Componente químico del tubo espiral capilar de acero inoxidable 310, el papel de los complejos de glicoproteína de distrofina en la mecanotransducción de las células musculares

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La distrofina es la proteína principal del complejo distrofina-glicoproteína (DGC) en el músculo esquelético y los cardiomiocitos.La distrofina une el citoesqueleto de actina a la matriz extracelular (MEC).La ruptura de la conexión entre la matriz extracelular y el citoesqueleto intracelular puede tener consecuencias devastadoras para la homeostasis de las células del músculo esquelético, dando lugar a numerosas distrofias musculares.Además, la pérdida de DGC funcionales conduce a una miocardiopatía dilatada progresiva y a una muerte prematura.La distrofina actúa como un resorte molecular y el DHA desempeña un papel clave en el mantenimiento de la integridad del sarcolema.Además, se están acumulando pruebas que vinculan la DGC con la señalización mecanicista, aunque este papel sigue siendo poco comprendido.Este artículo de revisión tiene como objetivo proporcionar una visión moderna de los DGC y su papel en la mecanotransducción.Primero discutimos la compleja relación entre la mecánica y la función de las células musculares, y luego revisamos investigaciones recientes sobre el papel del complejo de glicoproteína distrofina en la mecanotransducción y el mantenimiento de la integridad biomecánica de las células musculares.Finalmente, revisamos la literatura actual para comprender cómo la señalización de DGC se cruza con las vías de mecanoseñalización para resaltar posibles puntos de intervención futura, con un enfoque particular en la miocardiopatía.
Las células están en constante comunicación con su microambiente y es necesario un diálogo bidireccional entre ellas para la interpretación e integración de la información biomecánica.La biomecánica controla eventos posteriores clave (p. ej., reordenamientos citoesqueléticos) al controlar el fenotipo celular general en el espacio y el tiempo.Central para este proceso en los cardiomiocitos es la región costal, la región donde el sarcolema se conecta a un sarcómero compuesto por complejos de integrina-talina-vinculina y distrofina-glicoproteína (DGC).Unidas al citoesqueleto intracelular, estas adherencias focales discretas (FA) propagan una cascada de cambios celulares biomecánicos y bioquímicos que controlan la diferenciación, proliferación, organogénesis, migración, progresión de enfermedades y más.La conversión de fuerzas biomecánicas en cambios bioquímicos y/o (epi)genéticos se conoce como mecanotransducción1.
Se sabe desde hace mucho tiempo que el receptor transmembrana 2 de integrina ancla la matriz extracelular en las células y media la señalización tanto interna como externa.Paralelamente a las integrinas, las DGC unen la ECM al citoesqueleto, estableciendo un vínculo crítico entre el exterior y el interior de la célula3.La distrofina completa (Dp427) se expresa principalmente en el músculo cardíaco y esquelético, pero también se observa en los tejidos del sistema nervioso central, incluida la retina y el tejido de Purkinje4.Se cree que las mutaciones en las integrinas y DGC son las causas de la distrofia muscular y la miocardiopatía dilatada progresiva (MCD) (Tabla 1)5,6.En particular, las mutaciones de DMD que codifican la proteína central de distrofina DGC causan distrofia muscular de Duchenne (DMD)7.La DGC se compone de varios subcomplejos que incluyen α- y β-distroglicano (α/β-DG), sarcoglicano-sarcospan, sintrofina y distrofina8.
La distrofina es una proteína citoesquelética codificada por DMD (Xp21.1-Xp22) que desempeña un papel central en el mantenimiento de DGC.DGC mantiene la integridad del sarcolema, la membrana plasmática del tejido muscular estriado.La distrofina atenúa aún más el daño causado por la contracción al actuar como un resorte molecular y un andamio molecular9,10.La distrofina de longitud completa tiene un peso molecular de 427 kDa; sin embargo, debido a los numerosos promotores internos en la DMD, existen varias isoformas truncadas de origen natural, incluida Dp7111.
Se ha demostrado que las proteínas accesorias están localizadas en la distrofina, incluidos verdaderos mecanotransductores como la óxido nítrico sintasa neuronal (nNOS), la proteína asociada a Yes (YAP) y la caveolina-3, lo que representa componentes importantes de la señalización celular.Compuestos 12, 13, 14. Además de la adhesión, un mecanismo celular asociado con las interacciones entre las células y la matriz, formado por las integrinas y sus objetivos posteriores, estos dos complejos representan la interfaz entre el "interior" y el "exterior" de la célula. .Proteger estas adherencias focales de una destrucción anormal es fundamental para el comportamiento y la supervivencia de las células.Además, los datos respaldan que la distrofina es un modulador de los canales iónicos mecanosensibles, incluidos los canales activados por estiramiento, especialmente los canales de Ca2+ tipo L y los canales TRPC 15.
Aunque la distrofina es importante para la función homeostática de las células del músculo estriado, los mecanismos de apoyo precisos son menos claros, especialmente el papel de la distrofina y su capacidad para actuar como mecanosensor y protector mecánico.Debido a la pérdida de distrofina, han surgido varias preguntas sin respuesta, entre ellas: ¿las proteínas mecanosensibles como YAP y AMPK están mal ubicadas en el sarcolema?¿Existen interferencias con las integrinas, circunstancias que pueden conducir a una mecanotransducción anormal?Todas estas características pueden contribuir al fenotipo de MCD grave que se observa en pacientes con DMD.
Además, la asociación de cambios en la biomecánica celular con el fenotipo general de la DMD tiene implicaciones clínicas importantes.La DMD es una distrofia muscular ligada al cromosoma X que afecta a 1:3500-5000 hombres, caracterizada por pérdida temprana de movilidad (<5 años) y MCD progresiva con un pronóstico significativamente peor que la MCD de otras etiologías16,17,18.
La biomecánica de la pérdida de distrofina no se ha descrito completamente, y aquí revisamos la evidencia que respalda la idea de que la distrofina efectivamente desempeña un papel mecanoprotector, es decir, mantiene la integridad del sarcolema, y ​​es fundamental en la mecanotransducción.Además, revisamos la evidencia que sugiere una importante interferencia con las integrinas, específicamente la unión de la laminina α7β1D en las células del músculo estriado.
Las inserciones y deleciones son responsables de un gran número de mutaciones en la DMD, siendo el 72% de las mutaciones causadas por dichas mutaciones19.Clínicamente, la DMD se presenta en la infancia (≤5 años) con hipotensión, signo de Gower positivo, retraso en la progresión de los cambios relacionados con la edad, retraso mental y atrofia del músculo esquelético.Históricamente, la dificultad respiratoria ha sido la principal causa de muerte en pacientes con DMD, pero la mejora de la atención de apoyo (corticosteroides, presión positiva continua en las vías respiratorias) ha aumentado la esperanza de vida en estos pacientes, y la edad media de los pacientes con DMD nacidos después de 1990 es de 28,1 años 20,21. ..Sin embargo, a medida que aumenta la supervivencia del paciente, el pronóstico de la MCD progresiva es significativamente peor en comparación con otras miocardiopatías16, lo que lleva a insuficiencia cardíaca terminal, que actualmente es la principal causa de muerte y representa aproximadamente el 50% de las muertes por DMD17,18.
La MCD progresiva se caracteriza por un aumento de la dilatación y distensibilidad del ventrículo izquierdo, adelgazamiento ventricular, aumento de la infiltración fibrograsa, disminución de la función sistólica y aumento de la frecuencia de arritmias.El grado de MCD en pacientes con DMD es casi universal al final de la adolescencia (90% a 18 años), pero está presente en aproximadamente el 59% de los pacientes a los 10 años de edad8,22.Es fundamental abordar esta cuestión, ya que la fracción de eyección del ventrículo izquierdo ha ido disminuyendo constantemente a un ritmo del 1,6% anual23.
Las arritmias cardíacas son comunes en pacientes con DMD, especialmente taquicardia sinusal y taquicardia ventricular, y son causa de muerte súbita cardíaca22.Las arritmias son el resultado de la infiltración fibrograsa, especialmente en el ventrículo izquierdo subbasal, que altera el circuito de retorno, así como la disfunción del procesamiento de [Ca2+]i y la disfunción de los canales iónicos24,25.El reconocimiento de la presentación clínica cardíaca es fundamental, ya que las estrategias de tratamiento tempranas pueden retrasar la aparición de MCD grave.
La importancia de tratar la disfunción cardíaca y la morbilidad del músculo esquelético se muestra en un interesante estudio que utilizó un modelo de DMD en ratón llamado mdx26 para estudiar los efectos de mejorar el tejido del músculo esquelético sin abordar los problemas cardíacos subyacentes presentes en la DMD.En este caso, los autores demostraron un aumento paradójico de cinco veces en la disfunción cardíaca después de una mejora en el músculo esquelético, y los ratones tuvieron una reducción significativa en la fracción de eyección26.La mejora de la función del músculo esquelético permite que una mayor actividad física ejerza más presión sobre el miocardio, haciéndolo más susceptible a la disfunción general.Esto resalta la importancia de tratar a los pacientes con DMD en general y advierte contra la terapia del músculo esquelético sola.
Los DGC realizan varias funciones adicionales, a saber, proporcionar estabilidad estructural al sarcolema, convertirse en un andamio molecular que actúa como enlace de señalización, regular los canales iónicos mecanosensibles, el núcleo de la mecanotransducción costal y participar en la transmisión de fuerza lateral en la región del sarcolema. costillas (Fig. 1b)..La distrofina juega un papel central en esta capacidad y, debido a la presencia de muchos promotores internos, existen varias isoformas diferentes, cada una de las cuales desempeña un papel diferente en diferentes tejidos.La expresión tisular diferencial de diferentes isoformas de distrofina respalda la idea de que cada isoforma desempeña un papel diferente.Por ejemplo, el tejido cardíaco expresa la isoforma de distrofina de longitud completa (Dp427m), así como la más corta Dp71m, mientras que el tejido esquelético solo expresa la primera de las dos.La observación del papel de cada subtipo puede revelar no sólo su función fisiológica, sino también la patogénesis de la distrofia muscular.
Representación esquemática de la distrofina de longitud completa (Dp427m) y la isoforma Dp71 truncada, más pequeña.La distrofina tiene 24 repeticiones de espectrina separadas por cuatro bucles, así como un dominio de unión a actina (ABD), un dominio rico en cisteína (CR) y un extremo C (CT).Se han identificado socios de unión clave, incluidos los microtúbulos (MT) y el sarcolema.Hay muchas isoformas de Dp71, Dp71m se refiere al tejido muscular y Dp71b se refiere a la isoforma del tejido nervioso.En particular, Dp71f se refiere a la isoforma citoplasmática de las neuronas.b El complejo distrofina-glicoproteína (DHA) se encuentra en todo el sarcolema.Las fuerzas biomecánicas cambian entre ECM y F-actina.Tenga en cuenta la posible interferencia entre los DGC y la adhesión de integrinas; Dp71 puede desempeñar un papel en las adherencias focales.Creado con Biorender.com.
La DMD es la distrofia muscular más común y está causada por mutaciones en la DMD.Sin embargo, para apreciar plenamente nuestra comprensión actual del papel de la antidistrofina, es importante ubicarlo en el contexto de la DGC en su conjunto.Por tanto, se describirán brevemente las otras proteínas constituyentes.La composición proteica de la DGC comenzó a estudiarse a finales de los años 1980, con especial atención a la distrofina.Koenig27,28, Hoffman29 y Ervasti30 hicieron un descubrimiento importante al identificar la distrofina, una proteína de 427 kDa presente en el músculo estriado31.
Posteriormente, se demostró que otros subcomplejos estaban asociados con la distrofina, incluidos sarcoglicano, transsin, subcomplejo de distrofina, disbrevina y sintrofinas8, que en conjunto constituyen el modelo actual de DGC.Esta sección primero difundirá la evidencia del papel del DGC en la percepción mecanosensorial mientras examina los componentes individuales en detalle.
La isoforma de distrofina de longitud completa presente en el tejido muscular estriado es Dp427m (p. ej., “m” de músculo para distinguirlo del cerebro) y es una proteína grande en forma de bastón con cuatro dominios funcionales ubicados debajo del sarcolema de cardiomiocitos, especialmente en la región costal. 29, 32. Dp427m, codificado por el gen DMD en Xp21.1, consta de 79 exones generados en 2,2 megabases y, por tanto, es el gen más grande de nuestro genoma8.
Varios promotores internos en la DMD producen múltiples isoformas de distrofina truncadas, algunas de las cuales son específicas de tejido.En comparación con Dp427m, Dp71m está significativamente truncado y carece de un dominio de repetición de espectrina o un dominio ABD N-terminal.Sin embargo, Dp71m conserva la estructura de unión C-terminal.En los cardiomiocitos, el papel de Dp71m no está claro, pero se ha demostrado que se localiza en los túbulos T, lo que sugiere que puede ayudar a regular el acoplamiento excitación-contracción 33,34,35.Hasta donde sabemos, el reciente descubrimiento de Dp71m en tejido cardíaco ha recibido poca atención, pero algunos estudios sugieren que está asociado con canales iónicos activados por estiramiento, y Masubuchi sugirió que puede desempeñar un papel en la regulación de nNOS33., 36. Al hacerlo, Dp71 ha recibido una atención significativa en la neurofisiología y la investigación de plaquetas, áreas que pueden proporcionar información sobre el papel de los cardiomiocitos37,38,39.
En el tejido nervioso, la isoforma Dp71b se expresa predominantemente, con 14 isoformas reportadas38.Se ha demostrado que la eliminación de Dp71b, un importante regulador de los canales de potasio de acuaporina 4 y Kir4.1 en el sistema nervioso central, altera la permeabilidad de la barrera hematoencefálica40.Dado el papel de Dp71b en la regulación de los canales iónicos, Dp71m puede desempeñar un papel similar en los cardiomiocitos.
La presencia de DGC en los ganglios costales indica inmediatamente un papel en la mecanotransducción y, de hecho, se ha demostrado que se colocaliza con complejos integrina-talina-vinculina 41 .Además, dado que el segmento costal es un foco para la mecanotransducción transversal, la localización de Dp427m aquí resalta su papel en la protección de las células del daño causado por la contracción.Además, Dp427m interactúa con la actina y el citoesqueleto de microtúbulos, completando así la conexión entre el entorno intracelular y la matriz extracelular.
El extremo N que contiene el dominio 1 de unión a actina (ABD1) consta de dos dominios de homología de calmodulina (CH) que son necesarios para la interacción con la actina F y el anclaje de la isoforma γ-actina al sarcolema42,43.La distrofina puede contribuir a la viscoelasticidad general de los cardiomiocitos al unirse al citoesqueleto subsarcolemal, y su localización en los ganglios costales respalda su participación en la mecanotransducción así como en la mecanoprotección44,45.
El dominio central central consta de 24 proteínas repetidas similares a espectrina, cada una de las cuales tiene aproximadamente 100 residuos de aminoácidos de longitud.Las repeticiones de espectrina están intercaladas con cuatro dominios bisagra, lo que le da a la proteína flexibilidad y un alto grado de extensibilidad.Las repeticiones de distrofina espectrina pueden desarrollarse dentro de un rango fisiológico de fuerzas (15-30 pN) que se extiende desde 21 nm a 84 nm, fuerzas alcanzables para la contracción de la miosina 46 .Estas características del dominio de repetición de espectrina permiten que la distrofina actúe como un amortiguador molecular.
La varilla central de Dp427m asegura su localización en el sarcolema, en particular, mediante interacciones hidrofóbicas y electrostáticas con fosfatidilserina 47,48.Curiosamente, el núcleo central de la distrofina interactúa de manera diferente con los fosfolípidos del sarcolema en los tejidos esqueléticos y cardíacos, posiblemente reflejando diferentes patrones de primavera.crítico, mientras que los músculos esqueléticos también están asociados con R10-R1249.
La unión al citoesqueleto de actina γ requiere la región de repetición 11-17 de espectrina ABD2, que consta de residuos de aminoácidos básicos y difiere del dominio CH de unión a actina F.Los microtúbulos interactúan directamente con el dominio central de la distrofina; esta interacción requiere residuos de las repeticiones de espectrina 4-15 y 20-23, y se requiere la presencia de anquirina B para prevenir la formación de microtúbulos en este sitio.Los tubos faltan 50,51,52.Se ha demostrado que una brecha entre los microtúbulos y la distrofina exacerba la patología de la DMD al aumentar las especies reactivas de oxígeno (X-ROS).
El dominio CR a través de la anquirina B es otro ancla para los fosfolípidos sarcolemales52.Ankyrin-B y ankyrin-G son necesarios para la localización costal de distrofina/DGC, y su ausencia da como resultado un patrón sarcolemal difuso de DGC52.
El dominio CR contiene un dominio de unión WW que interactúa directamente con el motivo de unión PPxY de β-DG.Al unirse al complejo distrofina-glicano, la distrofina completa el vínculo entre el interior y el exterior de la célula54.Esta conexión es crítica para el músculo estriado, como lo demuestra el hecho de que la interrupción de la conexión entre la ECM y el interior de la célula conduce a una distrofia muscular que limita la vida.
Finalmente, el dominio CT es una región altamente conservada que forma una hélice enrollada y es fundamental para la unión a α-distrobrevina y α1-,β1-sintrofinas55,56.La α-distrobrevina se une al dominio CT de la distrofina y proporciona resistencia adicional a la distrofina en el sarcolema57.
Durante el desarrollo embrionario y fetal, la utrofina se expresa ampliamente en diversos tejidos, incluidas las células endoteliales, el tejido nervioso y el tejido muscular estriado58.La utrofina se expresa mediante UTRN ubicada en el cromosoma 6q y es un autólogo de distrofina con una homología proteica del 80%.Durante el desarrollo, la utrofina se localiza en el sarcolema, pero está marcadamente suprimida en el tejido muscular estriado posnatal, donde es reemplazada por distrofina.Después del nacimiento, la localización de la utrofina se limita a los tendones y las uniones neuromusculares de los músculos esqueléticos58,59.
Los compañeros de unión de las utrofinas son muy similares a los de las distrofinas, aunque se han descrito algunas diferencias clave.Por ejemplo, la distrofina interactúa con la β-DG a través de su dominio WW, que está estabilizado por el dominio ZZ (llamado así por su capacidad para unirse a dos iones de zinc) dentro de su región CT, donde los residuos de ácido cisteico 3307-3354 son especialmente importantes para esta interacción60 ., 61. La utrofina también se une a β-DG a través del dominio WW/ZZ, pero los residuos exactos que respaldan esta interacción difieren de los residuos de distrofina (3307–3345 en distrofina y 3064–3102 en utrofina) 60,61.Es importante destacar que la unión de la utrofina a β-DG fue aproximadamente 2 veces menor en comparación con la distrofina 61. Se ha informado que la distrofina se une a la actina F a través de repeticiones de espectrina 11-17, mientras que sitios similares en la utrofina no pueden unirse a la actina F, incluso a altas concentraciones, pero pueden interactuar a través de sus dominios CH.Acción 62,63,64.Finalmente, a diferencia de la distrofina, la utrofina no puede unirse a los microtúbulos51.
Biomecánicamente, las repeticiones de espectrina de utrofina tienen un patrón de desarrollo distinto en comparación con la distrofina65.La utrofina-espectrina repite el despliegue a fuerzas superiores, similar a la titina pero no a la distrofina65.Esto es consistente con su localización y papel en la transmisión de fuerza elástica rígida en las uniones tendinosas, pero puede hacer que la utrofina sea menos adecuada para actuar como un resorte molecular en las fuerzas amortiguadoras inducidas por la contracción 65 .En conjunto, estos datos sugieren que las capacidades de mecanotransducción y mecanobúfer pueden alterarse en presencia de sobreexpresión de utrofina, especialmente si se tienen en cuenta diferentes socios/mecanismos de unión; sin embargo, esto requiere más estudios experimentales.
Desde un punto de vista funcional, el hecho de que se crea que la utrofina tiene efectos similares a la distrofina la convierte en un objetivo potencial de tratamiento para la DMD66,67.De hecho, se ha demostrado que algunos pacientes con DMD sobreexpresan utrofina, posiblemente como mecanismo compensatorio, y el fenotipo se ha restaurado con éxito en un modelo de ratón con sobreexpresión de utrofina 68 .Si bien la regulación positiva de la utrofina es una estrategia terapéutica probable, la consideración de la diferencia formal y funcional entre utrofina y distrofina y la utilidad de inducir esta sobreexpresión con una localización adecuada a lo largo del sarcolema hace que la estrategia a largo plazo de la utrofina aún no esté clara.En particular, las mujeres portadoras muestran un patrón mosaico de expresión de utrofina, y la proporción entre distrofina y utrofina puede influir en el grado de miocardiopatía dilatada en estos pacientes,69 aunque lo han demostrado modelos murinos de portadoras..
El subcomplejo de distroglicano consta de dos proteínas, α- y β-distroglicano (α-, β-DG), ambas transcritas del gen DAG1 y luego escindidas postraduccionalmente en dos proteínas componentes 71 .La α-DG está altamente glicosilada en el aspecto extracelular de las DGC e interactúa directamente con los residuos de prolina en la laminina α2, así como con la agrina72 y la picaculina73 y la región CT/CR de la distrofina73,74,75,76.La glicosilación ligada a O, especialmente de residuos de serina, es necesaria para su interacción con la ECM.La vía de glicosilación incluye muchas enzimas cuyas mutaciones conducen a distrofia muscular (ver también la Tabla 1).Estos incluyen la O-manosiltransferasa POMT2, la fucutina y la proteína relacionada con la fucutina (FKRP), dos ribitol fosfotransferasas que agregan fosfatos de ribitol en tándem al glicano central y la proteína LARGE1 que agrega xilosa y glucosa.Polisacárido de ácido urónico lineal, también conocido como glicano de matriz al final del glicano77.FKRP también participa en el desarrollo y mantenimiento de la ECM, y sus mutaciones conducen a una disminución de la expresión de laminina α2 y α-DG77,78,79.Además, FKRP también puede dirigir la formación de la lámina basal y la matriz extracelular cardíaca a través de fibronectina 80 glicosilada.
β-DG contiene un motivo de unión PPxY que localiza y secuestra directamente a YAP12.Este es un hallazgo interesante ya que implica que la DGC regula el ciclo celular de los cardiomiocitos.La α-DH en los cardiomiocitos neonatales interactúa con la agrina, lo que promueve la regeneración del corazón y la lisis de DGC76 debido a la maduración celular.A medida que los cardiomiocitos maduran, la expresión de agrina disminuye a favor de la laminina, que se cree que contribuye a la detención del ciclo celular76.Morikawa12 demostró que la doble eliminación de distrofina y salvador, un regulador negativo de YAP, conduce a una hiperproliferación de cardiomiocitos en el rumen que causa el infarto.Esto llevó a la interesante idea de que la manipulación de YAP podría tener valor clínico para prevenir la pérdida de tejido después de un infarto de miocardio.Por lo tanto, la lisis de DGC inducida por agrina podría representar un eje que permite la activación de YAP y es una vía potencial para la regeneración cardíaca.
Mecánicamente, se requieren α- y β-DG para mantener la interacción entre el sarcolema y la capa basal 81 .Tanto las integrinas α-DG como α7 contribuyen a la generación de fuerza en el ganglio costal, y la pérdida de α-DG provoca la separación del sarcolema de la lámina basal, dejando el tejido del músculo esquelético vulnerable al daño inducido por la contracción.Como se describió anteriormente, el complejo de distroglicano regula el recambio general de DGC, donde la unión al ligando afín laminina da como resultado la fosforilación de tirosina del motivo de unión a PPPY de β-DG892.La fosforilación de tirosina aquí promueve el desensamblaje de la distrofina, lo que invierte el complejo DGC.Fisiológicamente, este proceso está altamente regulado, algo que está ausente en la distrofia muscular82, aunque los mecanismos subyacentes que controlan este proceso no se comprenden completamente.
Se ha demostrado que el estiramiento cíclico activa las vías ERK1/2 y AMPK a través del complejo de distrofina y la proteína relacionada plectina83.Juntos, se requiere que la plectina y el distroglicano no solo actúen como andamio, sino también para participar en la mecanotransducción, y la caída de la plectina conduce a una disminución en la actividad de ERK1/2 y AMPK83.La plectina también se une al filamento intermedio del citoesqueleto de desmina, y se ha demostrado que la sobreexpresión de desmina mejora el fenotipo de la enfermedad en ratones mdx:desmina y mdx, un modelo de ratón con doble knockout para DMD84.Al interactuar con β-DG, la plectina une indirectamente la DGC a este componente del citoesqueleto.Además, el distroglicano interactúa con la proteína de unión al receptor 2 del factor de crecimiento (Grb2), que se sabe que participa en los reordenamientos del citoesqueleto85.Se ha demostrado que la activación de Ras por la integrina está mediada por Grb2, lo que puede proporcionar una vía potencial para la comunicación cruzada entre las integrinas y DGC86.
Las mutaciones en los genes implicados en la glicosilación de la α-DH provocan la llamada distrofia muscular.Las distroglicanopatías muestran heterogeneidad clínica, pero son causadas principalmente por una alteración en la interacción entre α-DG y laminina α277.Las distrofiglicanosis causadas por mutaciones primarias en DAG1 son generalmente extremadamente raras, probablemente porque son letales para el embrión87, lo que confirma la necesidad de una asociación celular con la ECM.Esto significa que la mayoría de las enfermedades distróficas de los glucanos son causadas por mutaciones proteicas secundarias asociadas con la glicosilación.Por ejemplo, las mutaciones en POMT1 causan el extremadamente grave síndrome de Walker-Warburg, que se caracteriza por anencefalia y una esperanza de vida notablemente reducida (menos de 3 años)88.Sin embargo, las mutaciones de FKRP se manifiestan predominantemente como distrofia muscular de cinturas (LGMD), que suele ser (pero no siempre) relativamente leve.Sin embargo, se ha demostrado que las mutaciones en FKRP son una causa poco común de WWS89.Se han identificado muchas mutaciones en FKRP, de las cuales la mutación fundadora (c.826>A) causa más comúnmente LGMD2I90.
LGMD2I es una distrofia muscular relativamente leve cuya patogénesis se basa en la alteración de la conexión entre la matriz extracelular y el citoesqueleto intracelular.Menos clara es la relación entre genotipo y fenotipo en pacientes con mutaciones en estos genes y, de hecho, este concepto es aplicable a otras proteínas DSC.¿Por qué algunos pacientes con mutaciones FKRP muestran un fenotipo de enfermedad compatible con WWS mientras que otros tienen LGMD2I?La respuesta a esta pregunta puede estar en i) qué paso de la vía de glicosilación se ve afectado por la mutación, o ii) el grado de hipoglicosilación en cualquier paso dado.La hipoglicosilación de α-DG aún puede permitir cierto grado de interacción con la ECM, lo que resulta en un fenotipo general más leve, mientras que la disociación de la membrana basal aumenta la gravedad del fenotipo de la enfermedad.Los pacientes con LGMD2I también desarrollan MCD, aunque está menos documentada que la DMD, lo que motiva la urgencia de comprender estas mutaciones en el contexto de los cardiomiocitos.
El subcomplejo sarcospan-sarcoglicano promueve la formación de DHA e interactúa directamente con β-DH.Hay cuatro sarcoglicanos unidireccionales en el tejido cardíaco: α, β, γ y δ91.Recientemente se ha descrito que una mutación sin sentido c.218C>T en el exón 3 del gen SGCA y una deleción heterocigótica parcial en los exones 7-8 causan LGMD2D92.Sin embargo, en este caso, los autores no evaluaron el fenotipo cardíaco.
Otros grupos han descubierto que la SGCD en modelos porcino93 y ratón94 da como resultado una expresión reducida de proteínas en el subcomplejo sarcoglicano, lo que altera la estructura general de las DGC y conduce a DCM.Además, se informó que el 19 % de todos los pacientes con mutaciones SGCA, SGCB o SGCG tenían miocardiopatía dilatada, y el 25 % de todos los pacientes también requirieron asistencia respiratoria95.
Las mutaciones recesivas en el sarcoglicano (SG) δ dan como resultado una reducción o ausencia completa de los complejos de sarcoglicano y, por tanto, de DGC en el tejido cardíaco y son responsables de la LGMD y su DCM96 asociada.Curiosamente, las mutaciones dominantes negativas en SG-δ son específicas del sistema cardiovascular y son la causa de la miocardiopatía dilatada familiar97.Se ha demostrado que las mutaciones dominantes negativas SG-δ R97Q y R71T se expresan de manera estable en cardiomiocitos de rata sin un deterioro significativo del DGC98 total.Sin embargo, las células cardíacas que portan estas mutaciones son más susceptibles al daño, la permeabilidad y la disfunción mecánica del sarcolema bajo estrés mecánico, lo que coincide con el fenotipo DCM98.
Sarcospan (SSPN) es una tetraspanina de 25 kDa localizada en el subcomplejo de sarcoglicano y se cree que sirve como armazón proteico99,100.Como armazón proteico, SSPN estabiliza la localización y glicosilación de α-DG99,101.Se ha descubierto que la sobreexpresión de SSPN en modelos de ratón aumenta la unión entre el músculo y la laminina 102 .Además, se ha demostrado que SSPN interactúa con las integrinas, lo que sugiere el grado de interferencia entre las dos comisuras costales, DGC, y la estructura glicoproteica integrina-talina-vinculina100,101,102.La eliminación de SSPN también resultó en un aumento de α7β1 en el músculo esquelético del ratón.
Un estudio reciente demostró que la sobreexpresión de sarcospan mejora la maduración y la glicosilación de α-DG en el tejido cardíaco independientemente de la caída de la galactosilaminotransferasa 2 (Galgt2) en un modelo de DMD en ratón mdx, aliviando así el fenotipo 101 de la enfermedad. El aumento de la glicosilación del complejo de distroglicano puede mejorar la interacción con la ECM, mitigando así en gran medida la enfermedad.Además, han demostrado que la sobreexpresión de sarcospan reduce la interacción de la integrina β1D con las DGC, destacando un posible papel del sarcospan en la regulación de los complejos de integrinas101.
Las sintrofinas son una familia de proteínas pequeñas (58 kDa) que se localizan en las DGC, no tienen actividad enzimática intrínseca y sirven como adaptadores moleculares103,104.Se han identificado cinco isoformas (α-1, β-1, β-2, γ-1 y γ-2) que muestran expresión específica de tejido, donde la isoforma α-1 se expresa predominantemente en el tejido muscular estriado 105.Las sintrofinas son proteínas adaptadoras importantes que facilitan la comunicación entre la distrofina y las moléculas de señalización, incluida la óxido nítrico sintasa neuronal (nNOS) en el músculo esquelético106.La α-sintrofina interactúa directamente con el dominio de repetición de espectrina 16-17 de distrofina, que a su vez se une al motivo de unión a PDZ nNOS106,107.
Las sintrofinas también interactúan con la distrobrevina a través de los dominios de unión PH2 y SU, y también interactúan con el citoesqueleto de actina 108 .De hecho, las sintrofinas parecen desempeñar un papel particularmente importante en la regulación de la dinámica citoesquelética, y las isoformas α y β son capaces de interactuar directamente con la actina F 108 y, por tanto, probablemente desempeñan un papel en la regulación de la tensegridad y la biomecánica del sistema celular. efecto.Además, se ha demostrado que las sintrofinas regulan el citoesqueleto a través de Rac1109.
La modulación de los niveles de sintrofina puede restaurar la función, y un estudio reciente que utilizó minidistrofina demostró que la construcción ΔR4-R23/ΔCT fue capaz de restaurar la α-sintrofina, así como otras proteínas DGC, a niveles comparables a los cardiomiocitos WT mdx.
Además de su papel en la regulación del citoesqueleto, las sintrofinas también están bien documentadas en la regulación de los canales iónicos 111,112,113.El motivo de unión a PDZ de las sintrofinas regula el canal Nav1.5111 dependiente del voltaje cardíaco, que desempeña un papel clave en el establecimiento de la excitabilidad y la conducción cardíacas.Curiosamente, en el modelo de ratón mdx, se encontró que los canales Nav1.5 estaban regulados negativamente y se encontraron arritmias cardíacas en los animales 111.Además, se ha demostrado que una familia de canales iónicos mecanosensibles, el canal potencial del receptor transitorio (TRPC), está regulado por la sintrofina α1 en el tejido cardíaco 113 y se ha demostrado que la inhibición de TRPC6 mejora las arritmias en el modelo de ratón DMD112.Se ha informado que el aumento de la actividad de TRPC6 en la DMD produce arritmias cardíacas, que se alivian cuando se combina con PKG 112 .Mecánicamente, el agotamiento de la distrofina promueve una afluencia inducida por estiramiento de [Ca2+]i que actúa aguas arriba de TRPC6 para activarlo, como se muestra en los cardiomiocitos y las células del músculo liso vascular112,114.La hiperactivación de TRPC6 para estirarse lo convierte en un mecanosensor importante y un objetivo terapéutico potencial en la DMD112,114.
La pérdida de distrofina conduce a lisis o supresión marcada de todo el complejo DGC, con la pérdida posterior de muchas funciones mecanoprotectoras y de mecanotransducción, lo que resulta en el fenotipo catastrófico que se observa en el tejido muscular estriado en la DMD.Por lo tanto, puede ser razonable considerar que las RSK funcionan en conjunto y que los componentes individuales dependen de la presencia y el funcionamiento de otros componentes.Esto es especialmente cierto en el caso de la distrofina, que parece ser necesaria para el ensamblaje y localización del complejo sarcolema en los cardiomiocitos.Cada componente desempeña un papel único al contribuir a la estabilización general del sarcolema, la localización de proteínas accesorias clave, la regulación de los canales iónicos y la expresión genética, y la pérdida de una sola proteína en el DGC conduce a la desregulación de todo el miocardio.
Como se muestra arriba, muchas proteínas DGC participan en la mecanotransducción y la señalización, y la distrofina es particularmente adecuada para esta función.Si DGC se encuentra en las costillas, esto confirma la opinión de que participa en la mecanotransducción junto con las integrinas.Por lo tanto, los DGC experimentan físicamente una transferencia de fuerza anisotrópica y participan en el reordenamiento mecanosensorial y citoesquelético del microambiente intracelular, de acuerdo con el modelo de tensegridad.Además, Dp427m amortigua las fuerzas biomecánicas entrantes al expandir las repeticiones de espectrina dentro de su dominio central central, actuando así como un mecanoprotector al mantener una fuerza de desenrollado de 25 pN en un rango extendido de 800 nm.Al dividirse, la distrofina es capaz de “amortiguar” la fuerza de contracción-relajación producida por los cardiomiocitos10.Dada la diversidad de proteínas y fosfolípidos que interactúan con los dominios de repetición de espectrina, es interesante especular si el desenrollado de la repetición de espectrina altera la cinética de unión de las proteínas mecanosensibles de una manera similar a la de la talina116,117,118.Sin embargo, esto aún no se ha determinado y se requiere más investigación.