Dur Di-staen 347 / 347H Tiwbiau coil wedi'i Weldio yn gydran zhemical, Rôl cymhlygion glycoprotein dystroffin yn mecanotransduction celloedd cyhyrau

Diolch am ymweld â Nature.com.Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn ogystal, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn dangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Sliders yn dangos tair erthygl fesul sleid.Defnyddiwch y botymau cefn a nesaf i symud trwy'r sleidiau, neu'r botymau rheolydd sleidiau ar y diwedd i symud trwy bob sleid.

Dystroffin yw prif brotein y cymhleth dystroffin-glycoprotein (DGC) mewn cyhyrau ysgerbydol a chardiomyocytes.Mae dystroffin yn clymu'r sytosgerbwd actin i'r matrics allgellog (ECM).Gall rhwyg y cysylltiad rhwng y matrics allgellog a'r sytosgerbwd mewngellol gael canlyniadau dinistriol i homeostasis celloedd cyhyrau ysgerbydol, gan arwain at nifer o ddystroffiau cyhyrol.Yn ogystal, mae colli DGCs swyddogaethol yn arwain at gardiomyopathi ymledol cynyddol a marwolaeth gynamserol.Mae dystroffin yn gweithredu fel sbring moleciwlaidd ac mae DHA yn chwarae rhan allweddol wrth gynnal cyfanrwydd y sarcolemma.At hynny, mae tystiolaeth yn cronni sy'n cysylltu DGC â signalau mecanistig, er nad yw'r rôl hon yn cael ei deall yn dda o hyd.Nod yr erthygl adolygu hon yw rhoi golwg fodern ar DGCs a'u rôl mewn mecanotransduction.Yn gyntaf, rydym yn trafod y berthynas gymhleth rhwng mecaneg celloedd cyhyrau a swyddogaeth, ac yna'n adolygu ymchwil ddiweddar ar rôl y cymhleth glycoprotein dystroffin mewn mecanotransduction a chynnal cyfanrwydd biomecanyddol celloedd cyhyrau.Yn olaf, rydym yn adolygu'r llenyddiaeth gyfredol i ddeall sut mae signalau DGC yn croestorri â llwybrau signalau mecano i dynnu sylw at bwyntiau ymyrryd posibl yn y dyfodol, gan ganolbwyntio'n benodol ar gardiomyopathi.
Mae celloedd yn cyfathrebu'n gyson â'u micro-amgylchedd, ac mae angen deialog dwy ffordd rhyngddynt ar gyfer dehongli ac integreiddio gwybodaeth biomecanyddol.Mae biomecaneg yn rheoli digwyddiadau dilynol allweddol (ee, ad-drefnu sytosgerbydol) trwy reoli'r ffenoteip cellog cyffredinol mewn gofod ac amser.Yn ganolog i'r broses hon mewn cardiomyocytes mae rhanbarth yr arfordir, y rhanbarth lle mae'r sarcolemma yn cysylltu â sarcomere sy'n cynnwys cyfadeiladau integrin-talin-vinculin a dystroffin-glycoprotein (DGC).Yn gysylltiedig â'r sytosgerbwd mewngellol, mae'r adlyniadau ffocal arwahanol hyn (FAs) yn lluosogi rhaeadr o newidiadau cellog biomecanyddol a biocemegol sy'n rheoli gwahaniaethu, amlhau, organogenesis, mudo, dilyniant clefydau, a mwy.Gelwir trosi grymoedd biomecanyddol yn newidiadau biocemegol a/neu (epi)genetig yn mecanotransduction1.
Mae'n hysbys ers tro bod derbynnydd trawsbilen integrin 2 yn angori'r matrics allgellog mewn celloedd ac yn cyfryngu signalau mewnol ac allanol.Yn gyfochrog ag integrinau, mae DGCs yn rhwymo'r ECM i'r cytoskeleton, gan sefydlu cyswllt critigol rhwng y tu allan a'r tu mewn i'r gell3.Mynegir dystroffin hyd llawn (Dp427) yn bennaf mewn cyhyr cardiaidd ac ysgerbydol, ond fe'i gwelir hefyd ym meinweoedd y system nerfol ganolog, gan gynnwys meinwe'r retina a Purkinje4.Credir mai treigladau mewn integrins a DGC yw achosion nychdod cyhyrol a chardiomyopathi ymledol cynyddol (DCM) (Tabl 1)5,6.Yn benodol, mae mwtaniadau DMD sy'n amgodio'r protein dystroffin canolog DGCs yn achosi nychdod cyhyrol Duchenne (DMD)7.Mae DGC yn cynnwys sawl is-gymhleth gan gynnwys α- a β-dystroglycan (α/β-DG), sarcoglycan-spanin, dystroffin, a dystroffin 8.
Protein sytosgerbydol yw dystroffin wedi'i amgodio gan DMD (Xp21.1-Xp22) sy'n chwarae rhan ganolog wrth gynnal DGC.Mae DGC yn cynnal cyfanrwydd y sarcolemma, pilen plasma meinwe cyhyrau rhesog.Mae dystroffin yn gwanhau ymhellach y difrod a achosir gan gyfangiad trwy weithredu fel sbring moleciwlaidd a sgaffald moleciwlaidd9,10.Mae gan ddystroffin hyd llawn bwysau moleciwlaidd o 427 kDa, fodd bynnag, oherwydd y nifer o hyrwyddwyr mewnol yn DMD, mae yna nifer o isoformau cwtogi sy'n digwydd yn naturiol, gan gynnwys Dp7111.
Dangoswyd bod proteinau affeithiwr wedi'u lleoleiddio i ddystroffin, gan gynnwys gwir fecanodrosglwyddyddion fel synthase nitrig ocsid niwronaidd (nNOS), protein sy'n gysylltiedig ag Ie (YAP), a caveolin-3, ac felly'n cynrychioli cydrannau pwysig o signalau cellog.Cyfansoddion 12, 13, 14. Yn ogystal ag adlyniad, mecanwaith cellog sy'n gysylltiedig â rhyngweithio rhwng celloedd a'r matrics, a ffurfiwyd gan integrinau a'u targedau i lawr yr afon, mae'r ddau gyfadeilad hyn yn cynrychioli'r rhyngwyneb rhwng "tu mewn" a "tu allan" y gell .Mae amddiffyn yr adlyniadau ffocal hyn rhag dinistr annormal yn hanfodol i ymddygiad celloedd a goroesiad.Yn ogystal, mae cefnogaeth data bod dystroffin yn fodiwleiddiwr o sianeli ïon mecanosensitif, gan gynnwys sianeli a weithredir gan ymestyn, yn enwedig sianeli Ca2 + math L a sianeli TRPC 15.
Er bod dystroffin yn bwysig ar gyfer swyddogaeth homeostatig celloedd cyhyrau rhesog, mae'r union fecanweithiau ategol yn llai clir, yn enwedig rôl dystroffin a'i allu i weithredu fel mechanosensor a gwarchodwr mecanyddol.Oherwydd colli dystroffin, mae nifer o gwestiynau heb eu hateb wedi codi, gan gynnwys: a yw proteinau mecanosensitif fel YAP ac AMPK wedi'u camleoli i'r sarcolemma;A oes croessiarad ag integrins, amgylchiadau a all arwain at fecanotransduction annormal?Gall yr holl nodweddion hyn gyfrannu at y ffenoteip DCM difrifol a welir mewn cleifion â DMD.
Yn ogystal, mae gan gysylltiad newidiadau mewn biomecaneg gellog â'r ffenoteip DMD cyffredinol oblygiadau clinigol pwysig.Mae DMD yn nychdod cyhyrol sy'n gysylltiedig â X sy'n effeithio ar 1:3500-5000 o ddynion, a nodweddir gan golli symudedd yn gynnar (<5 mlynedd) a DCM cynyddol gyda phrognosis sylweddol waeth na DCM o etiolegau eraill16,17,18.
Nid yw biomecaneg colled dystroffin wedi'i disgrifio'n llawn, ac yma adolygwn y dystiolaeth sy'n cefnogi'r syniad bod dystroffin yn wir yn chwarae rhan fecanoamddiffynnol, hy cynnal cyfanrwydd y sarcolemma, a'i fod yn hanfodol mewn mecanotransduction.Yn ogystal, fe wnaethom adolygu'r dystiolaeth sy'n awgrymu crosstalk pwysig ag integrins, yn benodol rhwymo laminin α7β1D mewn celloedd cyhyrau rhesog.
Mae mewnosodiadau a dileadau yn gyfrifol am nifer fawr o dreigladau mewn DMD, gyda 72% o fwtaniadau yn cael eu hachosi gan dreigladau o'r fath19.Yn glinigol, mae DMD yn cyflwyno mewn babandod (≤5 mlynedd) gyda isbwysedd, arwydd Gŵyr positif, oedi wrth ddatblygu newidiadau sy'n gysylltiedig ag oedran, arafwch meddwl, ac atroffi cyhyrau ysgerbydol.Trallod anadlol yn hanesyddol fu prif achos marwolaeth mewn cleifion DMD, ond mae gwell gofal cefnogol (corticosteroidau, pwysedd llwybr anadlu positif parhaus) wedi cynyddu disgwyliad oes yn y cleifion hyn, ac oedran canolrifol cleifion DMD a anwyd ar ôl 1990 yw 28.1 mlynedd 20,21 ..Fodd bynnag, wrth i gyfraddau goroesi cleifion gynyddu, mae'r prognosis o DCM cynyddol yn sylweddol waeth o'i gymharu â chardiomyopathi eraill16, gan arwain at fethiant y galon yn y cyfnod olaf, sef prif achos marwolaeth ar hyn o bryd, sy'n cyfrif am tua 50% o farwolaethau DMD17,18.
Nodweddir DCM cynyddol gan ymlediad a chydymffurfiad fentriglaidd chwith cynyddol, teneuo fentriglaidd, mwy o ymdreiddiad ffibrofaty, llai o weithrediad systolig, a mwy o arrhythmia amledd.Mae lefel y DCM mewn cleifion â DMD bron yn gyffredinol ar ddiwedd y glasoed (90% i 18 oed), ond mae'n bresennol mewn tua 59% o gleifion erbyn 10 oed8,22.Mae mynd i’r afael â’r mater hwn yn hollbwysig gan fod y ffracsiwn alldafliad fentriglaidd chwith wedi bod yn gostwng yn raddol ar gyfradd o 1.6% y flwyddyn23.
Mae arhythmia cardiaidd yn gyffredin mewn cleifion â DMD, yn enwedig sinws tachycardia a tachycardia fentriglaidd, ac maent yn achosi marwolaeth sydyn ar y galon22.Mae arhythmia yn ganlyniad i ymdreiddiad ffibrofaty, yn enwedig yn y fentrigl chwith is-sylfaenol, sy'n amharu ar y cylchedwaith dychwelyd yn ogystal â chamweithrediad prosesu [Ca2+]i a chamweithrediad sianel ïon24,25.Mae cydnabod y cyflwyniad cardiaidd clinigol yn hollbwysig, oherwydd gall strategaethau triniaeth gynnar ohirio dyfodiad DCM difrifol.
Dangosir pwysigrwydd trin camweithrediad cardiaidd a morbidrwydd cyhyrau ysgerbydol mewn astudiaeth ddiddorol a ddefnyddiodd fodel llygoden o DMD o'r enw mdx26 i astudio effeithiau gwella meinwe cyhyrau ysgerbydol heb fynd i'r afael â'r problemau cardiaidd sylfaenol sy'n bresennol yn DMD.Yma, dangosodd yr awduron gynnydd paradocsaidd 5-plyg mewn camweithrediad cardiaidd ar ôl gwelliant mewn cyhyr ysgerbydol, ac roedd gan lygod ostyngiad sylweddol yn y ffracsiwn alldafliad26.Mae gwell swyddogaeth cyhyrau ysgerbydol yn caniatáu i weithgarwch corfforol uwch roi mwy o straen ar y myocardiwm, gan ei wneud yn fwy agored i gamweithrediad cyffredinol.Mae hyn yn amlygu pwysigrwydd trin cleifion DMD yn gyffredinol a rhybuddion yn erbyn therapi cyhyrau ysgerbydol yn unig.
Mae DGCs yn cyflawni nifer o swyddogaethau ychwanegol, sef, darparu sefydlogrwydd strwythurol i'r sarcolemma, dod yn sgaffald moleciwlaidd sy'n gweithredu fel cyswllt signalau, rheoleiddio sianeli ïon mecanosensitif, craidd mecanotransduction arfordirol, a chymryd rhan mewn trosglwyddo grym ochrol yn rhanbarth y asennau (Ffig. 1b)..Mae dystroffin yn chwarae rhan ganolog yn y gallu hwn, ac oherwydd presenoldeb llawer o hyrwyddwyr mewnol, mae yna sawl isoform gwahanol, pob un yn chwarae rhan wahanol mewn gwahanol feinweoedd.Mae mynegiant meinwe gwahaniaethol o wahanol isoformau dystroffin yn cefnogi'r syniad bod pob isoform yn chwarae rhan wahanol.Er enghraifft, mae meinwe cardiaidd yn mynegi'r hyd llawn (Dp427m) yn ogystal â'r isoform Dp71m byrrach o ddystroffin, tra bod meinwe ysgerbydol yn mynegi'r cyntaf o'r ddau yn unig.Gall arsylwi rôl pob isdeip ddatgelu nid yn unig ei swyddogaeth ffisiolegol, ond hefyd pathogenesis nychdod cyhyrol.
Cynrychiolaeth sgematig o'r dystroffin hyd llawn (Dp427m) a'r isoform Dp71 cwtogi llai.Mae gan Dystroffin 24 o ailadroddiadau sbectrin wedi'u gwahanu gan bedair dolen, yn ogystal â pharth sy'n rhwymo actin (ABD), parth llawn cystein (CR), a therminws C (CT).Mae partneriaid rhwymol allweddol wedi'u nodi, gan gynnwys microtubules (MTs) a'r sarcolemma.Mae yna lawer o isoformau o Dp71, mae Dp71m yn cyfeirio at feinwe'r cyhyrau ac mae Dp71b yn cyfeirio at isoform y meinwe nerfol.Yn benodol, mae Dp71f yn cyfeirio at isoform cytoplasmig niwronau.b Mae'r cymhlyg dystroffin-glycoprotein (DHA) wedi'i leoli yn y sarcolemma yn ei gyfanrwydd.Mae grymoedd biomecanyddol yn newid rhwng ECM ac F-actin.Sylwch ar groessiarad posibl rhwng DGCs ac adlyniad integrin, gall Dp71 chwarae rhan mewn adlyniadau ffocws.Crëwyd gyda Biorender.com.
DMD yw'r nychdod cyhyrol mwyaf cyffredin ac mae'n cael ei achosi gan fwtaniadau mewn DMD.Fodd bynnag, i werthfawrogi'n llawn ein dealltwriaeth bresennol o rôl gwrth-dystroffin, mae'n bwysig ei osod yng nghyd-destun DGC yn ei gyfanrwydd.Felly, bydd y proteinau cyfansoddol eraill yn cael eu disgrifio'n fyr.Dechreuwyd astudio cyfansoddiad protein DGC ar ddiwedd y 1980au, gan roi sylw arbennig i ddystroffin.Gwnaeth Koenig27,28, Hoffman29 ac Ervasti30 ddarganfyddiad pwysig trwy adnabod dystroffin, protein 427 kDa mewn cyhyr rhychog31.
Yn dilyn hynny, dangoswyd bod is-gyfadeiladau eraill yn gysylltiedig â dystroffin, gan gynnwys sarcoglycan, yr is-gyfadeilad trawsbilen dystroffin, dysbrevin, a syntroffinau8, sydd gyda'i gilydd yn ffurfio'r model DGC presennol.Bydd yr adran hon yn gyntaf yn lledaenu'r dystiolaeth ar gyfer rôl y DGC mewn canfyddiad mecanosynhwyraidd tra'n archwilio'r cydrannau unigol yn fanwl.
Yr isoform dystroffin hyd llawn sy'n bresennol mewn meinwe cyhyrau rhesog yw Dp427m (ee "m" ar gyfer cyhyr i'w wahaniaethu oddi wrth yr ymennydd) ac mae'n brotein siâp gwialen mawr gyda phedwar parth swyddogaethol wedi'u lleoli o dan y sarcolemma cardiomyocyte, yn enwedig yn rhanbarth yr arfordir. 29, 32. Mae dp427m, sydd wedi'i amgodio gan y genyn DMD ar Xp21.1, yn cynnwys 79 exon a gynhyrchir ar 2.2 megabases ac felly dyma'r genyn mwyaf yn ein genom8.
Mae sawl hyrwyddwr mewnol yn DMD yn cynhyrchu isoformau dystroffin cwtogi lluosog, rhai ohonynt yn benodol i feinwe.O'i gymharu â Dp427m, mae Dp71m wedi'i gwtogi'n sylweddol ac nid oes ganddo barth ailadrodd sbectrin na pharth ABD terfynell N.Fodd bynnag, mae Dp71m yn cadw'r strwythur rhwymol C-terminal.Mewn cardiomyocytes, mae rôl Dp71m yn aneglur, ond dangoswyd ei fod yn lleoleiddio mewn tiwbiau T, gan awgrymu y gallai helpu i reoleiddio'r cyplydd cyffroi-contractio 33,34,35.Hyd y gwyddom, ychydig o sylw a gafodd y darganfyddiad diweddar o Dp71m mewn meinwe cardiaidd, ond mae rhai astudiaethau'n awgrymu ei fod yn gysylltiedig â sianeli ïon a weithredir gan ymestyn, ac awgrymodd Masubuchi y gallai chwarae rhan yn y gwaith o reoleiddio nNOS33., 36. Wrth wneud hynny, mae Dp71 wedi cael sylw sylweddol mewn niwroffisioleg ac ymchwil platennau, meysydd a allai roi cipolwg ar rôl mewn cardiomyocytes37,38,39.
Mewn meinwe nerfol, mae'r isoform Dp71b yn cael ei fynegi'n bennaf, ac adroddir am 14 isoform38.Dangoswyd bod dileu Dp71b, rheolydd pwysig sianeli potasiwm aquaporin 4 a Kir4.1 yn y system nerfol ganolog, yn newid athreiddedd rhwystr gwaed-ymennydd40.O ystyried rôl Dp71b mewn rheoleiddio sianeli ïon, gall Dp71m chwarae rhan debyg mewn cardiomyocytes.
Mae presenoldeb DGC yn y ganglia arfordirol ar unwaith yn dynodi rôl mewn mecanotransduction, ac yn wir dangoswyd ei fod yn cyd-leoli â chymhlygion integrin-talin-vinculin 41 .Ar ben hynny, o ystyried mai'r segment arfordirol yw ffocws mecanotransduction ardraws, mae lleoleiddio Dp427m yma yn amlygu ei rôl wrth amddiffyn celloedd rhag difrod a achosir gan grebachiad.Ymhellach, mae Dp427m yn rhyngweithio ag actin a'r cytoskeleton microtiwbule, a thrwy hynny gwblhau'r cysylltiad rhwng yr amgylchedd mewngellol a'r matrics allgellog.
Mae'r terminws N sy'n cynnwys parth rhwymo actin 1 (ABD1) yn cynnwys dau barth homoleg calmodulin (CH) sy'n ofynnol ar gyfer rhyngweithio â F-actin ac angori'r isoform γ-actin i'r sarcolemma42,43.Gall dystroffin gyfrannu at gludedd-elastigedd cyffredinol cardiomyocytes trwy lynu wrth y cytoskeleton subsarcolemmal, ac mae ei leoleiddio yn y ganglia arfordirol yn cefnogi ei gyfranogiad mewn mecanotransduction yn ogystal â mechanoprotection44,45.
Mae'r parth craidd canolog yn cynnwys 24 o broteinau ailadroddus tebyg i sbectrin, pob un ohonynt tua 100 o weddillion asid amino o hyd.Mae'r ailddarllediadau sbectrin yn gymysg â phedwar parth colfach, gan roi hyblygrwydd i'r protein a lefel uchel o estynadwyedd.Gall ailadroddiadau sbectrin dystroffin ddatblygu o fewn ystod ffisiolegol o rymoedd (15-30 pN) yn ymestyn o 21 nm i 84 nm, grymoedd cyraeddadwy ar gyfer cyfangiad myosin 46 .Mae'r nodweddion hyn o'r parth ailadrodd sbectrin yn caniatáu i ddystroffin weithredu fel amsugnwr sioc moleciwlaidd.
Mae gwialen ganolog Dp427m yn sicrhau ei leoleiddio yn y sarcolemma, yn arbennig, trwy ryngweithio hydroffobig ac electrostatig â phosphatidylserine 47,48.Yn ddiddorol, mae craidd canolog dystroffin yn rhyngweithio'n wahanol â sarcolemma ffosffolipidau mewn meinweoedd ysgerbydol a chardiaidd, gan adlewyrchu patrymau gwanwyn gwahanol o bosibl.hanfodol, tra bod cyhyrau ysgerbydol hefyd yn gysylltiedig â R10-R1249.
Er mwyn rhwymo'r cytoskeleton γ-actin mae angen rhanbarth 11-17 ailadrodd sbectrin ABD2, sy'n cynnwys gweddillion asid amino sylfaenol ac sy'n wahanol i'r parth CH sy'n rhwymo F-actin.Mae microtubules yn rhyngweithio'n uniongyrchol â pharth craidd dystroffin, mae'r rhyngweithiad hwn yn gofyn am weddillion ailadroddiadau sbectrin 4-15 a 20-23, ac mae angen presenoldeb ankyrin B i atal microtiwbwles rhag ffurfio ar y wefan hon.Tiwbiau yn absennol 50,51,52.Dangoswyd bod bwlch rhwng microtubules a dystroffin yn gwaethygu patholeg DMD trwy gynyddu rhywogaethau ocsigen adweithiol (X-ROS).
Mae'r parth CR trwy ankyrin B yn angor arall ar gyfer ffosffolipidau sarcolemmal52.Mae angen Ankyrin-B ac ankyrin-G ar gyfer lleoli asennau dystroffin/DGC, ac mae eu habsenoldeb yn arwain at batrwm sarcolemmal gwasgaredig o DGC52.
Mae'r parth CR yn cynnwys parth rhwymo WW sy'n rhyngweithio'n uniongyrchol â motiff rhwymo PPxY β-DG.Trwy gysylltu â'r cymhlyg dystroffin-glycan, mae dystroffin yn cwblhau'r cysylltiad rhwng y tu mewn a'r tu allan i'r gell54.Mae'r cysylltiad hwn yn hanfodol ar gyfer cyhyr rhychog, fel y dangosir gan y ffaith bod tarfu ar y cysylltiad rhwng yr ECM a thu mewn i'r gell yn arwain at nychdod cyhyrol sy'n cyfyngu ar fywyd.
Yn olaf, mae'r parth CT yn rhanbarth sydd wedi'i gadw'n fawr sy'n ffurfio helics torchog ac mae'n hanfodol ar gyfer rhwymo α-dystrobrevin a α1-,β1-syntroffinau55,56.Mae α-dystrobrevin yn clymu i barth CT dystroffin ac yn darparu ymwrthedd ychwanegol i ddystroffin yn y sarcolemma57.
Yn ystod datblygiad embryonig a ffetws, mae Utrophin yn cael ei fynegi'n eang mewn meinweoedd amrywiol, gan gynnwys celloedd endothelaidd, meinwe nerfol, a meinwe cyhyrau rhesog58.Mynegir Utrophin gan UTRN sydd wedi'i leoli ar gromosom 6q ac mae'n autolog dystroffin gyda homoleg protein 80%.Yn ystod datblygiad, mae utroffin wedi'i leoli yn y sarcolemma ond yn cael ei atal yn sylweddol mewn meinwe cyhyrau rhychiog ôl-enedigol, lle caiff ei ddisodli gan ddystroffin.Ar ôl genedigaeth, mae lleoleiddio utroffin yn gyfyngedig i dendonau a chyffyrdd niwrogyhyrol y cyhyrau ysgerbydol58,59.
Mae partneriaid rhwymo wtroffin yn weddol debyg i rai dystroffinau, er bod rhai gwahaniaethau allweddol wedi'u disgrifio.Er enghraifft, mae dystroffin yn rhyngweithio â β-DG trwy ei barth WW, sy'n cael ei sefydlogi gan y parth ZZ (a enwir am ei allu i rwymo dau ïon sinc) o fewn ei ranbarth CT, lle mae gweddillion asid cystein 3307-3354 yn arbennig o bwysig ar gyfer y rhyngweithiad hwn60 ., 61. Mae Utrophin hefyd yn rhwymo i β-DG trwy'r parth WW/ZZ, ond mae'r union weddillion sy'n cynnal y rhyngweithiad hwn yn wahanol i weddillion dystroffin (3307–3345 mewn dystroffin a 3064–3102 mewn wtroffin) 60,61.Yn bwysig, roedd rhwymiad utroffin i β-DG tua 2 waith yn is o'i gymharu â dystroffin 61. Dywedwyd bod dystroffin yn rhwymo i F-actin trwy ailadroddiadau sbectrin 11-17, tra na all safleoedd tebyg mewn wtroffin rwymo i F-actin, hyd yn oed ar crynodiadau uchel, ond gallant ryngweithio trwy eu parthau CH.Gweithred 62,63,64.Yn olaf, yn wahanol i ddystroffin, ni all wtroffin rwymo i ficrotiwbylau51.
Yn fiomecanyddol, mae gan ailddarllediadau sbectrin iwtroffin batrwm datblygu amlwg o gymharu â dystroffin65.Mae Utrophin-spectrin yn ail-leoli mewn grymoedd uwch, yn debyg i titin ond nid dystroffin65.Mae hyn yn gyson â'i leoleiddio a'i rôl wrth drosglwyddo grym elastig anhyblyg ar gyffyrdd tendon, ond fe all wneud utroffin yn llai addas i weithredu fel sbring moleciwlaidd mewn grymoedd byffro a achosir gan gyfangiad 65 .Gyda'i gilydd, mae'r data hyn yn awgrymu y gall galluoedd mecanotransduction a mechanobwffer gael eu newid ym mhresenoldeb gorfynegiant iwtroffin, yn enwedig o ystyried gwahanol bartneriaid/mecanweithiau rhwymo, ond mae angen astudiaeth arbrofol bellach ar hyn.
O safbwynt swyddogaethol, mae'r ffaith y credir bod utroffin yn cael effeithiau tebyg i ddystroffin yn ei gwneud yn darged triniaeth posibl ar gyfer DMD66,67.Mewn gwirionedd, dangoswyd bod rhai cleifion DMD yn gorfynegi utroffin, o bosibl fel mecanwaith cydadferol, ac mae'r ffenoteip wedi'i adfer yn llwyddiannus mewn model llygoden gyda gorfynegiant utroffin 68 .Er bod uwchreoleiddio utroffin yn strategaeth therapiwtig debygol, mae ystyried y gwahaniaeth ffurfiol a swyddogaethol rhwng wtroffin a dystroffin a'r defnydd o ysgogi'r gorfynegiant hwn gyda lleoleiddio priodol ar hyd y sarcolemma yn golygu bod strategaeth hirdymor utroffin yn aneglur o hyd.Yn nodedig, mae cludwyr benywaidd yn dangos patrwm mosaig o fynegiant utroffin, a gall y gymhareb rhwng dystroffin ac utroffin ddylanwadu ar raddfa cardiomyopathi ymledol yn y cleifion hyn,69 er bod modelau cludwyr murine wedi dangos..
Mae'r is-gymhleth dystroglycan yn cynnwys dau brotein, α- a β-dystroglycan (α-, β-DG), y ddau wedi'u trawsgrifio o'r genyn DAG1 ac yna'n cael eu hollti'n ôl-gyfieithu yn broteinau dau gydran 71 .Mae α-DG wedi'i glycosyleiddio'n fawr yn yr agwedd allgellog o DGCs ac mae'n rhyngweithio'n uniongyrchol â gweddillion proline yn laminin α2 yn ogystal ag agrin72 a picaculin73 a'r rhanbarth CT / CR o dystroffin73,74,75,76.Mae angen glycosyleiddiad sy'n gysylltiedig ag O, yn enwedig gweddillion serine, ar gyfer ei ryngweithio â'r ECM.Mae'r llwybr glycosyleiddiad yn cynnwys llawer o ensymau y mae eu mwtaniadau'n arwain at nychdod cyhyrol (gweler Tabl 1 hefyd).Mae'r rhain yn cynnwys yr O-mannosyltransferase POMT2, fucutin a phrotein sy'n gysylltiedig â ffycotin (FKRP), dau ffosffotransferas ribitol sy'n ychwanegu ffosffadau ribitol tandem i'r glycan craidd, a'r protein LARGE1 sy'n ychwanegu xylose a glwcos.Polysacarid asid wronig llinol, a elwir hefyd yn glycan matrics ar ddiwedd y glycan77.Mae FKRP hefyd yn ymwneud â datblygu a chynnal yr ECM, ac mae treigladau ynddo yn arwain at fynegiant llai o laminin α2 a α-DG77,78,79.Yn ogystal, gall FKRP hefyd gyfarwyddo ffurfio'r lamina gwaelodol a'r matrics allgellog cardiaidd trwy ffibronectin glycosylaidd 80.
Mae β-DG yn cynnwys motiff rhwymo PPxY sy'n lleoleiddio ac yn atafaelu YAP12 yn uniongyrchol.Mae hwn yn ganfyddiad diddorol gan ei fod yn awgrymu bod DGC yn rheoleiddio'r cylchred celloedd cardiomyocyte.Mae α-DH mewn cardiomyocytes newyddenedigol yn rhyngweithio ag agrin, sy'n hyrwyddo adfywio'r galon a lysis DGC76 oherwydd aeddfedu celloedd.Wrth i gardiomyocytes aeddfedu, mae mynegiant aggrin yn lleihau o blaid laminin, y credir ei fod yn cyfrannu at arestio cylchred celloedd76.Dangosodd Morikawa12 fod dystroffin a salvador yn cael eu dymchwel ddwywaith, sef rheoleiddiwr negyddol o YAP, yn arwain at orlenwi cardiomyocytes yn y rwmen sy'n achosi cnawdnychiant.Arweiniodd hyn at y syniad cyffrous y gallai triniaeth YAP fod o werth clinigol wrth atal colli meinwe ar ôl cnawdnychiant myocardaidd.Felly, gallai lysis DGC a achosir gan agrin gynrychioli echelin sy'n caniatáu gweithrediad YAP ac mae'n llwybr posibl ar gyfer adfywio cardiaidd.
Yn fecanyddol, mae angen α- a β-DG i gynnal rhyngweithio rhwng y sarcolemma a'r haen waelodol 81 .Mae integrinau α-DG a α7 yn cyfrannu at gynhyrchu grym yn y ganglion arfordirol, ac mae colli α-DG yn achosi gwahanu'r sarcolemma oddi wrth y lamina gwaelodol, gan adael meinwe cyhyrau ysgerbydol yn agored i niwed a achosir gan grebachu.Fel y disgrifiwyd yn flaenorol, mae'r cymhleth dystroglycan yn rheoleiddio trosiant cyffredinol DGCs, lle mae rhwymo i ligand laminin cytras yn arwain at ffosfforyleiddiad tyrosin o'r motiff rhwymo PPPY o β-DG892.Mae ffosfforyleiddiad tyrosine yma yn hyrwyddo dadosod dystroffin, sy'n fflipio'r cymhleth DGC.Yn ffisiolegol, mae'r broses hon yn cael ei rheoleiddio'n fawr, sy'n absennol mewn nychdod cyhyrol82, er nad yw'r mecanweithiau sylfaenol sy'n rheoli'r broses hon yn cael eu deall yn llawn.
Dangoswyd bod ymestyn cylchol yn actifadu'r llwybrau ERK1/2 ac AMPK trwy'r cymhleth dystroffin a phlectin protein cysylltiedig83.Gyda'i gilydd, mae angen plectin a dystroglycan nid yn unig i weithredu fel sgaffald, ond hefyd i gymryd rhan mewn mecanotransduction, ac mae dymchwel plectin yn arwain at ostyngiad yng ngweithgaredd ERK1/2 ac AMPK83.Mae Plectin hefyd yn rhwymo i desmin ffilament canolraddol sytosgerbydol, a dangoswyd bod gorfynegiant desmin yn gwella ffenoteip y clefyd mewn llygod mdx: desmin ac mdx, model llygoden dwbl DMD84.Trwy ryngweithio â β-DG, mae plectin yn rhwymo DGC yn anuniongyrchol i'r gydran hon o'r cytoskeleton.Yn ogystal, mae dystroglycan yn rhyngweithio â phrotein sy'n rhwymo derbynyddion ffactor twf 2 (Grb2), y gwyddys ei fod yn ymwneud ag ad-drefnu sytosgerbydol85.Dangoswyd bod actifadu ras gan integrin yn cael ei gyfryngu trwy Grb2, a allai ddarparu llwybr posibl ar gyfer crosstalk rhwng integrins a DGC86.
Mae mwtaniadau yn y genynnau sy'n gysylltiedig â glycosyleiddiad α-DH yn arwain at yr hyn a elwir yn nychdod cyhyrol.Mae dystroglycanopathïau yn dangos heterogenedd clinigol ond fe'u hachosir yn bennaf gan amhariad yn y rhyngweithio rhwng α-DG a laminin α277.Mae dystroffiglicanoses a achosir gan dreigladau cynradd yn DAG1 yn hynod o brin yn gyffredinol, mae'n debyg oherwydd eu bod yn angheuol embryonig87, gan gadarnhau'r angen am gysylltiad cellog ag ECM.Mae hyn yn golygu bod y rhan fwyaf o glefydau glycan dystroffig yn cael eu hachosi gan dreigladau protein eilaidd sy'n gysylltiedig â glycosyleiddiad.Er enghraifft, mae mwtaniadau yn POMT1 yn achosi syndrom Walker-Warburg hynod ddifrifol, a nodweddir gan anenseffali a disgwyliad oes llawer byrrach (llai na 3 blynedd)88.Fodd bynnag, mae mwtaniadau FKRP yn amlygu'n bennaf fel nychdod cyhyrol y coesau a'r coesau (LGMD), sydd fel arfer (ond nid bob amser) yn gymharol ysgafn.Fodd bynnag, dangoswyd bod treigladau yn FKRP yn achos prin o WWS89.Mae llawer o dreigladau wedi'u nodi yn FKRP, a'r treiglad sylfaenydd (c.826>A) ohonynt sy'n achosi LGMD2I90 amlaf.
Mae LGMD2I yn nychdod cyhyrol cymharol ysgafn y mae ei bathogenesis yn seiliedig ar amhariad ar y cysylltiad rhwng y matrics allgellog a'r sytosgerbwd mewngellol.Llai clir yw'r berthynas rhwng genoteip a ffenoteip mewn cleifion â threigladau yn y genynnau hyn, ac yn wir mae'r cysyniad hwn yn berthnasol i broteinau DSC eraill.Pam mae rhai cleifion â threigladau FKRP yn dangos ffenoteip afiechyd sy'n gyson â WWS tra bod gan eraill LGMD2I?Gall yr ateb i'r cwestiwn hwn fod yn i) pa gam o'r llwybr glycosyleiddiad y mae'r treiglad yn effeithio arno, neu ii) graddau'r hypoglycosylation ar unrhyw gam penodol.Gall hypoglycosylation α-DG barhau i ganiatáu rhywfaint o ryngweithio â'r ECM gan arwain at ffenoteip cyffredinol mwynach, tra bod daduniad o bilen yr islawr yn cynyddu difrifoldeb ffenoteip y clefyd.Mae cleifion â LGMD2I hefyd yn datblygu DCM, er bod hyn wedi'i ddogfennu'n llai na DMD, sy'n cymell y brys i ddeall y treigladau hyn yng nghyd-destun cardiomyocytes.
Mae'r is-gyfadeilad sarcospan-sarcoglycan yn hyrwyddo ffurfio DHA ac yn rhyngweithio'n uniongyrchol â β-DH.Mae pedwar sarcoglycan uncyfeiriad mewn meinwe cardiaidd: α, β, γ, a δ91.Disgrifiwyd yn ddiweddar bod treiglad missens c.218C>T yn exon 3 o'r genyn SGCA a dileu rhannol heterosygaidd yn exons 7–8 yn achosi LGMD2D92.Fodd bynnag, yn yr achos hwn, ni werthusodd yr awduron y ffenoteip cardiaidd.
Mae grwpiau eraill wedi canfod bod SGCD mewn modelau porcine93 a mouse94 yn arwain at lai o fynegiant protein yn yr is-gyfadeilad sarcoglycan, gan amharu ar strwythur cyffredinol DGCs ac arwain at DCM.Yn ogystal, adroddwyd bod gan 19% o'r holl gleifion â threigladau SGCA, SGCB, neu SGCG cardiomyopathi ymledol, ac roedd angen cymorth anadlol ar 25% o'r holl gleifion hefyd95.
Mae treigladau enciliol mewn sarcoglycan (SG) δ yn arwain at ostyngiad neu absenoldeb llwyr o gyfadeiladau sarcoglycan ac felly DGC mewn meinwe cardiaidd ac maent yn gyfrifol am LGMD a'i DCM96 cysylltiedig.Yn ddiddorol, mae mwtaniadau dominyddol-negyddol yn SG-δ yn benodol i'r system gardiofasgwlaidd ac yn achosi cardiomyopathi ymledol teuluol97.Dangoswyd bod treigladau dominyddol-negyddol SG-δ R97Q a R71T wedi'u mynegi'n sefydlog mewn cardiomyocytes llygod mawr heb nam sylweddol ar gyfanswm DGC98.Fodd bynnag, mae celloedd y galon sy'n cario'r treigladau hyn yn fwy agored i niwed sarcolemma, athreiddedd, a chamweithrediad mecanyddol o dan straen mecanyddol, sy'n gyson â ffenoteip DCM98.
Mae Sarcospan (SSPN) yn tetraspanin 25 kDa wedi'i leoli yn yr is-gyfadeilad sarcoglycan a chredir ei fod yn gwasanaethu fel sgaffald protein99,100.Fel sgaffald protein, mae SSPN yn sefydlogi lleoleiddio a glycosyleiddiad α-DG99,101.Canfuwyd bod gorfynegiant SSPN mewn modelau llygoden yn cynyddu'r rhwymiad rhwng cyhyr a laminin 102 .Yn ogystal, dangoswyd bod SSPN yn rhyngweithio ag integrins, gan awgrymu graddau'r croes-siarad rhwng y ddau commissures asen, DGC, a'r strwythur glycoprotein integrin-talin-vinculin100,101,102.Arweiniodd Knockdown o SSPN hefyd at gynnydd mewn α7β1 mewn cyhyr ysgerbydol llygoden.
Dangosodd astudiaeth ddiweddar fod gorfynegiant sarcospan yn gwella aeddfedu a glycosyleiddiad α-DG mewn meinwe cardiaidd yn annibynnol ar galactosylaminotransferase 2 (Galgt2) dymchwel mewn model llygoden mdx o DMD, a thrwy hynny liniaru ffenoteip clefyd 101. Gall glycosylation cynyddol y cymhleth dystroglycan wella rhyngweithio gyda dystroglycan yr ECM, a thrwy hynny yn lliniaru'r clefyd fwyaf.Ar ben hynny, maent wedi dangos bod gorfynegiant sarcospan yn lleihau rhyngweithiad integrin β1D â DGCs, gan amlygu rôl bosibl i goegni wrth reoleiddio cyfadeiladau integrin101.
Mae sytroffinau yn deulu o broteinau bach (58 kDa) sy'n lleoleiddio i DGCs, nad oes ganddynt weithgaredd ensymatig cynhenid ​​eu hunain, ac sy'n gwasanaethu fel addaswyr moleciwlaidd103,104.Mae pum isoform (α-1, β-1, β-2, γ-1 a γ-2) wedi'u nodi sy'n dangos mynegiant meinwe-benodol, gyda'r isoform α-1 wedi'i fynegi'n bennaf mewn meinwe cyhyrau rhesog 105 .Mae sytroffinau yn broteinau addasydd pwysig sy'n hwyluso cyfathrebu rhwng dystroffin a moleciwlau signalau, gan gynnwys synthase nitrig ocsid niwronaidd (nNOS) mewn cyhyr ysgerbydol106.Mae α-syntroffin yn rhyngweithio'n uniongyrchol â'r parth ailadrodd sbectrin dystroffin 16-17, sydd yn ei dro yn clymu i'r motiff rhwymo PDZ nNOS106,107.
Mae sytroffinau hefyd yn rhyngweithio â dystrobrevin trwy'r parthau rhwymo PH2 ac UM, ac maent hefyd yn rhyngweithio â'r actin cytoskeleton 108 .Yn wir, mae'n ymddangos bod sytroffinau'n chwarae rhan arbennig o bwysig wrth reoleiddio deinameg cytosgerbydol, ac mae'r isoformau α ac β yn gallu rhyngweithio'n uniongyrchol â F-actin 108 ac felly mae'n debygol y byddant yn chwarae rhan wrth reoleiddio tensegrity a biomecaneg y cellog. effaith.Yn ogystal, dangoswyd bod syntroffinau yn rheoleiddio'r cytoskeleton trwy Rac1109.
Gall modiwleiddio lefelau syntroffin adfer swyddogaeth, a dangosodd astudiaeth ddiweddar gan ddefnyddio mini-dystroffin fod y lluniad ΔR4-R23 / ΔCT yn gallu adfer α-syntroffin yn ogystal â phroteinau DGC eraill i lefelau sy'n debyg i gardiomyocytes mdx WT.
Yn ogystal â'u rôl yn rheoleiddio'r cytoskeleton, mae syntroffinau hefyd wedi'u dogfennu'n dda wrth reoleiddio sianeli ïon 111,112,113.Mae'r motiff sy'n rhwymo PDZ o syntroffinau yn rheoleiddio'r sianel Nav1.5111 sy'n dibynnu ar foltedd cardiaidd, sy'n chwarae rhan allweddol wrth sefydlu cyffro a dargludiad cardiaidd.Yn ddiddorol, ym model llygoden mdx, canfuwyd bod sianeli Nav1.5 wedi'u dadreoleiddio a chanfuwyd arhythmia cardiaidd yn yr anifeiliaid 111 .Yn ogystal, dangoswyd bod teulu o sianeli ïon mecanosensitif, y sianel potensial derbynnydd dros dro (TRPC), yn cael ei reoleiddio gan α1-syntrophin ym meinwe cardiaidd 113 a dangoswyd bod ataliad TRPC6 yn gwella arhythmia yn y model llygoden DMD112.Adroddwyd bod cynnydd mewn gweithgaredd TRPC6 mewn DMD yn arwain at arhythmia cardiaidd, sy'n cael eu lleddfu o'u cyfuno â PKG 112 .Yn fecanyddol, mae disbyddiad dystroffin yn hyrwyddo mewnlifiad a achosir gan ymestyn o [Ca2+]i sy'n gweithredu i fyny'r afon o TRPC6 i'w actifadu, fel y dangosir mewn cardiomyocytes a chelloedd cyhyrau llyfn fasgwlaidd112,114.Mae gorfywiogi TRPC6 i ymestyn yn ei wneud yn fecanosensor mawr ac yn darged therapiwtig posibl yn DMD112,114.
Mae colli dystroffin yn arwain at lysis neu ataliad amlwg o'r cyfadeilad DGC cyfan, gyda cholli llawer o swyddogaethau mecanoprotective a mechanotransduction wedi hynny, gan arwain at y ffenoteip trychinebus a welir mewn meinwe cyhyrau rhychiog yn DMD.Felly, gall fod yn rhesymol ystyried bod RSKs yn gweithio ar y cyd a bod cydrannau unigol yn dibynnu ar bresenoldeb a gweithrediad cydrannau eraill.Mae hyn yn arbennig o wir ar gyfer dystroffin, sy'n ymddangos yn angenrheidiol ar gyfer cydosod a lleoleiddio'r cyfadeilad sarcolemma mewn cardiomyocytes.Mae pob cydran yn chwarae rhan unigryw wrth gyfrannu at sefydlogi cyffredinol y sarcolemma, lleoleiddio proteinau affeithiwr allweddol, rheoleiddio sianeli ïon a mynegiant genynnau, ac mae colli un protein yn y DGC yn arwain at ddadreoleiddio'r myocardiwm cyfan.
Fel y dangosir uchod, mae llawer o broteinau DGC yn ymwneud â mechanotransduction a signalau, ac mae dystroffin yn arbennig o addas ar gyfer y rôl hon.Os yw DGC wedi'i leoli yn yr asennau, mae hyn yn cadarnhau'r farn ei fod yn cymryd rhan mewn mecanotransduction ynghyd ag integrinau.Felly, mae DGCs yn cael eu trosglwyddo'n gorfforol trwy rym anisotropig ac yn cymryd rhan mewn ad-drefnu mecanosensory a sytosgerbydol o'r micro-amgylchedd mewngellol, yn gyson â'r model tensegrity.Yn ogystal, mae Dp427m yn clustogi grymoedd biomecanyddol sy'n dod i mewn trwy ehangu ailddarllediadau sbectrin o fewn ei barth craidd canolog, a thrwy hynny weithredu fel mechanoprotector trwy gynnal grym dad-ddirwyn 25 pN dros ystod estynedig o 800 nm.Trwy hollti, mae dystroffin yn gallu “byffer” grym y cyfangiad-ymlacio a gynhyrchir gan gardiomyocytes10.O ystyried yr amrywiaeth o broteinau a ffosffolipidau sy'n rhyngweithio â pharthau ailadrodd sbectrin, mae'n ddiddorol dyfalu a yw dad-ddirwyn ailadrodd sbectrin yn newid cineteg rhwymol proteinau mecanosensitif mewn modd tebyg i dalin116,117,118.Fodd bynnag, nid yw hyn wedi'i benderfynu eto ac mae angen ymchwilio ymhellach.