük, çubuk şeklinde bir proteindir. 29, 32. Xp21.1'deki DMD geni tarafından kodlanan Dp427m, 2,2 megabazda üretilen 79 ekzondan oluşur ve dolayısıyla genomumuzdaki en büyük gendir8.
DMD'deki çeşitli dahili promotörler, bazıları dokuya özgü olan birden fazla kesik distrofin izoformu üretir.Dp427m ile karşılaştırıldığında, Dp71m önemli ölçüde kesiktir ve bir spektrin tekrar alanı veya bir N-terminal ABD alanı içermez.Ancak Dp71m, C-terminali bağlanma yapısını korur.Kardiyomiyositlerde Dp71m'nin rolü belirsizdir, ancak T tübüllerinde lokalize olduğu gösterilmiştir, bu da uyarılma-kasılma eşleşmesini düzenlemeye yardımcı olabileceğini düşündürmektedir 33,34,35.Bildiğimiz kadarıyla, Dp71m'nin kalp dokusunda yakın zamanda keşfedilmesi çok az ilgi görmüştür, ancak bazı çalışmalar bunun gerilmeyle aktive olan iyon kanallarıyla ilişkili olduğunu öne sürmektedir ve Masubuchi, bunun nNOS33'ün düzenlenmesinde rol oynayabileceğini öne sürmüştür., 36. Bunu yaparken, Dp71 nörofizyoloji ve trombosit araştırmalarında, kardiyomiyositlerdeki rolüne dair fikir verebilecek alanlarda önemli ilgi görmüştür37,38,39.
Sinir dokusunda ağırlıklı olarak Dp71b izoformu eksprese edilir ve 14 izoform rapor edilmiştir38.Merkezi sinir sistemindeki aquaporin 4 ve Kir4.1 potasyum kanallarının önemli bir düzenleyicisi olan Dp71b'nin silinmesinin, kan-beyin bariyeri geçirgenliğini değiştirdiği gösterilmiştir40.Dp71b'nin iyon kanalı düzenlemesindeki rolü göz önüne alındığında, Dp71m'nin kardiyomiyositlerde benzer bir rol oynayabileceği düşünülmektedir.
Kostal gangliyonlarda DGC'nin varlığı, mekanotransdüksiyonda bir rolü hemen gösterir ve aslında integrin-talin-vinculin kompleksleri 41 ile birlikte lokalize olduğu gösterilmiştir.Ayrıca, kostal segmentin enine mekanotransdüksiyonun odak noktası olduğu göz önüne alındığında, Dp427m'nin buradaki lokalizasyonu, hücrelerin kasılmanın neden olduğu hasardan korunmasındaki rolünü vurgulamaktadır.Ayrıca Dp427m, aktin ve mikrotübül hücre iskeleti ile etkileşime girerek hücre içi ortam ile hücre dışı matris arasındaki bağlantıyı tamamlar.
Aktin bağlama alanı 1'i (ABD1) içeren N-ucu, F-aktin ile etkileşim için gerekli olan ve γ-aktin izoformunun sarkolemmaya42,43 sabitlenmesi için gerekli olan iki kalmodulin homoloji alanından (CH) oluşur.Distrofin, sarkolemmal hücre iskeletine bağlanarak kardiyomiyositlerin genel viskoelastisitesine katkıda bulunabilir ve kostal ganglionlardaki lokalizasyonu, mekanik korumanın yanı sıra mekanotransdüksiyondaki rolünü de destekler44,45.
Merkezi çekirdek alanı, her biri yaklaşık 100 amino asit kalıntısı uzunluğunda olan 24 spektrin benzeri tekrar proteininden oluşur.Spektrin tekrarları, proteine ​​esneklik ve yüksek derecede uzayabilirlik kazandıracak şekilde dört menteşe alanıyla serpiştirilmiştir.Distrofin spektrin tekrarları, 21 nm'den 84 nm'ye kadar uzanan fizyolojik kuvvet aralığı (15-30 pN) içinde ortaya çıkabilir, kuvvetler miyozin kasılması 46 için elde edilebilir.Spektrin tekrar alanının bu özellikleri, distrofinin moleküler bir amortisör görevi görmesine izin verir.
Dp427m'nin merkezi çubuğu, özellikle fosfatidilserin 47,48 ile hidrofobik ve elektrostatik etkileşimler yoluyla sarkolemmada lokalizasyonunu sağlar.İlginç bir şekilde, distrofinin merkezi çekirdeği, iskelet ve kalp dokularındaki sarkolemma fosfolipitleriyle farklı şekilde etkileşime girer ve muhtemelen farklı yaylanma modellerini yansıtır.kritiktir, iskelet kasları da R10-R1249 ile ilişkilidir.
γ-aktin hücre iskeletine bağlanma, temel amino asit kalıntılarından oluşan ve F-aktin bağlayıcı CH alanından farklı olan ABD2 spektrin tekrarı 11-17 bölgesini gerektirir.Mikrotübüller doğrudan distrofinin çekirdek alanıyla etkileşime girer; bu etkileşim, 4-15 ve 20-23 spektrin tekrarlarının kalıntılarını gerektirir ve bu bölgede mikrotübüllerin oluşumunu önlemek için ankirin B'nin varlığı gerekir.Tüpler yok 50,51,52.Mikrotübüller ve distrofin arasındaki boşluğun, reaktif oksijen türlerini (X-ROS) artırarak DMD patolojisini şiddetlendirdiği gösterilmiştir.
Ankirin B aracılığıyla CR alanı sarkolemmal fosfolipitler için başka bir çapadır52.Ankirin-B ve ankirin-G, distrofin/DGC'nin kaburga lokalizasyonu için gereklidir ve bunların yokluğu, DGC52'nin yaygın sarkolemmal modeliyle sonuçlanır.
CR alanı, β-DG'nin PPxY bağlama motifi ile doğrudan etkileşime giren bir WW bağlama alanı içerir.Distrofin-glikan kompleksine bağlanarak, distrofin hücre içi ve dışı arasındaki bağlantıyı tamamlar54.Bu bağlantı çizgili kas için kritik öneme sahiptir; ECM ile hücrenin içi arasındaki bağlantının bozulmasının yaşamı sınırlayan kas distrofisine yol açması gerçeğiyle kanıtlanmıştır.
Son olarak, CT alanı, sarmal bir sarmal oluşturan ve a-distrobrevin ve a1-,β1-sentrofinlere55,56 bağlanma için kritik olan, oldukça korunmuş bir bölgedir.α-distrobrevin, distrofinin CT alanına bağlanır ve sarkolemmada distrofine karşı ek direnç sağlar57.
Embriyonik ve fetal gelişim sırasında Utrophin, endotel hücreleri, sinir dokusu ve çizgili kas dokusu dahil olmak üzere çeşitli dokularda yaygın olarak eksprese edilir58.Utrofin, kromozom 6q üzerinde bulunan UTRN tarafından ifade edilir ve %80 protein homolojisine sahip bir distrofin otologudur.Gelişim sırasında utrofin sarkolemmada lokalize olur ancak doğum sonrası çizgili kas dokusunda belirgin şekilde baskılanır ve yerini distrofin alır.Doğumdan sonra utrofinin lokalizasyonu iskelet kaslarının tendonları ve nöromüsküler kavşaklarıyla sınırlıdır58,59.
Utrofin bağlanma ortakları, bazı önemli farklılıklar tanımlanmış olmasına rağmen, genel olarak distrofinlerinkine benzer.Örneğin distrofin, 3307-3354 sisteik asit kalıntılarının bu etkileşim için özellikle önemli olduğu CT bölgesi içindeki ZZ alanı (iki çinko iyonunu bağlama yeteneği olarak adlandırılmıştır) tarafından stabilize edilen WW alanı aracılığıyla β-DG ile etkileşime girer60 ., 61. Utrofin ayrıca WW/ZZ alanı yoluyla β-DG'ye bağlanır, ancak bu etkileşimi destekleyen kesin kalıntılar distrofin kalıntılarından farklıdır (distrofinde 3307-3345 ve utrofinde 3064-3102) 60,61.Daha da önemlisi, utrofinin β-DG'ye bağlanması, distrofin 61'e kıyasla yaklaşık 2 kat daha düşüktü. Distrofinin, 11-17 spektrin tekrarları yoluyla F-aktin'e bağlandığı rapor edilirken, utrofindeki benzer bölgelerin F-aktin'e bağlanamadığı rapor edilmiştir. yüksek konsantrasyonlara sahiptir, ancak CH alanları aracılığıyla etkileşime girebilirler.Eylem 62,63,64.Son olarak, distrofinin aksine utrofin mikrotübüllere bağlanamaz51.
Biyomekanik olarak utrofin spektrin tekrarları, distrofin65 ile karşılaştırıldığında belirgin bir açılma düzenine sahiptir.Utrophin-spectrin, titin'e benzer şekilde ancak distrofin65'e benzer şekilde daha yüksek kuvvetlerde konuşlanmayı tekrarlar.Bu, tendon kavşaklarında sert elastik kuvvetin iletilmesindeki lokalizasyonu ve rolü ile tutarlıdır, ancak utrofinin, kasılma 65 tarafından indüklenen tamponlama kuvvetlerinde moleküler bir yay olarak hareket etme konusunda daha az uygun olmasına neden olabilir.Birlikte ele alındığında, bu veriler, utrofin aşırı ekspresyonu varlığında, özellikle farklı bağlanma ortakları/mekanizmaları göz önüne alındığında, mekanotransdüksiyon ve mekano-tamponlama yeteneklerinin değişebileceğini göstermektedir, ancak bu daha fazla deneysel çalışma gerektirir.
İşlevsel açıdan bakıldığında, utrofinin distrofin ile benzer etkilere sahip olduğuna inanılması, onu DMD için potansiyel bir tedavi hedefi haline getirmektedir66,67.Aslında, bazı DMD hastalarının muhtemelen telafi edici bir mekanizma olarak utrofini aşırı eksprese ettiği gösterilmiştir ve fenotip, utrophin aşırı ekspresyonu olan bir fare modelinde başarıyla geri yüklenmiştir68.Utrofinin yukarı regülasyonu olası bir terapötik strateji olsa da, utrofin ile distrofin arasındaki biçimsel ve işlevsel farkın ve bu aşırı ekspresyonun sarkolemma boyunca uygun lokalizasyonla uyarılmasının faydasının dikkate alınması, utrofinin uzun vadeli stratejisini hala belirsiz hale getirmektedir.Özellikle dişi taşıyıcılar, utrofin ekspresyonunun mozaik bir modelini gösterir ve distrofin ile utrofin arasındaki oran, bu hastalarda dilate kardiyomiyopatinin derecesini etkileyebilir,69 ancak taşıyıcıların fare modelleri bunu göstermiştir..
Distroglikan alt kompleksi, her ikisi de DAG1 geninden kopyalanan ve daha sonra translasyon sonrası iki bileşenli proteinlere 71 bölünen iki proteinden, a- ve β-distroglikandan (a-, β-DG) oluşur.a-DG, DGC'lerin hücre dışı yönünde yüksek oranda glikosile edilir ve laminin a2'deki prolin kalıntılarının yanı sıra agrin72 ve pikakülin73 ve distrofinin73,74,75,76 CT/CR bölgesi ile doğrudan etkileşime girer.ECM ile etkileşimi için özellikle serin kalıntılarının O-bağlı glikosilasyonu gereklidir.Glikozilasyon yolu, mutasyonları kas distrofisine yol açan birçok enzimi içerir (ayrıca bkz. Tablo 1).Bunlar arasında O-mannosiltransferaz POMT2, fukutin ve fukutinle ilişkili protein (FKRP), çekirdek glikanına tandem ribitol fosfatlar ekleyen iki ribitol fosfotransferaz ve ksiloz ve glikoz ekleyen LARGE1 proteini bulunur.Glikanın sonundaki matris glikanı olarak da bilinen doğrusal üronik asit polisakarit77.FKRP aynı zamanda ECM'nin geliştirilmesinde ve sürdürülmesinde de rol oynar ve buradaki mutasyonlar, laminin α2 ve α-DG77,78,79 ekspresyonunun azalmasına yol açar.Ek olarak FKRP, glikosile edilmiş fibronektin 80 yoluyla bazal lamina ve kardiyak hücre dışı matrisin oluşumunu da yönlendirebilir.
β-DG, YAP12'yi doğrudan lokalize eden ve tecrit eden bir PPxY bağlama motifi içerir.Bu ilginç bir bulgudur çünkü DGC'nin kardiyomiyosit hücre döngüsünü düzenlediğini ima etmektedir.Yenidoğan kardiyomiyositlerindeki α-DH, hücre olgunlaşması nedeniyle kalp rejenerasyonunu ve DGC76 lizizini destekleyen agrin ile etkileşime girer.Kardiyomiyositler olgunlaştıkça aggrin ekspresyonu, hücre döngüsünün durdurulmasına katkıda bulunduğu düşünülen laminin lehine azalır76.Morikawa12, YAP'ın negatif düzenleyicisi olan distrofin ve salvador'un çifte devre dışı bırakılmasının, enfarktüse neden olan işkembede kardiyomiyositlerin hiperproliferasyonuna yol açtığını gösterdi.Bu, YAP manipülasyonunun miyokard enfarktüsünden sonra doku kaybını önlemede klinik değere sahip olabileceği yönünde heyecan verici bir fikre yol açtı.Bu nedenle, agrinin neden olduğu DGC lizizi, YAP aktivasyonuna izin veren bir ekseni temsil edebilir ve kalp rejenerasyonu için potansiyel bir yol olabilir.
Mekanik olarak, α- ve β-DG sarkolemma ve bazal katman 81 arasındaki etkileşimi sürdürmek için gereklidir.Hem α-DG hem de α7 integrinleri kostal ganglionda kuvvet oluşumuna katkıda bulunur ve α-DG kaybı sarkolemmanın bazal laminadan ayrılmasına neden olarak iskelet kası dokusunu kasılmanın neden olduğu hasara karşı savunmasız bırakır.Daha önce açıklandığı gibi distroglikan kompleksi, DGC'lerin genel cirosunu düzenler; burada aynı kökenli ligand laminine bağlanma, β-DG892'nin PPPY bağlanma motifinin tirozin fosforilasyonuyla sonuçlanır.Buradaki tirozin fosforilasyonu, DGC kompleksini çeviren distrofinin parçalanmasını teşvik eder.Fizyolojik olarak bu süreç oldukça düzenlidir ve müsküler distrofide yoktur82, ancak bu süreci kontrol eden altta yatan mekanizmalar tam olarak anlaşılmamıştır.
Döngüsel gerilmenin, distrofin kompleksi ve ilgili protein plektin yoluyla ERK1/2 ve AMPK yollarını aktive ettiği gösterilmiştir83.Plektin ve distroglikanın birlikte yalnızca bir iskele görevi görmesi değil, aynı zamanda mekanotransdüksiyona katılması da gerekir ve plektinin yıkılması, ERK1/2 ve AMPK83 aktivitesinde bir azalmaya yol açar.Plektin ayrıca hücre iskeleti ara filaman desminine de bağlanır ve desmin aşırı ekspresyonunun, bir DMD84 çift nakavt fare modeli olan mdx:desmin ve mdx farelerinde hastalık fenotipini iyileştirdiği gösterilmiştir.Plektin, β-DG ile etkileşime girerek dolaylı olarak DGC'yi hücre iskeletinin bu bileşenine bağlar.Ayrıca distroglikan, hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesinde rol oynadığı bilinen büyüme faktörü reseptör bağlayıcı protein 2 (Grb2) ile etkileşime girer85.İntegrin tarafından Ras aktivasyonunun, integrinler ve DGC86 arasındaki çapraz karışma için potansiyel bir yol sağlayabilen Grb2 aracılığıyla aracılık ettiği gösterilmiştir.
α-DH glikozilasyonunda yer alan genlerdeki mutasyonlar, kas distrofisi olarak adlandırılan duruma yol açar.Disstroglikanopatiler klinik heterojenlik gösterir ancak esas olarak a-DG ile laminin a277 arasındaki etkileşimdeki bir bozulmadan kaynaklanır.DAG1'deki birincil mutasyonların neden olduğu distrofiglikanozlar genellikle son derece nadirdir, muhtemelen embriyonik öldürücü oldukları için87, bu da ECM ile hücresel ilişki ihtiyacını doğrulamaktadır.Bu, çoğu distrofik glikan hastalığının glikosilasyonla ilişkili ikincil protein mutasyonlarından kaynaklandığı anlamına gelir.Örneğin, POMT1'deki mutasyonlar, anensefali ve yaşam beklentisinin belirgin şekilde kısalması (3 yıldan az) ile karakterize olan son derece şiddetli Walker-Warburg sendromuna neden olur88.Bununla birlikte, FKRP mutasyonları ağırlıklı olarak, genellikle (ancak her zaman değil) nispeten hafif olan uzuv-kuşak kas distrofisi (LGMD) olarak ortaya çıkar.Ancak FKRP'deki mutasyonların WWS89'un nadir bir nedeni olduğu gösterilmiştir.FKRP'de birçok mutasyon tespit edilmiştir ve bunların kurucu mutasyonu (c.826>A) en yaygın olarak LGMD2I90'a neden olur.
LGMD2I, patogenezi hücre dışı matris ile hücre içi hücre iskeleti arasındaki bağlantının bozulmasına dayanan nispeten hafif bir kas distrofisidir.Bu genlerde mutasyon bulunan hastalarda genotip ve fenotip arasındaki ilişki daha az açıktır ve aslında bu kavram diğer DSC proteinlerine de uygulanabilir.Neden FKRP mutasyonlarına sahip bazı hastalar WWS ile tutarlı bir hastalık fenotipi gösterirken diğerlerinde LGMD2I var?Bu sorunun cevabı i) glikosilasyon yolunun hangi basamağının mutasyondan etkilendiği ya da ii) herhangi bir basamaktaki hipoglikosilasyonun derecesidir.α-DG'nin hipoglikosilasyonu yine de ECM ile bir dereceye kadar etkileşime izin verebilir ve bu da daha hafif bir genel fenotiple sonuçlanırken, bazal membrandan ayrışma hastalık fenotipinin şiddetini arttırır.LGMD2I hastalarında ayrıca DCM gelişir, ancak bu DMD'den daha az belgelenmiştir, bu da bu mutasyonların kardiyomiyositler bağlamında anlaşılmasının aciliyetini motive etmektedir.
Sarkospan-sarkoglikan alt kompleksi DHA oluşumunu teşvik eder ve doğrudan β-DH ile etkileşime girer.Kalp dokusunda dört adet tek yönlü sarkoglikan vardır: α, β, γ ve δ91.Yakın zamanda SGCA geninin 3. eksonunda bir c.218C>T missense mutasyonunun ve 7-8. ekzonlarda kısmi heterozigot delesyonun LGMD2D92'ye neden olduğu açıklanmıştır.Ancak bu vakada yazarlar kardiyak fenotipi değerlendirmemişlerdir.
Diğer gruplar, domuz93 ve fare94 modellerindeki SGCD'nin, sarkoglikan alt kompleksinde protein ekspresyonunun azalmasına neden olduğunu, DGC'lerin genel yapısını bozduğunu ve DCM'ye yol açtığını bulmuşlardır.Ayrıca SGCA, SGCB veya SGCG mutasyonu olan tüm hastaların %19'unda dilate kardiyomiyopati olduğu ve tüm hastaların %25'inde solunum desteğine ihtiyaç duyulduğu da bildirildi95.
Sarkoglikan (SG) δ'daki resesif mutasyonlar, sarkoglikan komplekslerinin ve dolayısıyla kalp dokusundaki DGC'nin azalmasına veya tamamen yok olmasına neden olur ve LGMD ve bununla ilişkili DCM96'dan sorumludur.İlginç bir şekilde, SG-δ'daki baskın-negatif mutasyonlar kardiyovasküler sisteme özgüdür ve ailesel dilate kardiyomiyopatinin nedenidir97.SG-δ R97Q ve R71T dominant-negatif mutasyonlarının, toplam DGC98'de önemli bir bozulma olmaksızın sıçan kardiyomiyositlerinde stabil bir şekilde eksprese edildiği gösterilmiştir.Bununla birlikte, bu mutasyonları taşıyan kalp hücreleri, DCM98 fenotipiyle tutarlı olarak sarkolemma hasarına, geçirgenliğe ve mekanik stres altında mekanik fonksiyon bozukluğuna karşı daha duyarlıdır.
Sarcospan (SSPN), sarkoglikan alt kompleksinde lokalize olan 25 kDa'lık bir tetraspanindir ve bir protein iskelesi olarak görev yaptığına inanılmaktadır99,100.Bir protein iskelesi olarak SSPN, a-DG99,101'in lokalizasyonunu ve glikosilasyonunu stabilize eder.Fare modellerinde SSPN'nin aşırı ekspresyonunun kas ve laminin 102 arasındaki bağlanmayı arttırdığı bulunmuştur.Ek olarak, SSPN'nin integrinlerle etkileşime girdiğinin gösterilmesi, iki kaburga komissürü, DGC ve integrin-talin-vinkulin glikoprotein yapısı arasındaki çapraz karışmanın derecesini ortaya koymaktadır100,101,102.SSPN'nin devre dışı bırakılması ayrıca fare iskelet kasında α7β1'de bir artışa neden oldu.
Yakın zamanda yapılan bir çalışma, sarkospan aşırı ekspresyonunun, DMD'nin mdx fare modelinde galaktosilaminotransferaz 2'nin (Galgt2) yıkılmasından bağımsız olarak kalp dokusunda a-DG'nin olgunlaşmasını ve glikosilasyonunu arttırdığını, dolayısıyla hastalık fenotipi 101'i hafiflettiğini gösterdi. Distroglikan kompleksinin artan glikosilasyonu, ile etkileşimi artırabilir. ECM, böylece hastalığı en fazla hafifletir.Üstelik sarkospanın aşırı ifadesinin, β1D integrinin DGC'lerle etkileşimini azalttığını göstermişler ve bu da sarkospanın integrin komplekslerinin düzenlenmesinde olası bir rolünün altını çizmiştir101.
Sentrofinler, DGC'lerde lokalize olan, kendileri içsel enzimatik aktiviteye sahip olmayan ve moleküler adaptörler olarak görev yapan küçük (58 kDa) proteinlerden oluşan bir ailedir103,104.Dokuya özgü ekspresyon gösteren beş izoform (α-1, β-1, β-2, γ-1 ve γ-2) tanımlanmıştır; α-1 izoformu ağırlıklı olarak çizgili kas dokusunda105 ifade edilmiştir.Sentrofinler, distrofin ile iskelet kasındaki nöronal nitrik oksit sentaz (nNOS) dahil sinyal molekülleri arasındaki iletişimi kolaylaştıran önemli adaptör proteinlerdir106.a-sentrofin, distrofin 16-17 spektrin tekrar alanıyla doğrudan etkileşime girer ve bu da nNOS106,107 PDZ bağlama motifine bağlanır.
Sentrofinler ayrıca PH2 ve SU bağlama alanları aracılığıyla distrobrevin ile etkileşime girer ve ayrıca aktin hücre iskeleti 108 ile de etkileşime girer.Aslında, sentrofinler hücre iskeleti dinamiklerinin düzenlenmesinde özellikle önemli bir rol oynuyor gibi görünmektedir ve a ve β izoformları, F-aktin 108 ile doğrudan etkileşime girebilmekte ve dolayısıyla hücresel yapının gerginlik ve biyomekaniğinin düzenlenmesinde muhtemelen bir rol oynayabilmektedir. etki.Ek olarak, sentrofinlerin hücre iskeletini Rac1109 aracılığıyla düzenlediği gösterilmiştir.
Sentrofin seviyelerinin modüle edilmesi işlevi geri yükleyebilir ve mini distrofin kullanılarak yapılan yakın tarihli bir çalışma, ΔR4-R23/ΔCT yapısının a-sentrofini ve diğer DGC proteinlerini WT mdx kardiyomiyositleriyle karşılaştırılabilir seviyelere geri getirebildiğini gösterdi.
Sentrofinlerin hücre iskeletinin düzenlenmesindeki rollerinin yanı sıra iyon kanallarının düzenlenmesinde de iyi bir şekilde belgelenmiştir 111,112,113.Sentrofinlerin PDZ bağlama motifi, kardiyak uyarılabilirlik ve iletimin sağlanmasında anahtar rol oynayan kardiyak voltaja bağımlı Nav1.5111 kanalını düzenler.İlginç bir şekilde, mdx fare modelinde Nav1.5 kanallarının aşağı regüle edildiği ve hayvanlarda kardiyak aritmilerin bulunduğu bulundu111.Ek olarak, mekanosensitif iyon kanalları ailesinin, geçici reseptör potansiyel kanalının (TRPC), kalp dokusunda 113 a1-sentrofin tarafından düzenlendiği gösterilmiştir ve TRPC6 inhibisyonunun, DMD112 fare modelinde aritmileri iyileştirdiği gösterilmiştir.DMD'de artan TRPC6 aktivitesinin, PKG112 ile kombine edildiğinde rahatlayan kardiyak aritmilerle sonuçlandığı rapor edilmiştir.Mekanik olarak, distrofin tükenmesi, kardiyomiyositlerde ve vasküler düz kas hücrelerinde gösterildiği gibi, TRPC6'nın yukarı akışında onu aktive ederek onu aktive eden gerilme kaynaklı [Ca2+]i akışını teşvik eder112,114.TRPC6'nın gerilmeye yönelik hiperaktivasyonu, onu DMD112,114'te önemli bir mekanosensör ve potansiyel terapötik hedef haline getirir.
Distrofin kaybı, tüm DGC kompleksinin lizisine veya belirgin şekilde baskılanmasına yol açar, ardından birçok mekano-koruyucu ve mekanotransdüksiyon fonksiyonunun kaybıyla DMD'de çizgili kas dokusunda görülen felaket fenotipiyle sonuçlanır.Bu nedenle, RSK'lerin uyum içinde çalıştığını ve bireysel bileşenlerin diğer bileşenlerin varlığına ve işleyişine bağlı olduğunu düşünmek makul olabilir.Bu özellikle kardiyomiyositlerde sarkolemma kompleksinin birleşmesi ve lokalizasyonu için gerekli olduğu görülen distrofin için geçerlidir.Her bir bileşen, sarkolemmanın genel stabilizasyonuna, temel yardımcı proteinlerin lokalizasyonuna, iyon kanallarının ve gen ekspresyonunun düzenlenmesine katkıda bulunmada benzersiz bir rol oynar ve DGC'deki tek bir proteinin kaybı, tüm miyokardın düzensizliğine yol açar.
Yukarıda gösterildiği gibi birçok DGC proteini, mekanotransdüksiyon ve sinyalleşmede rol oynar ve distrofin bu role özellikle uygundur.DGC'nin kaburgalarda yer alması, integrinlerle birlikte mekanotransdüksiyona katıldığı görüşünü doğrulamaktadır.Böylece, DGC'ler fiziksel olarak anizotropik kuvvet transferine uğrar ve gerginlik modeliyle tutarlı olarak hücre içi mikro ortamın mekanosensör ve hücre iskeleti yeniden düzenlenmesine katılır.Ek olarak, Dp427m, merkezi çekirdek alanı içindeki spektrin tekrarlarını genişleterek gelen biyomekanik kuvvetleri tamponlar, böylece genişletilmiş 800 nm aralığında 25 pN'lik bir çözme kuvvetini koruyarak bir mekano koruyucu olarak görev yapar.Distrofin, bölünerek, kardiyomiyositlerin ürettiği kasılma-gevşeme kuvvetini “tamponlayabilir”10.Spektrin tekrar alanlarıyla etkileşime giren proteinlerin ve fosfolipitlerin çeşitliliği göz önüne alındığında, spektrin tekrar çözülmesinin mekanosensitif proteinlerin bağlanma kinetiğini talin116,117,118'e benzer bir şekilde değiştirip değiştirmediğini tahmin etmek ilginçtir.Ancak bu henüz belirlenmemiştir ve daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir.