اجزای شیمیایی لوله های سیم پیچ فولادی ضد زنگ 347 / 347H، نقش کمپلکس های گلیکوپروتئین دیستروفین در انتقال مکانیکی سلول های عضلانی

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
اسلایدرهایی که سه مقاله را در هر اسلاید نشان می دهند.برای حرکت در اسلایدها از دکمه های پشت و بعدی استفاده کنید یا از دکمه های کنترلر اسلاید در انتها برای حرکت در هر اسلاید استفاده کنید.

دیستروفین پروتئین اصلی کمپلکس دیستروفین-گلیکوپروتئین (DGC) در ماهیچه های اسکلتی و کاردیومیوسیت ها است.دیستروفین اسکلت سلولی اکتین را به ماتریکس خارج سلولی (ECM) متصل می کند.پارگی اتصال بین ماتریکس خارج سلولی و اسکلت سلولی درون سلولی می تواند عواقب مخربی برای هموستاز سلول های عضلانی اسکلتی داشته باشد و منجر به تعدادی دیستروفی عضلانی شود.علاوه بر این، از دست دادن DGCهای عملکردی منجر به کاردیومیوپاتی اتساع پیشرونده و مرگ زودرس می شود.دیستروفین به عنوان یک فنر مولکولی عمل می کند و DHA نقش کلیدی در حفظ یکپارچگی سارکولم ایفا می کند.علاوه بر این، شواهدی در حال جمع‌آوری است که DGC را به سیگنال‌دهی مکانیکی مرتبط می‌کند، اگرچه این نقش هنوز درک نشده است.هدف این مقاله مروری ارائه دیدگاهی مدرن از DGCها و نقش آنها در انتقال مکانیکی است.ما ابتدا رابطه پیچیده بین مکانیک سلول های عضلانی و عملکرد را مورد بحث قرار می دهیم و سپس تحقیقات اخیر در مورد نقش کمپلکس گلیکوپروتئین دیستروفین در انتقال مکانیکی و حفظ یکپارچگی بیومکانیکی سلول های عضلانی را مرور می کنیم.در نهایت، ما ادبیات فعلی را مرور می‌کنیم تا بفهمیم که چگونه سیگنالینگ DGC با مسیرهای سیگنالینگ مکانیکی تلاقی می‌کند تا نقاط مداخله بالقوه آینده را با تمرکز ویژه بر کاردیومیوپاتی برجسته کند.
سلول ها در ارتباط دائمی با ریزمحیط خود هستند و برای تفسیر و ادغام اطلاعات بیومکانیکی، گفتگوی دو طرفه بین آنها ضروری است.بیومکانیک با کنترل فنوتیپ کلی سلولی در فضا و زمان، رویدادهای کلیدی بعدی (مثلاً بازآرایی‌های اسکلت سلولی) را کنترل می‌کند.مرکز این فرآیند در کاردیومیوسیت ها، ناحیه دنده ای است، ناحیه ای که سارکولما به سارکومری متشکل از مجتمع های اینتگرین-تالین-وینکولین و دیستروفین-گلیکوپروتئین (DGC) متصل می شود.این چسبندگی‌های کانونی گسسته (FAs) که به اسکلت سلولی متصل شده‌اند، آبشاری از تغییرات بیومکانیکی و بیوشیمیایی سلولی را منتشر می‌کنند که تمایز، تکثیر، اندام‌زایی، مهاجرت، پیشرفت بیماری و موارد دیگر را کنترل می‌کنند.تبدیل نیروهای بیومکانیکی به تغییرات بیوشیمیایی و/یا (epi) ژنتیکی به عنوان mechanotransduction شناخته می شود.
گیرنده گذر غشایی اینتگرین 2 مدتهاست که ماتریکس خارج سلولی را در سلولها لنگر می اندازد و پیام رسانی داخلی و خارجی را واسطه می کند.به موازات اینتگرین ها، DGC ها ECM را به اسکلت سلولی متصل می کنند و یک پیوند مهم بین بیرون و داخل سلول ایجاد می کنند.دیستروفین تمام قد (Dp427) عمدتاً در ماهیچه های قلبی و اسکلتی بیان می شود، اما در بافت های سیستم عصبی مرکزی از جمله شبکیه و بافت پورکنژ نیز مشاهده می شود.تصور می شود جهش در اینتگرین و DGC علل دیستروفی عضلانی و کاردیومیوپاتی اتساع پیشرونده (DCM) باشد (جدول 1)5،6.به طور خاص، جهش‌های DMD که DGCهای پروتئین دیستروفین مرکزی را کد می‌کنند باعث دیستروفی عضلانی دوشن (DMD) می‌شوند.DGC از چندین زیرمجموعه شامل α- و β-دیستروگلیکان (α/β-DG)، سارکوگلیکان اسپانین، دیستروفین و دیستروفین 8 تشکیل شده است.
دیستروفین یک پروتئین اسکلت سلولی است که توسط DMD (Xp21.1-Xp22) کدگذاری شده است که نقش اصلی را در حفظ DGC ایفا می کند.DGC یکپارچگی سارکولما، غشای پلاسمایی بافت ماهیچه ای مخطط را حفظ می کند.دیستروفین با عمل به عنوان فنر مولکولی و داربست مولکولی آسیب ناشی از انقباض را کاهش می دهد.دیستروفین تمام قد دارای وزن مولکولی 427 کیلو دالتون است، با این حال، به دلیل بسیاری از پروموتورهای داخلی در DMD، چندین ایزوفرم کوتاه شده طبیعی از جمله Dp7111 وجود دارد.
نشان داده شده است که پروتئین های کمکی به دیستروفین، از جمله مبدل های مکانیکی واقعی مانند نیتریک اکسید سنتاز عصبی (nNOS)، پروتئین مرتبط با بله (YAP) و caveolin-3 محلی هستند، بنابراین مؤلفه های مهم سیگنال دهی سلولی را نشان می دهند.ترکیبات 12، 13، 14. علاوه بر چسبندگی، یک مکانیسم سلولی مرتبط با فعل و انفعالات بین سلول ها و ماتریکس، که توسط اینتگرین ها و اهداف پایین دست آنها تشکیل شده است، این دو کمپلکس رابط بین "داخل" و "خارج" سلول را نشان می دهند. .محافظت از این چسبندگی های کانونی در برابر تخریب غیرعادی برای رفتار و بقای سلول حیاتی است.علاوه بر این، داده‌ها از اینکه دیستروفین تعدیل‌کننده کانال‌های یونی حساس به مکانیسم است، از جمله کانال‌های فعال‌شده با کشش، به‌ویژه کانال‌های Ca2+ نوع L و کانال‌های TRPC 15 پشتیبانی می‌کنند.
اگرچه دیستروفین برای عملکرد هموستاتیک سلول های عضلانی مخطط مهم است، مکانیسم های حمایتی دقیق کمتر مشخص است، به ویژه نقش دیستروفین و توانایی آن برای عمل به عنوان یک حسگر مکانیکی و محافظ مکانیکی.به دلیل از دست دادن دیستروفین، چندین سوال بی پاسخ مطرح شده است، از جمله: آیا پروتئین های حساس به مکانیسم مانند YAP و AMPK به اشتباه در سارکولما قرار گرفته اند؟آیا تداخلی با اینتگرین وجود دارد، شرایطی که می تواند منجر به انتقال مکانیکی غیرعادی شود؟همه این ویژگی ها ممکن است به فنوتیپ شدید DCM که در بیماران مبتلا به DMD دیده می شود کمک کنند.
علاوه بر این، ارتباط تغییرات در بیومکانیک سلولی با فنوتیپ کلی DMD پیامدهای بالینی مهمی دارد.DMD یک دیستروفی عضلانی مرتبط با X است که 1:3500-5000 مرد را تحت تاثیر قرار می دهد که با از دست دادن زودهنگام تحرک (کمتر از 5 سال) و DCM پیشرونده با پیش آگهی به طور قابل توجهی بدتر از DCM سایر علل مشخص می شود.
بیومکانیک از دست دادن دیستروفین به طور کامل شرح داده نشده است، و در اینجا ما شواهدی را بررسی می‌کنیم که از این تصور حمایت می‌کنند که دیستروفین واقعاً نقش محافظ مکانیکی دارد، یعنی حفظ یکپارچگی سارکولما، و در انتقال مکانیکی حیاتی است.علاوه بر این، ما شواهدی را بررسی کردیم که نشان می‌دهد تداخل مهم با اینتگرین‌ها، به‌ویژه اتصال لامینین α7β1D در سلول‌های ماهیچه‌ای مخطط را نشان می‌دهد.
درج ها و حذف ها مسئول تعداد زیادی جهش در DMD هستند که 72 درصد جهش ها ناشی از چنین جهش هایی است19.از نظر بالینی، DMD در دوران نوزادی (≤5 سال) با افت فشار خون، علامت گوور مثبت، پیشرفت تاخیری تغییرات مرتبط با افزایش سن، عقب ماندگی ذهنی و آتروفی عضلات اسکلتی تظاهر می‌کند.دیسترس تنفسی از لحاظ تاریخی علت اصلی مرگ و میر در بیماران DMD بوده است، اما بهبود مراقبت های حمایتی (کورتیکواستروئیدها، فشار مثبت مداوم راه هوایی) باعث افزایش امید به زندگی در این بیماران شده است و میانگین سنی بیماران DMD متولد شده پس از 1990 28.1 سال است 20،21. ..با این حال، با افزایش بقای بیمار، پیش آگهی DCM پیشرونده در مقایسه با سایر کاردیومیوپاتی ها به طور قابل توجهی بدتر است، که منجر به نارسایی قلبی در مرحله پایانی می شود، که در حال حاضر علت اصلی مرگ و میر است و تقریباً 50٪ از مرگ های DMD را تشکیل می دهد.
DCM پیشرونده با افزایش اتساع و انطباق بطن چپ، نازک شدن بطن، افزایش ارتشاح فیبروفیتی، کاهش عملکرد سیستولیک و افزایش دفعات آریتمی مشخص می شود.درجه DCM در بیماران مبتلا به DMD در اواخر نوجوانی (90٪ تا 18 سالگی) تقریباً جهانی است، اما در 10 سالگی تقریباً در 59٪ از بیماران وجود دارد 8،22.پرداختن به این موضوع بسیار مهم است زیرا کسر جهشی بطن چپ به طور پیوسته با نرخ 1.6٪ در سال کاهش می یابد.
آریتمی های قلبی در بیماران مبتلا به DMD، به ویژه تاکی کاردی سینوسی و تاکی کاردی بطنی شایع است و علت مرگ ناگهانی قلبی است.آریتمی ها نتیجه انفیلتراسیون فیبرو چربی است، به ویژه در بطن چپ ساب بازال، که مدار برگشتی و همچنین اختلال در پردازش [Ca2+]i و اختلال عملکرد کانال یونی را مختل می کند.تشخیص تظاهرات قلبی بالینی بسیار مهم است، زیرا استراتژی های درمانی اولیه ممکن است شروع DCM شدید را به تاخیر بیندازد.
اهمیت درمان اختلال عملکرد قلب و عوارض عضلانی اسکلتی در یک مطالعه جالب نشان داده شده است که از یک مدل موش DMD به نام mdx26 برای مطالعه اثرات بهبود بافت عضلانی اسکلتی بدون پرداختن به مشکلات قلبی اساسی موجود در DMD استفاده کرد.در اینجا، نویسندگان یک افزایش متناقض 5 برابری در اختلال عملکرد قلبی پس از بهبود عضله اسکلتی را نشان دادند و موش ها کاهش قابل توجهی در کسر جهشی داشتند26.بهبود عملکرد ماهیچه های اسکلتی به فعالیت بدنی بالاتر اجازه می دهد تا فشار بیشتری بر میوکارد وارد کند و آن را مستعد ابتلا به اختلال عملکرد عمومی می کند.این امر اهمیت درمان بیماران DMD را به طور کلی نشان می دهد و در مورد درمان عضله اسکلتی به تنهایی هشدار می دهد.
DGCها چندین عملکرد اضافی را انجام می دهند، یعنی ایجاد پایداری ساختاری برای سارکولما، تبدیل شدن به یک داربست مولکولی که به عنوان یک پیوند سیگنال عمل می کند، کانال های یونی حساس به مکانیکی را تنظیم می کند، هسته انتقال مکانیکی ساحلی، و مشارکت در انتقال نیروی جانبی در منطقه دنده ها (شکل 1b)..دیستروفین نقش اصلی را در این توانایی ایفا می کند و به دلیل وجود بسیاری از پروموترهای داخلی، چندین ایزوفرم مختلف وجود دارد که هر کدام نقش متفاوتی را در بافت های مختلف ایفا می کنند.بیان بافتی متفاوت ایزوفرم های مختلف دیستروفین از این ایده حمایت می کند که هر ایزوفرم نقش متفاوتی ایفا می کند.به عنوان مثال، بافت قلب طول کامل (Dp427m) و همچنین ایزوفرم کوتاهتر Dp71m دیستروفین را بیان می کند، در حالی که بافت اسکلتی فقط اولین مورد از این دو را بیان می کند.مشاهده نقش هر زیرگروه می تواند نه تنها عملکرد فیزیولوژیکی آن، بلکه پاتوژنز دیستروفی عضلانی را نیز آشکار کند.
نمایش شماتیک دیستروفین تمام قد (Dp427m) و ایزوفرم کوچکتر Dp71 کوتاهتر.دیستروفین دارای 24 تکرار اسپکترین است که توسط چهار حلقه از هم جدا شده اند، همچنین یک دامنه اتصال به اکتین (ABD)، یک دامنه غنی از سیستئین (CR) و یک پایانه C (CT).شرکای اتصال کلیدی، از جمله میکروتوبول ها (MTs) و سارکولما شناسایی شده اند.ایزوفرم های زیادی از Dp71 وجود دارد، Dp71m به بافت ماهیچه ای و Dp71b به ایزوفرم بافت عصبی اشاره دارد.به طور خاص، Dp71f به ایزوفرم سیتوپلاسمی نورون ها اشاره دارد.b کمپلکس دیستروفین-گلیکوپروتئین (DHA) در کل سارکولما قرار دارد.نیروهای بیومکانیکی بین ECM و F-actin جابجا می شوند.به تداخل احتمالی بین DGCها و چسبندگی اینتگرین توجه کنید، Dp71 ممکن است در چسبندگی کانونی نقش داشته باشد.ایجاد شده با Biorender.com.
DMD شایع ترین دیستروفی عضلانی است و به دلیل جهش در DMD ایجاد می شود.با این حال، برای درک کامل درک فعلی ما از نقش ضد دیستروفین، مهم است که آن را در چارچوب DGC به عنوان یک کل قرار دهیم.بنابراین، سایر پروتئین های تشکیل دهنده به اختصار توضیح داده خواهند شد.ترکیب پروتئین DGC در اواخر دهه 1980 با توجه خاص به دیستروفین مورد مطالعه قرار گرفت.Koenig27,28، Hoffman29 و Ervasti30 با شناسایی دیستروفین، یک پروتئین 427 کیلو دالتون در عضله مخطط، به کشف مهمی دست یافتند.
متعاقباً نشان داده شد که سایر زیرمجموعه‌ها با دیستروفین مرتبط هستند، از جمله سارکوگلیکان، زیرمجموعه غشایی دیستروفین، دیسبروین و سینتروفین 8 که با هم مدل DGC فعلی را تشکیل می‌دهند.این بخش ابتدا شواهد مربوط به نقش DGC در ادراک حسی مکانیکی را در حالی که اجزای منفرد را به تفصیل بررسی می‌کند، منتشر می‌کند.
ایزوفرم دیستروفین تمام قد موجود در بافت عضلانی مخطط Dp427m است (مثلاً "m" برای تشخیص عضله از مغز) و یک پروتئین میله ای شکل بزرگ با چهار حوزه عملکردی است که در زیر سارکولمای کاردیومیوسیت، به ویژه در ناحیه دنده ای قرار دارد. 29، 32. Dp427m، کدگذاری شده توسط ژن DMD در Xp21.1، شامل 79 اگزون تولید شده در 2.2 مگا باز است و بنابراین بزرگترین ژن در ژنوم ما8 است.
چندین پروموتر داخلی در DMD، ایزوفرم های متعدد دیستروفین کوتاه شده را تولید می کنند که برخی از آنها مختص بافت هستند.در مقایسه با Dp427m، Dp71m به طور قابل توجهی کوتاه است و فاقد دامنه تکرار اسپکترین یا دامنه ABD ترمینال N است.با این حال، Dp71m ساختار اتصال ترمینال C را حفظ می کند.در کاردیومیوسیت ها، نقش Dp71m نامشخص است، اما نشان داده شده است که در لوله های T موضعی می شود، که نشان می دهد ممکن است به تنظیم جفت تحریک-انقباض 33،34،35 کمک کند.با توجه به دانش ما، کشف اخیر Dp71m در بافت قلب توجه کمی را به خود جلب کرده است، اما برخی مطالعات نشان می دهد که با کانال های یونی فعال شده با کشش مرتبط است و ماسوبوچی پیشنهاد کرد که ممکن است در تنظیم nNOS33 نقش داشته باشد.، 36. در انجام این کار، Dp71 توجه قابل توجهی را در فیزیولوژی عصبی و تحقیقات پلاکتی به خود جلب کرده است، زمینه هایی که ممکن است بینشی در مورد نقش در قلب37،38،39 فراهم کند.
در بافت عصبی، ایزوفرم Dp71b عمدتاً بیان می شود و 14 ایزوفرم گزارش شده است.نشان داده شده است که حذف Dp71b، تنظیم‌کننده مهم کانال‌های پتاسیم آکواپورین 4 و Kir4.1 در سیستم عصبی مرکزی، نفوذپذیری سد خونی مغزی را تغییر می‌دهد.با توجه به نقش Dp71b در تنظیم کانال یونی، Dp71m ممکن است نقش مشابهی در کاردیومیوسیت داشته باشد.
حضور DGC در عقده های دنده ای بلافاصله نقشی را در انتقال مکانیکی نشان می دهد و در واقع نشان داده شده است که با کمپلکس های اینتگرین-تالین-وینکولین هم موضعی می شود 41 .علاوه بر این، با توجه به اینکه بخش دنده ای کانون انتقال مکانیکی عرضی است، محلی سازی Dp427m در اینجا نقش آن را در محافظت از سلول ها از آسیب ناشی از انقباض برجسته می کند.علاوه بر این، Dp427m با اکتین و اسکلت سلولی میکروتوبول تعامل می‌کند و در نتیجه ارتباط بین محیط داخل سلولی و ماتریکس خارج سلولی را تکمیل می‌کند.
پایانه N حاوی دامنه اتصال اکتین 1 (ABD1) از دو حوزه همسانی کالمودولین (CH) تشکیل شده است که برای برهمکنش با F-اکتین و لنگر انداختن ایزوفرم γ-اکتین به سارکولم 42،43 مورد نیاز است.دیستروفین ممکن است با چسبیدن به اسکلت سلولی ساب سارکولمال به ویسکوالاستیسیته کلی کاردیومیوسیت ها کمک کند و محلی سازی آن در گانگلیون های دنده ای از دخالت آن در انتقال مکانیکی و همچنین محافظت مکانیکی حمایت می کند.
دامنه هسته مرکزی شامل 24 پروتئین تکراری اسپکترین مانند است که طول هر کدام تقریباً 100 باقیمانده اسید آمینه است.تکرارهای اسپکترین با چهار حوزه لولا در هم آمیخته شده اند که به پروتئین انعطاف پذیری و درجه بالایی از کشش می دهد.تکرارهای دیستروفین اسپکترین می توانند در محدوده فیزیولوژیکی نیروهای (15-30 pN) که از 21 نانومتر تا 84 نانومتر گسترش می یابد، آشکار شوند، نیروهایی که برای انقباض میوزین قابل دستیابی هستند.این ویژگی های دامنه تکرار اسپکترین به دیستروفین اجازه می دهد تا به عنوان یک ضربه گیر مولکولی عمل کند.
میله مرکزی Dp427m محلی شدن آن را در سارکولما، به ویژه از طریق برهمکنش های آبگریز و الکترواستاتیک با فسفاتیدیل سرین 47،48 تضمین می کند.جالب توجه است که هسته مرکزی دیستروفین با فسفولیپیدهای سارکولما در بافت‌های اسکلتی و قلبی تعامل متفاوتی دارد، که احتمالاً الگوهای مختلف فنری را منعکس می‌کند.بحرانی است، در حالی که عضلات اسکلتی نیز با R10-R1249 مرتبط هستند.
اتصال به اسکلت سلولی γ-اکتین به ناحیه 11-17 تکرار طیف ABD2 نیاز دارد که از باقی مانده‌های اسید آمینه پایه تشکیل شده است و با دامنه CH اتصال به F-اکتین متفاوت است.میکروتوبول ها مستقیماً با دامنه اصلی دیستروفین تعامل دارند، این برهمکنش مستلزم بقایای تکرارهای اسپکترین 4-15 و 20-23 است و وجود آنکیرین B برای جلوگیری از تشکیل میکروتوبول ها در این محل ضروری است.لوله ها 50،51،52 وجود ندارند.شکاف بین میکروتوبول ها و دیستروفین نشان داده شده است که با افزایش گونه های اکسیژن فعال (X-ROS) آسیب شناسی DMD را تشدید می کند.
دامنه CR از طریق ankyrin B لنگر دیگری برای فسفولیپیدهای sarcolemmal52 است.Ankyrin-B و ankyrin-G برای محلی سازی دنده دیستروفین/DGC مورد نیاز هستند و عدم وجود آنها منجر به الگوی سارکولمایی منتشر DGC52 می شود.
دامنه CR شامل یک دامنه اتصال WW است که مستقیماً با موتیف اتصال PPxY β-DG در تعامل است.دیستروفین با اتصال به کمپلکس دیستروفین-گلیکان، پیوند بین داخل و خارج سلول را تکمیل می کند.این ارتباط برای عضله مخطط بسیار مهم است، همانطور که با این واقعیت مشهود است که اختلال در ارتباط بین ECM و قسمت داخلی سلول منجر به دیستروفی عضلانی محدود کننده زندگی می شود.
در نهایت، دامنه CT یک منطقه بسیار حفاظت شده است که یک مارپیچ پیچ خورده را تشکیل می دهد و برای اتصال به α-دیستروبروین و α1-،β1-سینتروفین ها55،56 حیاتی است.α-دیستروبروین به دامنه CT دیستروفین متصل می شود و مقاومت بیشتری در برابر دیستروفین در سارکولم ایجاد می کند.
در طول رشد جنینی و جنینی، Utrophin به طور گسترده در بافت‌های مختلف از جمله سلول‌های اندوتلیال، بافت عصبی و بافت ماهیچه‌ای مخطط بیان می‌شود.Utrophin توسط UTRN واقع در کروموزوم 6q بیان می شود و یک اتولوگ دیستروفین با همولوژی پروتئین 80٪ است.در طول رشد، اوتروفین در سارکولم موضعی می شود، اما به طور قابل توجهی در بافت ماهیچه ای مخطط پس از زایمان سرکوب می شود، جایی که با دیستروفین جایگزین می شود.پس از تولد، محلی سازی اوتروفین به تاندون ها و اتصالات عصبی عضلانی ماهیچه های اسکلتی محدود می شود58،59.
شرکای اتصال اوتروفین به طور گسترده شبیه به دیستروفین ها هستند، اگرچه برخی از تفاوت های کلیدی شرح داده شده است.به عنوان مثال، دیستروفین با β-DG از طریق دامنه WW خود تعامل دارد، که توسط دامنه ZZ (نامگذاری شده به دلیل توانایی آن در اتصال دو یون روی) در ناحیه CT خود تثبیت می شود، جایی که باقی مانده های اسید سیستئیک 3307-3354 برای این برهمکنش بسیار مهم هستند. .، 61. اوتروفین همچنین از طریق دامنه WW/ZZ به β-DG متصل می شود، اما باقی مانده های دقیق حمایت کننده از این تعامل با باقی مانده های دیستروفین متفاوت است (3307-3345 در دیستروفین و 3064-3102 در اوتروفین) 60،61.نکته مهم، اتصال اوتروفین به β-DG در مقایسه با دیستروفین 61 تقریباً 2 برابر کمتر بود. گزارش شده است که دیستروفین از طریق تکرارهای اسپکترین 11-17 به F-اکتین متصل می شود، در حالی که مکان های مشابه در اوتروفین نمی توانند به F-اکتین متصل شوند، حتی در غلظت بالایی دارند، اما می توانند از طریق دامنه های CH خود تعامل داشته باشند.اقدام 62،63،64.در نهایت، بر خلاف دیستروفین، اوتروفین نمی تواند به میکروتوبول ها متصل شود.
از نظر بیومکانیکی، تکرارهای اسپکترین اوتروفین در مقایسه با دیستروفین65، الگوی آشکارسازی مشخصی دارند.Utrophin-spectrin استقرار در نیروهای بالاتر را تکرار می کند، مشابه تیتین اما نه دیستروفین65.این با موضع و نقش آن در انتقال نیروی الاستیک سفت و سخت در اتصالات تاندون مطابقت دارد، اما ممکن است اوتروفین را برای عمل به عنوان فنر مولکولی در نیروهای بافر ناشی از انقباض کمتر مناسب کند.روی هم رفته، این داده‌ها نشان می‌دهند که قابلیت انتقال مکانیکی و مکانیکی بافر ممکن است در حضور بیان بیش از حد اوتروفین تغییر کند، به‌ویژه با توجه به شرکا/مکانیسم‌های اتصال متفاوت، با این حال این نیاز به مطالعه تجربی بیشتری دارد.
از نقطه نظر عملکردی، این واقعیت که اعتقاد بر این است که اوتروفین اثرات مشابهی با دیستروفین دارد، آن را به یک هدف درمانی بالقوه برای DMD66،67 تبدیل می کند.در واقع، نشان داده شده است که برخی از بیماران DMD، اوتروفین را بیش از حد بیان می کنند، احتمالاً به عنوان یک مکانیسم جبرانی، و این فنوتیپ با موفقیت در یک مدل موش با بیان بیش از حد اوتروفین بازسازی شده است.در حالی که تنظیم مثبت اوتروفین یک استراتژی درمانی احتمالی است، در نظر گرفتن تفاوت رسمی و عملکردی بین اوتروفین و دیستروفین و سودمندی القای این بیان بیش از حد با محلی سازی مناسب در امتداد سارکولما، استراتژی بلند مدت اوتروفین را هنوز نامشخص می کند.قابل توجه است که حاملان زن الگوی موزاییکی از بیان اوتروفین را نشان می دهند و نسبت بین دیستروفین و اوتروفین ممکن است بر درجه کاردیومیوپاتی متسع در این بیماران تأثیر بگذارد، اگرچه مدل های موشی ناقلین نشان داده اند..
زیرمجموعه دیستروگلیکان از دو پروتئین α- و β-دیستروگلیکان (α-، β-DG) تشکیل شده است که هر دو از ژن DAG1 رونویسی شده و سپس پس از ترجمه به پروتئین های دو جزئی تقسیم می شوند.α-DG در جنبه خارج سلولی DGCها بسیار گلیکوزیله شده است و به طور مستقیم با باقی مانده های پرولین موجود در لامینین α2 و همچنین با agrin72 و picaculin73 و ناحیه CT/CR دیستروفین 73،74،75،76 تعامل دارد.گلیکوزیلاسیون O-linked، به ویژه باقیمانده های سرین، برای تعامل آن با ECM مورد نیاز است.مسیر گلیکوزیلاسیون شامل آنزیم های زیادی است که جهش آنها منجر به دیستروفی عضلانی می شود (همچنین به جدول 1 مراجعه کنید).اینها عبارتند از POMT2 O-mannosyltransferase، فوکوتین و پروتئین مرتبط با فوکوتین (FKRP)، دو فسفوترانسفراز ریبیتول که فسفات ریبیتول پشت سر هم به گلیکان هسته اضافه می کنند و پروتئین LARGE1 که زایلوز و گلوکز را اضافه می کند.پلی ساکارید خطی اسید اورونیک که به نام ماتریکس گلیکان در انتهای گلیکان نیز شناخته می شود.FKRP همچنین در توسعه و نگهداری ECM نقش دارد و جهش در آن منجر به کاهش بیان لامینین α2 و α-DG77,78,79 می شود.علاوه بر این، FKRP همچنین می تواند تشکیل لایه بازال و ماتریکس خارج سلولی قلب را از طریق فیبرونکتین 80 گلیکوزیله هدایت کند.
β-DG حاوی یک موتیف اتصال PPxY است که به طور مستقیم YAP12 را محلی سازی و جدا می کند.این یک یافته جالب است زیرا نشان می دهد که DGC چرخه سلولی کاردیومیوسیت را تنظیم می کند.α-DH در کاردیومیوسیت‌های نوزادی با آگرین تعامل دارد که باعث بازسازی قلب و لیز DGC76 به دلیل بلوغ سلولی می‌شود.با بالغ شدن کاردیومیوسیت ها، بیان آگرین به نفع لامینین کاهش می یابد، که تصور می شود به توقف چرخه سلولی کمک می کند.موریکاوا12 نشان داد که کاهش مضاعف دیستروفین و سالوادور، یک تنظیم کننده منفی YAP، منجر به تکثیر بیش از حد کاردیومیوسیت ها در شکمبه ایجاد کننده انفارکتوس می شود.این منجر به این ایده هیجان انگیز شد که دستکاری YAP می تواند برای جلوگیری از از دست دادن بافت پس از انفارکتوس میوکارد ارزش بالینی داشته باشد.بنابراین، لیز DGC ناشی از آگرین می‌تواند محوری را نشان دهد که امکان فعال‌سازی YAP را فراهم می‌کند و یک مسیر بالقوه برای بازسازی قلبی است.
از نظر مکانیکی، α- و β-DG برای حفظ برهمکنش بین سارکولما و لایه بازال مورد نیاز هستند.هر دو اینتگرین α-DG و α7 به تولید نیرو در گانگلیون دنده ای کمک می کنند و از دست دادن α-DG باعث جدا شدن سارکولما از لایه بازال می شود و بافت ماهیچه اسکلتی را در برابر آسیب ناشی از انقباض آسیب پذیر می کند.همانطور که قبلاً توضیح داده شد، کمپلکس دیستروگلیکان گردش کلی DGCها را تنظیم می کند، جایی که اتصال به لامینین لیگاند همزاد منجر به فسفوریلاسیون تیروزین موتیف اتصال به PPPY β-DG892 می شود.فسفوریلاسیون تیروزین در اینجا باعث جداسازی دیستروفین می شود که کمپلکس DGC را تغییر می دهد.از نظر فیزیولوژیکی، این فرآیند به شدت تنظیم شده است، که در دیستروفی عضلانی وجود ندارد، اگرچه مکانیسم های زیربنایی کنترل کننده این فرآیند به طور کامل شناخته نشده است.
نشان داده شده است که کشش چرخه ای مسیرهای ERK1/2 و AMPK را از طریق کمپلکس دیستروفین و پروتئین مربوط به پلکتین 83 فعال می کند.پلکتین و دیستروگلیکان با هم نه تنها به عنوان یک داربست عمل می کنند، بلکه برای مشارکت در انتقال مکانیکی نیز لازم هستند و از بین رفتن پلکتین منجر به کاهش فعالیت ERK1/2 و AMPK83 می شود.پلکتین همچنین به دسمین رشته‌ای میانی اسکلت سلولی متصل می‌شود و بیان بیش از حد دسمین برای بهبود فنوتیپ بیماری در موش‌های mdx:desmin و mdx، یک مدل موش دوگانه DMD84 نشان داده شده است.با تعامل با β-DG، پلکتین به طور غیر مستقیم DGC را به این جزء از اسکلت سلولی متصل می کند.علاوه بر این، دیستروگلیکان با پروتئین متصل شونده به گیرنده فاکتور رشد 2 (Grb2) که در بازآرایی‌های اسکلت سلولی نقش دارد، تعامل دارد.فعال سازی Ras توسط اینتگرین نشان داده شده است که از طریق Grb2 انجام می شود، که ممکن است یک مسیر بالقوه برای تداخل بین اینتگرین و DGC86 فراهم کند.
جهش در ژن های دخیل در گلیکوزیلاسیون α-DH منجر به به اصطلاح دیستروفی عضلانی می شود.دیستروگلیکانوپاتی ها ناهمگونی بالینی را نشان می دهند اما عمدتاً به دلیل اختلال در تعامل بین α-DG و لامینین α277 ایجاد می شوند.دیستروفیگلیکانوزهای ناشی از جهش های اولیه در DAG1 عموماً بسیار نادر هستند، احتمالاً به این دلیل که جنینی کشنده هستند، بنابراین نیاز به ارتباط سلولی با ECM را تأیید می کند.این بدان معنی است که بیشتر بیماری های دیستروفیک گلیکان ناشی از جهش های ثانویه پروتئین مرتبط با گلیکوزیلاسیون است.به عنوان مثال، جهش در POMT1 باعث سندرم بسیار شدید واکر-واربورگ می شود که با آنسفالی مشخص می شود و امید به زندگی به طور قابل توجهی کاهش می یابد (کمتر از 3 سال).با این حال، جهش‌های FKRP عمدتاً به صورت دیستروفی عضلانی کمربند اندام (LGMD) ظاهر می‌شوند که معمولاً (اما نه همیشه) نسبتاً خفیف است.با این حال، جهش در FKRP یک علت نادر WWS89 نشان داده شده است.جهش های زیادی در FKRP شناسایی شده اند که جهش پایه گذار (c.826>A) بیشتر باعث ایجاد LGMD2I90 می شود.
LGMD2I یک دیستروفی عضلانی نسبتاً خفیف است که پاتوژنز آن بر اساس اختلال در ارتباط بین ماتریکس خارج سلولی و اسکلت سلولی درون سلولی است.ارتباط بین ژنوتیپ و فنوتیپ در بیماران مبتلا به جهش در این ژن ها کمتر واضح است و در واقع این مفهوم برای سایر پروتئین های DSC قابل استفاده است.چرا برخی از بیماران مبتلا به جهش FKRP فنوتیپ بیماری سازگار با WWS را نشان می دهند در حالی که برخی دیگر LGMD2I دارند؟پاسخ به این سوال ممکن است در i) این باشد که کدام مرحله از مسیر گلیکوزیلاسیون تحت تأثیر جهش قرار می گیرد، یا ب) درجه هیپوگلیکوزیلاسیون در هر مرحله معین.هیپوگلیکوزیلاسیون α-DG ممکن است همچنان درجاتی از تعامل با ECM را فراهم کند که منجر به یک فنوتیپ کلی خفیف‌تر می‌شود، در حالی که جدا شدن از غشای پایه باعث افزایش شدت فنوتیپ بیماری می‌شود.بیماران مبتلا به LGMD2I نیز DCM ایجاد می‌کنند، اگرچه این کمتر از DMD مستند است، و باعث می‌شود که درک این جهش‌ها در زمینه کاردیومیوسیت ضروری باشد.
زیر کمپلکس sarcospan-sarcoglycan تشکیل DHA را ترویج می کند و به طور مستقیم با β-DH در تعامل است.چهار سارکوگلیکان یک طرفه در بافت قلب وجود دارد: α، β، γ و δ91.اخیراً توضیح داده شده است که یک جهش نادرست c.218C>T در اگزون 3 ژن SGCA و یک حذف هتروزیگوت جزئی در اگزون های 7-8 باعث LGMD2D92 می شود.با این حال، در این مورد، نویسندگان فنوتیپ قلبی را ارزیابی نکردند.
گروه های دیگر دریافته اند که SGCD در مدل های خوک 93 و موش 94 منجر به کاهش بیان پروتئین در زیرمجموعه سارکوگلیکان می شود که ساختار کلی DGC ها را مختل می کند و منجر به DCM می شود.علاوه بر این، 19٪ از تمام بیماران با جهش SGCA، SGCB، یا SGCG به کاردیومیوپاتی اتساع یافته گزارش شده است، و 25٪ از همه بیماران نیز به حمایت تنفسی نیاز داشتند.
جهش های مغلوب در سارکوگلیکان (SG) δ منجر به کاهش یا عدم وجود کامل کمپلکس های سارکوگلیکان و در نتیجه DGC در بافت قلب می شود و مسئول LGMD و DCM96 مرتبط با آن هستند.جالب توجه است که جهش غالب منفی در SG-δ مختص سیستم قلبی عروقی است و علت کاردیومیوپاتی اتساع خانوادگی97 است.نشان داده شده است که جهش‌های منفی غالب SG-δ R97Q و R71T به طور پایدار در قلب موش صحرایی بدون اختلال قابل‌توجه در کل DGC98 بیان می‌شوند.با این حال، سلول‌های قلبی حامل این جهش‌ها، مطابق با فنوتیپ DCM98، بیشتر مستعد آسیب سارکولم، نفوذپذیری، و اختلال عملکرد مکانیکی تحت فشار مکانیکی هستند.
Sarcospan (SSPN) یک تتراسپانین 25 کیلو دالتون است که در زیرمجموعه سارکوگلیکان قرار دارد و اعتقاد بر این است که به عنوان یک داربست پروتئینی 99100 عمل می کند.به عنوان یک داربست پروتئینی، SSPN محلی سازی و گلیکوزیلاسیون α-DG99,101 را تثبیت می کند.بیان بیش از حد SSPN در مدل های موش باعث افزایش اتصال بین ماهیچه و لامینین 102 شده است.علاوه بر این، نشان داده شده است که SSPN با اینتگرین ها تعامل دارد، که نشان دهنده درجه تداخل بین دو کمیسور دنده، DGC، و ساختار گلیکوپروتئین اینتگرین-تالین-وینکولین 100،101،102 است.از بین رفتن SSPN همچنین منجر به افزایش α7β1 در عضله اسکلتی موش شد.
مطالعه اخیر نشان داد که بیان بیش از حد sarcospan بلوغ و گلیکوزیلاسیون α-DG را در بافت قلبی مستقل از ناک داون گالاکتوزیل آمینوترانسفراز 2 (Galgt2) در مدل موش mdx از DMD افزایش می دهد، در نتیجه فنوتیپ بیماری 101 را کاهش می دهد. ECM، در نتیجه بیشتر بیماری را کاهش می دهد.علاوه بر این، آنها نشان داده اند که بیان بیش از حد sarcospan تعامل اینتگرین β1D با DGCs را کاهش می دهد و نقش احتمالی sarcospan را در تنظیم کمپلکس های اینتگرین برجسته می کند.
سینتروفین‌ها خانواده‌ای از پروتئین‌های کوچک (58 کیلو دالتون) هستند که در DGCs موضعی دارند، خود فعالیت آنزیمی ذاتی ندارند و به عنوان آداپتورهای مولکولی عمل می‌کنند.پنج ایزوفرم (α-1، β-1، β-2، γ-1 و γ-2) شناسایی شده‌اند که بیان خاص بافت را نشان می‌دهند، که ایزوفرم α-1 عمدتاً در بافت ماهیچه‌ای مخطط بیان می‌شود.سینتروفین‌ها پروتئین‌های آداپتور مهمی هستند که ارتباط بین دیستروفین و مولکول‌های سیگنال‌دهنده، از جمله نیتریک اکسید سنتاز عصبی (nNOS) را در ماهیچه‌های اسکلتی تسهیل می‌کنند.α-سینتروفین مستقیماً با دامنه تکرار اسپکترین دیستروفین 16-17 تعامل دارد که به نوبه خود به موتیف اتصال nNOS106،107 PDZ متصل می شود.
سینتروفین ها همچنین با دیستروبروین از طریق حوزه های اتصال PH2 و SU برهم کنش می کنند و همچنین با اسکلت سلولی اکتین 108 تعامل دارند.در واقع، به نظر می رسد سنتروفین ها نقش مهمی در تنظیم دینامیک اسکلت سلولی ایفا می کنند و ایزوفرم های α و β می توانند مستقیماً با F-اکتین 108 برهم کنش داشته باشند و بنابراین احتمالاً در تنظیم تنشگریتی و بیومکانیک سلولی نقش دارند. اثرعلاوه بر این، نشان داده شده است که سنتروفین ها اسکلت سلولی را از طریق Rac1109 تنظیم می کنند.
تعدیل سطح سینتروفین می تواند عملکرد را بازیابی کند، و یک مطالعه اخیر با استفاده از مینی دیستروفین نشان داد که ساختار ΔR4-R23/ΔCT قادر است α-سینتروفین و همچنین سایر پروتئین های DGC را به سطوح قابل مقایسه با کاردیومیوسیت های WT mdx بازگرداند.
علاوه بر نقش آنها در تنظیم اسکلت سلولی، سنتروفین ها همچنین در تنظیم کانال های یونی 111،112،113 به خوبی ثبت شده اند.موتیف اتصال PDZ سینتروفین ها کانال Nav1.5111 وابسته به ولتاژ قلبی را تنظیم می کند که نقش کلیدی در ایجاد تحریک پذیری و هدایت قلبی دارد.جالب توجه است، در مدل موش mdx، کانال‌های Nav1.5 کاهش یافت و آریتمی‌های قلبی در حیوانات یافت شد.علاوه بر این، نشان داده شده است که خانواده ای از کانال های یونی حساس به مکانیسم، کانال پتانسیل گیرنده گذرا (TRPC)، توسط α1-سینتروفین در بافت قلب 113 تنظیم می شود و نشان داده شده است که مهار TRPC6 باعث بهبود آریتمی ها در مدل موش DMD112 می شود.گزارش شده است که افزایش فعالیت TRPC6 در DMD منجر به آریتمی قلبی می شود که با ترکیب با PKG 112 تسکین می یابد.از نظر مکانیکی، کاهش دیستروفین باعث هجوم [Ca2+]i ناشی از کشش می‌شود که در بالادست TRPC6 برای فعال کردن آن عمل می‌کند، همانطور که در کاردیومیوسیت‌ها و سلول‌های ماهیچه صاف عروق نشان داده شده است.فعال شدن بیش از حد TRPC6 برای کشش آن را به مکانیزم حسگر اصلی و هدف درمانی بالقوه در DMD112,114 تبدیل می کند.
از دست دادن دیستروفین منجر به لیز یا سرکوب مشخص کل کمپلکس DGC، با از دست دادن بسیاری از عملکردهای محافظ مکانیکی و انتقال مکانیکی می شود که منجر به فنوتیپ فاجعه باری می شود که در بافت عضلانی مخطط در DMD دیده می شود.بنابراین، ممکن است منطقی باشد که در نظر بگیریم که RSK ها به طور هماهنگ کار می کنند و اجزای جداگانه به حضور و عملکرد اجزای دیگر وابسته هستند.این امر به ویژه در مورد دیستروفین صادق است، که به نظر می رسد برای مونتاژ و محلی سازی کمپلکس سارکولما در کاردیومیوسیت ها لازم است.هر جزء نقش منحصر به فردی در کمک به تثبیت کلی سارکولما، محلی سازی پروتئین های جانبی کلیدی، تنظیم کانال های یونی و بیان ژن ایفا می کند و از دست دادن یک پروتئین واحد در DGC منجر به اختلال در تنظیم کل میوکارد می شود.
همانطور که در بالا نشان داده شد، بسیاری از پروتئین های DGC در انتقال مکانیکی و سیگنال دهی نقش دارند و دیستروفین به ویژه برای این نقش مناسب است.اگر DGC در دنده ها قرار داشته باشد، این نظر را تأیید می کند که همراه با اینتگرین در انتقال مکانیکی شرکت می کند.بنابراین، DGCها از نظر فیزیکی تحت انتقال نیروی ناهمسانگرد قرار می‌گیرند و در بازآرایی مکانیکی و اسکلت سلولی ریزمحیط درون سلولی، مطابق با مدل تنشگریتی، شرکت می‌کنند.علاوه بر این، Dp427m نیروهای بیومکانیکی ورودی را با گسترش تکرارهای اسپکترین در حوزه هسته مرکزی خود بافر می کند، در نتیجه با حفظ نیروی بازشدگی 25 pN در محدوده 800 نانومتری به عنوان یک محافظ مکانیکی عمل می کند.با تقسیم، دیستروفین قادر است نیروی انقباض-آرامش تولید شده توسط کاردیومیوسیت ها را "بافر" کند.با توجه به تنوع پروتئین‌ها و فسفولیپیدهایی که با دامنه‌های تکرار اسپکترین تعامل دارند، جالب است که حدس بزنیم که آیا باز کردن تکرار اسپکترین سینتیک اتصال پروتئین‌های حساس به مکانیکی را به شیوه‌ای مشابه تالین 116،117،118 تغییر می‌دهد.اما این موضوع هنوز مشخص نشده است و نیاز به بررسی بیشتر است.