Thép không gỉ 347 / 347H Ống cuộn hàn Thành phần zhemical, Vai trò của phức hợp glycoprotein dystrophin trong quá trình dẫn truyền cơ học của tế bào cơ

Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Ngoài ra, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Thanh trượt hiển thị ba bài viết trên mỗi slide.Sử dụng các nút quay lại và tiếp theo để di chuyển qua các trang chiếu hoặc các nút điều khiển trang chiếu ở cuối để di chuyển qua từng trang chiếu.

Dystrophin là protein chính của phức hợp dystrophin-glycoprotein (DGC) trong cơ xương và tế bào cơ tim.Dystrophin liên kết khung tế bào Actin với ma trận ngoại bào (ECM).Sự đứt gãy liên kết giữa chất nền ngoại bào và bộ xương tế bào nội bào có thể gây ra hậu quả tàn khốc đối với sự cân bằng nội môi của các tế bào cơ xương, dẫn đến một số chứng loạn dưỡng cơ.Ngoài ra, mất DGC chức năng dẫn đến bệnh cơ tim giãn tiến triển và tử vong sớm.Dystrophin hoạt động như một lò xo phân tử và DHA đóng vai trò chính trong việc duy trì tính toàn vẹn của màng tế bào.Hơn nữa, bằng chứng đang tích lũy liên kết DGC với tín hiệu cơ học, mặc dù vai trò này vẫn chưa được hiểu rõ.Bài viết đánh giá này nhằm mục đích cung cấp một cái nhìn hiện đại về DGC và vai trò của chúng trong dẫn truyền cơ học.Trước tiên, chúng tôi thảo luận về mối quan hệ phức tạp giữa cơ học và chức năng của tế bào cơ, sau đó xem xét nghiên cứu gần đây về vai trò của phức hợp glycoprotein dystrophin trong dẫn truyền cơ học và duy trì tính toàn vẹn cơ sinh học của tế bào cơ.Cuối cùng, chúng tôi xem xét tài liệu hiện tại để hiểu cách tín hiệu DGC giao nhau với các đường truyền tín hiệu cơ học để làm nổi bật các điểm can thiệp tiềm năng trong tương lai, đặc biệt tập trung vào bệnh cơ tim.
Các tế bào liên lạc thường xuyên với môi trường vi mô của chúng và cuộc đối thoại hai chiều giữa chúng là cần thiết để giải thích và tích hợp thông tin cơ sinh học.Cơ sinh học kiểm soát các sự kiện quan trọng tiếp theo (ví dụ: sắp xếp lại bộ xương tế bào) bằng cách kiểm soát kiểu hình tổng thể của tế bào trong không gian và thời gian.Trung tâm của quá trình này ở tế bào cơ tim là vùng ven biển, vùng mà sarcolemma kết nối với sarcomere bao gồm phức hợp integrin-Talin-vinculin và dystrophin-glycoprotein (DGC).Được gắn vào bộ khung tế bào nội bào, các chất kết dính tiêu điểm (FA) riêng biệt này truyền bá một loạt các thay đổi tế bào về cơ sinh học và sinh hóa giúp kiểm soát sự biệt hóa, tăng sinh, hình thành cơ quan, di cư, tiến triển bệnh, v.v.Việc chuyển đổi các lực cơ sinh học thành các thay đổi sinh hóa và/hoặc (epi) di truyền được gọi là dẫn truyền cơ học1.
Thụ thể xuyên màng integrin 2 từ lâu đã được biết đến với vai trò neo giữ ma trận ngoại bào trong tế bào và làm trung gian cho cả tín hiệu bên trong và bên ngoài.Song song với integrins, DGC liên kết ECM với bộ xương tế bào, thiết lập một liên kết quan trọng giữa bên ngoài và bên trong tế bào3.Dystrophin có chiều dài đầy đủ (Dp427) chủ yếu được biểu hiện ở cơ tim và cơ xương, nhưng cũng được quan sát thấy trong các mô của hệ thần kinh trung ương, bao gồm võng mạc và mô Purkinje4.Đột biến trong integrins và DGC được cho là nguyên nhân gây ra chứng loạn dưỡng cơ và bệnh cơ tim giãn tiến triển (DCM) (Bảng 1)5,6.Đặc biệt, đột biến DMD mã hóa DGC protein dystrophin trung tâm gây ra chứng loạn dưỡng cơ Duchenne (DMD)7.DGC bao gồm một số phức hợp con bao gồm α- và β-dystroglycan (α/β-DG), sarcoglycan-spanin, dystrophin và dystrophin 8.
Dystrophin là một protein khung tế bào được mã hóa bởi DMD (Xp21.1-Xp22) đóng vai trò trung tâm trong việc duy trì DGC.DGC duy trì tính toàn vẹn của sarcolemma, màng sinh chất của mô cơ vân.Dystrophin làm giảm thêm thiệt hại do co bóp bằng cách hoạt động như một lò xo phân tử và giàn giáo phân tử9,10.Dystrophin có chiều dài đầy đủ có trọng lượng phân tử 427 kDa, tuy nhiên, do có nhiều chất xúc tiến bên trong DMD nên có một số dạng đồng phân bị cắt cụt xuất hiện tự nhiên, bao gồm Dp7111.
Các protein phụ kiện đã được chứng minh là tập trung vào dystrophin, bao gồm các chất dẫn truyền cơ học thực sự như nitric oxit synthase tế bào thần kinh (nNOS), protein liên kết Yes (YAP) và Caveolin-3, do đó đại diện cho các thành phần quan trọng của tín hiệu tế bào.Hợp chất 12, 13, 14. Ngoài khả năng bám dính, một cơ chế tế bào liên quan đến sự tương tác giữa tế bào và chất nền, được hình thành bởi integrins và các mục tiêu xuôi dòng của chúng, hai phức hợp này thể hiện giao diện giữa “bên trong” và “bên ngoài” tế bào .Việc bảo vệ các chất kết dính khu trú này khỏi sự phá hủy bất thường là rất quan trọng đối với hoạt động và sự sống sót của tế bào.Ngoài ra, dữ liệu ủng hộ rằng dystrophin là chất điều biến các kênh ion nhạy cảm cơ học, bao gồm các kênh được kích hoạt kéo dài, đặc biệt là kênh Ca2+ loại L và kênh TRPC 15.
Mặc dù dystrophin rất quan trọng đối với chức năng cân bằng nội môi của tế bào cơ vân, nhưng các cơ chế hỗ trợ chính xác vẫn chưa rõ ràng, đặc biệt là vai trò của dystrophin và khả năng hoạt động như một cảm biến cơ học và chất bảo vệ cơ học của nó.Do mất đi dystrophin, một số câu hỏi chưa được trả lời đã được đặt ra, bao gồm: các protein nhạy cảm cơ học như YAP và AMPK có bị định vị sai ở màng cơ không;Có nhiễu xuyên âm với integrins, những trường hợp có thể dẫn đến sự dẫn truyền cơ học bất thường không?Tất cả những đặc điểm này có thể góp phần tạo nên kiểu hình DCM nghiêm trọng gặp ở bệnh nhân DMD.
Ngoài ra, mối liên quan của những thay đổi trong cơ sinh học tế bào với kiểu hình DMD tổng thể có ý nghĩa quan trọng về mặt lâm sàng.DMD là bệnh loạn dưỡng cơ liên kết X ảnh hưởng đến 1:3500–5000 nam giới, đặc trưng bởi mất khả năng vận động sớm (<5 tuổi) và DCM tiến triển với tiên lượng xấu hơn đáng kể so với DCM do các nguyên nhân khác16,17,18.
Cơ chế sinh học của sự mất dystrophin chưa được mô tả đầy đủ và ở đây chúng tôi xem xét bằng chứng ủng hộ quan điểm rằng dystrophin thực sự đóng vai trò bảo vệ cơ học, tức là duy trì tính toàn vẹn của sarcolemma và rất quan trọng trong dẫn truyền cơ học.Ngoài ra, chúng tôi đã xem xét bằng chứng cho thấy nhiễu xuyên âm quan trọng với integrins, đặc biệt là liên kết laminin α7β1D trong các tế bào cơ vân.
Việc chèn và xóa là nguyên nhân gây ra một số lượng lớn đột biến ở bệnh DMD, với 72% đột biến là do những đột biến đó gây ra19.Về mặt lâm sàng, DMD biểu hiện ở trẻ sơ sinh (dưới 5 tuổi) với biểu hiện hạ huyết áp, dấu hiệu Gower dương tính, chậm tiến triển của các thay đổi liên quan đến tuổi tác, chậm phát triển trí tuệ và teo cơ xương.Suy hô hấp trước đây là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu ở bệnh nhân DMD, nhưng việc chăm sóc hỗ trợ được cải thiện (corticosteroid, áp lực đường thở dương liên tục) đã làm tăng tuổi thọ ở những bệnh nhân này và độ tuổi trung bình của bệnh nhân DMD sinh sau năm 1990 là 28,1 tuổi20,21 ..Tuy nhiên, khi khả năng sống sót của bệnh nhân tăng lên, tiên lượng của DCM tiến triển sẽ xấu hơn đáng kể so với các bệnh cơ tim khác16, dẫn đến suy tim giai đoạn cuối, hiện là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu, chiếm khoảng 50% số ca tử vong do DMD17,18.
DCM tiến triển được đặc trưng bởi sự giãn nở và độ giãn nở của thất trái tăng lên, tâm thất mỏng đi, tăng thâm nhiễm chất xơ, giảm chức năng tâm thu và tăng tần suất rối loạn nhịp tim.Mức độ DCM ở bệnh nhân DMD hầu như phổ biến ở tuổi vị thành niên muộn (90% đến 18 tuổi), nhưng hiện diện ở khoảng 59% bệnh nhân ở độ tuổi 108,22.Giải quyết vấn đề này là rất quan trọng vì phân suất tống máu thất trái đang giảm dần với tốc độ 1,6% mỗi năm23.
Rối loạn nhịp tim thường gặp ở bệnh nhân DMD, đặc biệt là nhịp nhanh xoang và nhịp nhanh thất và là nguyên nhân gây đột tử do tim22.Chứng loạn nhịp tim là kết quả của sự thâm nhiễm chất xơ, đặc biệt là ở phần dưới đáy tâm thất trái, làm suy yếu vòng tuần hoàn trở về cũng như rối loạn chức năng xử lý [Ca2+]i và rối loạn chức năng kênh ion24,25.Việc nhận biết biểu hiện lâm sàng của tim là rất quan trọng vì các chiến lược điều trị sớm có thể trì hoãn sự khởi phát của DCM nặng.
Tầm quan trọng của việc điều trị rối loạn chức năng tim và bệnh lý cơ xương được thể hiện trong một nghiên cứu thú vị sử dụng mô hình chuột mắc DMD có tên là mdx26 để nghiên cứu tác động của việc cải thiện mô cơ xương mà không giải quyết các vấn đề về tim tiềm ẩn trong DMD.Ở đây, các tác giả đã chứng minh sự gia tăng nghịch lý gấp 5 lần rối loạn chức năng tim sau khi cải thiện cơ xương và chuột đã giảm đáng kể phân suất tống máu26.Chức năng cơ xương được cải thiện cho phép hoạt động thể chất cao hơn gây căng thẳng hơn cho cơ tim, khiến cơ tim dễ bị rối loạn chức năng chung hơn.Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc điều trị bệnh nhân DMD nói chung và cảnh báo về việc chỉ điều trị cơ xương.
DGC thực hiện một số chức năng bổ sung, cụ thể là cung cấp sự ổn định về cấu trúc cho sarcolemma, trở thành một giàn giáo phân tử hoạt động như một liên kết tín hiệu, điều chỉnh các kênh ion nhạy cảm cơ học, cốt lõi của dẫn truyền cơ học chi phí và tham gia truyền lực bên trong vùng của cơ. xương sườn (Hình 1b)..Dystrophin đóng vai trò trung tâm trong khả năng này và do sự hiện diện của nhiều chất xúc tiến bên trong nên có một số dạng đồng phân khác nhau, mỗi dạng đóng một vai trò khác nhau trong các mô khác nhau.Sự biểu hiện mô khác biệt của các dạng đồng phân dystrophin khác nhau ủng hộ quan điểm cho rằng mỗi dạng đồng dạng đóng một vai trò khác nhau.Ví dụ, mô tim biểu hiện toàn bộ chiều dài (Dp427m) cũng như dạng đồng phân Dp71m ngắn hơn của dystrophin, trong khi mô xương chỉ biểu hiện dạng đầu tiên trong số hai dạng.Việc quan sát vai trò của từng phân nhóm có thể tiết lộ không chỉ chức năng sinh lý của nó mà còn cả cơ chế bệnh sinh của chứng loạn dưỡng cơ.
Sơ đồ biểu diễn của dystrophin có chiều dài đầy đủ (Dp427m) và dạng đồng phân Dp71 bị cắt ngắn, nhỏ hơn.Dystrophin có 24 lần lặp phổ được phân tách bằng bốn vòng, cũng như miền liên kết với Actin (ABD), miền giàu cysteine ​​(CR) và đầu C (CT).Các đối tác liên kết chính đã được xác định, bao gồm các vi ống (MT) và sarcolemma.Có nhiều dạng đồng phân của Dp71, Dp71m dùng để chỉ mô cơ và Dp71b dùng để chỉ đồng dạng của mô thần kinh.Đặc biệt, Dp71f đề cập đến dạng đồng phân tế bào chất của tế bào thần kinh.b Phức hợp dystrophin-glycoprotein (DHA) nằm trong sarcolemma nói chung.Lực cơ sinh học chuyển đổi giữa ECM và F-actin.Lưu ý nhiễu xuyên âm tiềm ẩn giữa DGC và độ bám dính integrin, Dp71 có thể đóng một vai trò trong độ bám dính tiêu điểm.Được tạo bằng Biorender.com.
DMD là bệnh loạn dưỡng cơ phổ biến nhất và do đột biến ở DMD gây ra.Tuy nhiên, để đánh giá đầy đủ sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về vai trò của thuốc kháng dystrophin, điều quan trọng là phải đặt nó trong bối cảnh DGC nói chung.Vì vậy, các protein cấu thành khác sẽ được mô tả ngắn gọn.Thành phần protein của DGC bắt đầu được nghiên cứu vào cuối những năm 1980, đặc biệt chú ý đến dystrophin.Koenig27,28, Hoffman29 và Ervasti30 đã thực hiện một khám phá quan trọng bằng cách xác định dystrophin, một loại protein 427 kDa trong cơ vân31.
Sau đó, các phức hợp con khác đã được chứng minh là có liên quan đến dystrophin, bao gồm sarcoglycan, phức hợp con xuyên màng dystrophin, dysbrevin và syntrophins8, cùng nhau tạo thành mô hình DGC hiện tại.Phần này trước tiên sẽ phổ biến bằng chứng về vai trò của DGC trong nhận thức cảm giác cơ học trong khi kiểm tra chi tiết từng thành phần riêng lẻ.
Đồng dạng dystrophin có chiều dài đầy đủ có trong mô cơ vân là Dp427m (ví dụ: “m” để chỉ cơ để phân biệt với não) và là một protein hình que lớn với bốn vùng chức năng nằm dưới sarcolemma tế bào cơ tim, đặc biệt là ở vùng sườn 29, 32. Dp427m, được mã hóa bởi gen DMD trên Xp21.1, bao gồm 79 exon được tạo ra ở 2,2 megabase và do đó là gen lớn nhất trong bộ gen của chúng ta8.
Một số chất xúc tiến bên trong ở DMD tạo ra nhiều dạng đồng phân dystrophin bị cắt cụt, một số trong đó đặc hiệu cho mô.So với Dp427m, Dp71m bị cắt ngắn đáng kể và thiếu miền lặp lại quang phổ hoặc miền ABD đầu cuối N.Tuy nhiên, Dp71m vẫn giữ cấu trúc liên kết đầu C.Trong tế bào cơ tim, vai trò của Dp71m chưa rõ ràng, nhưng nó đã được chứng minh là định vị trong ống T, cho thấy rằng nó có thể giúp điều chỉnh khớp nối kích thích-co thắt 33,34,35.Theo hiểu biết của chúng tôi, phát hiện gần đây về Dp71m trong mô tim ít được chú ý, nhưng một số nghiên cứu cho thấy rằng nó có liên quan đến các kênh ion được kích hoạt kéo dài và Masubuchi cho rằng nó có thể đóng một vai trò trong việc điều chỉnh nNOS33., 36. Khi làm như vậy, Dp71 đã nhận được sự chú ý đáng kể trong nghiên cứu sinh lý thần kinh và tiểu cầu, những lĩnh vực có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về vai trò của tế bào cơ tim37,38,39.
Trong mô thần kinh, đồng phân Dp71b được biểu hiện chủ yếu với 14 đồng phân được báo cáo38.Việc xóa Dp71b, một chất điều chỉnh quan trọng của kênh kali aquaporin 4 và Kir4.1 trong hệ thần kinh trung ương, đã được chứng minh là làm thay đổi tính thấm của hàng rào máu não40.Với vai trò của Dp71b trong việc điều hòa kênh ion, Dp71m có thể đóng vai trò tương tự trong tế bào cơ tim.
Sự hiện diện của DGC trong hạch sườn ngay lập tức cho thấy vai trò trong dẫn truyền cơ học, và thực sự nó đã được chứng minh là có khả năng đồng địa hóa với các phức hợp integrin-Talin-vinculin 41 .Hơn nữa, do đoạn sườn là trọng tâm của dẫn truyền cơ học ngang, việc định vị Dp427m ở đây nêu bật vai trò của nó trong việc bảo vệ các tế bào khỏi tổn thương do co bóp gây ra.Hơn nữa, Dp427m tương tác với Actin và khung tế bào vi ống, từ đó hoàn thành sự kết nối giữa môi trường nội bào và ma trận ngoại bào.
Đầu N chứa miền liên kết Actin 1 (ABD1) bao gồm hai miền tương đồng peaceodulin (CH) cần thiết để tương tác với F-actin và gắn đồng dạng γ-actin với sarcolemma42,43.Dystrophin có thể góp phần vào tính đàn hồi nhớt tổng thể của tế bào cơ tim bằng cách gắn vào khung tế bào dưới cơ, và sự định vị của nó trong hạch sườn hỗ trợ sự tham gia của nó vào dẫn truyền cơ học cũng như bảo vệ cơ học44,45.
Miền lõi trung tâm bao gồm 24 protein lặp lại giống như quang phổ, mỗi protein có chiều dài khoảng 100 gốc axit amin.Các đoạn lặp phổ được xen kẽ với bốn miền bản lề, mang lại tính linh hoạt cho protein và mức độ mở rộng cao.Sự lặp lại của phổ Dystrophin có thể diễn ra trong phạm vi lực sinh lý (15-30 pN) kéo dài từ 21 nm đến 84 nm, lực có thể đạt được để co myosin46.Những đặc điểm này của miền lặp lại quang phổ cho phép dystrophin hoạt động như một chất hấp thụ sốc phân tử.
Thanh trung tâm của Dp427m đảm bảo sự định vị của nó trong sarcolemma, đặc biệt, thông qua các tương tác kỵ nước và tĩnh điện với phosphatidylserine 47,48.Điều thú vị là lõi trung tâm của dystrophin tương tác khác nhau với sarcolemma phospholipid trong mô xương và tim, có thể phản ánh các kiểu lò xo khác nhau.rất quan trọng, trong khi cơ xương cũng liên quan đến R10-R1249.
Việc liên kết với bộ khung tế bào γ-actin đòi hỏi vùng 11–17 lặp lại phổ ABD2, vùng này bao gồm các gốc axit amin cơ bản và khác với miền CH liên kết với F-actin.Các vi ống tương tác trực tiếp với miền lõi của dystrophin, sự tương tác này đòi hỏi các dư lượng lặp lại của phổ 4-15 và 20-23, đồng thời cần có sự hiện diện của ankyrin B để ngăn chặn sự hình thành các vi ống tại vị trí này.Ống vắng mặt 50,51,52.Khoảng cách giữa các vi ống và dystrophin đã được chứng minh là làm trầm trọng thêm bệnh lý DMD bằng cách làm tăng các loại oxy phản ứng (X-ROS).
Miền CR thông qua ankyrin B là một điểm neo khác cho phospholipid sarcolemmal52.Ankyrin-B và ankyrin-G cần thiết cho việc định vị dystrophin/DGC trong xương sườn, và sự vắng mặt của chúng dẫn đến dạng DGC52 khuếch tán ở màng tế bào.
Miền CR chứa miền liên kết WW tương tác trực tiếp với mô-đun liên kết PPxY của β-DG.Bằng cách gắn vào phức hợp dystrophin-glycan, dystrophin hoàn thành liên kết giữa bên trong và bên ngoài tế bào54.Sự kết nối này rất quan trọng đối với cơ vân, bằng chứng là sự gián đoạn kết nối giữa ECM và phần bên trong tế bào dẫn đến chứng loạn dưỡng cơ giới hạn sự sống.
Cuối cùng, miền CT là vùng được bảo tồn cao, tạo thành chuỗi xoắn ốc và rất quan trọng để liên kết với α-dystrobrevin và α1-,β1-syntrophins55,56.α-dystrobrevin liên kết với miền CT của dystrophin và cung cấp thêm khả năng kháng dystrophin trong sarcolemma57.
Trong quá trình phát triển của phôi và bào thai, Utrophin được biểu hiện rộng rãi ở nhiều mô khác nhau, bao gồm tế bào nội mô, mô thần kinh và mô cơ vân58.Utrophin được biểu hiện bằng UTRN nằm trên nhiễm sắc thể 6q và là một tự thân dystrophin với 80% tương đồng với protein.Trong quá trình phát triển, utrophin được định vị trong màng cơ nhưng bị ức chế rõ rệt ở mô cơ vân sau sinh, nơi nó được thay thế bằng dystrophin.Sau khi sinh, sự khu trú của utrophin chỉ giới hạn ở gân và các điểm nối thần kinh cơ của cơ xương58,59.
Các đối tác liên kết của Utrophin nhìn chung tương tự như các đối tác liên kết của dystrophin, mặc dù một số khác biệt chính đã được mô tả.Ví dụ, dystrophin tương tác với β-DG thông qua miền WW của nó, được ổn định bởi miền ZZ (được đặt tên theo khả năng liên kết hai ion kẽm) trong vùng CT của nó, trong đó dư lượng axit Cysteic 3307-3354 đặc biệt quan trọng đối với tương tác này60 ., 61. Utrophin cũng liên kết với β-DG thông qua miền WW/ZZ, nhưng các gốc chính xác hỗ trợ sự tương tác này khác với các gốc dystrophin (3307–3345 trong dystrophin và 3064–3102 trong utrophin) 60,61.Điều quan trọng là khả năng liên kết của utrophin với β-DG thấp hơn khoảng 2 lần so với dystrophin 61. Dystrophin đã được báo cáo là liên kết với F-actin thông qua các lần lặp phổ 11–17, trong khi các vị trí tương tự trong utrophin không thể liên kết với F-actin, ngay cả ở nồng độ cao nhưng có thể tương tác thông qua miền CH của chúng.Hành động 62,63,64.Cuối cùng, không giống như dystrophin, utrophin không thể liên kết với các vi ống51.
Về mặt cơ sinh học, các đoạn lặp phổ utrophin có kiểu mở ra khác biệt so với dystrophin65.Utrophin-spectrin lặp lại sự triển khai ở lực cao hơn, tương tự như Titin nhưng không giống với dystrophin65.Điều này phù hợp với vị trí và vai trò của nó trong việc truyền lực đàn hồi cứng tại các điểm nối gân, nhưng có thể làm cho utrophin kém thích hợp hơn để hoạt động như một lò xo phân tử trong lực đệm gây ra bởi sự co lại.Kết hợp lại với nhau, những dữ liệu này cho thấy khả năng dẫn truyền cơ học và cơ chế đệm cơ học có thể bị thay đổi khi có sự biểu hiện quá mức của utrophin, đặc biệt là với các đối tác/cơ chế ràng buộc khác nhau, tuy nhiên điều này đòi hỏi phải nghiên cứu thử nghiệm thêm.
Từ quan điểm chức năng, việc utrophin được cho là có tác dụng tương tự như dystrophin khiến nó trở thành mục tiêu điều trị tiềm năng cho bệnh DMD66,67.Trên thực tế, một số bệnh nhân DMD đã được chứng minh là biểu hiện quá mức utrophin, có thể là một cơ chế bù trừ, và kiểu hình đã được phục hồi thành công trên mô hình chuột có biểu hiện quá mức utrophin.Trong khi việc điều hòa lại utrophin có thể là một chiến lược điều trị, việc xem xét sự khác biệt về hình thức và chức năng giữa utrophin và dystrophin cũng như lợi ích của việc tạo ra sự biểu hiện quá mức này bằng cách định vị thích hợp dọc theo sarcolemma khiến cho chiến lược lâu dài của utrophin vẫn chưa rõ ràng.Đáng chú ý, những phụ nữ mang gen biểu hiện dạng khảm biểu hiện utrophin và tỷ lệ giữa dystrophin và utrophin có thể ảnh hưởng đến mức độ bệnh cơ tim giãn nở ở những bệnh nhân này,69 mặc dù mô hình chuột mang gen đã cho thấy..
Phức hợp con dystroglycan bao gồm hai protein, α- và β-dystroglycan (α-, β-DG), cả hai đều được phiên mã từ gen DAG1 và sau đó được phân cắt sau dịch mã thành hai protein thành phần71.α-DG bị glycosyl hóa cao ở khía cạnh ngoại bào của DGC và tương tác trực tiếp với các gốc proline trong laminin α2 cũng như với agrin72 và picaculin73 và vùng CT/CR của dystrophin73,74,75,76.Quá trình glycosyl hóa liên kết O, đặc biệt là dư lượng serine, là cần thiết để tương tác với ECM.Con đường glycosyl hóa bao gồm nhiều enzyme mà đột biến của chúng dẫn đến chứng loạn dưỡng cơ (xem thêm Bảng 1).Chúng bao gồm O-mannosyltransferase POMT2, fucutin và protein liên quan đến fucutin (FKRP), hai ribitol phosphotransferase bổ sung ribitol photphat song song vào glycan lõi và protein LARGE1 bổ sung xyloza và glucose.Polysacarit axit uronic tuyến tính, còn được gọi là glycan ma trận ở cuối glycan77.FKRP cũng tham gia vào việc phát triển và duy trì ECM, và các đột biến trong đó dẫn đến giảm biểu hiện của laminin α2 và α-DG77,78,79.Ngoài ra, FKRP cũng có thể chỉ đạo sự hình thành lớp nền và ma trận ngoại bào tim thông qua glycosyl hóa fibronectin 80.
β-DG chứa mô-đun liên kết PPxY trực tiếp định vị và cô lập YAP12.Đây là một phát hiện thú vị vì nó ngụ ý rằng DGC điều chỉnh chu kỳ tế bào cơ tim.α-DH trong tế bào cơ tim ở trẻ sơ sinh tương tác với agrin, chất này thúc đẩy quá trình tái tạo tim và ly giải DGC76 do sự trưởng thành của tế bào.Khi tế bào cơ tim trưởng thành, biểu hiện aggrin giảm theo hướng có lợi cho laminin, được cho là góp phần ngăn chặn chu kỳ tế bào76.Morikawa12 đã chỉ ra rằng sự phân hủy kép của dystrophin và salvador, một chất điều hòa âm tính của YAP, dẫn đến sự tăng sinh quá mức của tế bào cơ tim trong dạ cỏ gây nhồi máu.Điều này dẫn đến ý tưởng thú vị rằng thao tác YAP có thể có giá trị lâm sàng trong việc ngăn ngừa mất mô sau nhồi máu cơ tim.Do đó, quá trình ly giải DGC do agrin gây ra có thể đại diện cho một trục cho phép kích hoạt YAP và là một con đường tiềm năng để tái tạo tim.
Về mặt cơ học, α- và β-DG được yêu cầu để duy trì sự tương tác giữa màng tế bào và lớp cơ bản81.Cả hai tích hợp α-DG và α7 đều góp phần tạo ra lực trong hạch sườn và việc mất α-DG gây ra sự tách sarcolemma khỏi lớp nền, khiến mô cơ xương dễ bị tổn thương do co bóp.Như đã mô tả trước đây, phức hợp dystroglycan điều chỉnh tổng doanh thu của DGC, trong đó việc liên kết với laminin phối tử nhận thức dẫn đến sự phosphoryl tyrosine của mô típ liên kết PPPY của β-DG892.Sự phosphoryl hóa tyrosine ở đây thúc đẩy quá trình phân tách dystrophin, làm đảo lộn phức hợp DGC.Về mặt sinh lý, quá trình này được điều hòa chặt chẽ, điều này không xảy ra ở chứng loạn dưỡng cơ82, mặc dù các cơ chế cơ bản kiểm soát quá trình này vẫn chưa được hiểu đầy đủ.
Sự kéo dài theo chu kỳ đã được chứng minh là kích hoạt các con đường ERK1/2 và AMPK thông qua phức hợp dystrophin và plectin83 protein liên quan.Cùng với nhau, plectin và dystroglycan không chỉ cần hoạt động như một giàn giáo mà còn tham gia vào quá trình dẫn truyền cơ học, và sự phân hủy plectin dẫn đến giảm hoạt động của ERK1/2 và AMPK83.Plectin cũng liên kết với desmin sợi trung gian của bộ xương tế bào, và sự biểu hiện quá mức của desmin đã được chứng minh là cải thiện kiểu hình bệnh ở chuột mdx: desmin và mdx, mô hình chuột loại trừ kép DMD84.Bằng cách tương tác với β-DG, plectin liên kết gián tiếp DGC với thành phần này của khung tế bào.Ngoài ra, dystroglycan tương tác với protein liên kết với thụ thể của yếu tố tăng trưởng 2 (Grb2), được biết là có liên quan đến việc sắp xếp lại bộ xương tế bào85.Kích hoạt Ras bằng integrin đã được chứng minh là qua trung gian thông qua Grb2, điều này có thể cung cấp một con đường tiềm năng cho nhiễu xuyên âm giữa integrins và DGC86.
Đột biến ở các gen liên quan đến quá trình glycosyl hóa α-DH dẫn đến chứng loạn dưỡng cơ.Bệnh rối loạn đường huyết cho thấy sự không đồng nhất về mặt lâm sàng nhưng chủ yếu là do sự gián đoạn trong tương tác giữa α-DG và laminin α277.Dystrophiglicanoses gây ra bởi đột biến nguyên phát ở DAG1 nói chung là cực kỳ hiếm, có lẽ vì chúng gây chết phôi87, do đó khẳng định sự cần thiết phải liên kết tế bào với ECM.Điều này có nghĩa là hầu hết các bệnh glycan loạn dưỡng đều do đột biến protein thứ cấp liên quan đến quá trình glycosyl hóa.Ví dụ, đột biến ở POMT1 gây ra hội chứng Walker-Warburg cực kỳ nghiêm trọng, được đặc trưng bởi chứng thiếu não và tuổi thọ bị rút ngắn rõ rệt (dưới 3 năm)88.Tuy nhiên, đột biến FKRP chủ yếu biểu hiện dưới dạng bệnh loạn dưỡng cơ vùng chi (LGMD), thường (nhưng không phải luôn luôn) tương đối nhẹ.Tuy nhiên, đột biến ở FKRP đã được chứng minh là nguyên nhân hiếm gặp của WWS89.Nhiều đột biến đã được xác định trong FKRP, trong đó đột biến sáng lập (c.826>A) thường gây ra LGMD2I90.
LGMD2I là một bệnh loạn dưỡng cơ tương đối nhẹ, cơ chế bệnh sinh dựa trên sự gián đoạn kết nối giữa chất nền ngoại bào và khung tế bào nội bào.Mối quan hệ giữa kiểu gen và kiểu hình ở bệnh nhân có đột biến ở những gen này ít rõ ràng hơn và thực tế khái niệm này có thể áp dụng cho các protein DSC khác.Tại sao một số bệnh nhân có đột biến FKRP lại biểu hiện kiểu hình bệnh phù hợp với WWS trong khi những bệnh nhân khác lại có LGMD2I?Câu trả lời cho câu hỏi này có thể nằm ở i) bước nào của con đường glycosyl hóa bị ảnh hưởng bởi đột biến, hoặc ii) mức độ hạ đường huyết ở bất kỳ bước nào.Quá trình hạ đường huyết của α-DG vẫn có thể cho phép một số mức độ tương tác với ECM dẫn đến kiểu hình tổng thể nhẹ hơn, trong khi sự phân ly từ màng đáy làm tăng mức độ nghiêm trọng của kiểu hình bệnh.Bệnh nhân mắc LGMD2I cũng phát triển DCM, mặc dù điều này ít được ghi nhận hơn DMD, thúc đẩy sự cấp thiết phải tìm hiểu những đột biến này trong bối cảnh tế bào cơ tim.
Subcomplex sarcospan-sarcoglycan thúc đẩy sự hình thành DHA và tương tác trực tiếp với-DH.Có bốn loại sarcoglycan đơn hướng trong mô tim: α, β, γ và δ91.Gần đây người ta đã mô tả rằng đột biến tên lửa c.218C>T ở exon 3 của gen SGCA và việc xóa một phần dị hợp tử ở exon 7–8 gây ra LGMD2D92.Tuy nhiên, trong trường hợp này, tác giả không đánh giá kiểu hình tim.
Các nhóm khác đã phát hiện ra rằng SGCD trong mô hình porcine93 và mouse94 dẫn đến giảm biểu hiện protein trong phức hợp con sarcoglycan, phá vỡ cấu trúc tổng thể của DGC và dẫn đến DCM.Ngoài ra, 19% tổng số bệnh nhân có đột biến SGCA, SGCB hoặc SGCG được báo cáo mắc bệnh cơ tim giãn và 25% tổng số bệnh nhân cũng cần hỗ trợ hô hấp95.
Các đột biến lặn ở sarcoglycan (SG) δ dẫn đến giảm hoặc vắng mặt hoàn toàn các phức hợp sarcoglycan và do đó DGC trong mô tim và là nguyên nhân gây ra LGMD và DCM96 liên quan của nó.Điều thú vị là các đột biến âm tính trội ở SG-δ đặc trưng cho hệ thống tim mạch và là nguyên nhân gây ra bệnh cơ tim giãn nở mang tính chất gia đình97.Các đột biến âm tính trội SG-δ R97Q và R71T đã được chứng minh là biểu hiện ổn định ở tế bào cơ tim chuột mà không làm suy giảm đáng kể tổng DGC98.Tuy nhiên, các tế bào tim mang những đột biến này dễ bị tổn thương sarcolemma hơn, tính thấm và rối loạn chức năng cơ học dưới áp lực cơ học, phù hợp với kiểu hình DCM98.
Sarcospan (SSPN) là một tetraspanin 25 kDa được định vị trong phức hợp phụ sarcoglycan và được cho là đóng vai trò như một giàn giáo protein99.100.Là một giàn giáo protein, SSPN ổn định quá trình nội địa hóa và glycosyl hóa của α-DG99,101.Sự biểu hiện quá mức SSPN trong mô hình chuột đã được phát hiện là làm tăng sự liên kết giữa cơ và laminin 102 .Ngoài ra, SSPN đã được chứng minh là tương tác với integrins, cho thấy mức độ nhiễu xuyên âm giữa hai mép xương sườn, DGC và cấu trúc glycoprotein integrin-Talin-vinculin100,101,102.Việc loại bỏ SSPN cũng dẫn đến sự gia tăng α7β1 trong cơ xương của chuột.
Một nghiên cứu gần đây cho thấy sự biểu hiện quá mức của sarcospan giúp tăng cường sự trưởng thành và quá trình glycosyl hóa của α-DG trong mô tim một cách độc lập với sự phân hủy galactosylaminotransferase 2 (Galgt2) trong mô hình chuột mdx của bệnh DMD, do đó làm giảm bớt kiểu hình bệnh 101. Tăng quá trình glycosyl hóa phức hợp dystroglycan có thể tăng cường tương tác với ECM, nhờ đó giảm nhẹ bệnh nhất.Hơn nữa, họ đã chỉ ra rằng sự biểu hiện quá mức của sarcospan làm giảm sự tương tác của integrin β1D với DGC, nêu bật vai trò có thể có của sarcospan trong việc điều chỉnh các phức hợp integrin101.
Syntrophins là một họ protein nhỏ (58 kDa) định vị thành DGC, bản thân chúng không có hoạt tính enzyme nội tại và đóng vai trò là bộ điều hợp phân tử103,104.Năm dạng đồng phân (α-1, β-1, β-2, γ-1 và γ-2) đã được xác định biểu hiện biểu hiện đặc hiệu của mô, trong đó đồng dạng α-1 biểu hiện chủ yếu ở mô cơ vân 105 .Syntrophins là các protein tiếp hợp quan trọng tạo điều kiện thuận lợi cho sự giao tiếp giữa dystrophin và các phân tử tín hiệu, bao gồm cả nitric oxit synthase tế bào thần kinh (nNOS) trong cơ xương106.α-syntrophin tương tác trực tiếp với miền lặp lại quang phổ dystrophin 16-17, từ đó liên kết với mô-đun liên kết PDZ nNOS106,107.
Syntrophins cũng tương tác với dystrobrevin thông qua miền liên kết PH2 và SU, đồng thời chúng cũng tương tác với khung tế bào Actin 108.Thật vậy, syntrophin dường như đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong việc điều hòa động lực học của tế bào, và các đồng phân α và β có thể tương tác trực tiếp với F-actin 108 và do đó có thể đóng vai trò trong việc điều chỉnh độ căng và cơ chế sinh học của tế bào. tác dụng.Ngoài ra, syntrophin đã được chứng minh là có tác dụng điều chỉnh bộ xương tế bào thông qua Rac1109.
Việc điều chỉnh mức tổng hợp có thể khôi phục chức năng và một nghiên cứu gần đây sử dụng mini-dystrophin đã chỉ ra rằng cấu trúc ΔR4-R23/ΔCT có thể khôi phục α-syntrophin cũng như các protein DGC khác ở mức tương đương với tế bào cơ tim WT mdx.
Ngoài vai trò của chúng trong việc điều hòa khung tế bào, syntrophin còn được ghi nhận rõ ràng trong việc điều hòa các kênh ion 111,112,113.Mô-đun tổng hợp liên kết với PDZ điều chỉnh kênh Nav1.5111 phụ thuộc vào điện áp của tim, đóng vai trò chính trong việc thiết lập tính dễ bị kích thích và dẫn truyền của tim.Điều thú vị là, trong mô hình chuột mdx, các kênh Nav1.5 được phát hiện bị điều hòa quá mức và chứng rối loạn nhịp tim được tìm thấy ở động vật111.Ngoài ra, một họ kênh ion nhạy cảm cơ học, kênh tiềm năng thụ thể tạm thời (TRPC), đã được chứng minh là được điều chỉnh bởi α1-syntrophin trong mô tim 113 và sự ức chế TRPC6 đã được chứng minh là cải thiện tình trạng rối loạn nhịp tim ở mô hình chuột DMD112.Hoạt động TRPC6 tăng lên ở bệnh DMD đã được báo cáo là dẫn đến rối loạn nhịp tim, tình trạng này sẽ thuyên giảm khi kết hợp với PKG 112.Về mặt cơ học, sự suy giảm dystrophin thúc đẩy dòng [Ca2+]i gây ra kéo dài, hoạt động ngược dòng TRPC6 để kích hoạt nó, như thể hiện trong tế bào cơ tim và tế bào cơ trơn mạch máu112,114.Việc tăng cường kích hoạt TRPC6 để kéo dài khiến nó trở thành cảm biến cơ học chính và là mục tiêu điều trị tiềm năng trong DMD112.114.
Mất dystrophin dẫn đến ly giải hoặc ức chế rõ rệt toàn bộ phức hợp DGC, sau đó làm mất nhiều chức năng bảo vệ cơ học và dẫn truyền cơ học, dẫn đến kiểu hình thảm khốc được thấy ở mô cơ vân ở bệnh DMD.Do đó, có thể hợp lý khi cho rằng RSK hoạt động đồng bộ và các thành phần riêng lẻ phụ thuộc vào sự hiện diện và hoạt động của các thành phần khác.Điều này đặc biệt đúng với dystrophin, chất dường như cần thiết cho quá trình lắp ráp và định vị phức hợp sarcolemma trong tế bào cơ tim.Mỗi thành phần đóng một vai trò riêng trong việc góp phần ổn định tổng thể sarcolemma, định vị các protein phụ kiện quan trọng, điều hòa các kênh ion và biểu hiện gen và việc mất một protein trong DGC dẫn đến rối loạn điều hòa toàn bộ cơ tim.
Như đã trình bày ở trên, nhiều protein DGC có liên quan đến quá trình dẫn truyền cơ học và truyền tín hiệu, và dystrophin đặc biệt phù hợp với vai trò này.Nếu DGC nằm ở xương sườn, điều này khẳng định quan điểm rằng nó tham gia vào quá trình dẫn truyền cơ học cùng với integrins.Do đó, các DGC trải qua quá trình truyền lực bất đẳng hướng về mặt vật lý và tham gia vào quá trình sắp xếp lại cơ học và tế bào của môi trường vi mô nội bào, phù hợp với mô hình độ căng.Ngoài ra, Dp427m đệm các lực cơ sinh học đến bằng cách mở rộng lặp lại quang phổ trong miền lõi trung tâm của nó, từ đó hoạt động như một chất bảo vệ cơ học bằng cách duy trì lực tháo 25 pN trên phạm vi 800nm ​​mở rộng.Bằng cách phân tách, dystrophin có thể “đệm” lực co-thư giãn do tế bào cơ tim tạo ra10.Với sự đa dạng của protein và phospholipid tương tác với các miền lặp lại của Spectrin, thật thú vị khi suy đoán liệu việc tháo gỡ lặp lại của Spectrin có làm thay đổi động lực liên kết của các protein nhạy cảm cơ học theo cách tương tự như của Talin116,117,118 hay không.Tuy nhiên, điều này vẫn chưa được xác định và cần phải điều tra thêm.