נירוסטה 347 / 347H צינורות סליל מרותכים רכיב זהמי, תפקידם של קומפלקסים דיסטרופין גליקופרוטאין בהעברה מכנו של תאי שריר

תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
סליידרים המציגים שלושה מאמרים בכל שקופית.השתמש בלחצנים 'הקודם' וה'הבא' כדי לעבור בין השקופיות, או בלחצני בקר השקופיות שבקצה כדי לעבור בין כל שקופית.

דיסטרופין הוא החלבון העיקרי של קומפלקס דיסטרופין-גליקופרוטאינים (DGC) בשרירי השלד ובקרדיומיוציטים.דיסטרופין קושר את ציטושלד האקטין למטריצה ​​החוץ-תאית (ECM).לקרע בחיבור בין המטריצה ​​החוץ-תאית לשלד התוך-תאי עלולות להיות השלכות הרסניות על ההומאוסטזיס של תאי שריר השלד, מה שמוביל למספר ניוון שרירים.בנוסף, אובדן של DGCs תפקודי מוביל לקרדיומיופתיה מתרחבת מתקדמת ולמוות בטרם עת.דיסטרופין פועל כמעיין מולקולרי ו-DHA ממלא תפקיד מפתח בשמירה על שלמות הסרקולמה.יתר על כן, מצטברות ראיות המקשרות את DGC לאיתות מכניסטי, אם כי תפקיד זה עדיין לא מובן.מאמר סקירה זה נועד לספק מבט מודרני על DGCs ותפקידם במכנוטרנסדוקציה.תחילה אנו דנים בקשר המורכב בין מכניקת תאי השריר ותפקוד, ולאחר מכן נסקור מחקרים עדכניים על תפקידו של קומפלקס הגליקופרוטאינים של דיסטרופין במכנוטרנסדוקציה ותחזוקה של שלמות ביו-מכאנית של תאי השריר.לבסוף, אנו בודקים את הספרות הנוכחית כדי להבין כיצד איתות DGC מצטלב עם מסלולי סיגנל מכנו כדי להדגיש נקודות התערבות עתידיות פוטנציאליות, עם התמקדות מיוחדת בקרדיומיופתיה.
תאים נמצאים בתקשורת מתמדת עם המיקרו-סביבה שלהם, ודיאלוג דו-כיווני ביניהם הכרחי לפרשנות ושילוב מידע ביומכני.ביומכניקה שולטת באירועי מפתח עוקבים (למשל, סידור מחדש של שלד ציטו) על ידי שליטה בפנוטיפ הסלולרי הכולל במרחב ובזמן.מרכזי בתהליך זה בקרדיומיוציטים הוא אזור החוף, האזור שבו הסרקולמה מתחברת לסרקומר המורכב מתסביכי אינטגרין-טאלין-וינקולין ודיסטרופין-גליקופרוטאינים (DGC).המחוברות לשלד התוך תאי, הידבקויות מוקדיות בדידות (FAs) אלו מפיצים מפל של שינויים תאי ביו-מכניים וביוכימיים השולטים בהתמיינות, התפשטות, אורגנוגנזה, הגירה, התקדמות המחלה ועוד.ההמרה של כוחות ביו-מכאניים לשינויים ביוכימיים ו/או (אפי) גנטיים מכונה מכנוטרנסדוקציה1.
הקולטן הטרנסממברנלי של אינטגרין 2 ידוע מזה זמן רב כעוגן את המטריצה ​​החוץ-תאית בתאים ומתווך איתות פנימי וחיצוני כאחד.במקביל לאינטגרינים, DGCs קושרים את ה-ECM לשלד הציטוניים, ויוצרים קשר קריטי בין החלק החיצוני והפנימי של התא3.דיסטרופין באורך מלא (Dp427) מתבטא בעיקר בשרירי הלב והשלד, אך נצפה גם ברקמות של מערכת העצבים המרכזית, כולל הרשתית ורקמת Purkinje4.מוטציות באינטגרינים וב-DGC נחשבות לגורמים לניוון שרירים ולקרדיומיופתיה פרוגרסיבית (DCM) (טבלה 1)5,6.בפרט, מוטציות DMD המקודדות לחלבון הדיסטרופין המרכזי DGCs גורמות לניוון שרירים של דושן (DMD)7.DGC מורכב ממספר תת-קומפלקסים כולל α-ו-β-dystroglycan (α/β-DG), sarcoglycan-spanin, דיסטרופין ודיסטרופין 8.
דיסטרופין הוא חלבון ציטושלד המקודד על ידי DMD (Xp21.1-Xp22) הממלא תפקיד מרכזי בשמירה על DGC.DGC שומר על שלמות הסרקולמה, קרום הפלזמה של רקמת שריר מפוספסת.דיסטרופין מחליש עוד יותר את הנזק שנגרם כתוצאה מהתכווצות בכך שהוא פועל כקפיץ מולקולרי ופיגום מולקולרי9,10.לדיסטרופין באורך מלא יש משקל מולקולרי של 427 kDa, עם זאת, בשל המקדמים הפנימיים הרבים ב-DMD, ישנם מספר איזופורמים קטועים המופיעים באופן טבעי, כולל Dp7111.
החלבונים הנלווים הוכחו כממוקמים לדיסטרופין, כולל מתמר מכנו אמיתי כגון סינתאז תחמוצת החנקן העצבית (nNOS), חלבון קשור ל-Yes (YAP) ו-caveolin-3, ובכך מייצגים מרכיבים חשובים של איתות סלולרי.תרכובות 12, 13, 14. בנוסף להדבקה, מנגנון תאי הקשור לאינטראקציות בין תאים למטריצה, הנוצרים על ידי אינטגרינים ומטרותיהם במורד הזרם, שני הקומפלקסים הללו מייצגים את הממשק בין ה"פנים" וה"חוץ" של התא .הגנה על הידבקויות מוקדיות אלו מפני הרס חריג היא קריטית להתנהגות התא והישרדות.בנוסף, הנתונים תומכים בכך שדיסטרופין הוא אפנן של תעלות יונים רגישות למכאנו, כולל ערוצים המופעלים על ידי מתיחה, במיוחד ערוצי Ca2+ מסוג L ותעלות TRPC 15.
למרות שדיסטרופין חשוב לתפקוד ההומיאוסטטי של תאי שריר מפוספסים, מנגנוני התמיכה המדויקים פחות ברורים, במיוחד תפקידו של הדיסטרופין ויכולתו לפעול כמכנוחיישן וכמגן מכני.עקב אובדן הדיסטרופין, התעוררו מספר שאלות ללא מענה, כולל: האם חלבונים רגישים למכנו כגון YAP ו-AMPK ממוקמים לא נכון לסרקולמה;האם יש דיבור צולב עם אינטגרינים, נסיבות שיכולות להוביל להמרה מכנונית לא תקינה?כל התכונות הללו עשויות לתרום לפנוטיפ ה-DCM החמור שנראה בחולים עם DMD.
בנוסף, לקשר של שינויים בביו-מכניקה התאית עם הפנוטיפ הכולל של DMD יש השלכות קליניות חשובות.DMD היא ניוון שרירים מקושר X המשפיעה על 1:3500-5000 גברים, המאופיינת באובדן מוקדם של ניידות (<5 שנים) ו-DCM מתקדם עם פרוגנוזה גרועה משמעותית מ-DCM של אטיולוגיות אחרות16,17,18.
הביומכניקה של אובדן דיסטרופין לא תוארה במלואה, וכאן נסקור את העדויות התומכות ברעיון שדיסטרופין אכן ממלא תפקיד מגן מכנו, כלומר שמירה על שלמות הסרקולמה, והוא קריטי בהעברה מכנו.בנוסף, סקרנו את הראיות המצביעות על שיחות צולבות חשובות עם אינטגרינים, קושרות ספציפית למינין α7β1D בתאי שריר מפוספסים.
הוספות ומחיקות אחראיות למספר רב של מוטציות ב-DMD, כאשר 72% מהמוטציות נגרמות על ידי מוטציות כאלה19.מבחינה קלינית, DMD מופיע בינקות (≤5 שנים) עם תת לחץ דם, סימן חיובי של Gower, עיכוב בהתקדמות של שינויים הקשורים לגיל, פיגור שכלי וניוון שרירי השלד.מצוקה נשימתית הייתה היסטורית הגורם המוביל למוות בחולי DMD, אך טיפול תומך משופר (קורטיקוסטרואידים, לחץ חיובי מתמשך בדרכי הנשימה) העלה את תוחלת החיים בחולים אלה, והגיל החציוני של חולי DMD שנולדו לאחר 1990 הוא 28.1 שנים 20 ,21 ..עם זאת, ככל שהישרדות החולה עולה, הפרוגנוזה של DCM פרוגרסיבי גרועה משמעותית בהשוואה לקרדיומיופתיות אחרות16, מה שמוביל לאי ספיקת לב סופנית, שהיא כיום סיבת המוות המובילה, המהווה כ-50% ממקרי המוות מ-DMD17,18.
DCM פרוגרסיבי מאופיין בהרחבת חדר שמאל ותאימות מוגברת, דילול חדרי, חדירת פיברו שומן מוגברת, ירידה בתפקוד הסיסטולי ותדירות מוגברת של הפרעות קצב.מידת ה-DCM בחולים עם DMD היא כמעט אוניברסלית בגיל ההתבגרות המאוחרת (90% עד 18 שנים), אך קיימת בכ-59% מהחולים עד גיל 108,22.טיפול בבעיה זו היא קריטית שכן חלק הפליטה של ​​החדר השמאלי יורד בהתמדה בשיעור של 1.6% לשנה23.
הפרעות קצב לב שכיחות בחולים עם DMD, במיוחד טכיקרדיה סינוס וטכיקרדיה חדרית, והן הגורם למוות לבבי פתאומי22.הפרעות קצב הן תוצאה של חדירת פיברו-שומן, במיוחד בחדר השמאלי התת-בסיסי, אשר פוגעת במעגל ההחזרה וכן הפרעות בעיבוד [Ca2+]i וחוסר תפקוד של תעלת יונים24,25.הכרה במצגת הלבבית הקלינית היא קריטית, שכן אסטרטגיות טיפול מוקדמות עשויות לעכב את הופעת DCM חמור.
החשיבות של טיפול בתפקוד לקוי של הלב ותחלואה בשרירי השלד מוצגת במחקר מעניין שהשתמש במודל עכבר של DMD בשם mdx26 כדי לחקור את ההשפעות של שיפור רקמת שריר השלד מבלי לטפל בבעיות הלב הבסיסיות הקיימות ב-DMD.כאן, המחברים הדגימו עלייה פרדוקסלית של פי 5 בתפקוד לקוי של הלב לאחר שיפור בשרירי השלד, ולעכברים הייתה ירידה משמעותית בשבר הפליטה26.תפקוד משופר של שרירי השלד מאפשר לפעילות גופנית גבוהה יותר להעמיס יותר על שריר הלב, מה שהופך אותו לרגיש יותר לתפקוד כללי.זה מדגיש את החשיבות של טיפול בחולי DMD באופן כללי ומזהיר מפני טיפול בשרירי השלד בלבד.
DGCs מבצעים מספר פונקציות נוספות, דהיינו, מספקים יציבות מבנית לסרקולמה, הופכים לפיגום מולקולרי המשמש כמקשר איתות, מווסתים תעלות יונים רגישות למכאנו, הליבה של מכנו-טרנסדוקציה קוסטלית, ומשתתפים בהעברת כוח לרוחב באזור צלעות (איור 1ב)..לדיסטרופין תפקיד מרכזי ביכולת זו, ובשל נוכחותם של מקדמים פנימיים רבים, ישנם מספר איזופורמים שונים, שלכל אחד תפקיד אחר ברקמות שונות.ביטוי רקמה דיפרנציאלי של איזופורמים שונים של דיסטרופין תומך ברעיון שלכל איזופורם תפקיד אחר.לדוגמה, רקמת הלב מבטאת את האורך המלא (Dp427m) כמו גם את האיזופורם Dp71m הקצר יותר של דיסטרופין, בעוד שרקמת השלד מבטאת רק את הראשון מבין השניים.התבוננות בתפקיד של כל תת-סוג יכולה לחשוף לא רק את התפקוד הפיזיולוגי שלו, אלא גם את הפתוגנזה של ניוון שרירים.
ייצוג סכמטי של הדיסטרופין באורך מלא (Dp427m) והאיזופורם הקטן והקטוע Dp71.לדיסטרופין יש 24 חזרות ספקטרינות המופרדות על ידי ארבע לולאות, כמו גם תחום מחייב אקטין (ABD), תחום עשיר בציסטאין (CR) ו-C-terminus (CT).זוהו שותפים מרכזיים לקישור, כולל מיקרוטובולים (MTs) והסרקולמה.ישנם איזופורמים רבים של Dp71, Dp71m מתייחס לרקמת השריר ו-Dp71b מתייחס לאיזופורם של רקמת העצבים.בפרט, Dp71f מתייחס לאיזופורמה הציטופלזמית של נוירונים.ב קומפלקס הדיסטרופין-גליקופרוטאינים (DHA) ממוקם בסרקולמה בכללותה.כוחות ביומכניים עוברים בין ECM ל-F-actin.שימו לב לדיבור פוטנציאלי בין DGCs והידבקות אינטגרין, Dp71 עשוי למלא תפקיד בהידבקויות מוקדיות.נוצר עם Biorender.com.
DMD היא ניוון השרירים השכיח ביותר ונגרמת על ידי מוטציות ב-DMD.עם זאת, כדי להעריך באופן מלא את ההבנה הנוכחית שלנו לגבי תפקידו של אנטי-דיסטרופין, חשוב למקם אותו בהקשר של DGC בכללותו.לפיכך, יתר החלבונים המרכיבים יתוארו בקצרה.הרכב החלבון של DGC החל להיחקר בסוף שנות ה-80, עם תשומת לב מיוחדת לדיסטרופין.Koenig27,28, Hoffman29 ו-Ervasti30 גילו תגלית חשובה על ידי זיהוי דיסטרופין, חלבון של 427 kDa בשריר מפוספס31.
לאחר מכן, הוכח כי תת-קומפלקסים אחרים קשורים לדיסטרופין, כולל sarcoglycan, subcomplex transmembrane dystrophin, dysbrevin ו-syntrophins8, המהווים יחד את מודל ה-DGC הנוכחי.חלק זה יפיץ תחילה את העדויות לתפקידו של ה-DGC בתפיסה מכנו-חושית תוך בחינת המרכיבים הבודדים בפירוט.
איזופורם הדיסטרופין באורך מלא הקיים ברקמת שריר מפוספסת הוא Dp427m (למשל "m" לשריר כדי להבחין בינו לבין המוח) והוא חלבון גדול בצורת מוט עם ארבעה תחומים פונקציונליים הממוקמים מתחת לסרקולמה של הקרדיומיוציטים, במיוחד באזור החוף. 29, 32. Dp427m, המקודד על ידי הגן DMD ב-Xp21.1, מורכב מ-79 אקסונים שנוצרו ב-2.2 מגה-בסיסים ולכן הוא הגן הגדול ביותר בגנום שלנו8.
מספר מקדמים פנימיים ב-DMD מייצרים מספר איזופורמים של דיסטרופין קצוץ, חלקם ספציפיים לרקמות.בהשוואה ל-Dp427m, Dp71m קטוע באופן משמעותי וחסר לו תחום חוזר של ספקטרין או תחום ABD N-טרמינלי.עם זאת, Dp71m שומר על מבנה הקישור C-terminal.בקרדיומיוציטים, תפקידו של Dp71m אינו ברור, אך הוכח שהוא מתמקם בצינוריות T, מה שמצביע על כך שהוא עשוי לעזור לווסת את צימוד עירור-התכווצות 33,34,35.למיטב ידיעתנו, הגילוי האחרון של Dp71m ברקמת הלב קיבל מעט תשומת לב, אך מחקרים מסוימים מצביעים על כך שהוא קשור לתעלות יונים המופעלות על ידי מתיחה, ומסובוקי הציע שהוא עשוי לשחק תפקיד בוויסות nNOS33., 36. בכך, Dp71 זכה לתשומת לב משמעותית בנוירופיזיולוגיה ובמחקר טסיות דם, תחומים שעשויים לספק תובנה לגבי תפקיד בקרדיומיוציטים37,38,39.
ברקמת עצבים, האיזופורם Dp71b מתבטא בעיקר, כאשר דווחו 14 איזופורמים38.מחיקה של Dp71b, מווסת חשוב של תעלות אשלגן אקוואפורין 4 ו-Kir4.1 במערכת העצבים המרכזית, הוכחה כמשנה את חדירות מחסום הדם-מוח40.בהתחשב בתפקיד של Dp71b בוויסות תעלות יונים, Dp71m עשוי למלא תפקיד דומה בקרדיומיוציטים.
הנוכחות של DGC בגרעיני החוף מעידה מיידית על תפקיד במכנוטרנסדוקציה, ואכן הוכח כי הוא מתמקם יחד עם קומפלקסים של אינטגרין-טאלין-וינקולין 41 .יתר על כן, בהתחשב בכך שקטע העלות הוא המוקד של מכנוטרנסדוקציה רוחבית, הלוקליזציה של Dp427m כאן מדגישה את תפקידו בהגנה על תאים מפני נזק הנגרם להתכווצות.יתר על כן, Dp427m מקיים אינטראקציה עם אקטין ושלד הציטובולי המיקרוטובולי, ובכך משלים את הקשר בין הסביבה התוך-תאית לבין המטריצה ​​החוץ-תאית.
ה-N-terminus המכיל תחום מחייב אקטין 1 (ABD1) מורכב משני תחומים הומולוגיים של קלמודולין (CH) הנדרשים לאינטראקציה עם F-actin ולעיגון האיזופורם γ-אקטין ל-sarcolemma42,43.דיסטרופין עשוי לתרום לוויסקואלסטיות הכוללת של קרדיומיוציטים על ידי היצמדות לשלד התת-סרקולימלי, והלוקליזציה שלו בגרעיני הקוסטליים תומכת במעורבותו במכנוטרנסדוקציה וכן במכנו-הגנה44,45.
תחום הליבה המרכזי מורכב מ-24 חלבונים חוזרים דמויי ספקטרין, שכל אחד מהם באורך של כ-100 שאריות חומצות אמינו.חזרות הספקטרין משובצות בארבעה תחומי צירים, מה שמעניק לחלבון גמישות ודרגה גבוהה של הרחבה.חזרות על ספקטרין דיסטרופין יכולות להתפתח בטווח פיזיולוגי של כוחות (15-30 pN) המשתרעים מ-21 ננומטר ל-84 ננומטר, כוחות שניתן להשיג עבור התכווצות מיוזין 46 .תכונות אלו של תחום הספקטרין החוזר מאפשרות לדיסטרופין לפעול כבולם זעזועים מולקולרי.
המוט המרכזי של Dp427m מבטיח לוקליזציה שלו בסרקולמה, בפרט, באמצעות אינטראקציות הידרופוביות ואלקטרוסטטיות עם פוספטידילסרין 47,48.מעניין, הליבה המרכזית של דיסטרופין מקיימת אינטראקציה שונה עם סרקולמה פוספוליפידים ברקמות השלד והלב, ואולי משקפת דפוסי אביב שונים.קריטי, בעוד שרירי השלד קשורים גם ל-R10-R1249.
הקישור ל-y-actin cytoskeleton מצריך את אזור ABD2 spectrin repeat 11-17, המורכב משאריות חומצות אמינו בסיסיות ושונה מתחום CH קושר F-actin.מיקרוטובוליות מקיימות אינטראקציה ישירה עם תחום הליבה של דיסטרופין, אינטראקציה זו מצריכה שאריות של ספקטרין חוזרות 4-15 ו-20-23, ונוכחות של אנקירין B נדרשת כדי למנוע היווצרות מיקרוטובוליות באתר זה.צינורות חסרים 50,51,52.הוכח כי פער בין מיקרוטובולים ודיסטרופין מחמיר את הפתולוגיה של DMD על ידי הגדלת מיני חמצן תגובתיים (X-ROS).
תחום ה-CR דרך ankyrin B הוא עוגן נוסף לפוספוליפידים סרקולמליים52.Ankyrin-B ו-ankyrin-G נדרשים עבור לוקליזציה של צלעות של דיסטרופין/DGC, והיעדרם מביא לדפוס סרקולממי מפוזר של DGC52.
תחום ה-CR מכיל תחום מחייב WW שמקיים אינטראקציה ישירה עם מוטיב הקישור PPxY של β-DG.על ידי התקשרות לקומפלקס דיסטרופין-גליקן, דיסטרופין משלים את הקשר בין הפנים והחוץ של התא54.חיבור זה קריטי לשרירים מפוספסים, כפי שמעידה העובדה ששיבוש החיבור בין ה-ECM לפנים התא מוביל לניוון שרירים מגביל חיים.
לבסוף, תחום ה-CT הוא אזור שמור מאוד היוצר סליל מפותל והוא קריטי לקשירה ל-α-dystrobrevin ו-α1-,β1-syntrophins55,56.α-dystrobrevin נקשר לתחום ה-CT של דיסטרופין ומספק עמידות נוספת לדיסטרופין בסרקולמה57.
במהלך ההתפתחות העוברית והעוברית, אוטרופין מתבטא באופן נרחב ברקמות שונות, כולל תאי אנדותל, רקמת עצב ורקמת שריר מפוספסת58.אוטרופין מתבטא באמצעות UTRN הממוקם על כרומוזום 6q והוא אוטולוגי דיסטרופין עם הומולוגיה של 80% חלבון.במהלך ההתפתחות, אוטרופין ממוקם בסרקולמה אך מדוכא בצורה ניכרת ברקמת שריר מפוספסת לאחר הלידה, שם הוא מוחלף על ידי דיסטרופין.לאחר הלידה, לוקליזציה של אוטרופין מוגבלת לגידים ולצמתים עצביים-שריריים של שרירי השלד58,59.
שותפים לקשירת אוטרופינים דומים במידה רבה לאלו של דיסטרופינים, אם כי תוארו כמה הבדלים מרכזיים.לדוגמה, דיסטרופין יוצר אינטראקציה עם β-DG דרך תחום ה-WW שלו, אשר מיוצב על ידי תחום ה-ZZ (על שם יכולתו לקשור שני יוני אבץ) באזור ה-CT שלו, שבו שיירי חומצה ציסטאית 3307-3354 חשובים במיוחד עבור אינטראקציה זו60 ., 61. אוטרופין נקשר גם ל-β-DG דרך תחום WW/ZZ, אך השרידים המדויקים התומכים באינטראקציה זו שונים משאריות דיסטרופין (3307–3345 בדיסטרופין ו-3064–3102 באוטרופין) 60,61.חשוב לציין, הקישור של אוטרופין ל-β-DG היה נמוך בקירוב פי 2 בהשוואה לדיסטרופין 61. דווח כי דיסטרופין נקשר ל-F-אקטין באמצעות חזרות ספקטרין 11-17, בעוד שאתרים דומים באוטרופין אינם יכולים להיקשר ל-F-אקטין, אפילו ב-F-actin. ריכוזים גבוהים, אך יכולים לקיים אינטראקציה דרך תחומי ה-CH שלהם.פעולה 62,63,64.לבסוף, בניגוד לדיסטרופין, אוטרופין אינו יכול להיקשר למיקרוטובולים51.
מבחינה ביומכאנית, לחזרות של ספקטרין אוטרופין יש דפוס מתפתח מובהק בהשוואה לדיסטרופין65.אוטרופין-ספקטרין חוזר על פריסה בכוחות גבוהים יותר, בדומה לטיטין אך לא לדיסטרופין65.זה עולה בקנה אחד עם הלוקליזציה שלו ותפקידו בהעברת כוח אלסטי נוקשה בצמתים גידים, אך עשוי להפוך את אוטרופין לפחות מתאים לפעול כקפיץ מולקולרי בכוחות חציצה המושרים על ידי התכווצות 65.יחד, נתונים אלה מצביעים על כך שיכולות מכנוטרנסדוקציה ומכנו-חצץ עשויות להשתנות בנוכחות ביטוי יתר של אוטרופין, במיוחד בהינתן שותפים/מנגנוני קישור שונים, אולם הדבר מצריך מחקר ניסיוני נוסף.
מנקודת מבט תפקודית, העובדה שלאוטרופין מאמינים שיש השפעות דומות לדיסטרופין הופכת אותו ליעד טיפול פוטנציאלי עבור DMD66,67.למעשה, חלק מחולי DMD הוכחו לבטא יתר אוטרופין, אולי כמנגנון מפצה, והפנוטיפ שוחזר בהצלחה במודל עכבר עם ביטוי יתר אוטרופין 68.בעוד שוויסות העל של אוטרופין הוא אסטרטגיה טיפולית סבירה, התחשבות בהבדל הצורני והתפקודי בין אוטרופין ודיסטרופין והתועלת של גרימת ביטוי יתר זה עם לוקליזציה נכונה לאורך הסרקולמה הופכת את האסטרטגיה ארוכת הטווח של אוטרופין עדיין לא ברורה.יש לציין כי נשאות נשיות מציגות דפוס פסיפס של ביטוי אוטרופין, והיחס בין דיסטרופין לאוטרופין עשוי להשפיע על מידת הקרדיומיופתיה המורחבת בחולים אלו,69 אם כי הדגימו דגמים עכברים של נשאים..
תת-קומפלקס הדיסטרוגליקן מורכב משני חלבונים, α- ו-β-דיסטרוגליקן (α-, β-DG), שניהם משועתקים מהגן DAG1 ולאחר מכן מפוצלים לאחר תרגום לשני חלבונים מרכיבים 71 .α-DG הוא בעל גליקוזילציה גבוהה בהיבט החוץ-תאי של DGCs ומקיים אינטראקציה ישירה עם שאריות פרולין בלמינין α2 וכן עם agrin72 ו-picaculin73 ועם אזור ה-CT/CR של דיסטרופין73,74,75,76.גליקוזילציה מקושרת O, במיוחד של שאריות סרין, נדרשת עבור האינטראקציה שלו עם ה-ECM.מסלול הגליקוזילציה כולל אנזימים רבים שהמוטציות שלהם מובילות לניוון שרירים (ראה גם טבלה 1).אלה כוללים את O-mannosyltransferase POMT2, fucutin and fucutin-related protein (FKRP), שני ריביטול פוספוטרנספראזות המוסיפות ריביטול פוספטים טנדם לגליקן הליבה, וחלבון LARGE1 המוסיף קסילוז וגלוקוז.פוליסכריד חומצה אורונית ליניארית, הידוע גם בשם המטריקס גליקן בקצה הגליקן77.FKRP מעורב גם בפיתוח ותחזוקה של ה-ECM, ומוטציות בו מובילות לירידה בביטוי של laminin α2 ו-α-DG77,78,79.בנוסף, FKRP יכול גם לכוון את היווצרות של הלמינה הבסיסית והמטריצה ​​החוץ-תאית הלבבית דרך פיברונקטין 80 עם גליקוזילציה.
β-DG מכיל מוטיב מקשר של PPxY הממקם ישירות את YAP12 ורודף אותו.זהו ממצא מעניין שכן הוא מרמז ש-DGC מווסת את מחזור התא הקרדיומיוציטים.α-DH בקרדיומיוציטים של יילודים מקיים אינטראקציה עם אגרין, המעודד התחדשות לב ותמוגה של DGC76 עקב התבגרות תאים.ככל שהקרדיומיוציטים מתבגרים, ביטוי האגרין פוחת לטובת למינין, אשר נחשב כתורם לעצירת מחזור התא76.Morikawa12 הראה כי נפילה כפולה של דיסטרופין וסלבדור, מווסת שלילי של YAP, מובילה לשגשוג יתר של קרדיומיוציטים ברחם הגורם לאוטם.זה הוביל לרעיון המרגש שמניפולציה של YAP יכולה להיות בעלת ערך קליני במניעת אובדן רקמות לאחר אוטם שריר הלב.לפיכך, תמוגה של DGC המושרה על ידי אגרין יכולה לייצג ציר המאפשר הפעלת YAP ומהווה מסלול פוטנציאלי להתחדשות הלב.
מבחינה מכנית, α-ו-β-DG נדרשים כדי לשמור על אינטראקציה בין sarcolemma לבין השכבה הבסיסית 81.גם האינטגרינים α-DG וגם α7 תורמים ליצירת כוח בגנגליון הקוסטלי, ואובדן α-DG גורם להפרדה של הסרקולמה מה-basal lamina, ומותיר את רקמת שריר השלד פגיעה לנזק שנגרם כתוצאה מהתכווצות.כפי שתואר קודם לכן, קומפלקס הדיסטרוגליקן מווסת את התחלופה הכוללת של DGCs, כאשר הקישור לליגנד הלמינין גורם לזרחון טירוזין של מוטיב ה-PPPY מקשר של β-DG892.זרחון טירוזין כאן מקדם פירוק דיסטרופין, מה שהופך את קומפלקס DGC.מבחינה פיזיולוגית, תהליך זה מווסת מאוד, אשר נעדר בניוון שרירים82, אם כי המנגנונים הבסיסיים השולטים בתהליך זה אינם מובנים במלואם.
מתיחה מחזורית הוכחה כמפעילה את מסלולי ERK1/2 ו-AMPK דרך קומפלקס הדיסטרופין ופלקטין חלבון קשור83.יחד, פלקטין ודיסטרוגליקן נדרשים לא רק כדי לשמש פיגום, אלא גם להשתתף במכנוטרנסדוקציה, ודפיקת פלקטין מובילה לירידה בפעילות של ERK1/2 ו-AMPK83.פלקטין נקשר גם ל-desmin חוט-שלד הביניים, וביטוי-יתר של דסמין הוכח כמשפר את הפנוטיפ של המחלה בעכברי mdx:desmin ו-mdx, מודל עכבר כפול DMD84.על ידי אינטראקציה עם β-DG, פלקטין קושר בעקיפין את DGC לרכיב זה של שלד הציטו.בנוסף, דיסטרוגליקן מקיים אינטראקציה עם חלבון 2 (Grb2) קושר קולטן לגורם גדילה, הידוע כמעורב בסידורים מחדש של השלד הציטוניים85.הפעלת Ras על ידי אינטגרין הוכחה כמתווכת באמצעות Grb2, שעשוי לספק מסלול פוטנציאלי להצלבה בין אינטגרינים ל-DGC86.
מוטציות בגנים המעורבים בגליקוזילציה של α-DH מובילות למה שנקרא ניוון שרירים.Dystroglycanopathies מראות הטרוגניות קלינית אך נגרמות בעיקר על ידי הפרעה באינטראקציה בין α-DG לבין laminin α277.דיסטרופיליקנוזות הנגרמות על ידי מוטציות ראשוניות ב-DAG1 הן בדרך כלל נדירות ביותר, כנראה בגלל שהן קטלניות עובריות87, ובכך מאשרות את הצורך בקשר תאי עם ECM.המשמעות היא שרוב מחלות הגליקן הדיסטרופיות נגרמות על ידי מוטציות חלבון משניות הקשורות לגליקוזילציה.לדוגמה, מוטציות ב-POMT1 גורמות לתסמונת ווקר-ורבורג החמורה ביותר, המאופיינת באנצפליה ובקיצור ניכר בתוחלת החיים (פחות מ-3 שנים)88.עם זאת, מוטציות FKRP מתבטאות בעיקר במחלת ניוון שרירים בגפיים (LGMD), שהיא בדרך כלל (אך לא תמיד) קלה יחסית.עם זאת, מוטציות ב-FKRP הוכחו כגורם נדיר ל-WWS89.מוטציות רבות זוהו ב-FKRP, מהן המוטציה המייסדת (c.826>A) גורמת לרוב ל-LGMD2I90.
LGMD2I היא ניוון שרירים קל יחסית שהפתוגנזה שלה מבוססת על הפרעה בחיבור בין המטריצה ​​החוץ-תאית לשלד התוך-תאי.פחות ברור הקשר בין גנוטיפ לפנוטיפ בחולים עם מוטציות בגנים אלו, ואכן מושג זה ישים לחלבוני DSC אחרים.מדוע חלק מהחולים עם מוטציות FKRP מראים פנוטיפ מחלה התואם עם WWS בעוד שלאחרים יש LGMD2I?התשובה לשאלה זו עשויה להיות ב-i) איזה שלב במסלול הגליקוזילציה מושפע מהמוטציה, או ב-ii) מידת ההיפוגליקוזילציה בכל שלב נתון.היפוגליקוזילציה של α-DG עדיין עשויה לאפשר מידה מסוימת של אינטראקציה עם ה-ECM וכתוצאה מכך פנוטיפ כללי מתון יותר, בעוד שהניתוק מהממברנה הבסיסית מגביר את חומרת הפנוטיפ של המחלה.חולים עם LGMD2I מפתחים גם DCM, אם כי זה פחות מתועד מ-DMD, מה שמניע את הדחיפות של הבנת המוטציות הללו בהקשר של קרדיומיוציטים.
תת קומפלקס sarcospan-sarcoglycan מקדם את היווצרות DHA ומקיים אינטראקציה ישירה עם β-DH.ישנם ארבעה סרקוגליקנים חד-כיווניים ברקמת הלב: α, β, γ ו-δ91.לאחרונה תואר שמוטציית c.218C>T missense באקסון 3 של הגן SGCA ומחיקה הטרוזיגטית חלקית באקסונים 7-8 גורמות ל-LGMD2D92.עם זאת, במקרה זה, המחברים לא העריכו את הפנוטיפ הלבבי.
קבוצות אחרות מצאו ש-SGCD במודלים של porcine93 ו-mouse94 מביאים להפחתת ביטוי חלבון בתת-קומפלקס הסרקוגליקן, משבש את המבנה הכללי של DGCs ומוביל ל-DCM.בנוסף, דווח על 19% מכלל החולים עם מוטציות SGCA, SGCB או SGCG כבעלי קרדיומיופתיה מורחבת, ו-25% מכלל החולים נזקקו גם לתמיכה נשימתית95.
מוטציות רצסיביות ב-sarcoglycan (SG) δ גורמות להפחתה או היעדר מוחלט של קומפלקסים של sarcoglycan ומכאן ל-DGC ברקמת הלב והן אחראיות ל-LGMD ול-DCM96 המשויך לה.מעניין לציין שמוטציות דומיננטיות-שליליות ב-SG-δ הן ספציפיות למערכת הלב וכלי הדם והן הגורם לקרדיומיופתיה משפחתית מורחבת97.מוטציות דומיננטיות-שליליות של SG-δ R97Q ו-R71T הוכחו כמבוטאות ביציבות בקרדיומיוציטים של חולדה ללא פגיעה משמעותית ב-DGC98 הכולל.עם זאת, תאי לב הנושאים מוטציות אלו רגישים יותר לנזקי סרקולמה, חדירות וחוסר תפקוד מכני תחת לחץ מכני, בהתאם לפנוטיפ DCM98.
Sarcospan (SSPN) הוא טטרספאנין 25 kDa הממוקם בתת-מתחם הסרקוגליקן ומאמינים שהוא משמש כפיגום חלבון99,100.כפיגום חלבון, SSPN מייצב את הלוקליזציה והגליקוזילציה של α-DG99,101.ביטוי יתר של SSPN במודלים של עכברים נמצא כמגביר את הקישור בין השריר ללמינין 102.בנוסף, הוכח ש-SSPN מקיים אינטראקציה עם אינטגרינים, מה שמרמז על מידת הדיבור בין שתי הקומיסורים של הצלעות, DGC, ומבנה הגליקופרוטאין אינטגרין-טאלין-וינקולין100,101,102.נוק-דאון של SSPN הביא גם לעלייה ב-α7β1 בשריר השלד של העכבר.
מחקר שנערך לאחרונה הראה כי ביטוי יתר של sarcospan משפר את ההבשלה והגליקוזילציה של α-DG ברקמת הלב ללא תלות ב-galactosylaminotransferase 2 (Galgt2) במודל עכבר mdx של DMD, ובכך מקל על פנוטיפ 101 של המחלה. ה-ECM, ובכך מקלים ביותר את המחלה.יתר על כן, הם הראו כי ביטוי יתר של sarcospan מפחית את האינטראקציה של β1D integrin עם DGCs, מה שמדגיש תפקיד אפשרי עבור sarcospan בוויסות של קומפלקסים אינטגרין101.
סינטרופינים הם משפחה של חלבונים קטנים (58 kDa) שמתמקמים ל-DGCs, אינם בעלי פעילות אנזימטית מהותית ומשמשים כמתאמים מולקולריים103,104.חמישה איזופורמים (α-1, β-1, β-2, γ-1 ו- γ-2) זוהו המציגים ביטוי ספציפי לרקמות, כאשר האיזופורם α-1 מתבטא בעיקר ברקמת שריר מפוספסת 105 .סינטרופינים הם חלבוני מתאם חשובים המקלים על התקשורת בין דיסטרופין ומולקולות איתות, כולל סינתאז תחמוצת החנקן העצבית (nNOS) בשרירי השלד106.α-סינטרופין מקיים אינטראקציה ישירה עם תחום הספקטרין החוזר של דיסטרופין 16-17, אשר בתורו נקשר למוטיב מחייב nNOS106,107 PDZ.
סינטרופינים גם מקיימים אינטראקציה עם דיסטרוברבין דרך תחומי הקישור PH2 ו-SU, והם גם מקיימים אינטראקציה עם ציטושלד האקטין 108.אכן, נראה כי סינטרופינים ממלאים תפקיד חשוב במיוחד בוויסות הדינמיקה של ציטושלד, והאיזופורמים α ו- β מסוגלים לקיים אינטראקציה ישירה עם F-actin 108 ולכן כנראה ממלאים תפקיד בוויסות המתח והביומכניקה של התא. השפעה.בנוסף, הוכח כי סינטרופינים מווסתים את השלד הציטוניים דרך Rac1109.
אפנון רמות סינטרופין יכול לשחזר את התפקוד, ומחקר שנערך לאחרונה באמצעות מיני-דיסטרופין הראה שמבנה ΔR4-R23/ΔCT הצליח לשחזר α-סינטרופין כמו גם חלבוני DGC אחרים לרמות דומות ל-WT mdx cardiomyocytes.
בנוסף לתפקידם בוויסות שלד הציטוס, סינטרופינים מתועדים היטב גם בוויסות תעלות יונים 111,112,113.מוטיב ה-PDZ מחייב של סינטרופינים מווסת את ערוץ Nav1.5111 התלוי במתח הלב, אשר ממלא תפקיד מפתח בביסוס עוררות הלב והולכה.מעניין לציין שבמודל העכבר mdx, נמצאו ערוצי Nav1.5 עם ויסות מטה ונמצאו הפרעות קצב לב בבעלי החיים 111 .בנוסף, הוכח כי משפחה של תעלות יונים רגישות למכנו, תעלת הקולטן הפוטנציאלי החולף (TRPC), מווסתת על ידי α1-syntrophin ברקמת הלב 113 ועיכוב TRPC6 הוכח כמשפר הפרעות קצב במודל העכבר DMD112.דווח כי פעילות מוגברת של TRPC6 ב-DMD גורמת להפרעות קצב לב, אשר מוקלות בשילוב עם PKG 112.מבחינה מכנית, דלדול דיסטרופין מקדם זרם המושרה במתיחה של [Ca2+]i הפועל במעלה הזרם של TRPC6 כדי להפעיל אותו, כפי שמוצג בקרדיומיוציטים ובתאי שריר חלק של כלי הדם112,114.היפראקטיבציה של TRPC6 למתיחה הופכת אותו למכונוחיישן עיקרי ולמטרה טיפולית פוטנציאלית ב-DMD112,114.
אובדן דיסטרופין מוביל לתמוגה או דיכוי ניכר של קומפלקס ה-DGC כולו, עם אובדן שלאחר מכן של פונקציות מכנו-פרוטקטיביות ומכאנוטרנסדוקציה רבות, וכתוצאה מכך הפנוטיפ הקטסטרופלי הנראה ברקמת שריר מפוספסת ב-DMD.לכן, ייתכן שיהיה סביר לשקול ש-RSK פועלים בשיתוף פעולה ושרכיבים בודדים תלויים בנוכחותם ובתפקודם של רכיבים אחרים.זה נכון במיוחד עבור דיסטרופין, שנראה כי נדרש להרכבה ולוקליזציה של קומפלקס הסרקולמה בקרדיומיוציטים.לכל רכיב תפקיד ייחודי בתרומה לייצוב כולל של הסרקולמה, לוקליזציה של חלבוני עזר מרכזיים, ויסות תעלות יונים וביטוי גנים, ואובדן חלבון בודד ב-DGC מוביל לחוסר ויסות של שריר הלב כולו.
כפי שמוצג לעיל, חלבוני DGC רבים מעורבים בהעברה מכאנית ובאותות, ודיסטרופין מתאים במיוחד לתפקיד זה.אם DGC ממוקם בצלעות, זה מאשר את הדעה שהוא משתתף במכנוטרנסדוקציה יחד עם אינטגרינים.לפיכך, DGCs עוברים פיזית העברת כוח אנזוטרופית ומשתתפים בסידור מחדש מכנו-סנסורי וציטושלדי של המיקרו-סביבה התוך-תאית, בהתאם למודל המתח.בנוסף, Dp427m חוסם כוחות ביו-מכאניים נכנסים על ידי הרחבת חזרות ספקטרין בתוך תחום הליבה המרכזי שלו, ובכך פועל כמגן מגן על ידי שמירה על כוח התפרקות של 25 pN על פני טווח מורחב של 800 ננומטר.על ידי פיצול, דיסטרופין מסוגל "לחצץ" את כוח ההתכווצות-הרפיה המיוצר על ידי קרדיומיוציטים10.בהתחשב במגוון של חלבונים ופוספוליפידים המקיימים אינטראקציה עם תחומים חוזרים של ספקטרין, מעניין לשער אם התנתקות חוזרת של ספקטרין משנה את קינטיקה הקישורית של חלבונים רגישים למכנו באופן דומה לזה של talin116,117,118.עם זאת, הדבר טרם נקבע ונדרשת חקירה נוספת.