Stainless Steel 347 / 347H Tabung kumparan las komponen kimia, Peran kompleks glikoprotein distrofin dalam transduksi mekanis sel otot

Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Anda menggunakan versi browser dengan dukungan CSS terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Slider menampilkan tiga artikel per slide.Gunakan tombol kembali dan berikutnya untuk menelusuri slide, atau tombol pengontrol slide di akhir untuk menelusuri setiap slide.

Distrofin adalah protein utama dari kompleks distrofin-glikoprotein (DGC) pada otot rangka dan kardiomiosit.Distrofin mengikat sitoskeleton aktin ke matriks ekstraseluler (ECM).Putusnya hubungan antara matriks ekstraseluler dan sitoskeleton intraseluler dapat berdampak buruk pada homeostasis sel otot rangka, yang menyebabkan sejumlah distrofi otot.Selain itu, hilangnya DGC fungsional menyebabkan kardiomiopati dilatasi progresif dan kematian dini.Distrofin bertindak sebagai pegas molekuler dan DHA memainkan peran penting dalam menjaga integritas sarkolema.Selain itu, semakin banyak bukti yang menghubungkan DGC dengan pemberian sinyal mekanistik, meskipun peran ini masih kurang dipahami.Artikel ulasan ini bertujuan untuk memberikan pandangan modern tentang DGC dan perannya dalam mekanotransduksi.Kami pertama-tama membahas hubungan kompleks antara mekanika dan fungsi sel otot, dan kemudian meninjau penelitian terbaru tentang peran kompleks glikoprotein distrofin dalam transduksi mekano dan pemeliharaan integritas biomekanik sel otot.Terakhir, kami meninjau literatur saat ini untuk memahami bagaimana pensinyalan DGC bersinggungan dengan jalur sinyal mekanis untuk menyoroti titik intervensi potensial di masa depan, dengan fokus khusus pada kardiomiopati.
Sel selalu berkomunikasi dengan lingkungan mikronya, dan dialog dua arah di antara sel-sel tersebut diperlukan untuk interpretasi dan integrasi informasi biomekanik.Biomekanik mengendalikan peristiwa-peristiwa penting berikutnya (misalnya, penataan ulang sitoskeletal) dengan mengendalikan fenotip seluler secara keseluruhan dalam ruang dan waktu.Inti dari proses kardiomiosit ini adalah wilayah kosta, wilayah di mana sarkolema terhubung ke sarkomer yang terdiri dari kompleks integrin-talin-vinculin dan distrofin-glikoprotein (DGC).Melekat pada sitoskeleton intraseluler, adhesi fokus diskrit (FA) ini menyebarkan serangkaian perubahan seluler biomekanik dan biokimia yang mengontrol diferensiasi, proliferasi, organogenesis, migrasi, perkembangan penyakit, dan banyak lagi.Konversi kekuatan biomekanik menjadi perubahan biokimia dan/atau (epi)genetik dikenal sebagai transduksi mekan1.
Reseptor transmembran integrin 2 telah lama diketahui mengikat matriks ekstraseluler dalam sel dan memediasi sinyal internal dan eksternal.Sejalan dengan integrin, DGC mengikat ECM ke sitoskeleton, membentuk hubungan penting antara bagian luar dan dalam sel3.Distrofin full-length (Dp427) terutama diekspresikan pada otot jantung dan rangka, tetapi juga diamati pada jaringan sistem saraf pusat, termasuk retina dan jaringan Purkinje4.Mutasi pada integrin dan DGC dianggap sebagai penyebab distrofi otot dan kardiomiopati dilatasi progresif (DCM) (Tabel 1)5,6.Secara khusus, mutasi DMD yang mengkode DGC protein distrofin sentral menyebabkan distrofi otot Duchenne (DMD)7.DGC terdiri dari beberapa subkompleks termasuk α- dan β-distroglikan (α/β-DG), sarcoglikan-spanin, distrofin, dan distrofin 8.
Distrofin adalah protein sitoskeletal yang dikodekan oleh DMD (Xp21.1-Xp22) yang memainkan peran sentral dalam mempertahankan DGC.DGC menjaga integritas sarcolemma, membran plasma jaringan otot lurik.Distrofin selanjutnya melemahkan kerusakan yang disebabkan oleh kontraksi dengan bertindak sebagai pegas molekuler dan perancah molekul9,10.Distrofin panjang penuh memiliki berat molekul 427 kDa, namun karena banyaknya promotor internal di DMD, ada beberapa isoform terpotong yang terjadi secara alami, termasuk Dp7111.
Protein aksesori telah terbukti terlokalisasi pada distrofin, termasuk mekanotransduser sejati seperti neuronal nitric oxide synthase (nNOS), Yes-associated protein (YAP), dan caveolin-3, sehingga mewakili komponen penting dari sinyal seluler.Senyawa 12, 13, 14. Selain adhesi, mekanisme seluler yang terkait dengan interaksi antara sel dan matriks, yang dibentuk oleh integrin dan target hilirnya, kedua kompleks ini mewakili antarmuka antara “bagian dalam” dan “luar” sel .Melindungi adhesi fokus ini dari kerusakan abnormal sangat penting bagi perilaku dan kelangsungan hidup sel.Selain itu, data mendukung bahwa distrofin merupakan modulator saluran ion mekanosensitif, termasuk saluran teraktivasi regangan, terutama saluran Ca2+ tipe-L dan saluran TRPC 15.
Meskipun distrofin penting untuk fungsi homeostatis sel otot lurik, mekanisme pendukung yang tepat masih kurang jelas, terutama peran distrofin dan kemampuannya untuk bertindak sebagai mekanosensor dan pelindung mekanis.Karena hilangnya distrofin, beberapa pertanyaan yang belum terjawab telah muncul, termasuk: apakah protein yang peka terhadap mekanisme seperti YAP dan AMPK salah lokasi pada sarcolemma;Apakah ada crosstalk dengan integrin, keadaan yang dapat menyebabkan transduksi mekano abnormal?Semua fitur ini mungkin berkontribusi terhadap fenotip DCM parah yang terlihat pada pasien DMD.
Selain itu, hubungan perubahan biomekanik seluler dengan keseluruhan fenotip DMD mempunyai implikasi klinis yang penting.DMD adalah distrofi otot terkait-X yang menyerang 1:3500–5000 pria, ditandai dengan hilangnya mobilitas dini (<5 tahun) dan DCM progresif dengan prognosis yang jauh lebih buruk dibandingkan DCM dengan etiologi lain16,17,18.
Biomekanik hilangnya distrofin belum sepenuhnya dijelaskan, dan di sini kami meninjau bukti yang mendukung gagasan bahwa distrofin memang memainkan peran mekanoprotektif, yaitu menjaga integritas sarkolema, dan sangat penting dalam transduksi mekano.Selain itu, kami meninjau bukti yang menunjukkan crosstalk penting dengan integrin, khususnya mengikat laminin α7β1D dalam sel otot lurik.
Penyisipan dan penghapusan bertanggung jawab atas sejumlah besar mutasi pada DMD, dengan 72% mutasi disebabkan oleh mutasi tersebut19.Secara klinis, DMD muncul pada masa bayi (≤5 tahun) dengan hipotensi, tanda Gower positif, perkembangan perubahan terkait usia yang tertunda, keterbelakangan mental, dan atrofi otot rangka.Distress pernapasan secara historis menjadi penyebab utama kematian pada pasien DMD, namun peningkatan perawatan suportif (kortikosteroid, tekanan saluran napas positif terus menerus) telah meningkatkan harapan hidup pada pasien ini, dan usia rata-rata pasien DMD yang lahir setelah tahun 1990 adalah 28,1 tahun 20,21 ..Namun, seiring dengan meningkatnya kelangsungan hidup pasien, prognosis DCM progresif secara signifikan lebih buruk dibandingkan dengan kardiomiopati lainnya16, yang menyebabkan gagal jantung stadium akhir, yang saat ini merupakan penyebab utama kematian, menyumbang sekitar 50% kematian akibat DMD17,18.
DCM progresif ditandai dengan peningkatan dilatasi dan kepatuhan ventrikel kiri, penipisan ventrikel, peningkatan infiltrasi fibrofatty, penurunan fungsi sistolik, dan peningkatan frekuensi aritmia.Derajat DCM pada pasien DMD hampir terjadi secara universal pada masa remaja akhir (90% hingga 18 tahun), namun terjadi pada sekitar 59% pasien pada usia 10 tahun8,22.Mengatasi permasalahan ini sangatlah penting karena fraksi ejeksi ventrikel kiri terus menurun dengan laju 1,6% per tahun23.
Aritmia jantung sering terjadi pada pasien DMD, terutama sinus takikardia dan takikardia ventrikel, dan merupakan penyebab kematian jantung mendadak22.Aritmia merupakan akibat dari infiltrasi fibrofatty, terutama pada ventrikel kiri subbasal, yang mengganggu sirkuit balik serta disfungsi pemrosesan [Ca2+]i dan disfungsi saluran ion24,25.Pengenalan gambaran klinis jantung sangat penting, karena strategi pengobatan dini dapat menunda timbulnya DCM yang parah.
Pentingnya pengobatan disfungsi jantung dan morbiditas otot rangka ditunjukkan dalam sebuah penelitian menarik yang menggunakan model DMD tikus yang disebut mdx26 untuk mempelajari efek perbaikan jaringan otot rangka tanpa mengatasi masalah jantung yang mendasari DMD.Di sini, penulis menunjukkan peningkatan disfungsi jantung sebesar 5 kali lipat setelah perbaikan otot rangka, dan tikus mengalami penurunan fraksi ejeksi yang signifikan26.Peningkatan fungsi otot rangka memungkinkan aktivitas fisik yang lebih tinggi memberikan tekanan lebih besar pada miokardium, sehingga lebih rentan terhadap disfungsi umum.Hal ini menyoroti pentingnya pengobatan pasien DMD secara umum dan peringatan terhadap terapi otot rangka saja.
DGC melakukan beberapa fungsi tambahan, yaitu, memberikan stabilitas struktural pada sarkolema, menjadi perancah molekuler yang bertindak sebagai penghubung sinyal, mengatur saluran ion sensitif-mekano, inti transduksi mekanik kosta, dan berpartisipasi dalam transmisi gaya lateral di wilayah tersebut. tulang rusuk (Gbr. 1b)..Distrofin memainkan peran sentral dalam kemampuan ini, dan karena adanya banyak promotor internal, terdapat beberapa isoform berbeda, masing-masing memainkan peran berbeda di jaringan berbeda.Ekspresi jaringan yang berbeda dari isoform distrofin yang berbeda mendukung gagasan bahwa setiap isoform memainkan peran yang berbeda.Misalnya, jaringan jantung mengekspresikan isoform distrofin dengan panjang penuh (Dp427m) serta Dp71m yang lebih pendek, sedangkan jaringan kerangka hanya mengekspresikan isoform pertama dari keduanya.Pengamatan terhadap peran masing-masing subtipe tidak hanya dapat mengungkap fungsi fisiologisnya, tetapi juga patogenesis distrofi otot.
Representasi skematis dari distrofin panjang penuh (Dp427m) dan isoform Dp71 yang lebih kecil dan terpotong.Distrofin memiliki 24 pengulangan spektrin yang dipisahkan oleh empat loop, serta domain pengikat aktin (ABD), domain kaya sistein (CR), dan terminal-C (CT).Mitra pengikatan utama telah diidentifikasi, termasuk mikrotubulus (MTs) dan sarcolemma.Ada banyak isoform Dp71, Dp71m mengacu pada jaringan otot dan Dp71b mengacu pada isoform jaringan saraf.Secara khusus, Dp71f mengacu pada isoform sitoplasma neuron.b Kompleks distrofin-glikoprotein (DHA) terletak di sarkolema secara keseluruhan.Kekuatan biomekanik beralih antara ECM dan F-aktin.Perhatikan potensi crosstalk antara DGC dan adhesi integrin, Dp71 mungkin berperan dalam adhesi fokus.Dibuat dengan Biorender.com.
DMD adalah distrofi otot yang paling umum dan disebabkan oleh mutasi pada DMD.Namun, untuk sepenuhnya mengapresiasi pemahaman kita saat ini mengenai peran anti-distrofin, penting untuk menempatkannya dalam konteks DGC secara keseluruhan.Dengan demikian, protein penyusun lainnya akan dijelaskan secara singkat.Komposisi protein DGC mulai dipelajari pada akhir tahun 1980an, dengan perhatian khusus pada distrofin.Koenig27,28, Hoffman29 dan Ervasti30 membuat penemuan penting dengan mengidentifikasi distrofin, protein 427 kDa pada otot lurik31.
Selanjutnya, subkompleks lain terbukti berhubungan dengan distrofin, termasuk sarcoglikan, subkompleks transmembran distrofin, disbrevin, dan syntrophins8, yang bersama-sama membentuk model DGC saat ini.Bagian ini pertama-tama akan menyebarkan bukti peran DGC dalam persepsi mekanosensori sambil memeriksa masing-masing komponen secara rinci.
Isoform distrofin panjang penuh yang terdapat pada jaringan otot lurik adalah Dp427m (misalnya “m” untuk otot untuk membedakannya dari otak) dan merupakan protein berbentuk batang besar dengan empat domain fungsional yang terletak di bawah sarkolema kardiomiosit, terutama di daerah kosta. 29, 32. Dp427m, yang dikodekan oleh gen DMD pada Xp21.1, terdiri dari 79 ekson yang dihasilkan pada 2,2 megabase dan dengan demikian merupakan gen terbesar dalam genom kita8.
Beberapa promotor internal pada DMD menghasilkan beberapa isoform distrofin terpotong, beberapa di antaranya spesifik untuk jaringan.Dibandingkan dengan Dp427m, Dp71m terpotong secara signifikan dan tidak memiliki domain pengulangan spektrin atau domain ABD terminal-N.Namun, Dp71m mempertahankan struktur pengikatan terminal-C.Pada kardiomiosit, peran Dp71m tidak jelas, namun telah terbukti terlokalisasi di tubulus T, menunjukkan bahwa hal ini dapat membantu mengatur hubungan eksitasi-kontraksi 33,34,35.Sepengetahuan kami, penemuan Dp71m baru-baru ini di jaringan jantung hanya mendapat sedikit perhatian, namun beberapa penelitian menunjukkan bahwa hal ini terkait dengan saluran ion yang teraktivasi oleh regangan, dan Masubuchi menyatakan bahwa hal tersebut mungkin berperan dalam regulasi nNOS33., 36. Dengan demikian, Dp71 telah mendapat perhatian yang signifikan dalam penelitian neurofisiologi dan trombosit, bidang yang dapat memberikan wawasan tentang peran kardiomiosit37,38,39.
Pada jaringan saraf, isoform Dp71b paling banyak diekspresikan, dengan 14 isoform dilaporkan38.Penghapusan Dp71b, pengatur penting saluran kalium aquaporin 4 dan Kir4.1 di sistem saraf pusat, telah terbukti mengubah permeabilitas sawar darah-otak40.Mengingat peran Dp71b dalam regulasi saluran ion, Dp71m mungkin memainkan peran serupa dalam kardiomiosit.
Kehadiran DGC di ganglia kosta segera menunjukkan peran dalam mekanotransduksi, dan memang telah terbukti berkolokasi dengan kompleks integrin-talin-vinculin41.Selain itu, mengingat segmen kosta adalah fokus mekanotransduksi transversal, lokalisasi Dp427m di sini menyoroti perannya dalam melindungi sel dari kerusakan akibat kontraksi.Selanjutnya, Dp427m berinteraksi dengan aktin dan sitoskeleton mikrotubulus, sehingga melengkapi hubungan antara lingkungan intraseluler dan matriks ekstraseluler.
N-terminus yang mengandung domain pengikat aktin 1 (ABD1) terdiri dari dua domain homologi calmodulin (CH) yang diperlukan untuk interaksi dengan F-aktin dan mengikat isoform γ-aktin ke sarcolemma42,43.Distrofin dapat berkontribusi terhadap viskoelastisitas kardiomiosit secara keseluruhan dengan melekat pada sitoskeleton subsarkolema, dan lokalisasinya di ganglia kosta mendukung keterlibatannya dalam mekanotransduksi serta mekanoproteksi44,45.
Domain inti pusat terdiri dari 24 protein berulang mirip spektrin, yang masing-masing memiliki panjang sekitar 100 residu asam amino.Pengulangan spektrin diselingi dengan empat domain engsel, memberikan fleksibilitas protein dan tingkat ekstensibilitas yang tinggi.Pengulangan spektrin distrofin dapat terjadi dalam rentang kekuatan fisiologis (15-30 pN) yang membentang dari 21 nm hingga 84 nm, kekuatan yang dapat dicapai untuk kontraksi miosin46.Fitur domain pengulangan spektrin ini memungkinkan distrofin bertindak sebagai peredam kejut molekuler.
Batang pusat Dp427m memastikan lokalisasinya di sarcolemma, khususnya, melalui interaksi hidrofobik dan elektrostatik dengan fosfatidilserin 47,48.Menariknya, inti pusat distrofin berinteraksi secara berbeda dengan sarkolema fosfolipid di jaringan rangka dan jantung, mungkin mencerminkan pola pegas yang berbeda.kritis, sedangkan otot rangka juga berhubungan dengan R10-R1249.
Mengikat sitoskeleton γ-aktin memerlukan pengulangan spektrin ABD2 wilayah 11-17, yang terdiri dari residu asam amino basa dan berbeda dari domain CH pengikat F-aktin.Mikrotubulus berinteraksi langsung dengan domain inti distrofin, interaksi ini memerlukan residu pengulangan spektrin 4-15 dan 20-23, dan keberadaan ankyrin B diperlukan untuk mencegah pembentukan mikrotubulus di situs ini.Tabung tidak ada 50,51,52.Kesenjangan antara mikrotubulus dan distrofin telah terbukti memperburuk patologi DMD dengan meningkatkan spesies oksigen reaktif (X-ROS).
Domain CR melalui ankyrin B adalah jangkar lain untuk fosfolipid sarkolema52.Ankyrin-B dan ankyrin-G diperlukan untuk lokalisasi tulang rusuk distrofin/DGC, dan ketidakhadiran mereka menghasilkan pola sarcolemmal DGC52 yang menyebar.
Domain CR berisi domain pengikatan WW yang berinteraksi langsung dengan motif pengikatan PPxY dari β-DG.Dengan menempel pada kompleks distrofin-glikan, distrofin melengkapi hubungan antara bagian dalam dan luar sel54.Koneksi ini sangat penting untuk otot lurik, sebagaimana dibuktikan oleh fakta bahwa gangguan koneksi antara ECM dan bagian dalam sel menyebabkan distrofi otot yang membatasi kehidupan.
Terakhir, domain CT adalah wilayah yang sangat terkonservasi yang membentuk heliks melingkar dan sangat penting untuk mengikat α-dystrobrevin dan α1-,β1-syntrophins55,56.α-dystrobrevin berikatan dengan domain CT distrofin dan memberikan resistensi tambahan terhadap distrofin di sarcolemma57.
Selama perkembangan embrio dan janin, Utropin diekspresikan secara luas di berbagai jaringan, termasuk sel endotel, jaringan saraf, dan jaringan otot lurik58.Utropin diekspresikan oleh UTRN yang terletak pada kromosom 6q dan merupakan autolog distrofin dengan homologi protein 80%.Selama perkembangannya, utropin terlokalisasi di sarkolema tetapi sangat tertekan di jaringan otot lurik pascakelahiran, yang kemudian digantikan oleh distrofin.Setelah lahir, lokalisasi utropin terbatas pada tendon dan sambungan neuromuskular otot rangka58,59.
Mitra pengikat utropin secara umum mirip dengan distrofin, meskipun beberapa perbedaan utama telah dijelaskan.Misalnya, distrofin berinteraksi dengan β-DG melalui domain WW-nya, yang distabilkan oleh domain ZZ (dinamai karena kemampuannya mengikat dua ion seng) dalam wilayah CT-nya, di mana residu asam sisteat 3307-3354 sangat penting untuk interaksi ini60 ., 61. Utropin juga berikatan dengan β-DG melalui domain WW/ZZ, namun residu yang mendukung interaksi ini berbeda dengan residu distrofin (3307–3345 pada distrofin dan 3064–3102 pada utropin) 60,61.Yang penting, ikatan utropin dengan β-DG kira-kira 2 kali lipat lebih rendah dibandingkan dengan distrofin 61. Distrofin dilaporkan berikatan dengan F-aktin melalui pengulangan spektrin 11-17, sementara situs serupa di utropin tidak dapat berikatan dengan F-aktin, bahkan pada saat yang sama. konsentrasi tinggi, tetapi dapat berinteraksi melalui domain CH-nya.Aksi 62,63,64.Terakhir, tidak seperti distrofin, utropin tidak dapat berikatan dengan mikrotubulus51.
Secara biomekanik, pengulangan spektrin utropin memiliki pola pembukaan yang berbeda dibandingkan dengan distrofin65.Utropin-spektrin mengulangi penyebaran pada kekuatan yang lebih tinggi, mirip dengan titin tetapi tidak dengan distrofin65.Hal ini konsisten dengan lokalisasi dan perannya dalam transmisi gaya elastis kaku pada sambungan tendon, namun mungkin membuat utropin kurang cocok untuk bertindak sebagai pegas molekuler dalam gaya penyangga yang disebabkan oleh kontraksi 65 .Secara keseluruhan, data ini menunjukkan bahwa kemampuan mekanotransduksi dan mekanobuffering dapat diubah dengan adanya ekspresi berlebih utropin, terutama mengingat mitra/mekanisme pengikatan yang berbeda, namun hal ini memerlukan studi eksperimental lebih lanjut.
Dari sudut pandang fungsional, fakta bahwa utropin diyakini memiliki efek serupa dengan distrofin menjadikannya target pengobatan potensial untuk DMD66,67.Faktanya, beberapa pasien DMD telah terbukti mengekspresi utropin secara berlebihan, kemungkinan sebagai mekanisme kompensasi, dan fenotipe tersebut telah berhasil dipulihkan pada model tikus dengan ekspresi berlebih utropin 68 .Meskipun peningkatan regulasi utropin kemungkinan merupakan strategi terapeutik, pertimbangan perbedaan formal dan fungsional antara utropin dan distrofin serta kegunaan menginduksi ekspresi berlebih ini dengan lokalisasi yang tepat di sepanjang sarcolemma membuat strategi jangka panjang utropin masih belum jelas.Khususnya, pembawa wanita menunjukkan pola mosaik ekspresi utropin, dan rasio antara distrofin dan utropin dapat mempengaruhi derajat kardiomiopati dilatasi pada pasien ini,69 meskipun model pembawa murine telah menunjukkan hal tersebut..
Subkompleks distroglikan terdiri dari dua protein, α- dan β-distroglikan (α-, β-DG), keduanya ditranskripsi dari gen DAG1 dan kemudian dipecah menjadi dua komponen protein pasca-translasi 71 .α-DG sangat terglikosilasi dalam aspek ekstraseluler DGC dan berinteraksi langsung dengan residu prolin dalam laminin α2 serta dengan agrin72 dan picaculin73 dan wilayah CT/CR distrofin73,74,75,76.Glikosilasi terkait-O, terutama residu serin, diperlukan untuk interaksinya dengan ECM.Jalur glikosilasi mencakup banyak enzim yang mutasinya menyebabkan distrofi otot (lihat juga Tabel 1).Ini termasuk O-mannosyltransferase POMT2, protein terkait fucutin dan fucutin (FKRP), dua ribitol fosfotransferase yang menambahkan tandem ribitol fosfat ke inti glikan, dan protein LARGE1 yang menambahkan xilosa dan glukosa.Polisakarida asam uronat linier, juga dikenal sebagai matriks glikan di ujung glikan77.FKRP juga terlibat dalam pengembangan dan pemeliharaan ECM, dan mutasi di dalamnya menyebabkan penurunan ekspresi laminin α2 dan α-DG77,78,79.Selain itu, FKRP juga dapat mengarahkan pembentukan lamina basal dan matriks ekstraseluler jantung melalui fibronektin 80 terglikosilasi.
β-DG berisi motif pengikatan PPxY yang secara langsung melokalisasi dan mengasingkan YAP12.Ini merupakan temuan menarik karena menyiratkan bahwa DGC mengatur siklus sel kardiomiosit.α-DH dalam kardiomiosit neonatal berinteraksi dengan agrin, yang mendorong regenerasi jantung dan lisis DGC76 karena pematangan sel.Ketika kardiomiosit matang, ekspresi aggrin menurun dan digantikan oleh laminin, yang diperkirakan berkontribusi terhadap penghentian siklus sel76.Morikawa12 menunjukkan bahwa double knockdown distrofin dan salvador, regulator negatif YAP, menyebabkan hiperproliferasi kardiomiosit dalam rumen penyebab infark.Hal ini memunculkan ide menarik bahwa manipulasi YAP dapat mempunyai nilai klinis dalam mencegah hilangnya jaringan setelah infark miokard.Dengan demikian, lisis DGC yang diinduksi agrin dapat mewakili sumbu yang memungkinkan aktivasi YAP dan merupakan jalur potensial untuk regenerasi jantung.
Secara mekanis, α- dan β-DG diperlukan untuk menjaga interaksi antara sarcolemma dan lapisan basal 81 .Integrin α-DG dan α7 berkontribusi terhadap pembentukan gaya di ganglion kosta, dan hilangnya α-DG menyebabkan pemisahan sarcolemma dari lamina basal, membuat jaringan otot rangka rentan terhadap kerusakan akibat kontraksi.Seperti dijelaskan sebelumnya, kompleks distroglikan mengatur pergantian DGC secara keseluruhan, di mana pengikatan pada ligan serumpun menghasilkan fosforilasi tirosin dari motif pengikatan PPPY β-DG892.Fosforilasi tirosin di sini mendorong pembongkaran distrofin, yang membalikkan kompleks DGC.Secara fisiologis, proses ini sangat diatur, hal ini tidak terjadi pada distrofi otot82, meskipun mekanisme mendasar yang mengendalikan proses ini tidak sepenuhnya dipahami.
Peregangan siklik telah terbukti mengaktifkan jalur ERK1/2 dan AMPK melalui kompleks distrofin dan protein terkait plectin83.Bersama-sama, plektin dan distroglikan diperlukan tidak hanya untuk bertindak sebagai perancah, tetapi juga untuk berpartisipasi dalam mekanotransduksi, dan knockdown plektin menyebabkan penurunan aktivitas ERK1/2 dan AMPK83.Plektin juga berikatan dengan desmin filamen perantara sitoskeletal, dan ekspresi berlebih desmin telah terbukti meningkatkan fenotip penyakit pada tikus mdx:desmin dan mdx, model tikus knockout ganda DMD84.Dengan berinteraksi dengan β-DG, plektin secara tidak langsung mengikat DGC ke komponen sitoskeleton ini.Selain itu, distroglikan berinteraksi dengan protein pengikat reseptor faktor pertumbuhan 2 (Grb2), yang diketahui terlibat dalam penataan ulang sitoskeletal85.Aktivasi ras oleh integrin telah terbukti dimediasi melalui Grb2, yang mungkin menyediakan jalur potensial untuk crosstalk antara integrin dan DGC86.
Mutasi pada gen yang terlibat dalam glikosilasi α-DH menyebabkan apa yang disebut distrofi otot.Distroglikanopati menunjukkan heterogenitas klinis tetapi terutama disebabkan oleh gangguan interaksi antara α-DG dan laminin α277.Distrofiglikanosis yang disebabkan oleh mutasi primer pada DAG1 umumnya sangat jarang terjadi, mungkin karena bersifat embrionik yang mematikan87, sehingga menegaskan perlunya hubungan seluler dengan ECM.Ini berarti bahwa sebagian besar penyakit glikan distrofi disebabkan oleh mutasi protein sekunder yang terkait dengan glikosilasi.Misalnya saja, mutasi pada POMT1 menyebabkan sindrom Walker-Warburg yang sangat parah, yang ditandai dengan anencephaly dan angka harapan hidup yang sangat pendek (kurang dari 3 tahun)88.Namun, mutasi FKRP sebagian besar bermanifestasi sebagai distrofi otot tungkai-korset (LGMD), yang biasanya (tetapi tidak selalu) relatif ringan.Namun, mutasi pada FKRP terbukti menjadi penyebab WWS89 yang jarang terjadi.Banyak mutasi telah diidentifikasi di FKRP, dimana mutasi pendiri (c.826>A) paling sering menyebabkan LGMD2I90.
LGMD2I adalah distrofi otot yang relatif ringan yang patogenesisnya didasarkan pada gangguan hubungan antara matriks ekstraseluler dan sitoskeleton intraseluler.Yang kurang jelas adalah hubungan antara genotipe dan fenotipe pada pasien dengan mutasi pada gen tersebut, dan memang konsep ini dapat diterapkan pada protein DSC lainnya.Mengapa beberapa pasien dengan mutasi FKRP menunjukkan fenotip penyakit yang sesuai dengan WWS sementara yang lain memiliki LGMD2I?Jawaban atas pertanyaan ini mungkin terletak pada i) langkah jalur glikosilasi mana yang dipengaruhi oleh mutasi, atau ii) derajat hipoglikosilasi pada setiap langkah tertentu.Hipoglikosilasi α-DG masih memungkinkan interaksi pada tingkat tertentu dengan ECM yang menghasilkan fenotip keseluruhan yang lebih ringan, sementara disosiasi dari membran basal meningkatkan keparahan fenotip penyakit.Pasien dengan LGMD2I juga mengembangkan DCM, meskipun hal ini kurang terdokumentasi dibandingkan DMD, sehingga memotivasi pentingnya memahami mutasi ini dalam konteks kardiomiosit.
Subkompleks sarcospan-sarcoglikan mendorong pembentukan DHA dan berinteraksi langsung dengan β-DH.Ada empat sarkoglikan searah dalam jaringan jantung: α, β, γ, dan δ91.Baru-baru ini dijelaskan bahwa mutasi missense c.218C>T pada ekson 3 gen SGCA dan penghapusan sebagian heterozigot pada ekson 7–8 menyebabkan LGMD2D92.Namun, dalam kasus ini, penulis tidak mengevaluasi fenotip jantung.
Kelompok lain menemukan bahwa SGCD pada model porcine93 dan mouse94 mengakibatkan berkurangnya ekspresi protein pada subkompleks sarkoglikan, mengganggu keseluruhan struktur DGC dan menyebabkan DCM.Selain itu, 19% dari seluruh pasien dengan mutasi SGCA, SGCB, atau SGCG dilaporkan mengalami kardiomiopati dilatasi, dan 25% dari seluruh pasien juga memerlukan bantuan pernapasan95.
Mutasi resesif pada sarkoglikan (SG) δ menghasilkan pengurangan atau tidak adanya kompleks sarkoglikan dan karenanya DGC dalam jaringan jantung dan bertanggung jawab atas LGMD dan DCM96 terkait.Menariknya, mutasi dominan-negatif pada SG-δ spesifik pada sistem kardiovaskular dan merupakan penyebab kardiomiopati dilatasi familial97.Mutasi dominan-negatif SG-δ R97Q dan R71T telah terbukti diekspresikan secara stabil pada kardiomiosit tikus tanpa gangguan signifikan terhadap total DGC98.Namun, sel-sel jantung yang membawa mutasi ini lebih rentan terhadap kerusakan sarkolema, permeabilitas, dan disfungsi mekanis di bawah tekanan mekanis, sesuai dengan fenotip DCM98.
Sarcospan (SSPN) adalah tetraspanin 25 kDa yang terlokalisasi di subkompleks sarkoglikan dan diyakini berfungsi sebagai perancah protein99,100.Sebagai perancah protein, SSPN menstabilkan lokalisasi dan glikosilasi α-DG99,101.Ekspresi SSPN yang berlebihan pada model tikus ditemukan meningkatkan ikatan antara otot dan laminin 102 .Selain itu, SSPN telah terbukti berinteraksi dengan integrin, menunjukkan tingkat crosstalk antara dua komisura tulang rusuk, DGC, dan struktur glikoprotein integrin-talin-vinculin100,101,102.Knockdown SSPN juga mengakibatkan peningkatan α7β1 pada otot rangka tikus.
Sebuah penelitian baru-baru ini menunjukkan bahwa ekspresi berlebih sarcospan meningkatkan pematangan dan glikosilasi α-DG dalam jaringan jantung secara independen dari knockdown galactosylaminotransferase 2 (Galgt2) dalam model tikus mdx DMD, sehingga mengurangi fenotip penyakit 101. Peningkatan glikosilasi kompleks distroglikan dapat meningkatkan interaksi dengan ECM, sehingga paling mengurangi penyakit ini.Selain itu, mereka telah menunjukkan bahwa ekspresi berlebih sarcospan mengurangi interaksi integrin β1D dengan DGC, menyoroti kemungkinan peran sarcospan dalam regulasi kompleks integrin101.
Syntrophins adalah keluarga protein kecil (58 kDa) yang terlokalisasi pada DGC, tidak memiliki aktivitas enzimatik intrinsik, dan berfungsi sebagai adaptor molekuler103,104.Lima isoform (α-1, β-1, β-2, γ-1 dan γ-2) telah diidentifikasi menunjukkan ekspresi spesifik jaringan, dengan isoform α-1 sebagian besar diekspresikan pada jaringan otot lurik 105 .Syntrophin adalah protein adaptor penting yang memfasilitasi komunikasi antara distrofin dan molekul pemberi sinyal, termasuk neuronal nitric oxide synthase (nNOS) pada otot rangka106.α-syntrophin berinteraksi langsung dengan domain pengulangan spektrin distrofin 16-17, yang selanjutnya berikatan dengan motif pengikatan nNOS106.107 PDZ.
Syntrophins juga berinteraksi dengan dystrobrevin melalui domain pengikatan PH2 dan SU, dan mereka juga berinteraksi dengan sitoskeleton aktin 108 .Memang benar, syntrophin tampaknya memainkan peran yang sangat penting dalam regulasi dinamika sitoskeletal, dan isoform α dan β dapat berinteraksi langsung dengan F-aktin 108 dan dengan demikian kemungkinan memainkan peran dalam regulasi tensegritas dan biomekanik sel. memengaruhi.Selain itu, syntrophin telah terbukti mengatur sitoskeleton melalui Rac1109.
Memodulasi tingkat syntrophin dapat memulihkan fungsi, dan penelitian terbaru menggunakan mini-dystrofin menunjukkan bahwa konstruk ΔR4-R23/ΔCT mampu mengembalikan α-syntrophin serta protein DGC lainnya ke tingkat yang sebanding dengan kardiomiosit WT mdx.
Selain perannya dalam regulasi sitoskeleton, syntrophins juga didokumentasikan dengan baik dalam regulasi saluran ion 111,112,113.Motif sintrofin yang mengikat PDZ mengatur saluran Nav1.5111 yang bergantung pada tegangan jantung, yang memainkan peran kunci dalam membangun rangsangan dan konduksi jantung.Menariknya, pada model tikus mdx, saluran Nav1.5 ditemukan mengalami penurunan regulasi dan aritmia jantung ditemukan pada hewan tersebut 111 .Selain itu, rangkaian saluran ion mekanosensitif, saluran potensial reseptor transien (TRPC), telah terbukti diatur oleh α1-syntrophin dalam jaringan jantung 113 dan penghambatan TRPC6 telah terbukti meningkatkan aritmia pada model tikus DMD112.Peningkatan aktivitas TRPC6 pada DMD telah dilaporkan menyebabkan aritmia jantung, yang akan hilang bila dikombinasikan dengan PKG 112 .Secara mekanis, penipisan distrofin mendorong masuknya [Ca2+]i yang dipicu oleh regangan yang bekerja di hulu TRPC6 untuk mengaktifkannya, seperti yang ditunjukkan pada kardiomiosit dan sel otot polos pembuluh darah112,114.Hiperaktivasi TRPC6 untuk meregang menjadikannya mekanosensor utama dan target terapi potensial pada DMD112,114.
Hilangnya distrofin menyebabkan lisis atau penekanan yang nyata pada seluruh kompleks DGC, yang kemudian mengakibatkan hilangnya banyak fungsi mekanoprotektif dan mekanotransduksi, yang mengakibatkan fenotip bencana yang terlihat pada jaringan otot lurik pada DMD.Oleh karena itu, masuk akal untuk mempertimbangkan bahwa RSK bekerja secara terpadu dan masing-masing komponen bergantung pada keberadaan dan fungsi komponen lainnya.Hal ini terutama berlaku untuk distrofin, yang tampaknya diperlukan untuk perakitan dan lokalisasi kompleks sarkolema pada kardiomiosit.Setiap komponen memainkan peran unik dalam berkontribusi terhadap stabilisasi sarkolema secara keseluruhan, lokalisasi protein aksesori utama, regulasi saluran ion dan ekspresi gen, dan hilangnya satu protein di DGC menyebabkan disregulasi seluruh miokardium.
Seperti yang ditunjukkan di atas, banyak protein DGC yang terlibat dalam mekanotransduksi dan pensinyalan, dan distrofin sangat cocok untuk peran ini.Jika DGC terletak di tulang rusuk, ini menegaskan pendapat bahwa ia berpartisipasi dalam mekanotransduksi bersama dengan integrin.Dengan demikian, DGC secara fisik menjalani transfer kekuatan anisotropik dan berpartisipasi dalam penataan ulang mekanosensori dan sitoskeletal dari lingkungan mikro intraseluler, konsisten dengan model tensegritas.Selain itu, Dp427m menyangga kekuatan biomekanik yang masuk dengan memperluas pengulangan spektrin dalam domain inti pusatnya, sehingga bertindak sebagai mekanoprotektor dengan mempertahankan gaya pelepasan 25 pN pada rentang 800 nm yang diperluas.Dengan pembelahan, distrofin mampu “menyangga” kekuatan kontraksi-relaksasi yang dihasilkan oleh kardiomiosit10.Mengingat keragaman protein dan fosfolipid yang berinteraksi dengan domain pengulangan spektrin, menarik untuk berspekulasi apakah pelepasan pengulangan spektrin mengubah kinetika pengikatan protein mekanosensitif dengan cara yang mirip dengan talin116,117,118.Namun hal ini belum dapat dipastikan dan diperlukan penyelidikan lebih lanjut.