ステンレス鋼 347 / 347H 溶接コイルチューブ化学成分、筋細胞の機械的伝達におけるジストロフィン糖タンパク質複合体の役割

Nature.com をご覧いただきありがとうございます。CSS サポートが制限されたバージョンのブラウザを使用しています。最高のエクスペリエンスを実現するには、更新されたブラウザを使用することをお勧めします (または Internet Explorer の互換モードを無効にする)。さらに、継続的なサポートを確保するために、サイトはスタイルと JavaScript なしで表示されます。
スライドごとに 3 つの記事を表示するスライダー。[戻る] ボタンと [次へ] ボタンを使用してスライド間を移動するか、最後にあるスライド コントローラー ボタンを使用して各スライド間を移動します。

ジストロフィンは、骨格筋および心筋細胞におけるジストロフィン-糖タンパク質複合体 (DGC) の主要なタンパク質です。ジストロフィンは、アクチン細胞骨格を細胞外マトリックス (ECM) に結合します。細胞外マトリックスと細胞内細胞骨格間の接続の破壊は、骨格筋細胞の恒常性に壊滅的な影響を及ぼし、多くの筋ジストロフィーを引き起こす可能性があります。さらに、機能的な DGC の喪失は進行性の拡張型心筋症や早期死亡につながります。ジストロフィンは分子バネとして機能し、DHA は筋鞘の完全性を維持する上で重要な役割を果たします。さらに、DGC と機構的シグナル伝達を関連付ける証拠が蓄積されていますが、この役割はまだ十分に理解されていません。この総説記事は、DGC と機械的伝達における DGC の役割についての現代的な見解を提供することを目的としています。まず筋細胞の機構と機能の複雑な関係について議論し、次に機械伝達および筋細胞の生体力学的完全性の維持におけるジストロフィン糖タンパク質複合体の役割に関する最近の研究を概説します。最後に、現在の文献をレビューして、特に心筋症に焦点を当てて、DGC シグナル伝達が機械シグナル伝達経路とどのように交差するかを理解して、将来の潜在的な介入ポイントを強調します。
細胞は微小環境と常に通信しており、生体力学的情報の解釈と統合には細胞間の双方向の対話が必要です。バイオメカニクスは、空間と時間における全体的な細胞表現型を制御することにより、その後の重要な事象（細胞骨格の再構成など）を制御します。心筋細胞におけるこのプロセスの中心となるのは肋骨領域であり、筋鞘がインテグリン-タリン-ビンキュリンおよびジストロフィン-糖タンパク質（DGC）複合体で構成される筋節に接続する領域です。細胞内細胞骨格に付着したこれらの個別の接着斑（FA）は、分化、増殖、器官形成、遊走、疾患の進行などを制御する生体力学的および生化学的な細胞変化のカスケードを伝播します。生体力学的な力の生化学的および/または（エピ）遺伝的変化への変換は、機械変換として知られています1。
インテグリン膜貫通受容体 2 は、細胞内の細胞外マトリックスを固定し、内部および外部の両方のシグナル伝達を媒介することが長い間知られてきました。インテグリンと並行して、DGC は ECM を細胞骨格に結合させ、細胞の外側と内側の間に重要なつながりを確立します 3。全長ジストロフィン (Dp427) は主に心筋と骨格筋で発現しますが、網膜やプルキンエ組織などの中枢神経系の組織でも観察されます 4。インテグリンおよび DGC の変異は、筋ジストロフィーおよび進行性拡張型心筋症 (DCM) の原因であると考えられています (表 1)5、6。特に、中心ジストロフィンタンパク質 DGC をコードする DMD 変異は、デュシェンヌ型筋ジストロフィー (DMD) を引き起こします7。DGC は、α- および β- ジストグリカン (α/β-DG)、サルコグリカン スパニン、ジストロフィン、ジストロフィン 8 などのいくつかのサブ複合体で構成されています。
ジストロフィンは、DMD (Xp21.1-Xp22) によってコードされる細胞骨格タンパク質であり、DGC の維持において中心的な役割を果たします。DGC は、横紋筋組織の原形質膜である筋鞘の完全性を維持します。ジストロフィンは、分子のバネおよび分子の足場として作用することにより、収縮によって引き起こされる損傷をさらに軽減します9,10。全長ジストロフィンの分子量は 427 kDa ですが、DMD には多くの内部プロモーターがあるため、Dp7111 を含むいくつかの天然の短縮型アイソフォームが存在します。
ニューロンの一酸化窒素シンターゼ (nNOS)、Yes 関連タンパク質 (YAP)、カベオリン 3 などの真の機械伝達物質を含むアクセサリータンパク質は、ジストロフィンに局在することが示されており、細胞シグナル伝達の重要な構成要素を表しています。化合物 12、13、14。接着に加えて、インテグリンとその下流の標的によって形成される細胞とマトリックス間の相互作用に関連する細胞機構であり、これら 2 つの複合体は細胞の「内側」と「外側」の間の境界面を表します。 。これらの接着斑を異常な破壊から保護することは、細胞の挙動と生存にとって重要です。さらに、データは、ジストロフィンが伸張活性化チャネル、特に L 型 Ca2+ チャネルおよび TRPC 15 チャネルを含む機械感受性イオンチャネルのモジュレーターであることを裏付けています。
ジストロフィンは横紋筋細胞の恒常性維持機能にとって重要ですが、正確な支持機構、特にジストロフィンの役割とメカノセンサーおよび機械的プロテクターとして機能する能力はあまり明らかではありません。ジストロフィンの喪失により、次のようないくつかの未解決の疑問が生じています。YAP や AMPK などの機械感受性タンパク質は筋鞘に誤って配置されているのか。インテグリンとのクロストーク、つまり異常な機械伝達を引き起こす可能性のある状況はありますか?これらの特徴はすべて、DMD 患者に見られる重度の DCM 表現型に寄与している可能性があります。
さらに、細胞のバイオメカニクスの変化と全体的な DMD 表現型との関連は、重要な臨床的意味を持っています。DMD は、男性 3,500 ～ 5,000 人に 1 人が罹患する X 連鎖性筋ジストロフィーであり、早期の運動能力喪失 (5 年未満) と、他の病因の DCM よりも予後が著しく悪い進行性の DCM を特徴としています 16、17、18。
ジストロフィン喪失の生体力学は十分に説明されていないが、ここで我々は、ジストロフィンが実際に機械保護的役割、すなわち筋鞘の完全性を維持する役割を果たしており、機械伝達において重要であるという概念を支持する証拠を検討する。さらに、我々は、インテグリンとの重要なクロストーク、特に横紋筋細胞におけるラミニンα7β1Dとの結合を示唆する証拠を検討した。
DMD における多数の突然変異の原因は挿入と欠失であり、突然変異の 72% はそのような突然変異によって引き起こされます 19。臨床的に、DMDは乳児期（5歳以下）に低血圧、ガワー徴候陽性、加齢に伴う変化の進行遅延、精神遅滞、骨格筋萎縮を伴います。呼吸困難は歴史的にDMD患者の主な死因であるが、支持療法（コルチコステロイド、持続的気道陽圧）の改善によりこれらの患者の平均余命は延び、1990年以降に生まれたDMD患者の年齢中央値は28.1歳である20、21。 。。しかし、患者の生存率が高まるにつれて、進行性 DCM の予後は他の心筋症と比べて著しく悪く 16、末期心不全につながり、現在 DMD による死亡の約 50% を占める主な死因となっています 17,18。
進行性 DCM は、左心室の拡張とコンプライアンスの増加、心室の薄化、線維脂肪浸潤の増加、収縮機能の低下、および不整脈の頻度の増加を特徴とします。DMD 患者における DCM の程度は、思春期後期（90% ～ 18 歳）ではほぼ普遍的ですが、10 歳までに患者の約 59% に存在します 8,22。左心室駆出率は年間 1.6% の割合で着実に減少しているため、この問題に対処することは重要です 23。
心臓不整脈、特に洞性頻脈および心室頻拍は DMD 患者によく見られ、心臓突然死の原因となります 22。不整脈は、特に基底部左心室における線維脂肪浸潤の結果であり、[Ca2+]i 処理機能障害やイオンチャネル機能障害と同様に、戻り回路が損なわれます 24,25。早期の治療戦略により重度の DCM の発症が遅れる可能性があるため、臨床的な心臓症状を認識することが重要です。
心機能不全と骨格筋の罹患率を治療することの重要性は、mdx26と呼ばれるDMDのマウスモデルを使用して、DMDに存在する根本的な心臓問題に対処することなく骨格筋組織を改善する効果を研究した興味深い研究で示されています。ここで著者らは、骨格筋の改善後に心機能不全が逆説的に5倍増加し、マウスの駆出率が大幅に減少したことを実証した26。骨格筋の機能が向上すると、より高い身体活動が心筋にかかる負担が大きくなり、全身的な機能障害が起こりやすくなります。これは、DMD患者全般を治療することの重要性を強調し、骨格筋療法のみに対する警告を示しています。
DGC はいくつかの追加機能を実行します。すなわち、筋鞘に構造的安定性を提供し、シグナル伝達リンクとして機能する分子足場となり、肋骨機械伝達の中核である機械感受性イオンチャネルを調節し、筋膜領域での横方向の力の伝達に関与します。肋骨（図1b）。。ジストロフィンはこの能力において中心的な役割を果たしており、多くの内部プロモーターが存在するため、いくつかの異なるアイソフォームが存在し、それぞれが異なる組織で異なる役割を果たします。異なるジストロフィンアイソフォームの異なる組織発現は、各アイソフォームが異なる役割を果たすという概念を裏付けています。たとえば、心臓組織はジストロフィンの全長 (Dp427m) と短い Dp71m アイソフォームを発現しますが、骨格組織は 2 つのうち最初のもののみを発現します。各サブタイプの役割を観察すると、その生理学的機能だけでなく、筋ジストロフィーの病因も明らかになります。
全長ジストロフィン (Dp427m) と、より小さい短縮型 Dp71 アイソフォームの概略図。ジストロフィンには、4 つのループで区切られた 24 のスペクトリン リピートのほか、アクチン結合ドメイン (ABD)、システインリッチ (CR) ドメイン、および C 末端 (CT) があります。微小管 (MT) や筋鞘など、重要な結合パートナーが特定されています。Dp71 には多くのアイソフォームがあり、Dp71m は筋肉組織を指し、Dp71b は神経組織アイソフォームを指します。特に、Dp71f はニューロンの細胞質アイソフォームを指します。b ジストロフィン-糖タンパク質複合体 (DHA) は、全体として筋鞘に存在します。生体力学的力は ECM と F-アクチンの間で切り替わります。DGC とインテグリン接着の間の潜在的なクロストークに注意してください。Dp71 は接着斑において役割を果たしている可能性があります。Biorender.com で作成されました。
DMD は最も一般的な筋ジストロフィーであり、DMD の変異によって引き起こされます。しかし、抗ジストロフィンの役割についての現在の理解を十分に理解するには、それを DGC 全体の文脈の中に置くことが重要です。そこで、その他の構成タンパク質について簡単に説明する。DGC のタンパク質組成は 1980 年代後半に、特にジストロフィンに注目して研究され始めました。Koenig27,28、Hoffman29、および Ervasti30 は、横紋筋の 427 kDa タンパク質であるジストロフィンを同定することで重要な発見をしました 31。
その後、サルコグリカン、ジストロフィン膜貫通サブ複合体、ディスブレビン、シントロフィン 8 など、他のサブ複合体がジストロフィンと関連していることが示され、これらが一緒になって現在の DGC モデルを構成しています。このセクションでは、最初に、個々のコンポーネントを詳細に検査しながら、機械感覚的知覚における DGC の役割に関する証拠を広めます。
横紋筋組織に存在する全長ジストロフィンアイソフォームはDp427m（例えば、脳と区別するために筋肉の「m」）であり、心筋細胞の筋鞘の下、特に肋骨領域に位置する4つの機能ドメインを持つ大きな棒状タンパク質です。 29, 32. Xp21.1 上の DMD 遺伝子によってコードされる Dp427m は、2.2 メガベースで生成された 79 個のエクソンで構成されており、したがってゲノム内で最大の遺伝子です8。
DMD のいくつかの内部プロモーターは複数の短縮型ジストロフィン アイソフォームを生成し、その一部は組織特異的です。Dp427m と比較して、Dp71m は大幅に短縮されており、スペクトリンリピートドメインまたは N 末端 ABD ドメインが欠如しています。ただし、Dp71m は C 末端結合構造を保持しています。心筋細胞における Dp71m の役割は不明ですが、T 尿細管に局在することが示されており、興奮収縮カップリングの調節に役立つ可能性があることが示唆されています 33、34、35。我々の知る限り、心臓組織における Dp71m の最近の発見はほとんど注目されていないが、いくつかの研究では Dp71m が伸張活性化イオンチャネルとの関連を示唆しており、増渕氏は Dp71m が nNOS33 の制御に役割を果たしている可能性があることを示唆している。そうすることで、Dp71 は、心筋細胞における役割についての洞察を提供する可能性のある神経生理学および血小板の研究において大きな注目を集めています 37,38,39。
神経組織では、Dp71b アイソフォームが主に発現され、14 のアイソフォームが報告されています 38。中枢神経系におけるアクアポリン 4 および Kir4.1 カリウムチャネルの重要な調節因子である Dp71b を欠失させると、血液脳関門の透過性が変化することが示されています 40。イオンチャネル調節における Dp71b の役割を考えると、Dp71m は心筋細胞において同様の役割を果たしている可能性があります。
肋骨神経節における DGC の存在は、機械伝達における役割を直ちに示しており、実際、DGC はインテグリン-タリン-ビンキュリン複合体と共局在することが示されています 41 。さらに、肋骨部分が横方向機械伝達の焦点であることを考えると、ここでの Dp427m の局在は、収縮誘発性損傷から細胞を保護するその役割を強調しています。さらに、Dp427m はアクチンおよび微小管細胞骨格と相互作用し、それによって細胞内環境と細胞外マトリックスの間の接続を完了します。
N 末端含有アクチン結合ドメイン 1 (ABD1) は、F-アクチンとの相互作用と、γ-アクチン アイソフォームの筋鞘への固定に必要な 2 つのカルモジュリン相同ドメイン (CH) で構成されています。ジストロフィンは筋索膜下細胞骨格に付着することで心筋細胞の全体的な粘弾性に寄与している可能性があり、肋骨神経節への局在は機械保護だけでなく機械伝達への関与を裏付けています 44,45。
中央のコアドメインは 24 個のスペクトリン様リピートタンパク質で構成されており、それぞれの長さは約 100 アミノ酸残基です。スペクトリンのリピートには 4 つのヒンジ ドメインが点在しており、タンパク質に柔軟性と高度な伸長性を与えています。ジストロフィンのスペクトリンリピートは、ミオシンの収縮で達成可能な力である 21 nm から 84 nm の生理学的範囲の力 (15 ～ 30 pN) 内で展開できます 46。スペクトリンリピートドメインのこれらの特徴により、ジストロフィンは分子ショックアブソーバーとして機能することができます。
Dp427m の中心ロッドは、特にホスファチジルセリンとの疎水性および静電相互作用を通じて、筋鞘内での局在を確実にします 47,48。興味深いことに、ジストロフィンの中心核は、骨格組織および心臓組織の筋鞘リン脂質と異なる相互作用を示し、これはおそらく異なるバネパターンを反映していると考えられます。重要ですが、骨格筋も R10 ～ R1249 に関連しています。
γ-アクチン細胞骨格への結合には、ABD2 スペクトリン リピート 11 ～ 17 領域が必要です。この領域は塩基性アミノ酸残基で構成され、F-アクチン結合 CH ドメインとは異なります。微小管はジストロフィンのコアドメインと直接相互作用し、この相互作用にはスペクトリンリピート4-15および20-23の残基が必要であり、この部位での微小管の形成を防ぐにはアンキリンBの存在が必要です。50、51、52のチューブがありません。微小管とジストロフィンの間のギャップは、活性酸素種 (X-ROS) を増加させることによって DMD 病状を悪化させることが示されています。
アンキリン B を介した CR ドメインは、筋鞘リン脂質のもう 1 つのアンカーです 52。アンキリン B およびアンキリン G はジストロフィン/DGC の肋骨局在化に必要であり、それらが存在しないと DGC52 のびまん性筋鞘パターンが生じます。
CR ドメインには、β-DG の PPxY 結合モチーフと直接相互作用する WW 結合ドメインが含まれています。ジストロフィンは、ジストロフィン-グリカン複合体に結合することにより、細胞の内側と外側の間の結合を完成させます54。ECMと細胞内部の間の接続の破壊が生命を制限する筋ジストロフィーにつながるという事実によって証明されているように、この接続は横紋筋にとって重要です。
最後に、CT ドメインはコイル状ヘリックスを形成する高度に保存された領域であり、α-ジストロブレビンおよびα1-,β1-シントロフィンへの結合に重要です55,56。α-ジストロブレビンはジストロフィンのCTドメインに結合し、筋鞘におけるジストロフィンに対する追加の耐性を提供します57。
胚および胎児の発育中、ユートロフィンは内皮細胞、神経組織、横紋筋組織などのさまざまな組織で広く発現します58。ユートロフィンは、染色体 6q に位置する UTRN によって発現され、80% のタンパク質相同性を持つジストロフィンの自己ログです。発生中、ユートロフィンは筋鞘に局在しますが、出生後の横紋筋組織では顕著に抑制され、ジストロフィンに置き換わります。出生後、ユートロフィンの局在は腱および骨格筋の神経筋接合部に限定されます58,59。
ユートロフィン結合パートナーはジストロフィンの結合パートナーとほぼ同様ですが、いくつかの重要な違いが記載されています。例えば、ジストロフィンは、その WW ドメインを介して β-DG と相互作用します。WW ドメインは、その CT 領域内の ZZ ドメイン（2 つの亜鉛イオンに結合する能力にちなんで名付けられました）によって安定化されており、この相互作用にはシステイン酸残基 3307 ～ 3354 が特に重要です 60 。、 61. ユートロフィンも WW/ZZ ドメインを介して β-DG に結合しますが、この相互作用をサポートする正確な残基はジストロフィン残基とは異なります (ジストロフィンでは 3307 ～ 3345、ユートロフィンでは 3064 ～ 3102) 60,61。重要なことに、ユートロフィンの β-DG への結合は、ジストロフィン 61 と比較して約 2 分の 1 でした。ジストロフィンはスペクトリン リピート 11 ～ 17 を介して F-アクチンに結合することが報告されていますが、ユートロフィンの同様の部位は、たとえ高濃度ですが、CH ドメインを介して相互作用する可能性があります。アクション62、63、64。最後に、ジストロフィンとは異なり、ユートロフィンは微小管に結合できません 51。
生体力学的には、ユートロフィン スペクトリン リピートは、ジストロフィン 65 と比較して、明確な展開パターンを持っています。ユートロフィン-スペクトリンは、タイチンに似ていますが、ジストロフィンとは異なり、より高い力で展開を繰り返します65。これは、腱接合部における剛弾性力の伝達におけるその局在化と役割と一致しているが、ユートロフィンが収縮によって誘発される力を緩衝する際の分子バネとして作用するのに適さなくなっている可能性がある 65 。総合すると、これらのデータは、ユートロフィンの過剰発現の存在下、特に結合パートナー/機構が異なる場合、機械伝達および機械緩衝能力が変化する可能性があることを示唆していますが、これにはさらなる実験研究が必要です。
機能的な観点から見ると、ユートロフィンはジストロフィンと同様の効果があると考えられているため、ユートロフィンはDMDの潜在的な治療標的となります66,67。実際、一部の DMD 患者はおそらく代償機構としてユートロフィンを過剰発現することが示されており、ユートロフィン過剰発現のマウス モデルでは表現型の回復に成功しています 68 。ユートロフィンの上方制御は可能性の高い治療戦略であるが、ユートロフィンとジストロフィンの形式的および機能的な違い、および筋鞘に沿った適切な局在化によるこの過剰発現の誘導の有用性を考慮すると、ユートロフィンの長期戦略は依然として不明瞭である。注目すべきことに、女性保因者はユートロフィン発現のモザイクパターンを示し、ジストロフィンとユートロフィンの比率がこれらの患者の拡張型心筋症の程度に影響を与える可能性があるが、保因者のマウスモデルでも示されている69。。
ジストログリカンのサブ複合体は、α- および β-ジストログリカン (α-、β-DG) の 2 つのタンパク質で構成されており、どちらも DAG1 遺伝子から転写され、翻訳後に 2 つの構成タンパク質に切断されます 71 。α-DG は DGC の細胞外側面で高度にグリコシル化されており、ラミニン α2 のプロリン残基、アグリン 72 およびピカクリン 73、ジストロフィンの CT/CR 領域 73、74、75、76 と直接相互作用します。O 結合型グリコシル化、特にセリン残基の O 結合型グリコシル化は、ECM との相互作用に必要です。グリコシル化経路には、その変異が筋ジストロフィーを引き起こす多くの酵素が含まれています (表 1 も参照)。これらには、O-マンノシルトランスフェラーゼ POMT2、フクチンおよびフクチン関連タンパク質 (FKRP)、タンデムのリビトールリン酸をコアグリカンに付加する 2 つのリビトールホスホトランスフェラーゼ、およびキシロースとグルコースを付加する LARGE1 タンパク質が含まれます。直鎖ウロン酸多糖。グリカンの末端のマトリックスグリカンとしても知られています77。FKRP は ECM の発生と維持にも関与しており、その変異はラミニン α2 および α-DG77、78、79 の発現低下につながります。さらに、FKRP は、グリコシル化フィブロネクチン 80 を介して基底膜および心臓細胞外マトリックスの形成を指示することもできます。
β-DG には、YAP12 を直接局在化して隔離する PPxY 結合モチーフが含まれています。これは、DGC が心筋細胞の細胞周期を調節していることを示唆する興味深い発見です。新生児心筋細胞のα-DH はアグリンと相互作用し、細胞の成熟による心臓の再生と DGC76 の溶解を促進します。心筋細胞が成熟するにつれて、アグリンの発現が減少してラミニンが優先され、これが細胞周期停止に寄与すると考えられています76。森川 12 は、ジストロフィンと YAP の負の調節因子であるサルバドールの二重ノックダウンが、梗塞の原因となる第一胃内での心筋細胞の過剰増殖を引き起こすことを示しました。これは、YAP操作が心筋梗塞後の組織損失を防ぐのに臨床的価値があるかもしれないという刺激的なアイデアにつながりました。したがって、アグリン誘導性の DGC 溶解は、YAP の活性化を可能にする軸となる可能性があり、心臓再生の潜在的な経路となります。
機械的には、α-DG および β-DG は、筋鞘と基底層 81 の間の相互作用を維持するために必要です。α-DG と α7 インテグリンは両方とも肋骨神経節における力の生成に寄与しており、α-DG の損失により筋鞘が基底層から分離され、骨格筋組織が収縮誘発性損傷を受けやすくなります。前述したように、ジストログリカン複合体は DGC の全体的な代謝回転を制御し、同族リガンドであるラミニンへの結合により β-DG892 の PPPY 結合モチーフのチロシンリン酸化が引き起こされます。ここでのチロシンリン酸化はジストロフィンの分解を促進し、DGC複合体を反転させます。生理学的には、このプロセスは高度に調節されていますが、筋ジストロフィーには存在しません 82 が、このプロセスを制御する根本的なメカニズムは完全には理解されていません。
周期的ストレッチは、ジストロフィン複合体および関連タンパク質プレクチンを介して ERK1/2 および AMPK 経路を活性化することが示されています 83。プレクチンとジストログリカンは共に、足場として機能するだけでなく、機械的伝達にも関与する必要があり、プレクチンのノックダウンは ERK1/2 および AMPK83 の活性の低下につながります。プレクチンは細胞骨格中間径フィラメントのデスミンにも結合し、デスミンの過剰発現は、mdx:desmin および DMD84 ダブルノックアウトマウスモデルである mdx マウスの疾患表現型を改善することが示されています。プレクチンは、β-DG と相互作用することにより、DGC を細胞骨格のこの成分に間接的に結合します。さらに、ジストログリカンは、細胞骨格の再構成に関与することが知られている成長因子受容体結合タンパク質 2 (Grb2) と相互作用します 85。インテグリンによる Ras 活性化は Grb2 を介して媒介されることが示されており、Grb2 はインテグリンと DGC86 間のクロストークの潜在的な経路を提供する可能性があります。
α-DH グリコシル化に関与する遺伝子の変異は、いわゆる筋ジストロフィーを引き起こします。ジストグリカノパチーは臨床的に不均一性を示しますが、主にα-DG とラミニン α277 の間の相互作用の破壊によって引き起こされます。DAG1 の一次変異によって引き起こされるジストロフィグリカノーゼは一般に非常にまれですが、これはおそらく胎児致死性であるため 87 、したがって細胞と ECM との関連の必要性が裏付けられています。これは、ほとんどのジストロフィー性グリカン疾患は、グリコシル化に関連する二次タンパク質変異によって引き起こされることを意味します。例えば、POMT1 の変異は、無脳症と顕著な平均余命の短縮 (3 年未満) を特徴とする極めて重篤なウォーカー・ワールブルク症候群を引き起こします 88。ただし、FKRP 変異は主に四肢帯型筋ジストロフィー (LGMD) として現れ、通常は (常にではありませんが) 比較的軽症です。ただし、FKRP の突然変異が WWS89 のまれな原因であることが示されています。FKRP では多くの変異が同定されており、そのうちの創始者変異 (c.826>A) が最も一般的に LGMD2I90 を引き起こします。
LGMD2I は比較的軽度の筋ジストロフィーであり、その病因は細胞外マトリックスと細胞内細胞骨格の間の接続の破壊に基づいています。これらの遺伝子に変異がある患者における遺伝子型と表現型の関係はあまり明確ではありませんが、実際、この概念は他の DSC タンパク質にも当てはまります。FKRP 変異を持つ一部の患者は WWS と一致する疾患表現型を示し、他の患者は LGMD2I を示すのはなぜですか?この質問に対する答えは、i) グリコシル化経路のどの段階が変異によって影響を受けるか、または ii) 任意の段階での低グリコシル化の程度にあると考えられます。α-DG の低グリコシル化は依然として ECM とある程度の相互作用を可能にし、その結果全体的な表現型がより穏やかになる可能性がありますが、基底膜からの解離は疾患表現型の重症度を高めます。LGMD2I 患者も DCM を発症しますが、これは DMD ほど文書化されていないため、心筋細胞との関連でこれらの変異を緊急に理解する動機となっています。
サルコスパン-サルコグリカン サブ複合体は DHA の形成を促進し、β-DH と直接相互作用します。心臓組織には 4 つの一方向性サルコグリカン、α、β、γ、δ91 があります。最近、SGCA 遺伝子のエクソン 3 の c.218C>T ミスセンス変異とエクソン 7 ～ 8 の部分的ヘテロ欠失が LGMD2D92 を引き起こすことが報告されました。ただし、この場合、著者らは心臓の表現型を評価しませんでした。
他のグループは、ブタ93およびマウス94モデルにおけるSGCDがサルコグリカンサブ複合体におけるタンパク質発現の低下をもたらし、DGCの全体構造を破壊し、DCMを引き起こすことを発見した。さらに、SGCA、SGCB、または SGCG 変異を持つ全患者の 19% が拡張型心筋症を患っており、全患者の 25% も呼吸補助を必要としていると報告されています95。
サルコグリカン (SG) δ の劣性変異は、サルコグリカン複合体の減少または完全な欠如をもたらし、したがって心臓組織における DGC が生じ、LGMD およびそれに関連する DCM96 の原因となります。興味深いことに、SG-δ のドミナントネガティブ変異は心血管系に特異的であり、家族性拡張型心筋症の原因となっています 97。SG-δ R97Q および R71T ドミナントネガティブ変異は、総 DGC98 に重大な障害を与えることなく、ラット心筋細胞で安定して発現されることが示されています。しかし、これらの変異を持つ心臓細胞は、DCM98 表現型と一致して、機械的ストレス下で筋鞘損傷、透過性、および機械的機能不全を受けやすくなります。
サルコスパン (SSPN) は、サルコグリカンサブ複合体に局在する 25 kDa のテトラスパニンであり、タンパク質の足場として機能すると考えられています 99,100。SSPN はタンパク質の足場として、α-DG99,101 の局在化とグリコシル化を安定化します。マウスモデルにおける SSPN の過剰発現は、筋肉とラミニンの間の結合を増加させることがわかっています 102。さらに、SSPN はインテグリンと相互作用することが示されており、2 つの肋骨交連、DGC、およびインテグリン-タリン-ビンキュリン糖タンパク質構造間のクロストークの程度を示唆しています 100,101,102。SSPN をノックダウンすると、マウス骨格筋の α7β1 も増加しました。
最近の研究では、DMDのmdxマウスモデルにおいて、サルコスパンの過剰発現がガラクトシルアミノトランスフェラーゼ2（Galgt2）のノックダウンとは独立して心臓組織におけるα-DGの成熟とグリコシル化を促進し、それによって疾患表現型101を軽減することが示された。ジストログリカン複合体のグリコシル化の増加は、ジストログリカン複合体のグリコシル化の増加により、 ECM、それによって病気を最も軽減します。さらに、彼らはサルコスパンの過剰発現がβ1D インテグリンと DGC の相互作用を減少させることを示し、インテグリン複合体の制御におけるサルコスパンの役割の可能性を強調しています 101。
シントロフィンは、DGC に局在する小さな (58 kDa) タンパク質のファミリーであり、それ自体は固有の酵素活性を持たず、分子アダプターとして機能します 103,104。組織特異的発現を示す 5 つのアイソフォーム (α-1、β-1、β-2、γ-1、および γ-2) が同定されており、α-1 アイソフォームは主に横紋筋組織で発現されます 105。シントロフィンは、ジストロフィンと骨格筋の神経細胞の一酸化窒素合成酵素 (nNOS) などのシグナル伝達分子との間のコミュニケーションを促進する重要なアダプタータンパク質です 106。α-シントロフィンは、ジストロフィン 16-17 スペクトリンリピートドメインと直接相互作用し、次にこれが nNOS106,107 PDZ 結合モチーフに結合します。
シントロフィンは、PH2 および SU 結合ドメインを介してジストロブレビンとも相互作用し、アクチン細胞骨格とも相互作用します 108 。実際、シントロフィンは細胞骨格動態の調節において特に重要な役割を果たしているようであり、αおよびβアイソフォームはF-アクチン108と直接相互作用することができるため、テンセグリティおよび細胞の生体力学の調節において役割を果たしている可能性が高い。効果。さらに、シントロフィンは Rac1109 を通じて細胞骨格を調節することが示されています。
シントロフィンレベルを調節すると機能を回復することができ、ミニジストロフィンを使用した最近の研究では、ΔR4-R23/ΔCT構築物がα-シントロフィンおよび他のDGCタンパク質をWT mdx心筋細胞と同等のレベルに回復できることが示されました。
細胞骨格の調節における役割に加えて、シントロフィンはイオンチャネルの調節においても十分に文書化されている 111、112、113。シントロフィンの PDZ 結合モチーフは、心臓の興奮性と伝導の確立に重要な役割を果たす心臓電位依存性 Nav1.5111 チャネルを制御します。興味深いことに、mdx マウス モデルでは、Nav1.5 チャネルがダウンレギュレートされていることがわかり、動物で心臓不整脈が見つかりました 111 。さらに、機械感受性イオンチャネルのファミリーである一過性受容体電位チャネル（TRPC）は、心臓組織のα1-シントロフィンによって調節されることが示されており 113、TRPC6 の阻害が DMD112 マウスモデルの不整脈を改善することが示されています。DMD における TRPC6 活性の増加は心不整脈を引き起こすことが報告されており、PKG と併用すると不整脈が軽減されます 112 。機械的には、心筋細胞や血管平滑筋細胞で示されているように、ジストロフィンの枯渇は、TRPC6 の上流で作用して活性化する [Ca2+]i の伸展誘発性流入を促進します 112,114。TRPC6 が過剰に活性化されて伸長すると、TRPC6 は主要な機械センサーとなり、DMD の潜在的な治療標的となります 112,114。
ジストロフィンの喪失は、DGC複合体全体の溶解または顕著な抑制につながり、その後多くの機械保護機能および機械伝達機能が喪失し、DMDの横紋筋組織に見られる壊滅的な表現型をもたらします。したがって、RSK は協調して動作し、個々のコンポーネントは他のコンポーネントの存在と機能に依存していると考えるのが合理的かもしれません。これは特にジストロフィンに当てはまり、心筋細胞における筋鞘複合体の構築と局在化に必要とされると考えられます。各成分は、筋鞘の全体的な安定化、主要なアクセサリータンパク質の局在化、イオンチャネルと遺伝子発現の制御に寄与するという独特の役割を果たしており、DGC における単一タンパク質の損失は心筋全体の調節不全につながります。
上に示したように、多くの DGC タンパク質は機械伝達とシグナル伝達に関与しており、ジストロフィンはこの役割に特に適しています。DGC が肋骨に位置する場合、これは DGC がインテグリンとともに機械伝達に関与しているという意見を裏付けます。したがって、DGC は物理的に異方性の力伝達を受け、テンセグリティ モデルと一致して、細胞内微小環境の機械感覚および細胞骨格の再構成に関与します。さらに、Dp427m は、中心コアドメイン内のスペクトリンリピートを拡張することで入ってくる生体力学的な力を緩衝し、それによって 800 nm の拡張範囲にわたって 25 pN の巻き戻し力を維持することでメカノプロテクタとして機能します。ジストロフィンは分裂することで、心筋細胞によって生成される収縮と弛緩の力を「緩衝」することができます10。スペクトリンリピートドメインと相互作用するタンパク質とリン脂質の多様性を考慮すると、スペクトリンリピートの巻き戻しがタリンと同様の方法で機械感受性タンパク質の結合動態を変化させるかどうかを推測することは興味深い116,117,118。ただし、これはまだ決定されておらず、さらなる調査が必要です。