Componente químico da tubulação da bobina capilar de aço inoxidável 310, o papel dos complexos de glicoproteína distrofina na mecanotransdução das células musculares

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A distrofina é a principal proteína do complexo distrofina-glicoproteína (DGC) no músculo esquelético e nos cardiomiócitos.A distrofina liga o citoesqueleto de actina à matriz extracelular (ECM).A ruptura da ligação entre a matriz extracelular e o citoesqueleto intracelular pode ter consequências devastadoras para a homeostase das células musculares esqueléticas, levando a uma série de distrofias musculares.Além disso, a perda de DGCs funcionais leva à cardiomiopatia dilatada progressiva e à morte prematura.A distrofina atua como uma mola molecular e o DHA desempenha um papel fundamental na manutenção da integridade do sarcolema.Além disso, acumulam-se evidências que ligam a DGC à sinalização mecanicista, embora este papel permaneça pouco compreendido.Este artigo de revisão tem como objetivo fornecer uma visão moderna dos DGCs e seu papel na mecanotransdução.Primeiro discutimos a complexa relação entre a mecânica e a função das células musculares e, em seguida, revisamos pesquisas recentes sobre o papel do complexo glicoproteico distrofina na mecanotransdução e na manutenção da integridade biomecânica das células musculares.Finalmente, revisamos a literatura atual para entender como a sinalização DGC se cruza com as vias de mecanossinalização para destacar potenciais pontos de intervenção futura, com foco particular na cardiomiopatia.
As células estão em constante comunicação com o seu microambiente, sendo necessário um diálogo bidirecional entre elas para a interpretação e integração da informação biomecânica.A biomecânica controla os principais eventos subsequentes (por exemplo, rearranjos do citoesqueleto) controlando o fenótipo celular geral no espaço e no tempo.Central para esse processo nos cardiomiócitos é a região costal, a região onde o sarcolema se conecta a um sarcômero composto por complexos integrina-talina-vinculina e distrofina-glicoproteína (DGC).Ligadas ao citoesqueleto intracelular, essas adesões focais discretas (FAs) propagam uma cascata de alterações celulares biomecânicas e bioquímicas que controlam a diferenciação, proliferação, organogênese, migração, progressão da doença e muito mais.A conversão de forças biomecânicas em alterações bioquímicas e/ou (epi)genéticas é conhecida como mecanotransdução1.
Sabe-se há muito tempo que o receptor transmembranar da integrina 2 ancora a matriz extracelular nas células e medeia a sinalização interna e externa.Paralelamente às integrinas, as DGCs ligam a MEC ao citoesqueleto, estabelecendo uma ligação crítica entre o exterior e o interior da célula3.A distrofina completa (Dp427) é expressa principalmente no músculo cardíaco e esquelético, mas também é observada em tecidos do sistema nervoso central, incluindo a retina e o tecido de Purkinje4.Acredita-se que mutações em integrinas e DGC sejam as causas da distrofia muscular e da cardiomiopatia dilatada progressiva (CMD) (Tabela 1)5,6.Em particular, as mutações DMD que codificam as DGCs da proteína distrofina central causam distrofia muscular de Duchenne (DMD)7.O DGC é composto por vários subcomplexos, incluindo α e β-distroglicano (α/β-DG), sarcoglicano-sarcospan, sintrofina e distrofina8.
A distrofina é uma proteína do citoesqueleto codificada pela DMD (Xp21.1-Xp22) que desempenha um papel central na manutenção do DGC.O DGC mantém a integridade do sarcolema, a membrana plasmática do tecido muscular estriado.A distrofina atenua ainda mais os danos causados ​​pela contração, agindo como mola molecular e estrutura molecular9,10.A distrofina completa tem um peso molecular de 427 kDa, no entanto, devido aos muitos promotores internos na DMD, existem várias isoformas truncadas que ocorrem naturalmente, incluindo Dp7111.
Demonstrou-se que proteínas acessórias estão localizadas na distrofina, incluindo mecanotransdutores verdadeiros, como óxido nítrico sintase neuronal (nNOS), proteína associada a Yes (YAP) e caveolina-3, representando assim componentes importantes da sinalização celular.Compostos 12, 13, 14. Além da adesão, um mecanismo celular associado às interações entre as células e a matriz, formada por integrinas e seus alvos a jusante, esses dois complexos representam a interface entre o “interior” e o “externo” da célula .Proteger essas aderências focais da destruição anormal é fundamental para o comportamento e a sobrevivência celular.Além disso, os dados sustentam que a distrofina é um modulador de canais iônicos mecanossensíveis, incluindo canais ativados por estiramento, especialmente canais de Ca2+ tipo L e canais TRPC 15.
Embora a distrofina seja importante para a função homeostática das células musculares estriadas, os mecanismos de suporte precisos são menos claros, especialmente o papel da distrofina e a sua capacidade de actuar como mecanossensor e protector mecânico.Devido à perda de distrofina, surgiram várias questões sem resposta, incluindo: as proteínas mecanossensíveis, como YAP e AMPK, estão mal localizadas no sarcolema;Há crosstalk com integrinas, circunstâncias que podem levar à mecanotransdução anormal?Todas essas características podem contribuir para o fenótipo grave de CMD observado em pacientes com DMD.
Além disso, a associação de alterações na biomecânica celular com o fenótipo geral da DMD tem implicações clínicas importantes.A DMD é uma distrofia muscular ligada ao X que afeta 1:3.500–5.000 homens, caracterizada por perda precoce de mobilidade (<5 anos) e CMD progressiva com prognóstico significativamente pior do que CMD de outras etiologias16,17,18.
A biomecânica da perda de distrofina não foi completamente descrita, e aqui revisamos as evidências que apoiam a noção de que a distrofina realmente desempenha um papel mecanoprotetor, ou seja, mantendo a integridade do sarcolema, e é crítica na mecanotransdução.Além disso, revisamos as evidências que sugerem crosstalk importante com integrinas, ligando especificamente a laminina α7β1D em células musculares estriadas.
Inserções e deleções são responsáveis ​​por um grande número de mutações na DMD, sendo 72% das mutações causadas por tais mutações19.Clinicamente, a DMD apresenta-se na infância (≤5 anos) com hipotensão, sinal de Gower positivo, progressão retardada das alterações relacionadas à idade, retardo mental e atrofia muscular esquelética.O desconforto respiratório tem sido historicamente a principal causa de morte em pacientes com DMD, mas a melhoria dos cuidados de suporte (corticosteroides, pressão positiva contínua nas vias aéreas) aumentou a expectativa de vida desses pacientes, e a idade média dos pacientes com DMD nascidos após 1990 é de 28,1 anos 20,21 ..Contudo, à medida que a sobrevida dos pacientes aumenta, o prognóstico da CMD progressiva é significativamente pior em comparação com outras cardiomiopatias16, levando à insuficiência cardíaca terminal, que é atualmente a principal causa de morte, responsável por aproximadamente 50% das mortes por DMD17,18.
A CMD progressiva é caracterizada por aumento da dilatação e complacência do ventrículo esquerdo, adelgaçamento ventricular, aumento da infiltração fibrogordurosa, diminuição da função sistólica e aumento da frequência de arritmias.O grau de CMD em pacientes com DMD é quase universal no final da adolescência (90% aos 18 anos de idade), mas está presente em aproximadamente 59% dos pacientes até os 10 anos de idade8,22.Abordar esta questão é fundamental, uma vez que a fração de ejeção do ventrículo esquerdo tem diminuído constantemente a uma taxa de 1,6% ao ano23.
Arritmias cardíacas são comuns em pacientes com DMD, principalmente taquicardia sinusal e taquicardia ventricular, e são causa de morte súbita cardíaca22.As arritmias são o resultado da infiltração fibrogordurosa, especialmente no ventrículo esquerdo subbasal, que prejudica o circuito de retorno, bem como a disfunção do processamento de [Ca2+]i e a disfunção dos canais iônicos24,25.O reconhecimento da apresentação clínica cardíaca é fundamental, pois estratégias de tratamento precoce podem atrasar o início da CMD grave.
A importância do tratamento da disfunção cardíaca e da morbidade do músculo esquelético é demonstrada em um estudo interessante que utilizou um modelo de rato com DMD chamado mdx26 para estudar os efeitos da melhoria do tecido muscular esquelético sem abordar os problemas cardíacos subjacentes presentes na DMD.Aqui, os autores demonstraram um aumento paradoxal de 5 vezes na disfunção cardíaca após melhora no músculo esquelético, e os camundongos tiveram uma redução significativa na fração de ejeção26.A função muscular esquelética melhorada permite que uma maior atividade física exerça mais pressão sobre o miocárdio, tornando-o mais suscetível a disfunções gerais.Isto destaca a importância do tratamento de pacientes com DMD em geral e alerta contra a terapia muscular esquelética isoladamente.
Os DGCs desempenham diversas funções adicionais, nomeadamente, fornecem estabilidade estrutural ao sarcolema, tornam-se um andaime molecular que atua como um elo de sinalização, regulam os canais iônicos mecanossensíveis, o núcleo da mecanotransdução costal, e participam na transmissão de força lateral na região do costelas (Fig. 1b)..A distrofina desempenha um papel central nesta capacidade e, devido à presença de muitos promotores internos, existem várias isoformas diferentes, cada uma desempenhando um papel diferente em diferentes tecidos.A expressão diferencial nos tecidos de diferentes isoformas de distrofina apoia a noção de que cada isoforma desempenha um papel diferente.Por exemplo, o tecido cardíaco expressa o comprimento total (Dp427m), bem como a isoforma Dp71m mais curta da distrofina, enquanto o tecido esquelético expressa apenas a primeira das duas.A observação do papel de cada subtipo pode revelar não apenas a sua função fisiológica, mas também a patogênese da distrofia muscular.
Representação esquemática da distrofina completa (Dp427m) e da isoforma Dp71 menor e truncada.A distrofina tem 24 repetições de espectrina separadas por quatro alças, bem como um domínio de ligação à actina (ABD), um domínio rico em cisteína (CR) e um terminal C (CT).Os principais parceiros de ligação foram identificados, incluindo os microtúbulos (MTs) e o sarcolema.Existem muitas isoformas de Dp71, Dp71m refere-se ao tecido muscular e Dp71b refere-se à isoforma do tecido nervoso.Em particular, Dp71f refere-se à isoforma citoplasmática dos neurônios.b O complexo distrofina-glicoproteína (DHA) está localizado no sarcolema como um todo.As forças biomecânicas alternam entre ECM e F-actina.Observe o potencial crosstalk entre DGCs e adesão de integrinas, Dp71 pode desempenhar um papel nas adesões focais.Criado com Biorender.com.
A DMD é a distrofia muscular mais comum e é causada por mutações na DMD.Contudo, para apreciar plenamente a nossa compreensão actual do papel da antidistrofina, é importante colocá-la no contexto da DGC como um todo.Assim, as demais proteínas constituintes serão brevemente descritas.A composição proteica do DGC começou a ser estudada no final da década de 1980, com especial atenção para a distrofina.Koenig27,28, Hoffman29 e Ervasti30 fizeram uma descoberta importante ao identificar a distrofina, uma proteína de 427 kDa no músculo estriado31.
Posteriormente, outros subcomplexos demonstraram estar associados à distrofina, incluindo sarcoglicano, transsyn, subcomplexo de distrofina, disbrevina e sintrofinas8, que juntos constituem o modelo atual de DGC.Esta seção irá primeiro divulgar as evidências do papel do DGC na percepção mecanossensorial enquanto examina detalhadamente os componentes individuais.
A isoforma completa da distrofina presente no tecido muscular estriado é Dp427m (por exemplo, “m” para músculo para distingui-lo do cérebro) e é uma grande proteína em forma de bastonete com quatro domínios funcionais localizados sob o sarcolema de cardiomiócitos, especialmente na região costal. 29, 32. Dp427m, codificado pelo gene DMD em Xp21.1, consiste em 79 exons gerados em 2,2 megabases e é, portanto, o maior gene em nosso genoma8.
Vários promotores internos na DMD produzem múltiplas isoformas truncadas de distrofina, algumas das quais são específicas do tecido.Comparado ao Dp427m, o Dp71m é significativamente truncado e não possui um domínio de repetição de espectrina ou um domínio ABD N-terminal.No entanto, Dp71m mantém a estrutura de ligação C-terminal.Nos cardiomiócitos, o papel do Dp71m não é claro, mas foi demonstrado que ele se localiza nos túbulos T, sugerindo que pode ajudar a regular o acoplamento excitação-contração 33,34,35.Até onde sabemos, a recente descoberta de Dp71m no tecido cardíaco recebeu pouca atenção, mas alguns estudos sugerem que ela está associada a canais iônicos ativados por estiramento, e Masubuchi sugeriu que ela pode desempenhar um papel na regulação da nNOS33., 36. Ao fazer isso, o Dp71 recebeu atenção significativa na neurofisiologia e na pesquisa de plaquetas, áreas que podem fornecer informações sobre o papel dos cardiomiócitos37,38,39.
No tecido nervoso, a isoforma Dp71b é predominantemente expressa, com 14 isoformas relatadas38.Foi demonstrado que a deleção de Dp71b, um importante regulador dos canais de potássio aquaporina 4 e Kir4.1 no sistema nervoso central, altera a permeabilidade da barreira hematoencefálica .Dado o papel do Dp71b na regulação dos canais iônicos, o Dp71m pode desempenhar um papel semelhante nos cardiomiócitos.
A presença de DGC nos gânglios costais indica imediatamente um papel na mecanotransdução e, de facto, foi demonstrado que co-localiza com complexos integrina-talina-vinculina 41 .Além disso, dado que o segmento costal é um foco para a mecanotransdução transversal, a localização do Dp427m aqui destaca o seu papel na proteção das células contra danos causados ​​pela contração.Além disso, o Dp427m interage com a actina e o citoesqueleto dos microtúbulos, completando assim a conexão entre o ambiente intracelular e a matriz extracelular.
O terminal N contendo o domínio 1 de ligação à actina (ABD1) consiste em dois domínios de homologia de calmodulina (CH) que são necessários para interação com F-actina e ancoragem da isoforma γ-actina ao sarcolema .A distrofina pode contribuir para a viscoelasticidade geral dos cardiomiócitos, ligando-se ao citoesqueleto subsarcolemal, e sua localização nos gânglios costais apoia seu envolvimento na mecanotransdução, bem como na mecanoproteção .
O domínio central central consiste em 24 proteínas repetidas semelhantes à espectrina, cada uma das quais com aproximadamente 100 resíduos de aminoácidos de comprimento.As repetições da espectrina são intercaladas com quatro domínios de dobradiça, conferindo à proteína flexibilidade e um alto grau de extensibilidade.As repetições da espectrina da distrofina podem se desdobrar dentro de uma faixa fisiológica de forças (15-30 pN) que se estende de 21 nm a 84 nm, forças alcançáveis ​​para a contração da miosina 46.Estas características do domínio de repetição da espectrina permitem que a distrofina atue como um amortecedor molecular.
A haste central do Dp427m garante sua localização no sarcolema, em particular, por meio de interações hidrofóbicas e eletrostáticas com a fosfatidilserina 47,48.Curiosamente, o núcleo central da distrofina interage de maneira diferente com os fosfolipídios do sarcolema nos tecidos esqueléticos e cardíacos, possivelmente refletindo diferentes padrões de primavera.crítico, enquanto os músculos esqueléticos também estão associados ao R10-R1249.
A ligação ao citoesqueleto de γ-actina requer a região 11–17 da repetição da espectrina ABD2, que consiste em resíduos de aminoácidos básicos e difere do domínio CH de ligação à F-actina.Os microtúbulos interagem diretamente com o domínio central da distrofina, esta interação requer resíduos de repetições de espectrina 4-15 e 20-23, e a presença de anquirina B é necessária para prevenir a formação de microtúbulos neste local.Os tubos estão ausentes 50,51,52.Demonstrou-se que uma lacuna entre os microtúbulos e a distrofina exacerba a patologia da DMD, aumentando as espécies reativas de oxigênio (X-ROS).
O domínio CR via anquirina B é outra âncora para os fosfolipídios do sarcolema52.Anquirina-B e anquirina-G são necessárias para a localização da distrofina / DGC nas costelas, e sua ausência resulta em um padrão sarcolemal difuso de DGC52.
O domínio CR contém um domínio de ligação WW que interage diretamente com o motivo de ligação PPxY de β-DG.Ao ligar-se ao complexo distrofina-glicano, a distrofina completa a ligação entre o interior e o exterior da célula54.Esta conexão é crítica para o músculo estriado, como evidenciado pelo fato de que a ruptura da conexão entre a MEC e o interior da célula leva à distrofia muscular que limita a vida.
Finalmente, o domínio CT é uma região altamente conservada que forma uma hélice enrolada e é crítica para a ligação à α-distrobrevina e às α1-, β1-sintrofinas55,56.A α-distrobrevina liga-se ao domínio CT da distrofina e proporciona resistência adicional à distrofina no sarcolema57.
Durante o desenvolvimento embrionário e fetal, a Utrofina é amplamente expressa em vários tecidos, incluindo células endoteliais, tecido nervoso e tecido muscular estriado58.A utrofina é expressa pela UTRN localizada no cromossomo 6q e é um autólogo da distrofina com 80% de homologia proteica.Durante o desenvolvimento, a utrofina está localizada no sarcolema, mas é marcadamente suprimida no tecido muscular estriado pós-natal, onde é substituída pela distrofina.Após o nascimento, a localização da utrofina limita-se aos tendões e junções neuromusculares dos músculos esqueléticos58,59.
Os parceiros de ligação da utrofina são amplamente semelhantes aos das distrofinas, embora algumas diferenças importantes tenham sido descritas.Por exemplo, a distrofina interage com β-DG através do seu domínio WW, que é estabilizado pelo domínio ZZ (nomeado pela sua capacidade de ligar dois iões de zinco) dentro da sua região CT, onde os resíduos de ácido cisteico 3307-3354 são especialmente importantes para esta interação60 ., 61. A utrofina também se liga a β-DG através do domínio WW/ZZ, mas os resíduos exatos que suportam esta interação diferem dos resíduos de distrofina (3307-3345 na distrofina e 3064-3102 na utrofina) 60,61.É importante ressaltar que a ligação da utrofina à β-DG foi aproximadamente 2 vezes menor em comparação com a distrofina 61. Foi relatado que a distrofina se liga à F-actina por meio de repetições de espectrina 11-17, enquanto locais semelhantes na utrofina não podem se ligar à F-actina, mesmo em altas concentrações, mas podem interagir através de seus domínios CH.Ação 62,63,64.Finalmente, diferentemente da distrofina, a utrofina não consegue se ligar aos microtúbulos51.
Biomecanicamente, as repetições da espectrina da utrofina têm um padrão de desdobramento distinto em comparação com a distrofina65.A utrofina-espectrina repete a implantação em forças superiores, semelhante à titina, mas não à distrofina65.Isto é consistente com a sua localização e papel na transmissão da força elástica rígida nas junções dos tendões, mas pode tornar a utrofina menos adequada para atuar como uma mola molecular no amortecimento das forças induzidas pela contração 65 .Tomados em conjunto, estes dados sugerem que as capacidades de mecanotransdução e mecanotampão podem ser alteradas na presença de superexpressão de utrofina, especialmente dados diferentes parceiros/mecanismos de ligação, no entanto, isto requer mais estudos experimentais.
Do ponto de vista funcional, o fato de se acreditar que a utrofina tem efeitos semelhantes aos da distrofina a torna um potencial alvo de tratamento para DMD66,67.Na verdade, foi demonstrado que alguns pacientes com DMD superexpressam utrofina, possivelmente como um mecanismo compensatório, e o fenótipo foi restaurado com sucesso em um modelo de camundongo com superexpressão de utrofina 68 .Embora a regulação positiva da utrofina seja uma estratégia terapêutica provável, a consideração da diferença formal e funcional entre a utrofina e a distrofina e a utilidade de induzir esta superexpressão com localização adequada ao longo do sarcolema torna a estratégia de longo prazo da utrofina ainda pouco clara.Notavelmente, as portadoras do sexo feminino apresentam um padrão em mosaico de expressão de utrofina, e a proporção entre distrofina e utrofina pode influenciar o grau de cardiomiopatia dilatada nesses pacientes,69 embora modelos murinos de portadores tenham mostrado isso..
O subcomplexo distroglicano consiste em duas proteínas, α- e β-distroglicano (α-, β-DG), ambas transcritas do gene DAG1 e depois clivadas pós-tradução em duas proteínas componentes 71.α-DG é altamente glicosilado no aspecto extracelular dos DGCs e interage diretamente com resíduos de prolina na laminina α2, bem como com agrina72 e picaculina73 e a região CT/CR da distrofina73,74,75,76.A glicosilação ligada a O, especialmente de resíduos de serina, é necessária para sua interação com a MEC.A via de glicosilação inclui muitas enzimas cujas mutações levam à distrofia muscular (ver também Tabela 1).Estes incluem a O-manosiltransferase POMT2, fucutina e proteína relacionada à fucutina (FKRP), duas ribitol fosfotransferases que adicionam fosfatos de ribitol em tandem ao glicano central e a proteína LARGE1 que adiciona xilose e glicose.Polissacarídeo de ácido urônico linear, também conhecido como glicano de matriz no final do glicano77.A FKRP também está envolvida no desenvolvimento e manutenção da MEC, e mutações nela levam à diminuição da expressão de laminina α2 e α-DG77,78,79.Além disso, o FKRP também pode direcionar a formação da lâmina basal e da matriz extracelular cardíaca através da fibronectina 80 glicosilada.
β-DG contém um motivo de ligação PPxY que localiza e sequestra diretamente o YAP12.Esta é uma descoberta interessante, pois implica que o DGC regula o ciclo celular dos cardiomiócitos.α-DH em cardiomiócitos neonatais interage com a agrina, que promove a regeneração do coração e a lise do DGC76 devido à maturação celular.À medida que os cardiomiócitos amadurecem, a expressão da agrina diminui em favor da laminina, que se acredita contribuir para a interrupção do ciclo celular76.Morikawa12 mostrou que o duplo knockdown da distrofina e do salvador, um regulador negativo da YAP, leva à hiperproliferação de cardiomiócitos no rúmen causador do infarto.Isto levou à interessante ideia de que a manipulação do YAP poderia ter valor clínico na prevenção da perda de tecido após o infarto do miocárdio.Assim, a lise de DGC induzida por agrina poderia representar um eixo que permite a ativação de YAP e é um caminho potencial para a regeneração cardíaca.
Mecanicamente, α- e β-DG são necessários para manter a interação entre o sarcolema e a camada basal 81 .Ambas as integrinas α-DG e α7 contribuem para a geração de força no gânglio costal, e a perda de α-DG causa a separação do sarcolema da lâmina basal, deixando o tecido muscular esquelético vulnerável a danos induzidos pela contração.Como descrito anteriormente, o complexo distroglicano regula a renovação global dos DGCs, onde a ligação ao ligante cognato laminina resulta na fosforilação da tirosina do motivo de ligação ao PPPY de β-DG892.A fosforilação da tirosina aqui promove a desmontagem da distrofina, que inverte o complexo DGC.Fisiologicamente, este processo é altamente regulado, o que está ausente na distrofia muscular82, embora os mecanismos subjacentes que controlam este processo não sejam totalmente compreendidos.
Demonstrou-se que o estiramento cíclico ativa as vias ERK1/2 e AMPK através do complexo distrofina e da proteína relacionada plectina83.Juntos, a plectina e a distroglicana são necessárias não apenas para atuar como um andaime, mas também para participar da mecanotransdução, e o knockdown da plectina leva a uma diminuição na atividade de ERK1/2 e AMPK83.A plectina também se liga ao filamento intermediário do citoesqueleto desmina, e a superexpressão de desmina demonstrou melhorar o fenótipo da doença em camundongos mdx:desmina e mdx, um modelo de camundongo knockout duplo DMD84.Ao interagir com β-DG, a plectina liga indiretamente o DGC a este componente do citoesqueleto.Além disso, o distroglicano interage com a proteína 2 de ligação ao receptor do fator de crescimento (Grb2), que é conhecida por estar envolvida em rearranjos do citoesqueleto85.Foi demonstrado que a ativação de Ras pela integrina é mediada através de Grb2, o que pode fornecer um caminho potencial para crosstalk entre integrinas e DGC86.
Mutações nos genes envolvidos na glicosilação de α-DH levam à chamada distrofia muscular.As distroglicanopatias mostram heterogeneidade clínica, mas são causadas principalmente por uma interrupção na interação entre α-DG e laminina α277.As distrofiglicanoses causadas por mutações primárias no DAG1 são geralmente extremamente raras, provavelmente por serem letais embrionárias87, confirmando assim a necessidade de associação celular com a MEC.Isto significa que a maioria das doenças distróficas dos glicanos são causadas por mutações proteicas secundárias associadas à glicosilação.Por exemplo, mutações no POMT1 causam a síndrome de Walker-Warburg extremamente grave, que é caracterizada por anencefalia e expectativa de vida acentuadamente reduzida (menos de 3 anos)88.No entanto, as mutações de FKRP manifestam-se predominantemente como distrofia muscular de cinturas (LGMD), que é geralmente (mas nem sempre) relativamente leve.No entanto, foi demonstrado que mutações no FKRP são uma causa rara de WWS89.Muitas mutações foram identificadas no FKRP, das quais a mutação fundadora (c.826>A) causa mais comumente LGMD2I90.
LGMD2I é uma distrofia muscular relativamente leve cuja patogênese se baseia na ruptura da conexão entre a matriz extracelular e o citoesqueleto intracelular.Menos clara é a relação entre genótipo e fenótipo em pacientes com mutações nestes genes e, de facto, este conceito é aplicável a outras proteínas DSC.Por que alguns pacientes com mutações no FKRP apresentam um fenótipo de doença consistente com WWS, enquanto outros apresentam LGMD2I?A resposta a esta questão pode estar em i) qual etapa da via de glicosilação é afetada pela mutação, ou ii) o grau de hipoglicosilação em qualquer etapa.A hipoglicosilação de α-DG ainda pode permitir algum grau de interação com a MEC, resultando em um fenótipo geral mais brando, enquanto a dissociação da membrana basal aumenta a gravidade do fenótipo da doença.Pacientes com LGMD2I também desenvolvem CMD, embora isso seja menos documentado que DMD, motivando a urgência de compreender essas mutações no contexto dos cardiomiócitos.
O subcomplexo sarcospan-sarcoglicano promove a formação de DHA e interage diretamente com β-DH.Existem quatro sarcoglicanos unidirecionais no tecido cardíaco: α, β, γ e δ91.Foi recentemente descrito que uma mutação missense c.218C> T no éxon 3 do gene SGCA e uma deleção heterozigótica parcial nos éxons 7–8 causam LGMD2D92.Porém, neste caso, os autores não avaliaram o fenótipo cardíaco.
Outros grupos descobriram que o SGCD em modelos suínos93 e mouse94 resulta na redução da expressão proteica no subcomplexo sarcoglicano, perturbando a estrutura geral dos DGCs e levando ao DCM.Além disso, foi relatado que 19% de todos os pacientes com mutações SGCA, SGCB ou SGCG apresentavam cardiomiopatia dilatada e 25% de todos os pacientes também necessitaram de suporte respiratório95.
Mutações recessivas no sarcoglicano (SG) δ resultam em uma redução ou ausência completa de complexos de sarcoglicano e, portanto, DGC no tecido cardíaco e são responsáveis ​​pela LGMD e seu DCM96 associado.Curiosamente, as mutações dominantes negativas no SG-δ são específicas do sistema cardiovascular e são a causa da cardiomiopatia dilatada familiar97.Demonstrou-se que as mutações dominantes negativas SG-δ R97Q e R71T são expressas de forma estável em cardiomiócitos de rato sem comprometimento significativo do DGC98 total.No entanto, as células cardíacas portadoras dessas mutações são mais suscetíveis a danos no sarcolema, permeabilidade e disfunção mecânica sob estresse mecânico, consistente com o fenótipo DCM98.
Sarcospan (SSPN) é uma tetraspanina de 25 kDa localizada no subcomplexo sarcoglicano e acredita-se que sirva como uma estrutura proteica99,100.Como estrutura proteica, o SSPN estabiliza a localização e a glicosilação de α-DG99.101.Descobriu-se que a superexpressão de SSPN em modelos de camundongos aumenta a ligação entre o músculo e a laminina 102 .Além disso, foi demonstrado que o SSPN interage com integrinas, sugerindo o grau de crosstalk entre as duas comissuras costais, DGC e a estrutura da glicoproteína integrina-talina-vinculina100,101,102.O knockdown do SSPN também resultou em um aumento de α7β1 no músculo esquelético de camundongos.
Um estudo recente mostrou que a superexpressão de sarcospan aumenta a maturação e a glicosilação de α-DG no tecido cardíaco, independentemente do knockdown da galactosilaminotransferase 2 (Galgt2) em um modelo de camundongo mdx de DMD, aliviando assim o fenótipo 101 da doença. a MEC, mitigando assim ao máximo a doença.Além disso, eles demonstraram que a superexpressão do sarcospan reduz a interação da integrina β1D com DGCs, destacando um possível papel do sarcospan na regulação de complexos de integrina101.
As sintrofinas são uma família de proteínas pequenas (58 kDa) que se localizam nas DGCs, não possuem atividade enzimática intrínseca e servem como adaptadores moleculares103,104.Cinco isoformas (α-1, β-1, β-2, γ-1 e γ-2) foram identificadas apresentando expressão específica de tecido, sendo a isoforma α-1 predominantemente expressa em tecido muscular estriado 105 .As sintrofinas são importantes proteínas adaptadoras que facilitam a comunicação entre a distrofina e as moléculas de sinalização, incluindo a sintase do óxido nítrico neuronal (nNOS) no músculo esquelético106.A α-sintrofina interage diretamente com o domínio de repetição da espectrina da distrofina 16-17, que por sua vez se liga ao motivo de ligação nNOS106.107 PDZ.
As sintrofinas também interagem com a distrobrevina através dos domínios de ligação PH2 e SU, e também interagem com o citoesqueleto de actina 108.Na verdade, as sintrofinas parecem desempenhar um papel particularmente importante na regulação da dinâmica do citoesqueleto, e as isoformas α e β são capazes de interagir diretamente com a F-actina 108 e, portanto, provavelmente desempenham um papel na regulação da tensegridade e na biomecânica do sistema celular. efeito.Além disso, foi demonstrado que as sintrofinas regulam o citoesqueleto através do Rac1109.
A modulação dos níveis de sintrofina pode restaurar a função, e um estudo recente usando mini-distrofina mostrou que a construção ΔR4-R23 / ΔCT foi capaz de restaurar a α-sintrofina, bem como outras proteínas DGC, a níveis comparáveis ​​aos cardiomiócitos WT mdx.
Além do seu papel na regulação do citoesqueleto, as sintrofinas também estão bem documentadas na regulação dos canais iônicos 111,112,113.O motivo de ligação ao PDZ das sintrofinas regula o canal Nav1.5111 dependente de voltagem cardíaca, que desempenha um papel fundamental no estabelecimento da excitabilidade e condução cardíaca.Curiosamente, no modelo de camundongo mdx, descobriu-se que os canais Nav1.5 estavam regulados negativamente e foram encontradas arritmias cardíacas nos animais 111 .Além disso, uma família de canais iônicos mecanossensíveis, o canal de potencial receptor transitório (TRPC), demonstrou ser regulado pela α1-sintrofina no tecido cardíaco 113 e a inibição do TRPC6 demonstrou melhorar as arritmias no modelo de camundongo DMD112.Foi relatado que o aumento da atividade do TRPC6 na DMD resulta em arritmias cardíacas, que são aliviadas quando combinadas com PKG 112 .Mecanicamente, a depleção de distrofina promove um influxo de [Ca2+]i induzido por estiramento que atua a montante do TRPC6 para ativá-lo, como mostrado em cardiomiócitos e células musculares lisas vasculares112,114.A hiperativação do TRPC6 para esticar o torna um importante mecanossensor e potencial alvo terapêutico na DMD112,114.
A perda de distrofina leva à lise ou supressão acentuada de todo o complexo DGC, com subsequente perda de muitas funções mecanoprotetoras e de mecanotransdução, resultando no fenótipo catastrófico observado no tecido muscular estriado na DMD.Portanto, pode ser razoável considerar que os RSKs funcionam em conjunto e que os componentes individuais dependem da presença e do funcionamento de outros componentes.Isto é especialmente verdadeiro para a distrofina, que parece ser necessária para a montagem e localização do complexo do sarcolema nos cardiomiócitos.Cada componente desempenha um papel único na contribuição para a estabilização global do sarcolema, localização de proteínas acessórias chave, regulação de canais iónicos e expressão genética, e a perda de uma única proteína no DGC leva à desregulação de todo o miocárdio.
Como mostrado acima, muitas proteínas DGC estão envolvidas na mecanotransdução e sinalização, e a distrofina é particularmente adequada para esta função.Se o DGC estiver localizado nas costelas, isso confirma a opinião de que participa da mecanotransdução junto com as integrinas.Assim, os DGCs sofrem fisicamente transferência de força anisotrópica e participam do rearranjo mecanossensorial e do citoesqueleto do microambiente intracelular, consistente com o modelo de tensegridade.Além disso, o Dp427m amortece as forças biomecânicas de entrada, expandindo as repetições de espectrina dentro de seu domínio central central, agindo assim como um mecanoprotetor, mantendo uma força de desenrolamento de 25 pN em uma faixa estendida de 800 nm.Ao se dividir, a distrofina é capaz de “tamponar” a força de contração-relaxamento produzida pelos cardiomiócitos10.Dada a diversidade de proteínas e fosfolipídios que interagem com os domínios de repetição da espectrina, é interessante especular se o desenrolamento da repetição da espectrina altera a cinética de ligação das proteínas mecanossensíveis de maneira semelhante à da talina116,117,118.No entanto, isso ainda não foi determinado e uma investigação mais aprofundada é necessária.