الفولاذ المقاوم للصدأ 347 / 347H أنابيب لفائف ملحومة المكون الكيميائي، دور مجمعات البروتين السكري ديستروفين في النقل الميكانيكي للخلايا العضلية

شكرا لكم لزيارة Nature.com.أنت تستخدم إصدار متصفح مع دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).بالإضافة إلى ذلك، ولضمان الدعم المستمر، نعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
أشرطة التمرير تعرض ثلاث مقالات لكل شريحة.استخدم زري الرجوع والتالي للتنقل عبر الشرائح، أو أزرار التحكم في الشرائح الموجودة في النهاية للتنقل خلال كل شريحة.

الديستروفين هو البروتين الرئيسي لمجمع ديستروفين-بروتين سكري (DGC) في العضلات الهيكلية والخلايا العضلية القلبية.يربط الديستروفين الهيكل الخلوي للأكتين بالمصفوفة خارج الخلية (ECM).يمكن أن يكون لتمزق الاتصال بين المصفوفة خارج الخلية والهيكل الخلوي داخل الخلايا عواقب مدمرة على توازن خلايا العضلات الهيكلية، مما يؤدي إلى عدد من الحثل العضلي.بالإضافة إلى ذلك، يؤدي فقدان الخلايا الجذعية السرطانية الوظيفية إلى اعتلال عضلة القلب التوسعي التدريجي والوفاة المبكرة.يعمل الديستروفين كنابض جزيئي ويلعب DHA دورًا رئيسيًا في الحفاظ على سلامة الغمد الضموري.علاوة على ذلك، تتراكم الأدلة التي تربط DGC بالإشارات الآلية، على الرغم من أن هذا الدور لا يزال غير مفهوم بشكل جيد.تهدف مقالة المراجعة هذه إلى تقديم رؤية حديثة لـ DGCs ودورها في النقل الميكانيكي.نناقش أولاً العلاقة المعقدة بين ميكانيكا الخلايا العضلية ووظيفتها، ثم نراجع الأبحاث الحديثة حول دور مركب البروتين السكري الدستروفين في النقل الميكانيكي والحفاظ على السلامة الميكانيكية الحيوية للخلايا العضلية.أخيرًا، نقوم بمراجعة الأدبيات الحالية لفهم كيفية تقاطع إشارات DGC مع مسارات الإشارات الميكانيكية لتسليط الضوء على نقاط التدخل المستقبلية المحتملة، مع التركيز بشكل خاص على اعتلال عضلة القلب.
تكون الخلايا على اتصال دائم مع بيئتها الدقيقة، ويعد الحوار المتبادل بينها ضروريًا لتفسير وتكامل المعلومات الميكانيكية الحيوية.تتحكم الميكانيكا الحيوية في الأحداث الرئيسية اللاحقة (على سبيل المثال، إعادة ترتيب الهيكل الخلوي) عن طريق التحكم في النمط الظاهري الخلوي الشامل في المكان والزمان.المنطقة المركزية في هذه العملية في الخلايا العضلية القلبية هي المنطقة الساحلية، وهي المنطقة التي يتصل فيها غمد اللحم بقسيم عضلي يتكون من مجمعات إنتغرين-تالين-فينكولين وديستروفين-بروتين سكري (DGC).ترتبط هذه الالتصاقات البؤرية المنفصلة (FAs) بالهيكل الخلوي داخل الخلايا، وتنشر سلسلة من التغيرات الخلوية الميكانيكية الحيوية والكيميائية الحيوية التي تتحكم في التمايز، والانتشار، وتكوين الأعضاء، والهجرة، وتطور المرض، والمزيد.يُعرف تحويل القوى الميكانيكية الحيوية إلى تغييرات جينية و/أو كيميائية حيوية (epi) باسم النقل الميكانيكي.
من المعروف منذ فترة طويلة أن مستقبلات غشاء الإنتغرين 2 تقوم بتثبيت المصفوفة خارج الخلية في الخلايا والتوسط في كل من الإشارات الداخلية والخارجية.بالتوازي مع الإنتغرينات، تربط الخلايا DGCs ECM بالهيكل الخلوي، مما يؤدي إلى إنشاء رابط مهم بين خارج الخلية وداخلها 3 .يتم التعبير عن الديستروفين كامل الطول (Dp427) بشكل أساسي في عضلات القلب والهيكل العظمي، ولكن يتم ملاحظته أيضًا في أنسجة الجهاز العصبي المركزي، بما في ذلك شبكية العين وأنسجة بوركينجي.يُعتقد أن الطفرات في الإنتغرينات وDGC هي أسباب الحثل العضلي واعتلال عضلة القلب التوسعي التدريجي (DCM) (الجدول 1)5،6.على وجه الخصوص، تسبب طفرات DMD التي تشفر بروتين الديستروفين المركزي DGCs الحثل العضلي الدوشيني (DMD) 7.يتكون DGC من عدة مجمعات فرعية بما في ذلك α- و β-ديستروجليكان (α/β-DG)، ساركوجليكان-سبانين، ديستروفين، وديستروفين 8.
الديستروفين هو بروتين هيكلي خلوي مشفر بواسطة DMD (Xp21.1-Xp22) والذي يلعب دورًا رئيسيًا في الحفاظ على DGC.يحافظ DGC على سلامة غمد الليف العضلي، وهو الغشاء البلازمي للأنسجة العضلية المخططة.يعمل الديستروفين أيضًا على تخفيف الضرر الناجم عن الانكماش من خلال العمل كنابض جزيئي وسقالة جزيئية9,10.يبلغ الوزن الجزيئي للديستروفين كامل الطول 427 كيلو دالتون، ومع ذلك، نظرًا لوجود العديد من المروجين الداخليين في DMD، هناك العديد من الأشكال الإسوية المقطوعة التي تحدث بشكل طبيعي، بما في ذلك Dp7111.
لقد ثبت أن البروتينات الملحقة تكون موضعية في الديستروفين، بما في ذلك محولات الطاقة الميكانيكية الحقيقية مثل سينسيز أكسيد النيتريك العصبي (nNOS)، والبروتين المرتبط بنعم (YAP)، والكافولين 3، وبالتالي تمثل مكونات مهمة للإشارات الخلوية.المركبات 12، 13، 14. بالإضافة إلى الالتصاق، وهي آلية خلوية مرتبطة بالتفاعلات بين الخلايا والمصفوفة، والتي تتكون من الإنتغرينات وأهدافها النهائية، يمثل هذان المركبان الواجهة بين "داخل" و"خارج" الخلية. .تعد حماية هذه الالتصاقات البؤرية من التدمير غير الطبيعي أمرًا بالغ الأهمية لسلوك الخلية وبقائها.بالإضافة إلى ذلك، تدعم البيانات أن الديستروفين هو مُعدِّل للقنوات الأيونية الحساسة ميكانيكيًا، بما في ذلك القنوات المنشطة بالامتداد، وخاصة قنوات L-type Ca2+ وقنوات TRPC 15.
على الرغم من أن الديستروفين مهم لوظيفة التوازن للخلايا العضلية المخططة، إلا أن آليات الدعم الدقيقة أقل وضوحًا، خاصة دور الديستروفين وقدرته على العمل كمستشعر ميكانيكي وحامي ميكانيكي.بسبب فقدان الديستروفين، ظهرت العديد من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها، بما في ذلك: هل البروتينات الحساسة ميكانيكيًا مثل YAP وAMPK تم تغيير موقعها إلى غمد الليف العضلي؟هل هناك تداخل مع الإنتغرينات، وهي الظروف التي يمكن أن تؤدي إلى نقل ميكانيكي غير طبيعي؟كل هذه الميزات قد تساهم في النمط الظاهري DCM الشديد الذي يظهر في المرضى الذين يعانون من DMD.
بالإضافة إلى ذلك، فإن ارتباط التغيرات في الميكانيكا الحيوية الخلوية مع النمط الظاهري DMD الشامل له آثار سريرية مهمة.DMD هو ضمور عضلي مرتبط بـ X يؤثر على 1: 3500-5000 رجل، ويتميز بفقدان مبكر للحركة (أقل من 5 سنوات) و DCM تقدمي مع تشخيص أسوأ بكثير من DCM للمسببات الأخرى 16،17،18.
لم يتم وصف الميكانيكا الحيوية لفقد الديستروفين بشكل كامل، ونحن هنا نراجع الأدلة التي تدعم فكرة أن الديستروفين يلعب بالفعل دورًا وقائيًا ميكانيكيًا، أي الحفاظ على سلامة غمد الليف العضلي، وهو أمر بالغ الأهمية في النقل الميكانيكي.بالإضافة إلى ذلك، قمنا بمراجعة الأدلة التي تشير إلى تداخل مهم مع الإنتغرينات، وتحديدًا ربط اللامينين α7β1D في خلايا العضلات المخططة.
تعتبر عمليات الإدراج والحذف مسؤولة عن عدد كبير من الطفرات في DMD، حيث تحدث 72% من الطفرات بسبب هذه الطفرات.سريريًا، يظهر الحثل العضلي الدوشني (DMD) في مرحلة الطفولة (أقل من 5 سنوات) مع انخفاض ضغط الدم، وعلامة جاور الإيجابية، وتأخر تطور التغيرات المرتبطة بالعمر، والتخلف العقلي، وضمور العضلات الهيكلية.تاريخياً كانت الضائقة التنفسية هي السبب الرئيسي للوفاة لدى مرضى الضمور العضلي الدوشيني، لكن تحسين الرعاية الداعمة (الكورتيكوستيرويدات، الضغط الهوائي الإيجابي المستمر) أدى إلى زيادة متوسط ​​العمر المتوقع لدى هؤلاء المرضى، ويبلغ متوسط ​​عمر مرضى الضمور العضلي الدوشيني المولودين بعد عام 1990 28.1 سنة20،21 ..ومع ذلك، مع زيادة بقاء المريض على قيد الحياة، يكون تشخيص DCM التدريجي أسوأ بكثير مقارنة باعتلالات عضلة القلب الأخرى، مما يؤدي إلى فشل القلب في المرحلة النهائية، والذي يعد حاليًا السبب الرئيسي للوفاة، وهو ما يمثل حوالي 50٪ من وفيات DMD.
يتميز DCM التقدمي بزيادة توسع البطين الأيسر والامتثال، وترقق البطين، وزيادة تسلل الدهون الليفية، وانخفاض الوظيفة الانقباضية، وزيادة تواتر عدم انتظام ضربات القلب.درجة DCM في المرضى الذين يعانون من DMD تكون عالمية تقريبًا في أواخر مرحلة المراهقة (90٪ إلى 18 عامًا)، ولكنها موجودة في حوالي 59٪ من المرضى بعمر 10 سنوات 8،22.تعد معالجة هذه المشكلة أمرًا بالغ الأهمية حيث أن الكسر القذفي للبطين الأيسر يتناقص بشكل مطرد بمعدل 1.6% سنويًا.
يعد عدم انتظام ضربات القلب أمرًا شائعًا في المرضى الذين يعانون من DMD، وخاصة عدم انتظام دقات القلب الجيبي وعدم انتظام دقات القلب البطيني، وهو سبب الموت القلبي المفاجئ.عدم انتظام ضربات القلب هو نتيجة لتسلل الدهون الليفية، وخاصة في البطين الأيسر تحت القاعدي، مما يضعف دوائر العودة وكذلك [Ca2 +] خلل وظيفي في المعالجة وخلل في القناة الأيونية 24،25.يعد التعرف على العرض القلبي السريري أمرًا بالغ الأهمية، حيث أن استراتيجيات العلاج المبكر قد تؤخر ظهور مرض DCM الشديد.
تظهر أهمية علاج خلل وظائف القلب ومراضة العضلات الهيكلية في دراسة مثيرة للاهتمام استخدمت نموذج فأر من DMD يسمى mdx26 لدراسة آثار تحسين أنسجة العضلات الهيكلية دون معالجة مشاكل القلب الأساسية الموجودة في DMD.هنا، أظهر المؤلفون زيادة متناقضة بمقدار 5 أضعاف في خلل وظائف القلب بعد تحسن العضلات الهيكلية، وكان لدى الفئران انخفاض كبير في الكسر القذفي.يسمح تحسين وظيفة العضلات الهيكلية بزيادة النشاط البدني لوضع المزيد من الضغط على عضلة القلب، مما يجعلها أكثر عرضة للخلل العام.وهذا يسلط الضوء على أهمية علاج مرضى DMD بشكل عام ويحذر من علاج العضلات والهيكل العظمي وحده.
تؤدي DGCs عدة وظائف إضافية، وهي توفير الاستقرار الهيكلي للورم العضلي، وتصبح سقالة جزيئية تعمل كحلقة إشارات، وتنظم القنوات الأيونية الحساسة ميكانيكيًا، وجوهر النقل الميكانيكي الساحلي، وتشارك في نقل القوة الجانبية في منطقة الأضلاع (الشكل 1 ب)..يلعب الديستروفين دورًا مركزيًا في هذه القدرة، ونظرًا لوجود العديد من المحفزات الداخلية، هناك العديد من الأشكال الإسوية المختلفة، يلعب كل منها دورًا مختلفًا في الأنسجة المختلفة.يدعم التعبير التفاضلي للأنسجة لمختلف الأشكال الإسوية للديستروفين فكرة أن كل شكل إسوي يلعب دورًا مختلفًا.على سبيل المثال، تعبر أنسجة القلب عن الطول الكامل (Dp427m) بالإضافة إلى الشكل الأقصر Dp71m من الديستروفين، في حين أن الأنسجة الهيكلية تعبر فقط عن الأول من الاثنين.ملاحظة دور كل نوع فرعي يمكن أن تكشف ليس فقط عن وظيفته الفسيولوجية، ولكن أيضًا عن التسبب في الحثل العضلي.
تمثيل تخطيطي للديستروفين كامل الطول (Dp427m) والشكل الأصغر المقطوع Dp71.يحتوي الديستروفين على 24 تكرارًا من الأطياف مفصولة بأربع حلقات، بالإضافة إلى مجال ربط الأكتين (ABD)، ومجال غني بالسيستين (CR)، ونهاية C (CT).تم تحديد الشركاء الرئيسيين الملزمين، بما في ذلك الأنابيب الدقيقة (MTs) والغشاء اللحمي.هناك العديد من الأشكال الإسوية لـ Dp71، ويشير Dp71m إلى الأنسجة العضلية ويشير Dp71b إلى الشكل الإسوي للأنسجة العصبية.على وجه الخصوص، يشير Dp71f إلى الشكل الإسوي السيتوبلازمي للخلايا العصبية.ب يقع مركب ديستروفين-بروتين سكري (DHA) في غمد اللحم ككل.تتغير القوى الميكانيكية الحيوية بين ECM وF-actin.لاحظ الحديث المتبادل المحتمل بين DGCs والتصاق الإنتغرين، قد يلعب Dp71 دورًا في الالتصاقات البؤرية.تم الإنشاء بواسطة Biorender.com.
DMD هو الحثل العضلي الأكثر شيوعًا وينتج عن طفرات في DMD.ومع ذلك، لكي نقدر تمامًا فهمنا الحالي لدور مضاد الديستروفين، من المهم وضعه في سياق DGC ككل.وهكذا، سيتم وصف البروتينات المكونة الأخرى لفترة وجيزة.بدأت دراسة تكوين بروتين DGC في أواخر الثمانينات، مع إيلاء اهتمام خاص للديستروفين.توصل كونيج 27، 28 وهوفمان 29 وإيرفاستي 30 إلى اكتشاف مهم من خلال تحديد الديستروفين، وهو بروتين 427 كيلو دالتون في العضلات المخططة .
بعد ذلك، تبين أن المجمعات الفرعية الأخرى مرتبطة بالديستروفين، بما في ذلك الساركوجليكان، والمركب الفرعي عبر غشاء الديستروفين، والديسبريفين، والسينتروفين 8، والتي تشكل معًا نموذج DGC الحالي.سيقوم هذا القسم أولاً بنشر الأدلة على دور DGC في الإدراك الحسي الميكانيكي أثناء فحص المكونات الفردية بالتفصيل.
إن شكل الديستروفين كامل الطول الموجود في الأنسجة العضلية المخططة هو Dp427m (على سبيل المثال، "m" للعضلة لتمييزها عن الدماغ) وهو بروتين كبير على شكل قضيب مع أربعة مجالات وظيفية تقع تحت غمد عضلة القلب، وخاصة في المنطقة الساحلية. 29، 32. يتكون Dp427m، المشفر بواسطة جين DMD الموجود على Xp21.1، من 79 إكسونًا تم إنشاؤها عند 2.2 ميجا قاعدة، وبالتالي فهو أكبر جين في جينومنا 8.
يقوم العديد من المحفزات الداخلية في DMD بإنتاج العديد من الأشكال الإسوية للديستروفين المقطوعة، وبعضها خاص بالأنسجة.بالمقارنة مع Dp427m، يتم اقتطاع Dp71m بشكل كبير ويفتقر إلى مجال تكرار Spectrin أو مجال N-terminal ABD.ومع ذلك، يحتفظ Dp71m ببنية ربط الطرف C.في الخلايا العضلية القلبية، دور Dp71m غير واضح، ولكن ثبت أنه يتمركز في الأنابيب T، مما يشير إلى أنه قد يساعد في تنظيم اقتران الإثارة والانكماش 33،34،35.على حد علمنا، فإن الاكتشاف الأخير لـ Dp71m في أنسجة القلب لم يحظ باهتمام كبير، لكن بعض الدراسات تشير إلى أنه يرتبط بالقنوات الأيونية المنشطة بالامتداد، واقترح ماسوبوتشي أنه قد يلعب دورًا في تنظيم nNOS33.، 36. وبذلك، تلقى Dp71 اهتمامًا كبيرًا في الفيزيولوجيا العصبية وأبحاث الصفائح الدموية، وهي المجالات التي قد توفر نظرة ثاقبة لدور في الخلايا العضلية القلبية .
في الأنسجة العصبية ، يتم التعبير عن الشكل الإسنوي Dp71b في الغالب ، مع الإبلاغ عن 14 شكلًا إسويًا .تبين أن حذف Dp71b، وهو منظم مهم لقنوات البوتاسيوم aquaporin 4 وKir4.1 في الجهاز العصبي المركزي، يغير نفاذية حاجز الدم في الدماغ .نظرًا لدور Dp71b في تنظيم القناة الأيونية، قد يلعب Dp71m دورًا مشابهًا في الخلايا العضلية القلبية.
يشير وجود DGC في العقد الساحلية على الفور إلى دوره في النقل الميكانيكي، وقد ثبت بالفعل أنه يشترك في التوطين مع مجمعات integrin-talin-vinculin 41.علاوة على ذلك، نظرًا لأن الجزء الساحلي هو محور النقل الميكانيكي المستعرض، فإن توطين Dp427m هنا يسلط الضوء على دوره في حماية الخلايا من التلف الناجم عن الانكماش.علاوة على ذلك، يتفاعل Dp427m مع الأكتين والهيكل الخلوي للأنيبيبات الدقيقة، وبالتالي يكمل الاتصال بين البيئة داخل الخلايا والمصفوفة خارج الخلية.
يتكون الطرف N الذي يحتوي على مجال ربط الأكتين 1 (ABD1) من مجالين متماثلين للهوديولين (CH ) مطلوبين للتفاعل مع F-actin وتثبيت الشكل الإسوي γ-actin في غمد الليف العضلي 42،43.قد يساهم الديستروفين في اللزوجة الشاملة للخلايا العضلية القلبية من خلال الارتباط بالهيكل الخلوي تحت الساركوليم، وتوطينه في العقد الساحلية يدعم مشاركته في النقل الميكانيكي وكذلك الحماية الميكانيكية .
يتكون المجال الأساسي المركزي من 24 بروتينًا متكررًا يشبه الطيف، يبلغ طول كل منها حوالي 100 بقايا حمض أميني.تتخلل تكرارات الأطياف أربعة مجالات مفصلية، مما يمنح البروتين مرونة ودرجة عالية من القابلية للتمدد.يمكن أن يتكرر ديستروفين سبكترين ضمن نطاق فسيولوجي للقوى (15-30 pN) يمتد من 21 نانومتر إلى 84 نانومتر، وهي قوى يمكن تحقيقها لتقلص الميوسين 46.تسمح هذه الميزات في مجال تكرار الطيف للديستروفين بالعمل كممتص للصدمات الجزيئية.
يضمن القضيب المركزي لـ Dp427m توطينه في غمد الليف العضلي، على وجه الخصوص، من خلال التفاعلات الكارهة للماء والكهروستاتيكية مع الفوسفاتيديل سيرين 47،48.ومن المثير للاهتمام أن النواة المركزية للديستروفين تتفاعل بشكل مختلف مع الدهون الفسفورية في الأنسجة الهيكلية والقلبية، مما قد يعكس أنماطًا ربيعية مختلفة.حرجة، بينما ترتبط العضلات الهيكلية أيضًا بـ R10-R1249.
يتطلب الارتباط بالهيكل الخلوي γ-actin منطقة تكرار ABD2 spectrin 11-17، والتي تتكون من بقايا الأحماض الأمينية الأساسية وتختلف عن مجال CH المرتبط بـ F-actin.تتفاعل الأنابيب الدقيقة بشكل مباشر مع المجال الأساسي للديستروفين، ويتطلب هذا التفاعل تكرار بقايا سبكترين 4-15 و20-23، كما أن وجود الأنكيرين B مطلوب لمنع تكوين الأنابيب الدقيقة في هذا الموقع.الأنابيب غائبة 50،51،52.تبين أن الفجوة بين الأنابيب الدقيقة والديستروفين تؤدي إلى تفاقم أمراض DMD عن طريق زيادة أنواع الأكسجين التفاعلية (X-ROS).
يعد مجال CR عبر ankyrin B بمثابة مرساة أخرى للدهون الفوسفورية 52.Ankyrin-B وankyrin-G مطلوبان لتوطين ضلع الديستروفين/DGC، ويؤدي غيابهما إلى نمط غمد عضلي منتشر لـ DGC52.
يحتوي مجال CR على مجال ربط WW ​​الذي يتفاعل مباشرة مع نموذج ربط PPxY الخاص بـ β-DG.من خلال الارتباط بمركب الديستروفين-جليكان، يكمل الديستروفين الارتباط بين داخل الخلية وخارجها.هذا الاتصال أمر بالغ الأهمية للعضلات المخططة، كما يتضح من حقيقة أن انقطاع الاتصال بين ECM والداخلية للخلية يؤدي إلى الحثل العضلي الذي يحد من الحياة.
أخيرًا، يعد مجال CT منطقة محفوظة للغاية وتشكل حلزونًا ملفوفًا وهي ضرورية للربط بـ α-dystrobrevin و α1-،β1-syntrovins55،56.يرتبط α-ديستروبريفين بمجال التصوير المقطعي للديستروفين ويوفر مقاومة إضافية للديستروفين في غمد الليف العضلي 57.
أثناء التطور الجنيني والجيني، يتم التعبير عن الأتروفين على نطاق واسع في الأنسجة المختلفة، بما في ذلك الخلايا البطانية والأنسجة العصبية والأنسجة العضلية المخططة.يتم التعبير عن اليوتروفين بواسطة UTRN الموجود على الكروموسوم 6q وهو عبارة عن ديستروفين ذاتي مع تماثل البروتين بنسبة 80٪.أثناء النمو، يتم تحديد اليوتروفين في غمد الليف العضلي ولكن يتم قمعه بشكل ملحوظ في الأنسجة العضلية المخططة بعد الولادة، حيث يتم استبداله بالديستروفين.بعد الولادة، يقتصر توطين الأتروفين على الأوتار والوصلات العصبية والعضلية للعضلات الهيكلية.
تتشابه شركاء ربط اليوتروفين إلى حد كبير مع شركاء الديستروفين، على الرغم من وصف بعض الاختلافات الرئيسية.على سبيل المثال، يتفاعل الديستروفين مع β-DG من خلال مجال WW الخاص به، والذي يتم تثبيته بواسطة مجال ZZ (الذي سمي لقدرته على ربط أيوني الزنك) داخل منطقة CT الخاصة به، حيث تكون بقايا حمض السيستييك 3307-3354 مهمة بشكل خاص لهذا التفاعل. .، 61. يرتبط اليتروفين أيضًا بـ β-DG عبر مجال WW/ZZ، لكن المخلفات الدقيقة التي تدعم هذا التفاعل تختلف عن بقايا الديستروفين (3307-3345 في الديستروفين و3064-3102 في اليوتروفين) 60،61.الأهم من ذلك، أن ارتباط اليوتروفين بـ β-DG كان أقل بمقدار ضعفين تقريبًا مقارنة بالديستروفين 61. وقد تم الإبلاغ عن أن الديستروفين يرتبط بـ F-actin عبر تكرارات الطيف 11-17، في حين أن المواقع المماثلة في اليوتروفين لا يمكنها الارتباط بـ F-actin، حتى عند تركيزات عالية، ولكن يمكن أن تتفاعل من خلال مجالات CH الخاصة بهم.العمل 62،63،64.أخيرًا، على عكس الديستروفين، لا يمكن لليوتروفين الارتباط بالأنيبيبات الدقيقة.
من الناحية الميكانيكية الحيوية، فإن تكرارات اليوتروفين سبكترين لها نمط متكشف متميز مقارنة بالديستروفين65.يكرر اليوتروفين سبكترين الانتشار في قوى أعلى، على غرار التيتين ولكن ليس الديستروفين65.وهذا يتفق مع توطينه ودوره في نقل القوة المرنة الصلبة عند تقاطعات الأوتار، ولكنه قد يجعل الأتروفين أقل ملاءمة للعمل كنابض جزيئي في القوى العازلة الناجمة عن الانكماش 65 .مجتمعة، تشير هذه البيانات إلى أن قدرات النقل الميكانيكي والتخزين الميكانيكي قد تتغير في ظل وجود فرط التعبير عن اليوتروفين، خاصة في ضوء شركاء/آليات ربط مختلفة، ولكن هذا يتطلب مزيدًا من الدراسة التجريبية.
من وجهة نظر وظيفية، يعتقد أن اليوتروفين له تأثيرات مماثلة للديستروفين يجعله هدفًا علاجيًا محتملاً لـ DMD66,67.في الواقع، فقد تبين أن بعض مرضى DMD يفرطون في التعبير عن اليوتروفين، ربما كآلية تعويضية، وتمت استعادة النمط الظاهري بنجاح في نموذج الفأر مع الإفراط في التعبير عن اليوتروفين 68.في حين أن تنظيم اليوتروفين هو استراتيجية علاجية محتملة، فإن النظر في الفرق الرسمي والوظيفي بين اليوتروفين والديستروفين وفائدة إحداث هذا التعبير الزائد مع التوطين المناسب على طول غمد الليف العضلي يجعل استراتيجية اليوتروفين طويلة المدى غير واضحة.والجدير بالذكر أن الإناث الحاملات تظهر نمطًا فسيفسائيًا من تعبير اليوتروفين، وقد تؤثر النسبة بين الديستروفين واليوتروفين على درجة اعتلال عضلة القلب التوسعي لدى هؤلاء المرضى،69 على الرغم من أن النماذج الفأرية لحاملات المرض قد أظهرت ذلك..
يتكون المركب الفرعي للديستروغليكان من بروتينين، α- وβ-dystroglycan (α-، β-DG)، كلاهما منسوخ من جين DAG1 ومن ثم انقسم بعد الترجمة إلى بروتينين مكونين 71.α-DG عالي الغليكوزيل في الجانب خارج الخلية من DGCs ويتفاعل مباشرة مع بقايا البرولين في laminin α2 وكذلك مع agrin72 وpicaculin73 ومنطقة CT / CR للديستروفين 73،74،75،76.إن الغليكوزيل المرتبط بـ O، وخاصة بقايا السيرين، مطلوب لتفاعله مع ECM.يشتمل مسار الارتباط بالجليكوزيل على العديد من الإنزيمات التي تؤدي طفراتها إلى ضمور العضلات (انظر أيضًا الجدول 1).وتشمل هذه البروتينات O-mannosyltransferase POMT2، والفوكوتين والبروتين المرتبط بالفوكوتين (FKRP)، واثنين من ناقلات فوسفات الريبيتول التي تضيف فوسفات الريبيتول الترادفي إلى الجليكان الأساسي، وبروتين LARGE1 الذي يضيف الزيلوز والجلوكوز.عديد السكاريد حمض اليورونيك الخطي، المعروف أيضًا باسم جليكان المصفوفة في نهاية الجليكان 77.يشارك FKRP أيضًا في تطوير وصيانة ECM، وتؤدي الطفرات فيه إلى انخفاض التعبير عن laminin α2 و α-DG77،78،79.بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ FKRP أيضًا توجيه تكوين الصفيحة القاعدية والمصفوفة خارج الخلية القلبية من خلال فيبرونكتين الغليكوزيلاتي 80.
يحتوي β-DG على نموذج ربط PPxY الذي يقوم مباشرة بترجمة YAP12 وعزله.يعد هذا اكتشافًا مثيرًا للاهتمام لأنه يعني ضمناً أن DGC ينظم دورة خلايا عضلة القلب.يتفاعل α-DH في الخلايا العضلية القلبية الوليدية مع الأجرين، مما يعزز تجديد القلب وتحلل DGC76 بسبب نضوج الخلايا.مع نضوج الخلايا العضلية القلبية، يتناقص تعبير الأجرين لصالح اللامينين، الذي يُعتقد أنه يساهم في توقف دورة الخلية.أظهر موريكاوا 12 أن الضربة القاضية المزدوجة للديستروفين والسلفادور، وهو منظم سلبي لـ YAP، تؤدي إلى فرط انتشار الخلايا العضلية القلبية في الكرش المسببة للاحتشاء.أدى هذا إلى فكرة مثيرة مفادها أن معالجة YAP يمكن أن تكون ذات قيمة سريرية في منع فقدان الأنسجة بعد احتشاء عضلة القلب.وبالتالي، يمكن أن يمثل تحلل DGC الناجم عن الأجرين محورًا يسمح بتنشيط YAP وهو مسار محتمل لتجديد القلب.
ميكانيكيا، مطلوبة α- وβ-DG للحفاظ على التفاعل بين غمد الليف العضلي والطبقة القاعدية 81.يساهم كل من الإنتغرين α-DG وα7 في توليد القوة في العقدة الساحلية، ويؤدي فقدان α-DG إلى انفصال غمد الليف العضلي عن الصفيحة القاعدية، مما يترك أنسجة العضلات الهيكلية عرضة للضرر الناجم عن الانكماش.كما هو موضح سابقًا، ينظم مركب الديستروجليكان معدل الدوران الإجمالي لـ DGCs، حيث يؤدي الارتباط مع يجند لامينين إلى فسفرة التيروزين في نموذج ربط PPPY لـ β-DG892.يعزز فسفرة التيروزين هنا تفكيك الديستروفين، الذي يقلب مجمع DGC.من الناحية الفسيولوجية، تكون هذه العملية منظمة للغاية، وهو أمر غائب في الحثل العضلي، على الرغم من أن الآليات الأساسية التي تتحكم في هذه العملية ليست مفهومة تمامًا.
تبين أن التمدد الدوري ينشط مسارات ERK1/2 وAMPK من خلال مركب الديستروفين والبروتين ذو الصلة plectin83.معًا، يُطلب من البليكتين والديستروجليكان ليس فقط أن يعملا كسقالة، ولكن أيضًا للمشاركة في النقل الميكانيكي، وتؤدي ضربة قاضية البليكتين إلى انخفاض في نشاط ERK1/2 وAMPK83.يرتبط Plectin أيضًا بـ desmin الخيط الوسيط للهيكل الخلوي، وقد ثبت أن الإفراط في التعبير عن desmin يحسن النمط الظاهري للمرض في الفئران mdx: desmin وmdx، وهو نموذج فأر مزدوج الضربة القاضية DMD84.من خلال التفاعل مع β-DG، يربط plectin بشكل غير مباشر DGC بهذا المكون من الهيكل الخلوي.بالإضافة إلى ذلك، يتفاعل الديستروجليكان مع بروتين ربط مستقبلات عامل النمو 2 (Grb2)، والذي يُعرف بتورطه في إعادة ترتيب الهيكل الخلوي.تبين أن تنشيط Ras بواسطة integrin يتم من خلال Grb2، مما قد يوفر مسارًا محتملاً للتداخل بين integrins وDGC86.
تؤدي الطفرات في الجينات المشاركة في الارتباط بالجليكوزيل α-DH إلى ما يسمى الحثل العضلي.تُظهِر اعتلالات خلل التنسج الغليكاني عدم تجانس سريري ولكنها تنتج بشكل رئيسي عن اضطراب في التفاعل بين α-DG و laminin α277.تعد حالات ضمور الخلايا الناتجة عن الطفرات الأولية في DAG1 نادرة للغاية بشكل عام، ربما لأنها قاتلة جنينية 87، مما يؤكد الحاجة إلى الارتباط الخلوي مع ECM.وهذا يعني أن معظم أمراض الجليكان الضمورية تنتج عن طفرات البروتين الثانوية المرتبطة بالجليكوزيل.على سبيل المثال، تسبب الطفرات في POMT1 متلازمة ووكر-واربورغ الشديدة للغاية، والتي تتميز بانعدام الدماغ وانخفاض متوسط ​​العمر المتوقع بشكل ملحوظ (أقل من 3 سنوات) 88.ومع ذلك، تظهر طفرات FKRP في الغالب على شكل ضمور عضلي لحزام الأطراف (LGMD)، والذي عادة (ولكن ليس دائمًا) خفيف نسبيًا.ومع ذلك، فقد ثبت أن الطفرات في FKRP هي سبب نادر لـ WWS89.تم التعرف على العديد من الطفرات في FKRP، والتي تسبب الطفرة المؤسسة (c.826>A) في الغالب LGMD2I90.
LGMD2I هو ضمور عضلي خفيف نسبيًا يعتمد التسبب فيه على انقطاع الاتصال بين المصفوفة خارج الخلية والهيكل الخلوي داخل الخلايا.والأقل وضوحًا هو العلاقة بين النمط الجيني والنمط الظاهري لدى المرضى الذين يعانون من طفرات في هذه الجينات، وبالفعل ينطبق هذا المفهوم على بروتينات DSC الأخرى.لماذا يظهر بعض المرضى الذين يعانون من طفرات FKRP نمطًا ظاهريًا للمرض يتوافق مع WWS بينما يعاني البعض الآخر من LGMD2I؟قد تكمن الإجابة على هذا السؤال في: 1) أي خطوة من مسار الارتباط بالجليكوزيل تتأثر بالطفرة، أو 2) درجة نقص السكر في الدم في أي خطوة معينة.قد لا يزال نقص السكر في الدم لـ α-DG يسمح بدرجة معينة من التفاعل مع ECM مما يؤدي إلى نمط ظاهري أكثر اعتدالًا، في حين أن الانفصال عن الغشاء القاعدي يزيد من شدة النمط الظاهري للمرض.المرضى الذين يعانون من LGMD2I يطورون أيضًا DCM، على الرغم من أن هذا أقل توثيقًا من DMD، مما يحفز الحاجة الملحة لفهم هذه الطفرات في سياق الخلايا العضلية القلبية.
يعزز المجمع الفرعي sarcospan-sarcoglycan تكوين DHA ويتفاعل مباشرة مع β-DH.توجد أربعة ساركوغليكانات أحادية الاتجاه في أنسجة القلب: α، β، γ، وδ91.لقد تم وصف مؤخرًا أن طفرة ضائعة c.218C> T في إكسون 3 من جين SGCA وحذف متخالف جزئي في الإكسونات 7-8 تسبب LGMD2D92.ومع ذلك، في هذه الحالة، لم يقيم المؤلفون النمط الظاهري للقلب.
وقد وجدت مجموعات أخرى أن SGCD في نماذج porcine93 وmouse94 يؤدي إلى انخفاض التعبير البروتيني في مجمع الساركوجليكان الفرعي، مما يعطل البنية العامة لـ DGCs ويؤدي إلى DCM.بالإضافة إلى ذلك، تم الإبلاغ عن أن 19% من جميع المرضى الذين يعانون من طفرات SGCA أو SGCB أو SGCG يعانون من اعتلال عضلة القلب التوسعي، ويحتاج 25% من جميع المرضى أيضًا إلى دعم الجهاز التنفسي.
تؤدي الطفرات المتنحية في الساركوجليكان (SG) δ إلى انخفاض أو غياب كامل لمجمعات الساركوجليكان وبالتالي DGC في أنسجة القلب وتكون مسؤولة عن LGMD وDCM96 المرتبط به.ومن المثير للاهتمام أن الطفرات السلبية السائدة في SG-δ خاصة بنظام القلب والأوعية الدموية وهي سبب اعتلال عضلة القلب المتوسع العائلي.لقد ثبت أن الطفرات السلبية السائدة SG-δ R97Q و R71T يتم التعبير عنها بثبات في الخلايا العضلية القلبية للفئران دون ضعف كبير في إجمالي DGC98.ومع ذلك، فإن خلايا القلب التي تحمل هذه الطفرات تكون أكثر عرضة لتلف غمد الليف العضلي، والنفاذية، والخلل الميكانيكي تحت الضغط الميكانيكي، بما يتوافق مع النمط الظاهري DCM98.
Sarcospan (SSPN) عبارة عن 25 كيلو دالتون رباعي الأسبانين موضعي في مجمع الساركوجليكان الفرعي ويُعتقد أنه بمثابة سقالة بروتينية 99،100.باعتبارها سقالة بروتينية، تعمل SSPN على تثبيت التوطين والتحلل بالجليكوزيل لـ α-DG99,101.تم العثور على الإفراط في التعبير عن SSPN في نماذج الماوس لزيادة الارتباط بين العضلات والصفيحة 102.بالإضافة إلى ذلك، فقد ثبت أن SSPN يتفاعل مع الإنتغرينات، مما يشير إلى درجة التداخل بين مفاصل الضلع، DGC، وبنية البروتين السكري integrin-talin-vinculin100,101,102.أدت ضربة قاضية SSPN أيضًا إلى زيادة في α7β1 في عضلات الهيكل العظمي للفأر.
أظهرت دراسة حديثة أن الإفراط في التعبير عن الساركوسبان يعزز النضج والغليكوزيل لـ α-DG في الأنسجة القلبية بشكل مستقل عن ضربة قاضية galactosylaminotransferase 2 (Galgt2) في نموذج فأر mdx من DMD، وبالتالي تخفيف النمط الظاهري للمرض 101. زيادة الغليكوزيل في مجمع الدستروغليكان قد يعزز التفاعل مع ECM، وبالتالي التخفيف من حدة المرض.علاوة على ذلك، فقد أظهروا أن الإفراط في التعبير عن الساركوسبان يقلل من تفاعل β1D integrin مع DGCs، مما يسلط الضوء على الدور المحتمل للساركوسبان في تنظيم مجمعات الإنتغرين 101.
السينتروفين عبارة عن عائلة من البروتينات الصغيرة (58 كيلو دالتون) التي تتحول إلى DGCs، ولا تمتلك في حد ذاتها نشاطًا إنزيميًا جوهريًا، وتعمل كمحولات جزيئية.تم تحديد خمسة أشكال إسوية (α-1، β-1، β-2، γ-1 وγ-2) تظهر تعبيرًا خاصًا بالأنسجة، مع التعبير عن الشكل الإسوي α-1 في الغالب في الأنسجة العضلية المخططة 105.السينتروفين عبارة عن بروتينات محولة مهمة تسهل الاتصال بين الدستروفين وجزيئات الإشارة، بما في ذلك سينسيز أكسيد النيتريك العصبي (nNOS) في العضلات الهيكلية.يتفاعل α-syntropin مباشرة مع مجال تكرار الدستروفين 16-17 سبكترين، والذي يرتبط بدوره بنموذج ربط nNOS106,107 PDZ.
تتفاعل السينتروفينات أيضًا مع الديستروبريفين عبر نطاقات الربط PH2 وSU، وتتفاعل أيضًا مع الهيكل الخلوي للأكتين 108.في الواقع، يبدو أن السنتروفين يلعب دورًا مهمًا بشكل خاص في تنظيم ديناميكيات الهيكل الخلوي، كما أن الأشكال الإسوية α وβ قادرة على التفاعل بشكل مباشر مع F-actin 108 وبالتالي من المحتمل أن تلعب دورًا في تنظيم الانشدادية والميكانيكا الحيوية للخلية. تأثير.بالإضافة إلى ذلك، تبين أن السينتروفين ينظم الهيكل الخلوي من خلال Rac1109.
تعديل مستويات السنتروفين يمكن أن يستعيد الوظيفة، وأظهرت دراسة حديثة باستخدام الدستروفين المصغر أن بنية ΔR4-R23/ΔCT كانت قادرة على استعادة α-syntropin بالإضافة إلى بروتينات DGC الأخرى إلى مستويات مماثلة لخلايا عضلة القلب WT mdx.
بالإضافة إلى دورها في تنظيم الهيكل الخلوي، فإن السينتروفينات موثقة جيدًا أيضًا في تنظيم القنوات الأيونية 111،112،113.ينظم نموذج ربط PDZ للسنتروفين قناة Nav1.5111 المعتمدة على الجهد القلبي، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في إنشاء استثارة القلب وتوصيله.ومن المثير للاهتمام، في نموذج الماوس MDX، تم العثور على قنوات Nav1.5 لتكون ناقصة التنظيم وتم العثور على عدم انتظام ضربات القلب في الحيوانات 111.بالإضافة إلى ذلك، فقد ثبت أن عائلة من القنوات الأيونية الحساسة للميكانيكا، وهي القناة المحتملة للمستقبل العابر (TRPC)، يتم تنظيمها بواسطة سينتروفين α1 في الأنسجة القلبية 113 وقد ثبت أن تثبيط TRPC6 يحسن عدم انتظام ضربات القلب في نموذج الفأر DMD112.تم الإبلاغ عن أن زيادة نشاط TRPC6 في DMD يؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب، والتي يتم تخفيفها عند دمجها مع PKG 112.ميكانيكيًا، يعزز استنفاد الديستروفين التدفق الناجم عن التمدد لـ [Ca2+]i الذي يعمل على تنشيط TRPC6، كما هو موضح في الخلايا العضلية القلبية وخلايا العضلات الملساء الوعائية.فرط تنشيط TRPC6 للتمدد يجعله مستشعرًا ميكانيكيًا رئيسيًا وهدفًا علاجيًا محتملاً في DMD112،114.
يؤدي فقدان الديستروفين إلى تحلل أو قمع ملحوظ لمجمع DGC بأكمله، مع فقدان لاحق للعديد من وظائف الحماية الميكانيكية والنقل الميكانيكي، مما يؤدي إلى النمط الظاهري الكارثي الذي يظهر في الأنسجة العضلية المخططة في DMD.ولذلك، قد يكون من المعقول اعتبار أن RSKs تعمل بشكل متضافر وأن المكونات الفردية تعتمد على وجود المكونات الأخرى وعملها.وينطبق هذا بشكل خاص على الديستروفين، والذي يبدو أنه ضروري لتجميع وتوطين مجمع غمد الليف العضلي في الخلايا العضلية القلبية.يلعب كل مكون دورًا فريدًا في المساهمة في الاستقرار الشامل للغشاء الليف العضلي، وتوطين البروتينات الإضافية الرئيسية، وتنظيم القنوات الأيونية والتعبير الجيني، ويؤدي فقدان بروتين واحد في DGC إلى خلل تنظيم عضلة القلب بأكملها.
كما هو موضح أعلاه، تشارك العديد من بروتينات DGC في النقل الميكانيكي والإشارات، والديستروفين مناسب بشكل خاص لهذا الدور.إذا كان DGC موجودًا في الأضلاع، فهذا يؤكد الرأي القائل بأنه يشارك في النقل الميكانيكي جنبًا إلى جنب مع الإنتغرينات.وبالتالي، تخضع DGCs فعليًا لنقل القوة متباين الخواص وتشارك في إعادة ترتيب الحواس الميكانيكية والهيكل الخلوي للبيئة المكروية داخل الخلايا، بما يتوافق مع نموذج الانشدادية.بالإضافة إلى ذلك، يقوم Dp427m بتخزين القوى الميكانيكية الحيوية الواردة من خلال توسيع تكرارات الطيف داخل مجاله الأساسي المركزي، وبالتالي يعمل كحامي ميكانيكي من خلال الحفاظ على قوة تفكيك تبلغ 25 pN على مدى 800 نانومتر ممتد.عن طريق الانقسام، يكون الديستروفين قادرًا على "تخزين" قوة الانكماش والاسترخاء التي تنتجها الخلايا العضلية القلبية.نظرًا لتنوع البروتينات والدهون الفوسفاتية التي تتفاعل مع مجالات تكرار الأطياف، فمن المثير للاهتمام التكهن بما إذا كان تكرار تفكك الأطياف يغير حركية الارتباط للبروتينات الحساسة للميكانيكا بطريقة مشابهة لتلك الموجودة في تالين 116،117،118.ومع ذلك، لم يتم تحديد ذلك بعد وهناك حاجة إلى مزيد من التحقيق.