Hindi kinakalawang na asero 347 / 347H Welded coil Tubes zhemical component, Ang papel ng dystrophin glycoprotein complexes sa mechanotransduction ng mga selula ng kalamnan

Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Mga slider na nagpapakita ng tatlong artikulo sa bawat slide.Gamitin ang likod at susunod na mga pindutan upang lumipat sa mga slide, o ang mga pindutan ng slide controller sa dulo upang lumipat sa bawat slide.

Ang Dystrophin ay ang pangunahing protina ng dystrophin-glycoprotein complex (DGC) sa skeletal muscle at cardiomyocytes.Ang Dystrophin ay nagbubuklod sa actin cytoskeleton sa extracellular matrix (ECM).Ang pagkaputol ng koneksyon sa pagitan ng extracellular matrix at ng intracellular cytoskeleton ay maaaring magkaroon ng mapangwasak na mga kahihinatnan para sa homeostasis ng mga skeletal muscle cells, na humahantong sa isang bilang ng mga muscular dystrophies.Bilang karagdagan, ang pagkawala ng mga functional na DGC ay humahantong sa progresibong dilat na cardiomyopathy at napaaga na kamatayan.Ang Dystrophin ay gumaganap bilang isang molecular spring at ang DHA ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapanatili ng integridad ng sarcolemma.Bukod dito, ang ebidensya ay nag-iipon ng pag-uugnay sa DGC sa mechanistic signaling, bagaman ang papel na ito ay nananatiling hindi gaanong naiintindihan.Nilalayon ng artikulo sa pagsusuri na ito na magbigay ng modernong pananaw sa mga DGC at ang kanilang papel sa mechanotransduction.Una naming tinalakay ang kumplikadong ugnayan sa pagitan ng mekanika at pag-andar ng cell ng kalamnan, at pagkatapos ay suriin ang kamakailang pananaliksik sa papel ng dystrophin glycoprotein complex sa mechanotransduction at pagpapanatili ng integridad ng biomechanical ng kalamnan cell.Sa wakas, sinusuri namin ang kasalukuyang panitikan upang maunawaan kung paano nakikipag-intersect ang DGC signaling sa mga mechanosignaling pathway upang i-highlight ang mga potensyal na interbensyon sa hinaharap, na may partikular na pagtuon sa cardiomyopathy.
Ang mga cell ay patuloy na nakikipag-usap sa kanilang microenvironment, at ang dalawang-daan na dialogue sa pagitan ng mga ito ay kinakailangan para sa interpretasyon at pagsasama ng biomechanical na impormasyon.Kinokontrol ng biomechanics ang mga pangunahing kasunod na kaganapan (hal., mga muling pagsasaayos ng cytoskeletal) sa pamamagitan ng pagkontrol sa pangkalahatang cellular phenotype sa espasyo at oras.Ang sentro sa prosesong ito sa cardiomyocytes ay ang costal region, ang rehiyon kung saan kumokonekta ang sarcolemma sa isang sarcomere na binubuo ng integrin-talin-vinculin at dystrophin-glycoprotein (DGC) complexes.Naka-attach sa intracellular cytoskeleton, ang mga discrete focal adhesions (FA) na ito ay nagpapalaganap ng isang kaskad ng biomechanical at biochemical cellular na pagbabago na kumokontrol sa differentiation, proliferation, organogenesis, migration, pag-unlad ng sakit, at higit pa.Ang conversion ng biomechanical forces sa biochemical at/o (epi)genetic na pagbabago ay kilala bilang mechanotransduction1.
Ang integrin transmembrane receptor 2 ay matagal nang kilala na nakaangkla sa extracellular matrix sa mga cell at namamagitan sa parehong panloob at panlabas na pagbibigay ng senyas.Kaayon ng mga integrin, ang mga DGC ay nagbubuklod sa ECM sa cytoskeleton, na nagtatatag ng isang kritikal na link sa pagitan ng labas at loob ng cell3.Ang full-length dystrophin (Dp427) ay pangunahing ipinahayag sa cardiac at skeletal muscle, ngunit sinusunod din sa mga tisyu ng central nervous system, kabilang ang retina at Purkinje tissue4.Ang mga mutasyon sa integrin at DGC ay naisip na mga sanhi ng muscular dystrophy at progresibong dilated cardiomyopathy (DCM) (Talahanayan 1)5,6.Sa partikular, ang mga mutasyon ng DMD na naka-encode sa gitnang dystrophin protein DGC ay nagdudulot ng Duchenne muscular dystrophy (DMD)7.Ang DGC ay binubuo ng ilang mga subcomplex kabilang ang α- at β-dystroglycan (α/β-DG), sarcoglycan-spanin, dystrophin, at dystrophin 8.
Ang Dystrophin ay isang cytoskeletal protein na naka-encode ng DMD (Xp21.1-Xp22) na gumaganap ng pangunahing papel sa pagpapanatili ng DGC.Pinapanatili ng DGC ang integridad ng sarcolemma, ang plasma membrane ng striated muscle tissue.Ang Dystrophin ay higit na pinapahina ang pinsala na dulot ng pag-urong sa pamamagitan ng pagkilos bilang isang molecular spring at molecular scaffold9,10.Ang full-length na dystrophin ay may molekular na timbang na 427 kDa, gayunpaman, dahil sa maraming mga panloob na tagapagtaguyod sa DMD, mayroong ilang mga natural na nagaganap na pinutol na mga isoform, kabilang ang Dp7111.
Ang mga accessory na protina ay ipinakita na naisalokal sa dystrophin, kabilang ang mga tunay na mechanotransducers tulad ng neuronal nitric oxide synthase (nNOS), Yes-associated protein (YAP), at caveolin-3, kaya kumakatawan sa mahahalagang bahagi ng cellular signaling.Compounds 12, 13, 14. Bilang karagdagan sa pagdirikit, isang mekanismo ng cellular na nauugnay sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga cell at ng matrix, na nabuo ng mga integrin at ang kanilang mga downstream na target, ang dalawang complex na ito ay kumakatawan sa interface sa pagitan ng "loob" at "labas" ng cell .Ang pagprotekta sa mga focal adhesion na ito mula sa abnormal na pagkasira ay kritikal sa pag-uugali ng cell at kaligtasan.Bilang karagdagan, sinusuportahan ng data na ang dystrophin ay isang modulator ng mga mechanosensitive ion channel, kabilang ang mga stretch-activated na channel, lalo na ang mga L-type na Ca2+ na channel at TRPC 15 channel.
Bagama't mahalaga ang dystrophin para sa homeostatic function ng striated muscle cells, hindi gaanong malinaw ang mga tumpak na mekanismo ng pagsuporta, lalo na ang papel ng dystrophin at ang kakayahang kumilos bilang mechanosensor at mechanical protector.Dahil sa pagkawala ng dystrophin, maraming hindi nasagot na mga tanong ang lumitaw, kabilang ang: ang mga mechanosensitive na protina tulad ng YAP at AMPK ay nailipat sa sarcolemma;Mayroon bang crosstalk na may mga integrin, mga pangyayari na maaaring humantong sa abnormal na mechanotransduction?Ang lahat ng mga tampok na ito ay maaaring mag-ambag sa malubhang DCM phenotype na nakikita sa mga pasyente na may DMD.
Bilang karagdagan, ang kaugnayan ng mga pagbabago sa cellular biomechanics sa pangkalahatang DMD phenotype ay may mahalagang klinikal na implikasyon.Ang DMD ay isang X-linked muscular dystrophy na nakakaapekto sa 1:3500–5000 na kalalakihan, na nailalarawan sa maagang pagkawala ng kadaliang kumilos (<5 taon) at progresibong DCM na may makabuluhang mas masahol na pagbabala kaysa sa DCM ng iba pang etiologies16,17,18.
Ang biomechanics ng pagkawala ng dystrophin ay hindi pa ganap na inilarawan, at dito ay sinusuri namin ang ebidensya na sumusuporta sa paniwala na ang dystrophin ay talagang gumaganap ng isang mechanoprotective na papel, ibig sabihin, pagpapanatili ng integridad ng sarcolemma, at kritikal sa mechanotransduction.Bilang karagdagan, sinuri namin ang ebidensya na nagmumungkahi ng mahalagang crosstalk na may mga integrin, partikular na nagbubuklod ng laminin α7β1D sa mga striated na selula ng kalamnan.
Ang mga pagpasok at pagtanggal ay may pananagutan para sa isang malaking bilang ng mga mutasyon sa DMD, kung saan 72% ng mga mutasyon ang sanhi ng mga naturang mutasyon19.Sa klinikal na paraan, ang DMD ay nagpapakita sa pagkabata (≤5 taon) na may hypotension, positibong Gower's sign, naantalang pag-unlad ng mga pagbabagong nauugnay sa edad, mental retardation, at skeletal muscle atrophy.Ang pagkabalisa sa paghinga ay dating pangunahing sanhi ng kamatayan sa mga pasyente ng DMD, ngunit ang pinahusay na pangangalaga sa suporta (corticosteroids, patuloy na positibong presyon ng daanan ng hangin) ay nagpapataas ng pag-asa sa buhay sa mga pasyenteng ito, at ang median na edad ng mga pasyenteng DMD na ipinanganak pagkatapos ng 1990 ay 28.1 taon 20,21 ..Gayunpaman, habang tumataas ang kaligtasan ng pasyente, ang pagbabala ng progresibong DCM ay makabuluhang mas masahol pa kumpara sa iba pang mga cardiomyopathies16, na humahantong sa end-stage na pagpalya ng puso, na kasalukuyang nangungunang sanhi ng kamatayan, na nagkakahalaga ng humigit-kumulang 50% ng pagkamatay ng DMD17,18.
Ang progresibong DCM ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng kaliwang ventricular dilatation at pagsunod, pagnipis ng ventricular, pagtaas ng fibrofatty infiltration, pagbaba ng systolic function, at pagtaas ng dalas ng mga arrhythmias.Ang antas ng DCM sa mga pasyenteng may DMD ay halos pangkalahatan sa huling bahagi ng pagbibinata (90% hanggang 18 taong gulang), ngunit naroroon sa humigit-kumulang 59% ng mga pasyente sa pamamagitan ng 10 taong gulang8,22.Ang pagtugon sa isyung ito ay kritikal dahil ang kaliwang ventricular ejection fraction ay patuloy na bumababa sa rate na 1.6% bawat taon23.
Ang cardiac arrhythmias ay karaniwan sa mga pasyenteng may DMD, lalo na ang sinus tachycardia at ventricular tachycardia, at ang sanhi ng biglaang pagkamatay ng puso22.Ang mga arrhythmias ay resulta ng fibrofatty infiltration, lalo na sa subbasal left ventricle, na nakakapinsala sa return circuitry pati na rin ang [Ca2+]i processing dysfunction at ion channel dysfunction24,25.Ang pagkilala sa klinikal na pagtatanghal ng puso ay kritikal, dahil ang mga diskarte sa maagang paggamot ay maaaring maantala ang pagsisimula ng malubhang DCM.
Ang kahalagahan ng paggamot sa cardiac dysfunction at skeletal muscle morbidity ay ipinapakita sa isang kawili-wiling pag-aaral na gumamit ng mouse model ng DMD na tinatawag na mdx26 upang pag-aralan ang mga epekto ng pagpapabuti ng skeletal muscle tissue nang hindi tinutugunan ang mga pinagbabatayan na problema sa cardiac na nasa DMD.Dito, ipinakita ng mga may-akda ang isang paradoxical na 5-tiklop na pagtaas sa cardiac dysfunction pagkatapos ng pagpapabuti sa skeletal muscle, at ang mga daga ay nagkaroon ng makabuluhang pagbawas sa ejection fraction26.Ang pinahusay na skeletal muscle function ay nagbibigay-daan sa mas mataas na pisikal na aktibidad na maglagay ng mas maraming strain sa myocardium, na ginagawa itong mas madaling kapitan sa pangkalahatang dysfunction.Itinatampok nito ang kahalagahan ng paggamot sa mga pasyente ng DMD sa pangkalahatan at nag-iingat laban sa skeletal muscle therapy lamang.
Ang mga DGC ay gumaganap ng ilang karagdagang mga pag-andar, ibig sabihin, nagbibigay ng katatagan ng istruktura sa sarcolemma, nagiging isang molecular scaffold na gumaganap bilang isang link ng senyas, kinokontrol ang mga mechanosensitive ion channel, ang core ng costal mechanotransduction, at lumahok sa paghahatid ng lateral force sa rehiyon ng tadyang (Larawan 1b)..Ang Dystrophin ay gumaganap ng isang sentral na papel sa kakayahang ito, at dahil sa pagkakaroon ng maraming mga panloob na tagapagtaguyod, mayroong maraming iba't ibang mga isoform, bawat isa ay gumaganap ng ibang papel sa iba't ibang mga tisyu.Ang differential tissue expression ng iba't ibang dystrophin isoform ay sumusuporta sa paniwala na ang bawat isoform ay gumaganap ng ibang papel.Halimbawa, ang cardiac tissue ay nagpapahayag ng buong haba (Dp427m) pati na rin ang mas maikling Dp71m isoform ng dystrophin, habang ang skeletal tissue ay nagpapahayag lamang ng una sa dalawa.Ang pagmamasid sa papel ng bawat subtype ay maaaring ihayag hindi lamang ang physiological function nito, kundi pati na rin ang pathogenesis ng muscular dystrophy.
Schematic na representasyon ng full-length dystrophin (Dp427m) at ang mas maliit, pinutol na Dp71 isoform.Ang Dystrophin ay mayroong 24 spectrin repeats na pinaghihiwalay ng apat na loops, pati na rin ang isang actin-binding domain (ABD), isang cysteine-rich (CR) domain, at isang C-terminus (CT).Natukoy ang mga pangunahing nagbubuklod na kasosyo, kabilang ang mga microtubule (MTs) at ang sarcolemma.Mayroong maraming mga isoform ng Dp71, Dp71m ay tumutukoy sa kalamnan tissue at Dp71b ay tumutukoy sa nervous tissue isoform.Sa partikular, ang Dp71f ay tumutukoy sa cytoplasmic isoform ng mga neuron.b Ang dystrophin-glycoprotein complex (DHA) ay matatagpuan sa sarcolemma sa kabuuan.Ang mga biomechanical na pwersa ay lumipat sa pagitan ng ECM at F-actin.Pansinin ang potensyal na crosstalk sa pagitan ng mga DGC at integrin adhesion, maaaring gumanap ang Dp71 sa mga focal adhesion.Nilikha gamit ang Biorender.com.
Ang DMD ay ang pinakakaraniwang muscular dystrophy at sanhi ng mga mutasyon sa DMD.Gayunpaman, upang lubos na pahalagahan ang aming kasalukuyang pag-unawa sa papel ng anti-dystrophin, mahalagang ilagay ito sa konteksto ng DGC sa kabuuan.Kaya, ang iba pang mga constituent na protina ay ilalarawan nang maikli.Ang komposisyon ng protina ng DGC ay nagsimulang pag-aralan noong huling bahagi ng 1980s, na may partikular na atensyon sa dystrophin.Ang Koenig27,28, Hoffman29 at Ervasti30 ay gumawa ng mahalagang pagtuklas sa pamamagitan ng pagtukoy ng dystrophin, isang 427 kDa na protina sa striated na kalamnan31.
Kasunod nito, ang iba pang mga subcomplex ay ipinakita na nauugnay sa dystrophin, kabilang ang sarcoglycan, ang dystrophin transmembrane subcomplex, dysbrevin, at syntrophins8, na magkakasamang bumubuo sa kasalukuyang modelo ng DGC.Ipapalaganap muna ng seksyong ito ang ebidensya para sa papel ng DGC sa mechanosensory perception habang sinusuri ang mga indibidwal na bahagi nang detalyado.
Ang full-length na dystrophin isoform na nasa striated muscle tissue ay Dp427m (eg "m" para sa muscle na makilala ito mula sa utak) at ito ay isang malaking rod-shaped na protina na may apat na functional domain na matatagpuan sa ilalim ng cardiomyocyte sarcolemma, lalo na sa costal region. 29, 32. Ang Dp427m, na na-encode ng DMD gene sa Xp21.1, ay binubuo ng 79 na mga exon na nabuo sa 2.2 megabase at sa gayon ay ang pinakamalaking gene sa aming genome8.
Maraming mga panloob na promoter sa DMD ang gumagawa ng maramihang naputol na dystrophin isoform, na ang ilan ay tiyak sa tissue.Kung ikukumpara sa Dp427m, ang Dp71m ay makabuluhang naputol at walang spectrin repeat domain o isang N-terminal ABD domain.Gayunpaman, pinapanatili ng Dp71m ang istrukturang nagbubuklod ng C-terminal.Sa cardiomyocytes, ang papel na ginagampanan ng Dp71m ay hindi malinaw, ngunit ito ay ipinakita upang mai-localize sa T tubules, na nagmumungkahi na maaaring makatulong ito sa pag-regulate ng excitation-contraction coupling 33,34,35.Sa aming kaalaman, ang kamakailang pagtuklas ng Dp71m sa cardiac tissue ay nakatanggap ng kaunting pansin, ngunit ang ilang mga pag-aaral ay nagmumungkahi na ito ay nauugnay sa mga stretch-activated na channel ng ion, at iminungkahi ni Masubuchi na maaari itong magkaroon ng papel sa regulasyon ng nNOS33., 36. Sa paggawa nito, ang Dp71 ay nakatanggap ng makabuluhang atensyon sa neurophysiology at platelet research, mga lugar na maaaring magbigay ng pananaw sa isang papel sa cardiomyocytes37,38,39.
Sa nervous tissue, ang Dp71b isoform ay nakararami na ipinahayag, na may 14 na isoform na iniulat38.Ang pagtanggal ng Dp71b, isang mahalagang regulator ng aquaporin 4 at Kir4.1 na mga channel ng potassium sa central nervous system, ay ipinakita upang baguhin ang blood-brain barrier permeability40.Dahil sa papel ng Dp71b sa regulasyon ng channel ng ion, ang Dp71m ay maaaring maglaro ng katulad na papel sa mga cardiomyocytes.
Ang pagkakaroon ng DGC sa costal ganglia ay agad na nagpapahiwatig ng isang papel sa mechanotransduction, at sa katunayan ito ay ipinakita sa co-localize sa integrin-talin-vinculin complexes 41 .Bukod dito, ibinigay na ang costal segment ay ang pokus ng transverse mechanotransduction, ang lokalisasyon ng Dp427m dito ay nagha-highlight sa papel nito sa pagprotekta sa mga cell mula sa pagkasira na dulot ng contraction.Dagdag pa, ang Dp427m ay nakikipag-ugnay sa actin at ang microtubule cytoskeleton, sa gayon nakumpleto ang koneksyon sa pagitan ng intracellular na kapaligiran at ng extracellular matrix.
Ang N-terminus na naglalaman ng actin-binding domain 1 (ABD1) ay binubuo ng dalawang calmodulin homology domain (CH) na kinakailangan para sa pakikipag-ugnayan sa F-actin at pag-angkla ng γ-actin isoform sa sarcolemma42,43.Ang Dystrophin ay maaaring mag-ambag sa pangkalahatang viscoelasticity ng cardiomyocytes sa pamamagitan ng paglakip sa subsarcolemmal cytoskeleton, at ang lokalisasyon nito sa costal ganglia ay sumusuporta sa paglahok nito sa mechanotransduction pati na rin ang mechanoprotection44,45.
Ang gitnang pangunahing domain ay binubuo ng 24 na tulad ng spectrin na paulit-ulit na mga protina, na ang bawat isa ay humigit-kumulang 100 amino acid residues ang haba.Ang pag-uulit ng spectrin ay pinagsalitan ng apat na mga domain ng bisagra, na nagbibigay ng flexibility ng protina at isang mataas na antas ng extensibility.Ang pag-uulit ng dystrophin spectrin ay maaaring magbuka sa loob ng isang pisyolohikal na hanay ng mga puwersa (15-30 pN) na umaabot mula 21 nm hanggang 84 nm, mga puwersang makakamit para sa myosin contraction 46 .Ang mga tampok na ito ng spectrin repeat domain ay nagpapahintulot sa dystrophin na kumilos bilang isang molekular na shock absorber.
Tinitiyak ng gitnang baras ng Dp427m ang lokalisasyon nito sa sarcolemma, sa partikular, sa pamamagitan ng hydrophobic at electrostatic na pakikipag-ugnayan sa phosphatidylserine 47,48.Kapansin-pansin, ang gitnang core ng dystrophin ay nakikipag-ugnayan nang iba sa sarcolemma phospholipids sa skeletal at cardiac tissues, na posibleng sumasalamin sa iba't ibang mga pattern ng tagsibol.kritikal, habang ang mga skeletal muscle ay nauugnay din sa R10-R1249.
Ang pagbubuklod sa γ-actin cytoskeleton ay nangangailangan ng ABD2 spectrin repeat 11–17 na rehiyon, na binubuo ng mga pangunahing residue ng amino acid at naiiba sa F-actin-binding CH domain.Ang mga microtubule ay direktang nakikipag-ugnayan sa pangunahing domain ng dystrophin, ang pakikipag-ugnayan na ito ay nangangailangan ng mga nalalabi ng spectrin na umuulit 4-15 at 20-23, at ang pagkakaroon ng ankyrin B ay kinakailangan upang maiwasan ang pagbuo ng mga microtubule sa site na ito.Ang mga tubo ay wala 50,51,52.Ang isang agwat sa pagitan ng microtubule at dystrophin ay ipinakita upang palalain ang patolohiya ng DMD sa pamamagitan ng pagtaas ng reaktibo na species ng oxygen (X-ROS).
Ang CR domain sa pamamagitan ng ankyrin B ay isa pang anchor para sa sarcolemmal phospholipids52.Ang Ankyrin-B at ankyrin-G ay kinakailangan para sa rib localization ng dystrophin/DGC, at ang kanilang kawalan ay nagreresulta sa isang nagkakalat na sarcolemmal pattern ng DGC52.
Ang CR domain ay naglalaman ng WW binding domain na direktang nakikipag-ugnayan sa PPxY binding motif ng β-DG.Sa pamamagitan ng pag-attach sa dystrophin-glycan complex, kinukumpleto ng dystrophin ang link sa pagitan ng loob at labas ng cell54.Ang koneksyon na ito ay kritikal para sa striated na kalamnan, bilang ebedensya sa pamamagitan ng katotohanan na ang pagkagambala sa koneksyon sa pagitan ng ECM at sa loob ng cell ay humahantong sa life-limiting muscular dystrophy.
Sa wakas, ang CT domain ay isang lubos na konserbadong rehiyon na bumubuo ng isang coiled helix at kritikal para sa pagbubuklod sa α-dystrobrevin at α1-,β1-syntrophins55,56.Ang α-dystrobrevin ay nagbubuklod sa CT domain ng dystrophin at nagbibigay ng karagdagang paglaban sa dystrophin sa sarcolemma57.
Sa panahon ng pag-unlad ng embryonic at fetal, ang Utrophin ay malawak na ipinahayag sa iba't ibang mga tisyu, kabilang ang mga endothelial cells, nervous tissue, at striated muscle tissue58.Ang Utrophin ay ipinahayag ng UTRN na matatagpuan sa chromosome 6q at isang dystrophin autolog na may 80% na homology ng protina.Sa panahon ng pag-unlad, ang utrophin ay naisalokal sa sarcolemma ngunit kapansin-pansing pinigilan sa postnatal striated muscle tissue, kung saan ito ay pinalitan ng dystrophin.Pagkatapos ng kapanganakan, ang lokalisasyon ng utrophin ay limitado sa mga tendon at neuromuscular junctions ng skeletal muscles58,59.
Ang mga kasosyo na nagbubuklod ng Utrophin ay malawak na katulad ng mga dystrophin, bagaman ang ilang mga pangunahing pagkakaiba ay inilarawan.Halimbawa, ang dystrophin ay nakikipag-ugnayan sa β-DG sa pamamagitan ng WW domain nito, na pinatatag ng ZZ domain (pinangalanan para sa kakayahang magbigkis ng dalawang zinc ions) sa loob ng CT na rehiyon nito, kung saan ang cysteic acid residues 3307-3354 ay lalong mahalaga para sa pakikipag-ugnayan na ito60 ., 61. Ang Utrophin ay nagbubuklod din sa β-DG sa pamamagitan ng WW/ZZ na domain, ngunit ang eksaktong mga nalalabi na sumusuporta sa pakikipag-ugnayang ito ay naiiba sa mga labi ng dystrophin (3307–3345 sa dystrophin at 3064–3102 sa utrophin) 60,61.Mahalaga, ang pagbubuklod ng utrophin sa β-DG ay humigit-kumulang 2-tiklop na mas mababa kumpara sa dystrophin 61. Ang Dystrophin ay naiulat na nagbubuklod sa F-actin sa pamamagitan ng spectrin repeats 11-17, habang ang mga katulad na site sa utrophin ay hindi maaaring magbigkis sa F-actin, kahit na sa mataas na konsentrasyon, ngunit maaaring makipag-ugnayan sa pamamagitan ng kanilang mga CH-domain.Aksyon 62,63,64.Sa wakas, hindi tulad ng dystrophin, ang utrophin ay hindi maaaring magbigkis sa microtubule51.
Sa biomechanically, ang pag-uulit ng utrophin spectrin ay may natatanging pattern ng paglalahad kumpara sa dystrophin65.Inuulit ng Utrophin-spectrin ang pag-deploy sa mas mataas na pwersa, katulad ng titin ngunit hindi dystrophin65.Ito ay pare-pareho sa lokalisasyon at papel nito sa pagpapadala ng matibay na elastikong puwersa sa mga tendon junction, ngunit maaaring gawing hindi angkop ang utrophin na kumilos bilang isang molecular spring sa buffering forces na dulot ng contraction 65 .Kung sama-sama, iminumungkahi ng mga data na ito na ang mga kakayahan ng mechanotransduction at mechanobuffering ay maaaring mabago sa pagkakaroon ng utrophin overexpression, lalo na sa iba't ibang mga binding partner/mekanismo, gayunpaman ito ay nangangailangan ng karagdagang eksperimentong pag-aaral.
Mula sa isang functional na punto ng view, ang katotohanan na ang utrophin ay pinaniniwalaan na may katulad na mga epekto sa dystrophin ay ginagawa itong isang potensyal na target ng paggamot para sa DMD66,67.Sa katunayan, ang ilang mga pasyente ng DMD ay ipinakita na nag-overexpress ng utrophin, posibleng bilang isang compensatory mechanism, at ang phenotype ay matagumpay na naibalik sa isang mouse model na may utrophin overexpression 68 .Habang ang upregulation ng utrophin ay isang malamang na therapeutic na diskarte, ang pagsasaalang-alang sa pormal at functional na pagkakaiba sa pagitan ng utrophin at dystrophin at ang utility ng pag-udyok sa sobrang pagpapahayag na ito na may wastong lokalisasyon kasama ang sarcolemma ay ginagawang hindi malinaw ang pangmatagalang diskarte ng utrophin.Kapansin-pansin, ang mga babaeng carrier ay nagpapakita ng mosaic pattern ng utrophin expression, at ang ratio sa pagitan ng dystrophin at utrophin ay maaaring maka-impluwensya sa antas ng dilated cardiomyopathy sa mga pasyenteng ito, 69 kahit na ang mga modelo ng murine ng mga carrier ay nagpakita..
Binubuo ang dystroglycan subcomplex ng dalawang protina, α- at β-dystroglycan (α-, β-DG), parehong na-transcribe mula sa DAG1 gene at pagkatapos ay nahati sa dalawang bahaging protina 71 .Ang α-DG ay lubos na glycosylated sa extracellular na aspeto ng mga DGC at direktang nakikipag-ugnay sa mga nalalabi ng proline sa laminin α2 pati na rin sa agrin72 at picaculin73 at ang rehiyon ng CT / CR ng dystrophin73,74,75,76.Ang O-linked glycosylation, lalo na ng serine residues, ay kinakailangan para sa pakikipag-ugnayan nito sa ECM.Kasama sa daanan ng glycosylation ang maraming mga enzyme na ang mga mutasyon ay humahantong sa muscular dystrophy (tingnan din ang Talahanayan 1).Kabilang dito ang O-mannosyltransferase POMT2, fucutin at fucutin-related protein (FKRP), dalawang ribitol phosphotransferases na nagdaragdag ng tandem ribitol phosphates sa core glycan, at ang LARGE1 na protina na nagdaragdag ng xylose at glucose.Linear uronic acid polysaccharide, na kilala rin bilang matrix glycan sa dulo ng glycan77.Ang FKRP ay kasangkot din sa pagbuo at pagpapanatili ng ECM, at ang mga mutasyon dito ay humantong sa pagbawas ng pagpapahayag ng laminin α2 at α-DG77,78,79.Bilang karagdagan, maaari ring idirekta ng FKRP ang pagbuo ng basal lamina at ang cardiac extracellular matrix sa pamamagitan ng glycosylated fibronectin 80.
Ang β-DG ay naglalaman ng PPxY na nagbubuklod na motif na direktang naglo-localize at nagsequester ng YAP12.Ito ay isang kagiliw-giliw na paghahanap dahil ipinapahiwatig nito na kinokontrol ng DGC ang cycle ng cardiomyocyte cell.Ang α-DH sa neonatal cardiomyocytes ay nakikipag-ugnayan sa agrin, na nagtataguyod ng pagbabagong-buhay ng puso at DGC76 lysis dahil sa pagkahinog ng cell.Habang tumatanda ang mga cardiomyocytes, bumababa ang ekspresyon ng aggrin sa pabor sa laminin, na inaakalang nag-aambag sa pag-aresto sa cell cycle76.Ipinakita ng Morikawa12 na ang double knockdown ng dystrophin at salvador, isang negatibong regulator ng YAP, ay humahantong sa hyperproliferation ng mga cardiomyocytes sa infarct-causing rumen.Ito ay humantong sa kapana-panabik na ideya na ang pagmamanipula ng YAP ay maaaring magkaroon ng klinikal na halaga sa pagpigil sa pagkawala ng tissue pagkatapos ng myocardial infarction.Kaya, ang agrin-induced DGC lysis ay maaaring kumatawan sa isang axis na nagbibigay-daan para sa YAP activation at isang potensyal na landas para sa cardiac regeneration.
Sa mekanikal, ang α- at β-DG ay kinakailangan upang mapanatili ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng sarcolemma at ng basal na layer 81 .Ang parehong α-DG at α7 integrin ay nag-aambag sa pagbuo ng puwersa sa costal ganglion, at ang pagkawala ng α-DG ay nagdudulot ng paghihiwalay ng sarcolemma mula sa basal lamina, na nag-iiwan ng skeletal muscle tissue na mahina sa pagkasira na dulot ng contraction.Tulad ng naunang inilarawan, kinokontrol ng dystroglycan complex ang pangkalahatang turnover ng mga DGC, kung saan ang pagbubuklod sa cognate ligand laminin ay nagreresulta sa tyrosine phosphorylation ng PPPY-binding motif ng β-DG892.Ang tyrosine phosphorylation dito ay nagtataguyod ng dystrophin disassembly, na nag-flip sa DGC complex.Physiologically, ang prosesong ito ay lubos na kinokontrol, na wala sa muscular dystrophy82, bagaman ang mga pinagbabatayan na mekanismo na kumokontrol sa prosesong ito ay hindi lubos na nauunawaan.
Ang cyclic stretch ay ipinakita upang maisaaktibo ang ERK1/2 at AMPK na mga landas sa pamamagitan ng dystrophin complex at nauugnay na protina plectin83.Magkasama, ang plectin at dystroglycan ay kinakailangan hindi lamang upang kumilos bilang isang scaffold, kundi pati na rin upang lumahok sa mechanotransduction, at ang pagbagsak ng plectin ay humahantong sa pagbawas sa aktibidad ng ERK1/2 at AMPK83.Ang Plectin ay nagbubuklod din sa cytoskeletal intermediate filament desmin, at ang desmin overexpression ay ipinakita upang mapabuti ang sakit na phenotype sa mdx:desmin at mdx mice, isang DMD84 double knockout na modelo ng mouse.Sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa β-DG, ang plectin ay hindi direktang nagbubuklod sa DGC sa bahaging ito ng cytoskeleton.Bilang karagdagan, ang dystroglycan ay nakikipag-ugnayan sa growth factor receptor-binding protein 2 (Grb2), na kilala na kasangkot sa cytoskeletal rearrangements85.Ang pag-activate ng Ras sa pamamagitan ng integrin ay ipinakita na namamagitan sa pamamagitan ng Grb2, na maaaring magbigay ng isang potensyal na landas para sa crosstalk sa pagitan ng mga integrin at DGC86.
Ang mga mutasyon sa mga gene na kasangkot sa α-DH glycosylation ay humahantong sa tinatawag na muscular dystrophy.Ang mga Dystroglycanopathies ay nagpapakita ng klinikal na heterogeneity ngunit pangunahing sanhi ng pagkagambala sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng α-DG at laminin α277.Ang mga dystrophiglicanoses na dulot ng mga pangunahing mutasyon sa DAG1 ay karaniwang napakabihirang, marahil dahil ang mga ito ay embryonic lethal87, kaya kinukumpirma ang pangangailangan para sa cellular association sa ECM.Nangangahulugan ito na ang karamihan sa mga dystrophic glycan na sakit ay sanhi ng pangalawang mutasyon ng protina na nauugnay sa glycosylation.Halimbawa, ang mga mutasyon sa POMT1 ay nagdudulot ng napakalubhang Walker-Warburg syndrome, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng anencephaly at kapansin-pansing pinaikli ang pag-asa sa buhay (mas mababa sa 3 taon)88.Gayunpaman, ang mga mutation ng FKRP ay higit na nakikita bilang limb-girdle muscular dystrophy (LGMD), na kadalasan (ngunit hindi palaging) medyo banayad.Gayunpaman, ang mga mutasyon sa FKRP ay ipinakita na isang bihirang dahilan ng WWS89.Maraming mutasyon ang natukoy sa FKRP, kung saan ang founder mutation (c.826>A) ang pinakakaraniwang sanhi ng LGMD2I90.
Ang LGMD2I ay isang medyo banayad na muscular dystrophy na ang pathogenesis ay batay sa pagkagambala sa koneksyon sa pagitan ng extracellular matrix at ng intracellular cytoskeleton.Hindi gaanong malinaw ang kaugnayan sa pagitan ng genotype at phenotype sa mga pasyente na may mga mutasyon sa mga gen na ito, at sa katunayan ang konsepto na ito ay naaangkop sa iba pang mga protina ng DSC.Bakit ang ilang mga pasyente na may mga mutation ng FKRP ay nagpapakita ng isang phenotype ng sakit na pare-pareho sa WWS habang ang iba ay may LGMD2I?Ang sagot sa tanong na ito ay maaaring nasa i) kung aling hakbang ng glycosylation pathway ang apektado ng mutation, o ii) ang antas ng hypoglycosylation sa anumang naibigay na hakbang.Ang hypoglycosylation ng α-DG ay maaari pa ring payagan ang ilang antas ng pakikipag-ugnayan sa ECM na nagreresulta sa isang mas banayad na pangkalahatang phenotype, habang ang dissociation mula sa basement membrane ay nagpapataas ng kalubhaan ng phenotype ng sakit.Ang mga pasyente na may LGMD2I ay nagkakaroon din ng DCM, kahit na ito ay hindi gaanong dokumentado kaysa sa DMD, na nag-uudyok sa pangangailangan ng madaliang pag-unawa sa mga mutasyon na ito sa konteksto ng mga cardiomyocytes.
Ang sarcospan-sarcoglycan subcomplex ay nagtataguyod ng pagbuo ng DHA at direktang nakikipag-ugnayan sa β-DH.Mayroong apat na unidirectional sarcoglycans sa cardiac tissue: α, β, γ, at δ91.Kamakailan ay inilarawan na ang isang c.218C>T missense mutation sa exon 3 ng SGCA gene at isang bahagyang heterozygous na pagtanggal sa mga exon 7–8 ay nagiging sanhi ng LGMD2D92.Gayunpaman, sa kasong ito, hindi sinuri ng mga may-akda ang cardiac phenotype.
Natuklasan ng iba pang mga grupo na ang SGCD sa porcine93 at mouse94 na mga modelo ay nagreresulta sa pinababang expression ng protina sa sarcoglycan subcomplex, na nakakagambala sa pangkalahatang istraktura ng mga DGC at humahantong sa DCM.Bilang karagdagan, 19% ng lahat ng mga pasyente na may SGCA, SGCB, o SGCG mutations ay iniulat na may dilated cardiomyopathy, at 25% ng lahat ng mga pasyente ay nangangailangan din ng suporta sa paghinga95.
Ang mga recessive mutations sa sarcoglycan (SG) δ ay nagreresulta sa pagbawas o kumpletong kawalan ng sarcoglycan complexes at samakatuwid ay DGC sa cardiac tissue at responsable para sa LGMD at ang nauugnay nitong DCM96.Kapansin-pansin, ang nangingibabaw-negatibong mutasyon sa SG-δ ay tiyak sa cardiovascular system at ang sanhi ng familial dilated cardiomyopathy97.Ang SG-δ R97Q at R71T dominant-negative mutations ay ipinakita na matatag na ipinahayag sa mga rat cardiomyocytes nang walang makabuluhang kapansanan ng kabuuang DGC98.Gayunpaman, ang mga selula ng puso na nagdadala ng mga mutasyon na ito ay mas madaling kapitan sa pagkasira ng sarcolemma, permeability, at mechanical dysfunction sa ilalim ng mechanical stress, na naaayon sa DCM98 phenotype.
Ang Sarcospan (SSPN) ay isang 25 kDa tetraspanin na naka-localize sa sarcoglycan subcomplex at pinaniniwalaang nagsisilbing protina scaffold99,100.Bilang isang scaffold ng protina, pinapatatag ng SSPN ang lokalisasyon at glycosylation ng α-DG99,101.Ang sobrang pagpapahayag ng SSPN sa mga modelo ng mouse ay natagpuan na nagpapataas ng pagbubuklod sa pagitan ng kalamnan at laminin 102 .Bilang karagdagan, ang SSPN ay ipinakita na nakikipag-ugnayan sa mga integrin, na nagmumungkahi ng antas ng crosstalk sa pagitan ng dalawang rib commissures, DGC, at ang integrin-talin-vinculin glycoprotein structure100,101,102.Ang pagbagsak ng SSPN ay nagresulta din sa pagtaas ng α7β1 sa kalamnan ng kalansay ng mouse.
Ang isang kamakailang pag-aaral ay nagpakita na ang sarcospan overexpression ay nagpapabuti sa pagkahinog at glycosylation ng α-DG sa cardiac tissue nang independiyenteng ng galactosylaminotransferase 2 (Galgt2) knockdown sa isang mdx mouse model ng DMD, at sa gayon ay nagpapagaan ng sakit na phenotype 101. Ang pagtaas ng glycosylation ng dystroglycan complex ay maaaring mapahusay ang pakikipag-ugnayan sa ang ECM, sa gayon karamihan ay nagpapagaan sa sakit.Bukod dito, ipinakita nila na ang sarcospan overexpression ay binabawasan ang pakikipag-ugnayan ng β1D integrin sa mga DGC, na nagha-highlight ng isang posibleng papel para sa sarcospan sa regulasyon ng integrin complexes101.
Ang mga syntrophins ay isang pamilya ng maliliit na (58 kDa) na protina na naglo-localize sa mga DGC, wala mismong may intrinsic na aktibidad ng enzymatic, at nagsisilbing molecular adapters103,104.Limang isoform (α-1, β-1, β-2, γ-1 at γ-2) ang natukoy na nagpapakita ng ekspresyong tukoy sa tissue, kasama ang α-1 isoform na higit na nakasaad sa striated na tissue ng kalamnan 105 .Ang mga syntrophin ay mahalagang mga protina ng adaptor na nagpapadali sa komunikasyon sa pagitan ng dystrophin at mga molekula ng pagbibigay ng senyas, kabilang ang neuronal nitric oxide synthase (nNOS) sa skeletal muscle106.Direktang nakikipag-ugnayan ang α-syntrophin sa dystrophin 16-17 spectrin repeat domain, na nagbubuklod naman sa nNOS106,107 PDZ-binding motif.
Nakikipag-ugnayan din ang mga syntrophins sa dystrobrevin sa pamamagitan ng mga domain na nagbubuklod ng PH2 at SU, at nakikipag-ugnayan din sila sa actin cytoskeleton 108 .Sa katunayan, ang mga syntrophin ay tila gumaganap ng isang partikular na mahalagang papel sa regulasyon ng cytoskeletal dynamics, at ang α at β isoform ay direktang nakikipag-ugnayan sa F-actin 108 at sa gayon ay malamang na may papel sa regulasyon ng tensegrity at biomechanics ng cellular. epekto.Bilang karagdagan, ang mga syntrophin ay ipinakita upang ayusin ang cytoskeleton sa pamamagitan ng Rac1109.
Ang pag-modulate ng mga antas ng syntrophin ay maaaring maibalik ang pag-andar, at ang isang kamakailang pag-aaral gamit ang mini-dystrophin ay nagpakita na ang ΔR4-R23/ΔCT na konstruksyon ay nagawang ibalik ang α-syntrophin pati na rin ang iba pang mga protina ng DGC sa mga antas na maihahambing sa WT mdx cardiomyocytes.
Bilang karagdagan sa kanilang papel sa regulasyon ng cytoskeleton, ang mga syntrophins ay mahusay ding naitala sa regulasyon ng mga channel ng ion 111,112,113.Kinokontrol ng PDZ-binding motif ng syntrophins ang cardiac voltage-dependent Nav1.5111 channel, na gumaganap ng mahalagang papel sa pagtatatag ng cardiac excitability at conduction.Kapansin-pansin, sa modelo ng mdx mouse, ang mga channel ng Nav1.5 ay natagpuan na downregulated at ang mga cardiac arrhythmia ay natagpuan sa mga hayop 111 .Bilang karagdagan, ang isang pamilya ng mga mechanosensitive ion channel, ang transient receptor potential channel (TRPC), ay ipinakita na kinokontrol ng α1-syntrophin sa cardiac tissue 113 at TRPC6 inhibition ay ipinakita upang mapabuti ang mga arrhythmias sa DMD112 mouse model.Ang tumaas na aktibidad ng TRPC6 sa DMD ay naiulat na magreresulta sa mga cardiac arrhythmias, na napapawi kapag isinama sa PKG 112 .Sa mekanikal, ang dystrophin depletion ay nagtataguyod ng isang stretch-induced influx ng [Ca2+]i na kumikilos sa itaas ng TRPC6 upang maisaaktibo ito, tulad ng ipinapakita sa cardiomyocytes at vascular smooth muscle cells112,114.Ang hyperactivation ng TRPC6 upang mag-stretch ay ginagawa itong isang pangunahing mechanosensor at potensyal na therapeutic target sa DMD112,114.
Ang pagkawala ng dystrophin ay humahantong sa lysis o minarkahang pagsugpo sa buong DGC complex, na may kasunod na pagkawala ng maraming mechanoprotective at mechanotransduction function, na nagreresulta sa sakuna na phenotype na nakikita sa striated muscle tissue sa DMD.Samakatuwid, maaaring makatwirang isaalang-alang na gumagana ang mga RSK sa konsiyerto at ang mga indibidwal na bahagi ay nakadepende sa presensya at paggana ng iba pang mga bahagi.Ito ay totoo lalo na para sa dystrophin, na lumilitaw na kinakailangan para sa pagpupulong at lokalisasyon ng sarcolemma complex sa cardiomyocytes.Ang bawat bahagi ay gumaganap ng isang natatanging papel sa pag-aambag sa pangkalahatang pag-stabilize ng sarcolemma, lokalisasyon ng mga pangunahing accessory na protina, regulasyon ng mga channel ng ion at pagpapahayag ng gene, at ang pagkawala ng isang solong protina sa DGC ay humahantong sa dysregulation ng buong myocardium.
Tulad ng ipinakita sa itaas, maraming mga protina ng DGC ang kasangkot sa mechanotransduction at signaling, at ang dystrophin ay partikular na angkop sa papel na ito.Kung ang DGC ay matatagpuan sa mga tadyang, ito ay nagpapatunay sa opinyon na ito ay nakikilahok sa mechanotransduction kasama ng mga integrin.Kaya, ang mga DGC ay pisikal na sumasailalim sa anisotropic force transfer at lumahok sa mechanosensory at cytoskeletal rearrangement ng intracellular microenvironment, na naaayon sa tensegrity model.Bilang karagdagan, ang Dp427m ay nag-buffer ng mga papasok na biomechanical na pwersa sa pamamagitan ng pagpapalawak ng spectrin repeats sa loob ng central core domain nito, at sa gayon ay kumikilos bilang isang mechanoprotector sa pamamagitan ng pagpapanatili ng 25 pN unwinding force sa isang pinalawig na 800 nm range.Sa pamamagitan ng paghahati, nagagawa ng dystrophin na "buffer" ang puwersa ng contraction-relaxation na ginawa ng cardiomyocytes10.Dahil sa pagkakaiba-iba ng mga protina at phospholipid na nakikipag-ugnayan sa mga spectrin repeat domain, ito ay kagiliw-giliw na isip-isip kung ang spectrin repeat unwinding ay nagbabago sa nagbubuklod na kinetics ng mechanosensitive na mga protina sa paraang katulad ng talin116,117,118.Gayunpaman, hindi pa ito natutukoy at nangangailangan ng karagdagang imbestigasyon.