310 스테인레스 스틸 모세관 코일 튜빙 화학 성분, 근육 세포의 기계적 전달에서 디스트로핀 당단백질 복합체의 역할

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디스트로핀은 골격근과 심근세포에 있는 디스트로핀-당단백질 복합체(DGC)의 주요 단백질입니다.디스트로핀은 액틴 세포골격을 세포외 기질(ECM)에 결합시킵니다.세포외 기질과 세포내 세포골격 사이의 연결이 파열되면 골격근 세포의 항상성에 치명적인 결과를 초래하여 수많은 근이영양증을 유발할 수 있습니다.또한, 기능성 DGC의 상실은 진행성 확장성 심근병증 및 조기 사망을 초래합니다.디스트로핀은 분자 스프링 역할을 하며 DHA는 육종의 완전성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.더욱이, DGC를 기계적 신호 전달과 연관시키는 증거가 축적되고 있지만, 이 역할은 여전히 ​​잘 이해되지 않고 있습니다.이 리뷰 기사는 DGC와 기계적 변환에서의 역할에 대한 현대적인 관점을 제공하는 것을 목표로 합니다.우리는 먼저 근육 세포 역학과 기능 사이의 복잡한 관계를 논의한 다음 기계 변환 및 근육 세포 생체 역학적 무결성 유지에 있어서 디스트로핀 당단백질 복합체의 역할에 대한 최근 연구를 검토합니다.마지막으로, 우리는 심근병증에 특히 초점을 맞춰 잠재적인 미래 개입 지점을 강조하기 위해 DGC 신호가 기계 신호 경로와 어떻게 교차하는지 이해하기 위해 현재 문헌을 검토합니다.
세포는 미세환경과 지속적으로 소통하며, 생체역학적 정보의 해석과 통합을 위해서는 세포 간의 양방향 대화가 필요합니다.생체역학은 공간과 시간의 전반적인 세포 표현형을 제어함으로써 주요 후속 사건(예: 세포골격 재배열)을 제어합니다.심근세포에서 이 과정의 중심은 늑골 영역, 즉 육종이 인테그린-탈린-빈쿨린과 디스트로핀-당단백질(DGC) 복합체로 구성된 근절에 연결되는 영역입니다.세포내 세포골격에 부착된 이러한 개별 국소 유착(FA)은 분화, 증식, 기관 형성, 이동, 질병 진행 등을 제어하는 ​​일련의 생체역학적 및 생화학적 세포 변화를 전파합니다.생체역학적 힘을 생화학적 및/또는 (유전적)유전적 변화로 전환하는 것을 기계변환1이라고 합니다.
인테그린 막횡단 수용체 2는 세포 내 세포외 기질을 고정시키고 내부 및 외부 신호전달을 중재하는 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다.인테그린과 병행하여 DGC는 ECM을 세포골격에 결합시켜 세포 외부와 내부 사이에 중요한 연결을 설정합니다3.전장 디스트로핀(Dp427)은 주로 심장 및 골격근에서 발현되지만 망막 및 퍼킨제 조직을 포함한 중추신경계 조직에서도 관찰됩니다4.인테그린과 DGC의 돌연변이는 근이영양증과 진행성 확장성 심근병증(DCM)의 원인으로 생각됩니다(표 1)5,6.특히, 중앙 디스트로핀 단백질 DGC를 암호화하는 DMD 돌연변이는 뒤시엔 근이영양증(DMD)을 유발합니다7.DGC는 α- 및 β-디스트로글리칸(α/β-DG), 사르코글리칸-사르코스판, 신트로핀 및 디스트로핀8을 포함한 여러 하위 복합체로 구성됩니다.
디스트로핀은 DGC 유지에 중심적인 역할을 하는 DMD(Xp21.1-Xp22)에 의해 암호화된 세포골격 단백질입니다.DGC는 가로무늬 근육 조직의 원형질막인 육종의 완전성을 유지합니다.디스트로핀은 분자 스프링 및 분자 비계 역할을 하여 수축으로 인한 손상을 더욱 약화시킵니다9,10.전장 디스트로핀의 분자량은 427 kDa이지만 DMD의 많은 내부 프로모터로 인해 Dp7111을 포함하여 자연적으로 발생하는 절단된 여러 가지 이소형이 있습니다.
보조 단백질은 뉴런 산화질소 신타제(nNOS), Yes-관련 단백질(YAP) 및 카베올린-3과 같은 진정한 기계적 변환기를 포함하여 디스트로핀에 국한되어 세포 신호 전달의 중요한 구성 요소를 나타내는 것으로 나타났습니다.화합물 12, 13, 14. 인테그린과 그 하류 표적에 의해 형성된 세포와 기질 사이의 상호 작용과 관련된 세포 메커니즘인 접착 외에도 이 두 복합체는 세포의 "내부"와 "외부" 사이의 경계면을 나타냅니다. .이러한 국소 유착을 비정상적인 파괴로부터 보호하는 것은 세포 행동과 생존에 중요합니다.또한, 데이터는 디스트로핀이 신축 활성화 채널, 특히 L형 Ca2+ 채널 및 TRPC 15 채널을 포함한 기계 감응성 이온 채널의 조절자라는 사실을 뒷받침합니다.
디스트로핀은 줄무늬 근육 세포의 항상성 기능에 중요하지만, 정확한 지지 메커니즘, 특히 디스트로핀의 역할과 기계 센서 및 기계적 보호 장치 역할을 하는 능력은 덜 명확합니다.디스트로핀의 손실로 인해 YAP 및 AMPK와 같은 기계 감응성 단백질이 육종에 잘못 위치합니까?비정상적인 기계변환으로 이어질 수 있는 상황인 인테그린과의 혼선이 있습니까?이러한 모든 특징은 DMD 환자에서 나타나는 심각한 DCM 표현형에 기여할 수 있습니다.
또한, 세포 생체역학의 변화와 전반적인 DMD 표현형의 연관성은 중요한 임상적 의미를 갖습니다.DMD는 1:3500~5000명의 남성에게 영향을 미치는 X-연관 근이영양증으로, 초기 이동성 상실(5세 미만)과 다른 병인의 DCM보다 예후가 상당히 나쁜 진행성 DCM을 특징으로 합니다16,17,18.
디스트로핀 손실의 생체 역학은 완전히 설명되지 않았으며 여기에서는 디스트로핀이 실제로 기계 보호 역할, 즉 육종의 완전성을 유지하고 기계 변환에 중요하다는 개념을 뒷받침하는 증거를 검토합니다.또한 우리는 인테그린과의 중요한 누화, 특히 가로무늬 근육 세포의 라미닌 α7β1D 결합을 암시하는 증거를 검토했습니다.
삽입 및 삭제는 DMD의 수많은 돌연변이를 담당하며, 돌연변이의 72%가 그러한 돌연변이에 의해 발생합니다.임상적으로 DMD는 유아기(5세 이하)에 저혈압, 양성 Gower 징후, 연령 관련 변화의 진행 지연, 정신 지체 및 골격근 위축을 나타냅니다.호흡곤란은 역사적으로 DMD 환자의 주요 사망 원인이었지만, 개선된 지지요법(코르티코스테로이드, 지속적 기도양압)으로 인해 이들 환자의 기대 수명이 늘어났으며, 1990년 이후 태어난 DMD 환자의 평균 연령은 28.1세20,21입니다. ..그러나 환자 생존율이 높아질수록 진행성 DCM의 예후는 다른 심근병증에 비해 현저히 나빠16 말기 심부전으로 이어지며, 이는 현재 DMD 사망의 약 50%를 차지하는 주요 사망 원인이다17,18.
진행성 DCM은 좌심실 확장 및 순응도 증가, 심실 얇아짐, 섬유지방 침윤 증가, 수축기 기능 감소, 부정맥 빈도 증가를 특징으로 합니다.DMD 환자의 DCM 정도는 청소년기 후기(90~18세)에는 거의 보편적이지만, 10세가 되면 약 59%의 환자에서 나타납니다8,22.좌심실 박출률이 매년 1.6%씩 꾸준히 감소하고 있기 때문에 이 문제를 해결하는 것이 중요합니다23.
심장 부정맥은 DMD 환자, 특히 동성 빈맥 및 심실성 빈맥에서 흔하며 심장 돌연사의 원인입니다22.부정맥은 특히 기저부 좌심실의 섬유지방 침윤으로 인해 발생하며, 이는 복귀 회로뿐만 아니라 [Ca2+]i 처리 기능 장애 및 이온 채널 기능 장애를 손상시킵니다24,25.초기 치료 전략이 심각한 DCM의 발병을 지연시킬 수 있으므로 임상적 심장 증상을 인식하는 것이 중요합니다.
심장 기능 장애 및 골격근 이병률 치료의 중요성은 DMD에 존재하는 근본적인 심장 문제를 해결하지 않고 골격근 조직 개선 효과를 연구하기 위해 mdx26이라는 DMD 마우스 모델을 사용한 흥미로운 연구에서 나타났습니다.여기에서 저자들은 골격근이 개선된 후 심장 기능 장애가 역설적으로 5배 증가한 것을 입증했으며, 생쥐의 박출률이 크게 감소했습니다26.향상된 골격근 기능은 더 높은 신체 활동으로 인해 심근에 더 많은 부담을 가해 전반적인 기능 장애에 더 취약해집니다.이는 일반적으로 DMD 환자 치료의 중요성을 강조하고 골격근 치료 단독에 대한 주의를 강조합니다.
DGC는 여러 가지 추가 기능을 수행합니다. 즉, 육종에 구조적 안정성을 제공하고, 신호 연결 역할을 하는 분자 비계가 되고, 늑골 기계적 전달의 핵심인 기계 감응성 이온 채널을 조절하고, 늑골 영역에서 측면 힘의 전달에 참여합니다. 갈비뼈 (그림 1b)..디스트로핀은 이 능력에서 중심적인 역할을 하며, 많은 내부 프로모터의 존재로 인해 여러 가지 다른 이소형이 있으며 각각은 서로 다른 조직에서 서로 다른 역할을 합니다.다양한 디스트로핀 동형의 차등적 조직 발현은 각 동형이 서로 다른 역할을 한다는 개념을 뒷받침합니다.예를 들어, 심장 조직은 디스트로핀의 전체 길이(Dp427m)와 더 짧은 Dp71m 이소형을 발현하는 반면, 골격 조직은 둘 중 첫 번째만 발현합니다.각 아형의 역할을 관찰하면 생리학적 기능뿐만 아니라 근이영양증의 발병기전도 밝힐 수 있습니다.
전체 길이 디스트로핀(Dp427m)과 더 작고 잘린 Dp71 이소형의 도식적 표현.디스트로핀은 액틴 결합 도메인(ABD), 시스테인 풍부(CR) 도메인 및 C 말단(CT)뿐만 아니라 4개의 루프로 분리된 24개의 스펙트린 반복을 가지고 있습니다.미세소관(MT)과 육종을 포함한 주요 결합 파트너가 확인되었습니다.Dp71에는 많은 이소형이 있으며, Dp71m은 근육 조직을 나타내고 Dp71b는 신경 조직 이소형을 나타냅니다.특히, Dp71f는 뉴런의 세포질 이소형을 의미합니다.b 디스트로핀-당단백질 복합체(DHA)는 전체적으로 육종에 위치합니다.생체역학적 힘은 ECM과 F-액틴 사이를 전환합니다.DGC와 인테그린 접착 사이의 잠재적 누화에 주목하십시오. Dp71은 초점 접착에서 역할을 할 수 있습니다.Biorender.com으로 제작되었습니다.
DMD는 가장 흔한 근이영양증이며 DMD의 돌연변이로 인해 발생합니다.그러나 항디스트로핀의 역할에 대한 현재의 이해를 완전히 이해하려면 DGC 전체의 맥락에서 이를 배치하는 것이 중요합니다.따라서, 다른 구성 단백질에 대해 간략하게 설명한다.DGC의 단백질 구성은 1980년대 후반에 특히 디스트로핀에 주목하면서 연구되기 시작했습니다.Koenig27,28, Hoffman29 및 Ervasti30은 가로무늬 근육에서 427kDa 단백질인 디스트로핀을 확인함으로써 중요한 발견을 했습니다.
그 후, 현재 DGC 모델을 함께 구성하는 sarcoglican, transsyn, dystrophin subcomplex, dysbrevin 및 syntrophins8을 포함한 다른 하위 복합체가 디스트로핀과 연관되어 있는 것으로 나타났습니다.이 섹션에서는 먼저 개별 구성 요소를 자세히 검토하면서 기계 감각 인식에서 DGC의 역할에 대한 증거를 전파합니다.
줄무늬 근육 조직에 존재하는 전장 디스트로핀 이소형은 Dp427m(예: 뇌와 구별하기 위해 근육의 경우 "m")이며 심근세포 육종 아래, 특히 늑골 부위에 위치한 4개의 기능성 도메인을 가진 큰 막대 모양의 단백질입니다. 29, 32. Xp21.1의 DMD 유전자에 의해 암호화된 Dp427m은 2.2메가베이스에서 생성된 79개의 엑손으로 구성되므로 우리 게놈에서 가장 큰 유전자입니다8.
DMD의 여러 내부 프로모터는 여러 개의 절단된 디스트로핀 이소형을 생성하며, 그 중 일부는 조직 특이적입니다.Dp427m과 비교하여 Dp71m은 상당히 잘리고 스펙트린 반복 도메인이나 N 말단 ABD 도메인이 부족합니다.그러나 Dp71m은 C 말단 결합 구조를 유지합니다.심근세포에서 Dp71m의 역할은 불분명하지만 T 세뇨관에 국한되는 것으로 나타나 여기-수축 커플링을 조절하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다 33,34,35.우리가 아는 한, 심장 조직에서 Dp71m의 최근 발견은 거의 주목을 받지 못했지만 일부 연구에서는 이것이 신장 활성화 이온 채널과 연관되어 있다고 제안하고 Masubuchi는 이것이 nNOS33의 조절에 역할을 할 수 있다고 제안했습니다., 36. 그렇게 함으로써 Dp71은 심근세포의 역할에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 신경생리학 및 혈소판 연구에서 상당한 주목을 받았습니다37,38,39.
신경 조직에서는 Dp71b isoform이 주로 발현되며 14개의 isoform이 보고되었습니다.중추신경계의 아쿠아포린 4 및 Kir4.1 칼륨 채널의 중요한 조절자인 Dp71b의 결실은 혈액뇌장벽 투과성을 변화시키는 것으로 나타났습니다40.이온 채널 조절에서 Dp71b의 역할을 고려할 때 Dp71m은 심근세포에서 유사한 역할을 할 수 있습니다.
늑골 신경절에 DGC가 존재한다는 것은 기계적 변환의 역할을 즉각적으로 나타내며 실제로 인테그린-탈린-빈쿨린 복합체와 함께 위치하는 것으로 나타났습니다41.더욱이, 늑골 부분이 횡단 ​​기계변환의 초점이라는 점을 감안할 때, 여기서 Dp427m의 국소화는 수축으로 인한 손상으로부터 세포를 보호하는 역할을 강조합니다.또한, Dp427m은 액틴 및 미세소관 세포골격과 상호작용하여 세포내 환경과 세포외 기질 사이의 연결을 완성합니다.
액틴 결합 도메인 1(ABD1)을 포함하는 N 말단은 F-액틴과 상호 작용하고 γ-액틴 이소형을 육종에 고정하는 데 필요한 두 개의 칼모듈린 상동성 도메인(CH)으로 구성됩니다.디스트로핀은 근육절막하 세포골격에 부착하여 심근세포의 전반적인 점탄성에 기여할 수 있으며, 늑골 신경절에 위치함으로써 기계적 보호뿐만 아니라 기계적 전달에도 관여합니다44,45.
중앙 코어 도메인은 24개의 스펙트린 유사 반복 단백질로 구성되며, 각 단백질의 길이는 약 100개의 아미노산 잔기입니다.스펙트린 반복은 4개의 힌지 도메인으로 산재되어 있어 단백질 유연성과 높은 확장성을 제공합니다.디스트로핀 스펙트린 반복은 21nm에서 84nm까지 확장되는 생리학적 힘(15-30pN) 범위 내에서 전개될 수 있으며, 이는 미오신 수축을 위해 달성 가능한 힘입니다 46.스펙트린 반복 도메인의 이러한 특징은 디스트로핀이 분자 충격 흡수제 역할을 할 수 있게 해줍니다.
Dp427m의 중심 막대는 특히 포스파티딜세린 47,48과의 소수성 및 정전기적 상호작용을 통해 육종의 위치를 ​​보장합니다.흥미롭게도 디스트로핀의 중심 코어는 골격 및 심장 조직의 사르콜렘마 인지질과 다르게 상호작용하며, 이는 아마도 다른 스프링 패턴을 반영할 수 있습니다.중요하지만 골격근도 R10-R1249와 연관되어 있습니다.
γ-액틴 세포골격에 결합하려면 기본 아미노산 잔기로 구성되고 F-액틴 결합 CH 도메인과 다른 ABD2 스펙트린 반복 11-17 영역이 필요합니다.미세소관은 디스트로핀의 핵심 도메인과 직접 상호작용합니다. 이 상호작용에는 스펙트린 반복 4-15 및 20-23의 잔기가 필요하며, 이 부위에서 미세소관의 형성을 방지하려면 안키린 B의 존재가 필요합니다.튜브가 없습니다 50,51,52.미세소관과 디스트로핀 사이의 격차는 반응성 산소종(X-ROS)을 증가시켜 DMD 병리를 악화시키는 것으로 나타났습니다.
Ankyrin B를 통한 CR 도메인은 근절부 인지질의 또 다른 앵커입니다.안키린-B와 안키린-G는 디스트로핀/DGC의 갈비뼈 국소화에 필요하며, 이들의 부재로 인해 DGC52의 확산성 근절 패턴이 발생합니다.
CR 도메인은 β-DG의 PPxY 결합 모티프와 직접 상호작용하는 WW 결합 도메인을 포함합니다.디스트로핀-글리칸 복합체에 부착함으로써 디스트로핀은 세포 내부와 외부 사이의 연결을 완성합니다54.ECM과 세포 내부 사이의 연결이 중단되면 생명을 제한하는 근이영양증이 발생한다는 사실에서 알 수 있듯이 이러한 연결은 가로무늬 근육에 매우 중요합니다.
마지막으로, CT 도메인은 코일형 나선을 형성하는 고도로 보존된 영역이며 α-디스트로브레빈 및 α1-,β1-신트로핀55,56에 결합하는 데 중요합니다.α-디스트로브레빈은 디스트로핀의 CT 도메인에 결합하여 사르콜렘마57에서 디스트로핀에 대한 추가 저항성을 제공합니다.
배아 및 태아 발달 동안 Utrophin은 내피 세포, 신경 조직 및 줄무늬 근육 조직을 포함한 다양한 조직에서 광범위하게 발현됩니다58.유트로핀은 염색체 6q에 위치한 UTRN에 의해 ​​발현되며 80% 단백질 상동성을 갖는 디스트로핀 자가로그입니다.발달 과정에서 유트로핀은 육종에 국한되지만 출생 후 가로무늬근 조직에서는 현저하게 억제되어 디스트로핀으로 대체됩니다.출생 후, 유트로핀의 국소화는 골격근의 힘줄과 신경근 접합부로 제한됩니다58,59.
유트로핀 결합 파트너는 디스트로핀과 대체로 유사하지만 몇 가지 주요 차이점이 설명되어 있습니다.예를 들어, 디스트로핀은 CT 영역 내의 ZZ 도메인(2개의 아연 이온을 결합하는 능력으로 명명됨)에 의해 안정화되는 WW 도메인을 통해 β-DG와 상호작용하며, 여기서 시스테산 잔기 3307-3354는 이 상호작용에 특히 중요합니다60 ., 61. 유트로핀은 WW/ZZ 도메인을 통해 β-DG에도 결합하지만, 이 상호작용을 뒷받침하는 정확한 잔기는 디스트로핀 잔기(디스트로핀의 3307~3345, 유트로핀의 3064~3102)와 다릅니다60,61.중요하게도, 유트로핀의 β-DG 결합은 디스트로핀 61에 비해 약 2배 낮았습니다. 디스트로핀은 스펙트린 반복 11-17을 통해 F-액틴에 결합하는 것으로 보고된 반면, 유트로핀의 유사한 부위는 F-액틴에 결합할 수 없습니다. 농도는 높지만 CH 도메인을 통해 상호 작용할 수 있습니다.조치 62,63,64.마지막으로 디스트로핀과 달리 유트로핀은 미세소관에 결합할 수 없습니다51.
생체역학적으로 유트로핀 스펙트린 반복은 디스트로핀65에 비해 뚜렷한 전개 패턴을 ​​가지고 있습니다.Utrophin-spectrin은 titin과 유사하지만 dystrophin은 아닌 더 높은 힘에서 전개를 반복합니다.이는 힘줄 연결부에서 견고한 탄성력 전달에 대한 위치 및 역할과 일치하지만, 수축에 의해 유발된 완충력에서 유트로핀이 분자 스프링 역할을 하는 데 덜 적합하게 만들 수 있습니다 65.종합적으로 말하자면, 이러한 데이터는 특히 서로 다른 결합 파트너/메커니즘이 주어지면 유트로핀 과발현이 있을 때 기계 변환 및 기계 버퍼링 기능이 변경될 수 있음을 시사하지만 이를 위해서는 추가 실험 연구가 필요합니다.
기능적 관점에서 유트로핀이 디스트로핀과 유사한 효과를 갖는 것으로 믿어진다는 사실은 유트로핀을 DMD의 잠재적인 치료 표적으로 만듭니다66,67.실제로 일부 DMD 환자는 아마도 보상 메커니즘으로 유트로핀을 과발현하는 것으로 나타났으며 유트로핀 과발현이 있는 마우스 모델에서 표현형이 성공적으로 복원되었습니다68.유트로핀의 상향 조절이 가능한 치료 전략인 반면, 유트로핀과 디스트로핀 사이의 형식적, 기능적 차이와 육종을 따라 적절한 국소화로 이러한 과발현을 유도하는 유용성을 고려하면 유트로핀의 장기 전략은 여전히 ​​불분명합니다.특히, 여성 보인자는 유트로핀 발현의 모자이크 패턴을 나타내며, 디스트로핀과 유트로핀의 비율은 보인자의 쥐 모델에서 나타났음에도 불구하고 이러한 환자의 확장성 심근병증 정도에 영향을 미칠 수 있습니다..
디스트로글리칸 하위복합체는 α- 및 β-디스트로글리칸(α-, β-DG)이라는 두 개의 단백질로 구성되며, 둘 다 DAG1 유전자에서 전사된 다음 번역 후 두 개의 구성 단백질로 절단됩니다71.α-DG는 DGC의 세포외 측면에서 고도로 글리코실화되어 있으며 라미닌 α2의 프롤린 잔기뿐만 아니라 agrin72 및 picaculin73 및 디스트로핀의 CT/CR 영역73,74,75,76과 직접 상호작용합니다.특히 세린 잔기의 O-결합 글리코실화는 ECM과의 상호작용에 필요합니다.글리코실화 경로에는 돌연변이가 근이영양증을 유발하는 많은 효소가 포함되어 있습니다(표 1 참조).여기에는 O-만노실트랜스퍼라제 POMT2, 푸쿠틴 및 푸쿠틴 관련 단백질(FKRP), 코어 글리칸에 직렬 리비톨 인산염을 추가하는 두 개의 리비톨 포스포트랜스퍼라제, 자일로스 및 포도당을 추가하는 LARGE1 단백질이 포함됩니다.선형 우론산 다당류는 글리칸 말단에 매트릭스 글리칸으로도 알려져 있습니다77.FKRP는 ECM의 개발 및 유지에도 관여하며 FKRP의 돌연변이로 인해 라미닌 α2 및 α-DG의 발현이 감소됩니다77,78,79.또한 FKRP는 글리코실화된 피브로넥틴 80을 통해 기저판과 심장 세포외 기질의 형성을 지시할 수도 있습니다.
β-DG에는 YAP12를 직접적으로 위치시키고 격리시키는 PPxY 결합 모티프가 포함되어 있습니다.이는 DGC가 심근세포 주기를 조절한다는 점에서 흥미로운 발견입니다.신생아 심근세포의 α-DH는 아그린과 상호작용하여 세포 성숙으로 인한 심장 재생 및 DGC76 용해를 촉진합니다.심근세포가 성숙해짐에 따라 aggrin 발현은 세포주기 정지에 기여하는 것으로 생각되는 laminin을 선호하여 감소합니다.Morikawa12는 디스트로핀과 YAP의 음성 조절자인 살바도르의 이중 녹다운이 경색을 유발하는 반추위에서 심근세포의 과다증식을 유도한다는 것을 보여주었습니다.이로 인해 YAP 조작이 심근경색 후 조직 손실을 예방하는 데 임상적 가치가 있을 수 있다는 흥미로운 아이디어가 탄생했습니다.따라서, 아그린 유발 DGC 용해는 YAP 활성화를 허용하는 축을 나타낼 수 있으며 심장 재생을 위한 잠재적인 경로입니다.
기계적으로 α- 및 β-DG는 육종과 기저층(81) 사이의 상호 작용을 유지하는 데 필요합니다.α-DG와 α7 인테그린은 모두 늑골 신경절에서 힘 생성에 기여하며 α-DG의 손실로 인해 근막이 기저판에서 분리되어 골격근 조직이 수축으로 인한 손상에 취약해집니다.이전에 설명한 바와 같이, 디스트로글리칸 복합체는 DGC의 전반적인 회전율을 조절하며, 동족 리간드 라미닌에 결합하면 β-DG892의 PPPY 결합 모티프의 티로신 인산화가 발생합니다.여기서 티로신 인산화는 디스트로핀 분해를 촉진하여 DGC 복합체를 뒤집습니다.생리학적으로 이 과정은 고도로 조절되는데, 이는 근이영양증에는 나타나지 않지만82 이 과정을 제어하는 ​​기본 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다.
순환 신장은 디스트로핀 복합체 및 관련 단백질 플렉틴을 통해 ERK1/2 및 AMPK 경로를 활성화하는 것으로 나타났습니다83.플렉틴과 디스트로글리칸은 함께 뼈대 역할을 할 뿐만 아니라 기계전달에도 참여해야 하며, 플렉틴의 녹다운은 ERK1/2 및 AMPK83의 활성을 감소시킵니다.플렉틴은 또한 세포골격 중간 필라멘트 desmin에 결합하며 desmin 과발현은 DMD84 이중 녹아웃 마우스 모델인 mdx:desmin 및 mdx 마우스에서 질병 표현형을 개선하는 것으로 나타났습니다.β-DG와 상호작용함으로써 플렉틴은 DGC를 세포골격의 이 구성요소에 간접적으로 결합시킵니다.또한, 디스트로글리칸은 세포골격 재배열에 관여하는 것으로 알려진 성장인자 수용체 결합 단백질 2(Grb2)와 상호작용합니다85.인테그린에 의한 Ras 활성화는 Grb2를 통해 매개되는 것으로 나타났으며, 이는 인테그린과 DGC86 사이의 누화에 대한 잠재적인 경로를 제공할 수 있습니다.
α-DH 글리코실화에 관여하는 유전자의 돌연변이는 소위 근이영양증을 유발합니다.디스트로글리카노병증은 임상적 이질성을 나타내지만 주로 α-DG와 라미닌 α277 사이의 상호작용 중단으로 인해 발생합니다.DAG1의 일차 돌연변이로 인한 디스트로피글리카노스는 일반적으로 극히 드물며, 이는 아마도 배아에 치명적이기 때문에87 ECM과 세포 연관성의 필요성을 확인하는 것입니다.이는 대부분의 영양 장애 글리칸 질환이 글리코실화와 관련된 2차 단백질 돌연변이에 의해 발생한다는 것을 의미합니다.예를 들어, POMT1의 돌연변이는 무뇌증과 현저하게 단축된 기대 수명(3년 미만)을 특징으로 하는 극도로 심각한 워커-워버그 증후군을 유발합니다88.그러나 FKRP 돌연변이는 주로 (항상 그런 것은 아니지만) 상대적으로 가벼운 사지근이영양증(LGMD)으로 나타납니다.그러나 FKRP의 돌연변이는 WWS89의 드문 원인인 것으로 나타났습니다.FKRP에서 많은 돌연변이가 확인되었으며, 그 중 창시자 돌연변이(c.826>A)가 가장 일반적으로 LGMD2I90을 유발합니다.
LGMD2I는 상대적으로 경미한 근이영양증으로, 그 병인은 세포외 기질과 세포내 세포골격 사이의 연결 붕괴에 기초합니다.이들 유전자에 돌연변이가 있는 환자의 유전형과 표현형 사이의 관계는 덜 명확하며 실제로 이 개념은 다른 DSC 단백질에도 적용 가능합니다.FKRP 돌연변이가 있는 일부 환자는 WWS와 일치하는 질병 표현형을 보이는 반면 다른 환자는 LGMD2I를 갖는 이유는 무엇입니까?이 질문에 대한 대답은 i) 글리코실화 경로의 어느 단계가 돌연변이에 의해 영향을 받는지, 또는 ii) 특정 단계에서 저글리코실화 정도에 있을 수 있습니다.α-DG의 저당화는 여전히 ECM과 어느 정도 상호작용을 허용하여 전체적인 표현형을 더 경미하게 만드는 반면, 기저막으로부터의 해리는 질병 표현형의 심각도를 증가시킵니다.LGMD2I 환자는 DCM도 발병하지만 이는 DMD에 비해 문서화가 덜 되어 심근세포의 맥락에서 이러한 돌연변이를 이해하는 것이 시급하다는 동기를 부여합니다.
사르코스판-사르코글리칸 하위 복합체는 DHA의 형성을 촉진하고 β-DH와 직접 상호작용합니다.심장 조직에는 α, β, γ 및 δ91의 4가지 단방향 사르코글리칸이 있습니다.SGCA 유전자의 엑손 3에 있는 c.218C>T 미스센스 돌연변이와 엑손 7-8에 있는 부분적인 이형접합성 결실이 LGMD2D92를 유발한다는 것이 최근에 기술되었습니다.그러나 이 경우 저자는 심장 표현형을 평가하지 않았습니다.
다른 그룹에서는 porcine93 및 mouse94 모델의 SGCD가 사르코글리칸 하위 복합체의 단백질 발현을 감소시켜 DGC의 전체 구조를 파괴하고 DCM으로 이어진다는 사실을 발견했습니다.또한, SGCA, SGCB, SGCG 돌연변이가 있는 전체 환자의 19%가 확장성 심근병증을 앓고 있는 것으로 보고되었으며, 전체 환자의 25%도 호흡 지원이 필요했습니다95.
사르코글리칸(SG) δ의 열성 돌연변이는 사르코글리칸 복합체의 감소 또는 완전한 부재를 초래하고 이에 따라 심장 조직의 DGC가 발생하며 LGMD 및 이와 관련된 DCM96을 담당합니다.흥미롭게도 SG-δ의 우성 음성 돌연변이는 심혈관계에 특이적이고 가족성 확장성 심근병증의 원인입니다97.SG-δ R97Q 및 R71T 우성 음성 돌연변이는 전체 DGC98의 심각한 손상 없이 쥐 심근세포에서 안정적으로 발현되는 것으로 나타났습니다.그러나 이러한 돌연변이를 지닌 심장 세포는 DCM98 표현형과 일치하여 기계적 스트레스 하에서 육종 손상, 투과성 및 기계적 기능 장애에 더 취약합니다.
Sarcospan(SSPN)은 사르코글리칸 하위 복합체에 국한된 25kDa 테트라스파닌이며 단백질 골격 역할을 하는 것으로 여겨집니다99,100.단백질 지지체로서 SSPN은 α-DG99,101의 위치화 및 글리코실화를 안정화합니다.마우스 모델에서 SSPN의 과발현은 근육과 라미닌 사이의 결합을 증가시키는 것으로 밝혀졌습니다 102 .또한, SSPN은 인테그린과 상호작용하는 것으로 나타났으며, 이는 두 개의 갈비뼈 연결부인 DGC와 인테그린-탈린-빈쿨린 당단백질 구조 사이의 누화 정도를 시사합니다.SSPN의 녹다운은 또한 마우스 골격근에서 α7β1의 증가를 가져왔습니다.
최근 연구에 따르면 sarcospan 과발현은 DMD의 mdx 마우스 모델에서 갈락토실아미노트랜스퍼라제 2(Galgt2) 녹다운과 독립적으로 심장 조직에서 α-DG의 성숙 및 글리코실화를 향상시켜 질병 표현형 101을 완화시키는 것으로 나타났습니다. 디스트로글리칸 복합체의 글리코실화 증가는 다음과 같은 상호 작용을 향상시킬 수 있습니다. ECM으로 인해 질병이 가장 완화됩니다.또한 그들은 sarcospan의 과발현이 β1D 인테그린과 DGC의 상호 작용을 감소시켜 인테그린 복합체의 조절에서 sarcospan의 가능한 역할을 강조한다는 것을 보여주었습니다.
신트로핀은 DGC에 위치하는 작은(58kDa) 단백질 계열로, 그 자체로는 고유한 효소 활성을 갖지 않으며 분자 어댑터 역할을 합니다.5개의 이소형(α-1, β-1, β-2, γ-1 및 γ-2)이 조직 특이적 발현을 나타내는 것으로 확인되었으며, α-1 이소형은 주로 줄무늬 근육 조직에서 발현됩니다 105.신트로핀은 골격근의 뉴런 산화질소 합성효소(nNOS)를 포함하여 디스트로핀과 신호 분자 사이의 통신을 촉진하는 중요한 어댑터 단백질입니다106.α-신트로핀은 디스트로핀 16-17 스펙트린 반복 도메인과 직접 상호작용하며, 이는 차례로 nNOS106,107 PDZ 결합 모티프에 결합합니다.
신트로핀은 또한 PH2 및 SU 결합 도메인을 통해 디스트로브레빈과 상호작용하며 액틴 세포골격 108 과도 상호작용합니다.실제로, 신트로핀은 세포골격 역학의 조절에 특히 중요한 역할을 하는 것으로 보이며, α 및 β 이소형은 F-액틴 108과 직접 상호작용할 수 있으므로 긴장감 조절 및 세포의 생체역학에 역할을 할 가능성이 높습니다. 효과.또한 신트로핀은 Rac1109를 통해 세포골격을 조절하는 것으로 나타났습니다.
신트로핀 수준을 조절하면 기능이 회복될 수 있으며, 미니-디스트로핀을 사용한 최근 연구에서는 ΔR4-R23/ΔCT 구조물이 α-신트로핀 및 기타 DGC 단백질을 WT mdx 심근세포와 비슷한 수준으로 회복할 수 있음을 보여주었습니다.
세포골격 조절에서의 역할 외에도 신트로핀은 이온 채널 조절에서도 잘 문서화되어 있습니다 111,112,113.신트로핀의 PDZ 결합 모티프는 심장 흥분성과 전도를 확립하는 데 중요한 역할을 하는 심장 전압 의존성 Nav1.5111 채널을 조절합니다.흥미롭게도, mdx 마우스 모델에서는 Nav1.5 채널이 하향조절되는 것으로 밝혀졌으며 동물에서 심장 부정맥이 발견되었습니다 111.또한, 기계 민감성 이온 채널 계열인 일시적 수용체 전위 채널(TRPC)은 심장 조직에서 α1-신트로핀에 의해 조절되는 것으로 나타났으며 113 TRPC6 억제는 DMD112 마우스 모델에서 부정맥을 개선하는 것으로 나타났습니다.DMD에서 증가된 TRPC6 활성은 심장 부정맥을 초래하는 것으로 보고되었으며 이는 PKG 112와 결합될 때 완화됩니다.기계적으로 디스트로핀 고갈은 심근세포와 혈관 평활근 세포에서 볼 수 있듯이 TRPC6의 상류에서 작용하여 TRPC6을 활성화시키는 [Ca2+]i의 신장 유도 유입을 촉진합니다112,114.TRPC6의 과도한 활성화로 인해 TRPC6은 DMD112,114의 주요 기계 센서이자 잠재적인 치료 표적이 됩니다.
디스트로핀의 손실은 전체 DGC 복합체의 용해 또는 현저한 억제로 이어지며, 이후 많은 기계적 보호 및 기계적 전달 기능의 손실로 인해 DMD의 가로무늬 근육 조직에서 볼 수 있는 치명적인 표현형이 발생합니다.따라서 RSK가 함께 작동하고 개별 구성 요소가 다른 구성 요소의 존재와 기능에 의존한다는 점을 고려하는 것이 합리적일 수 있습니다.이는 심근세포에서 육종 복합체의 조립 및 국소화에 필요한 것으로 보이는 디스트로핀의 경우 특히 그렇습니다.각 구성요소는 육종의 전반적인 안정화, 주요 보조 단백질의 위치화, 이온 채널 및 유전자 발현의 조절에 기여하는 독특한 역할을 하며, DGC에서 단일 단백질의 손실은 전체 심근의 조절 장애를 초래합니다.
위에서 볼 수 있듯이 많은 DGC 단백질은 기계적 전달 및 신호 전달에 관여하며 디스트로핀은 특히 이 역할에 적합합니다.DGC가 갈비뼈에 위치하면 인테그린과 함께 기계적 전달에 참여한다는 의견이 확인됩니다.따라서 DGC는 물리적으로 이방성 힘 전달을 겪고 긴장감 모델과 일치하여 세포 내 미세 환경의 기계 감각 및 세포 골격 재배열에 참여합니다.또한 Dp427m은 중앙 코어 도메인 내에서 스펙트린 반복을 확장하여 들어오는 생체 역학적 힘을 완충하여 확장된 800 nm 범위에 걸쳐 25 pN 풀림 힘을 유지함으로써 기계 보호 장치 역할을 합니다.분할을 통해 디스트로핀은 심근세포에 의해 생성된 수축-이완의 힘을 "완충"할 수 있습니다10.스펙트린 반복 도메인과 상호작용하는 단백질 및 인지질의 다양성을 고려할 때, 스펙트린 반복 풀림이 탈린과 유사한 방식으로 기계 민감성 단백질의 결합 동역학을 변경하는지 여부를 추측하는 것은 흥미롭습니다.그러나 이는 아직 결정되지 않았으며 추가 조사가 필요합니다.