Tubes à bobine soudés en acier inoxydable 347/347H, composant zhemical, le rôle des complexes glycoprotéiques de dystrophine dans la mécanotransduction des cellules musculaires

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La dystrophine est la principale protéine du complexe dystrophine-glycoprotéine (DGC) dans les muscles squelettiques et les cardiomyocytes.La dystrophine lie le cytosquelette d'actine à la matrice extracellulaire (MEC).La rupture de la connexion entre la matrice extracellulaire et le cytosquelette intracellulaire peut avoir des conséquences dévastatrices sur l'homéostasie des cellules musculaires squelettiques, conduisant à de nombreuses dystrophies musculaires.De plus, la perte de DGC fonctionnels entraîne une cardiomyopathie dilatée progressive et une mort prématurée.La dystrophine agit comme une source moléculaire et le DHA joue un rôle clé dans le maintien de l'intégrité du sarcolemme.De plus, les preuves s'accumulent reliant la DGC à la signalisation mécaniste, bien que ce rôle reste mal compris.Cet article de synthèse vise à fournir une vision moderne des DGC et de leur rôle dans la mécanotransduction.Nous discutons d’abord de la relation complexe entre la mécanique et la fonction des cellules musculaires, puis passons en revue les recherches récentes sur le rôle du complexe glycoprotéique dystrophine dans la mécanotransduction et le maintien de l’intégrité biomécanique des cellules musculaires.Enfin, nous passons en revue la littérature actuelle pour comprendre comment la signalisation DGC croise les voies de mécanosignalisation afin de mettre en évidence de futurs points d'intervention potentiels, avec un accent particulier sur la cardiomyopathie.
Les cellules sont en communication constante avec leur microenvironnement et un dialogue bidirectionnel entre elles est nécessaire à l’interprétation et à l’intégration des informations biomécaniques.La biomécanique contrôle les événements ultérieurs clés (par exemple, les réarrangements cytosquelettiques) en contrôlant le phénotype cellulaire global dans l'espace et dans le temps.Au cœur de ce processus dans les cardiomyocytes se trouve la région costale, la région où le sarcolemme se connecte à un sarcomère composé de complexes intégrine-taline-vinculine et dystrophine-glycoprotéine (DGC).Attachées au cytosquelette intracellulaire, ces adhérences focales (AF) discrètes propagent une cascade de changements cellulaires biomécaniques et biochimiques qui contrôlent la différenciation, la prolifération, l'organogenèse, la migration, la progression de la maladie, etc.La conversion des forces biomécaniques en changements biochimiques et/ou (épi)génétiques est connue sous le nom de mécanotransduction1.
On sait depuis longtemps que le récepteur transmembranaire 2 de l’intégrine ancre la matrice extracellulaire dans les cellules et assure la médiation de la signalisation interne et externe.Parallèlement aux intégrines, les DGC lient l'ECM au cytosquelette, établissant un lien critique entre l'extérieur et l'intérieur de la cellule3.La dystrophine complète (Dp427) est principalement exprimée dans les muscles cardiaques et squelettiques, mais est également observée dans les tissus du système nerveux central, notamment la rétine et le tissu de Purkinje4.On pense que les mutations des intégrines et de la DGC sont à l'origine de la dystrophie musculaire et de la cardiomyopathie dilatée progressive (DCM) (Tableau 1)5,6.En particulier, les mutations de la DMD codant pour les DGC, la protéine centrale de la dystrophine, provoquent la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD)7.Le DGC est composé de plusieurs sous-complexes dont l'α- et β-dystroglycane (α/β-DG), le sarcoglycane-spanine, la dystrophine et la dystrophine 8.
La dystrophine est une protéine cytosquelettique codée par la DMD (Xp21.1-Xp22) qui joue un rôle central dans le maintien de la DGC.La DGC maintient l’intégrité du sarcolemme, la membrane plasmique du tissu musculaire strié.La dystrophine atténue davantage les dommages causés par la contraction en agissant comme un ressort moléculaire et un échafaudage moléculaire9,10.La dystrophine complète a un poids moléculaire de 427 kDa. Cependant, en raison des nombreux promoteurs internes de la DMD, il existe plusieurs isoformes tronquées naturelles, dont Dp7111.
Il a été démontré que les protéines accessoires sont localisées dans la dystrophine, y compris de véritables mécanotransducteurs tels que la synthase neuronale de l'oxyde nitrique (nNOS), la protéine associée au Oui (YAP) et la cavéoline-3, représentant ainsi des composants importants de la signalisation cellulaire.Composés 12, 13, 14. Outre l'adhésion, mécanisme cellulaire associé aux interactions entre les cellules et la matrice, formée par les intégrines et leurs cibles en aval, ces deux complexes représentent l'interface entre « l'intérieur » et « l'extérieur » de la cellule. .La protection de ces adhérences focales contre une destruction anormale est essentielle au comportement et à la survie des cellules.De plus, les données confirment que la dystrophine est un modulateur des canaux ioniques mécanosensibles, y compris les canaux activés par étirement, en particulier les canaux Ca2+ de type L et les canaux TRPC 15.
Bien que la dystrophine soit importante pour la fonction homéostatique des cellules musculaires striées, les mécanismes précis de soutien sont moins clairs, notamment le rôle de la dystrophine et sa capacité à agir comme mécanocapteur et protecteur mécanique.En raison de la perte de dystrophine, plusieurs questions sans réponse ont été soulevées, notamment : les protéines mécanosensibles telles que YAP et AMPK sont-elles mal localisées dans le sarcolemme ?Existe-t-il des diaphonies avec les intégrines, des circonstances pouvant conduire à une mécanotransduction anormale ?Toutes ces caractéristiques peuvent contribuer au phénotype DCM sévère observé chez les patients atteints de DMD.
De plus, l'association de changements dans la biomécanique cellulaire avec le phénotype global de la DMD a des implications cliniques importantes.La DMD est une dystrophie musculaire liée à l'X touchant 1 homme sur 3 500 à 5 000, caractérisée par une perte précoce de mobilité (<5 ans) et une DCM progressive avec un pronostic significativement pire que celui des DCM d'autres étiologies16,17,18.
La biomécanique de la perte de dystrophine n'a pas été entièrement décrite et nous passons ici en revue les preuves étayant l'idée selon laquelle la dystrophine joue effectivement un rôle mécanoprotecteur, c'est-à-dire en maintenant l'intégrité du sarcolemme, et est essentielle dans la mécanotransduction.De plus, nous avons examiné les preuves suggérant une diaphonie importante avec les intégrines, se liant spécifiquement à la laminine α7β1D dans les cellules musculaires striées.
Les insertions et délétions sont responsables d'un grand nombre de mutations dans la DMD, 72 % des mutations étant causées par de telles mutations19.Cliniquement, la DMD se manifeste dès la petite enfance (≤ 5 ans) par une hypotension, un signe de Gower positif, une progression retardée des changements liés à l'âge, un retard mental et une atrophie des muscles squelettiques.La détresse respiratoire a toujours été la principale cause de décès chez les patients DMD, mais l’amélioration des soins de soutien (corticostéroïdes, pression positive continue des voies respiratoires) a augmenté l’espérance de vie de ces patients, et l’âge médian des patients DMD nés après 1990 est de 28,1 ans20,21. ..Cependant, à mesure que la survie des patients augmente, le pronostic de la DCM progressive est significativement pire que celui des autres cardiomyopathies16, conduisant à une insuffisance cardiaque terminale, qui est actuellement la principale cause de décès, représentant environ 50 % des décès par DMD17,18.
Le DCM progressif se caractérise par une dilatation et une observance accrues du ventricule gauche, un amincissement ventriculaire, une augmentation de l'infiltration fibrograisseuse, une diminution de la fonction systolique et une fréquence accrue des arythmies.Le degré de DCM chez les patients atteints de DMD est presque universel à la fin de l'adolescence (de 90 % à 18 ans), mais il est présent chez environ 59 % des patients à l'âge de 10 ans8,22.Il est essentiel de résoudre ce problème, car la fraction d’éjection ventriculaire gauche diminue régulièrement à un rythme de 1,6 % par an23.
Les arythmies cardiaques sont fréquentes chez les patients atteints de DMD, en particulier la tachycardie sinusale et la tachycardie ventriculaire, et sont à l'origine de morts cardiaques subites22.Les arythmies sont le résultat d'une infiltration fibrograisseuse, en particulier dans le ventricule gauche sous-basal, qui altère les circuits de retour ainsi qu'un dysfonctionnement du traitement du [Ca2+]i et un dysfonctionnement des canaux ioniques24,25.La reconnaissance du tableau clinique cardiaque est essentielle, car des stratégies de traitement précoces peuvent retarder l'apparition d'un DCM sévère.
L’importance du traitement du dysfonctionnement cardiaque et de la morbidité des muscles squelettiques est démontrée dans une étude intéressante qui a utilisé un modèle murin de DMD appelé mdx26 pour étudier les effets de l’amélioration du tissu musculaire squelettique sans aborder les problèmes cardiaques sous-jacents présents dans la DMD.Ici, les auteurs ont démontré une multiplication paradoxale du dysfonctionnement cardiaque après une amélioration des muscles squelettiques, et les souris présentaient une réduction significative de la fraction d'éjection26.L’amélioration de la fonction musculaire squelettique permet à une activité physique plus élevée d’exercer davantage de pression sur le myocarde, le rendant plus vulnérable au dysfonctionnement général.Cela souligne l’importance du traitement des patients DMD en général et met en garde contre la thérapie des muscles squelettiques seule.
Les DGC remplissent plusieurs fonctions supplémentaires, à savoir assurer la stabilité structurelle du sarcolemme, devenir un échafaudage moléculaire qui agit comme un lien de signalisation, réguler les canaux ioniques mécanosensibles, le noyau de la mécanotransduction costale, et participer à la transmission de la force latérale dans la région du côtes (Fig. 1b)..La dystrophine joue un rôle central dans cette capacité et, en raison de la présence de nombreux promoteurs internes, il existe plusieurs isoformes différentes, chacune jouant un rôle différent dans différents tissus.L'expression tissulaire différentielle des différentes isoformes de la dystrophine conforte l'idée selon laquelle chaque isoforme joue un rôle différent.Par exemple, le tissu cardiaque exprime la pleine longueur (Dp427m) ainsi que l'isoforme plus courte Dp71m de la dystrophine, tandis que le tissu squelettique n'exprime que la première des deux.L'observation du rôle de chaque sous-type peut révéler non seulement sa fonction physiologique, mais également la pathogenèse de la dystrophie musculaire.
Représentation schématique de la dystrophine complète (Dp427m) et de l'isoforme Dp71 plus petite et tronquée.La dystrophine possède 24 répétitions de spectrine séparées par quatre boucles, ainsi qu'un domaine de liaison à l'actine (ABD), un domaine riche en cystéine (CR) et une extrémité C-terminale (CT).Des partenaires de liaison clés ont été identifiés, notamment les microtubules (MT) et le sarcolemme.Il existe de nombreuses isoformes de Dp71, Dp71m fait référence au tissu musculaire et Dp71b fait référence à l'isoforme du tissu nerveux.En particulier, Dp71f fait référence à l'isoforme cytoplasmique des neurones.b Le complexe dystrophine-glycoprotéine (DHA) est localisé dans l'ensemble du sarcolemme.Les forces biomécaniques basculent entre l'ECM et la F-actine.Notez la diaphonie potentielle entre les DGC et l’adhésion des intégrines, Dp71 peut jouer un rôle dans les adhésions focales.Créé avec Biorender.com.
La DMD est la dystrophie musculaire la plus courante et est causée par des mutations de la DMD.Cependant, pour apprécier pleinement notre compréhension actuelle du rôle de l’anti-dystrophine, il est important de la placer dans le contexte de la DGC dans son ensemble.Ainsi, les autres protéines constitutives seront brièvement décrites.La composition protéique de la DGC a commencé à être étudiée à la fin des années 1980, avec une attention particulière à la dystrophine.Koenig27,28, Hoffman29 et Ervasti30 ont fait une découverte importante en identifiant la dystrophine, une protéine de 427 kDa présente dans le muscle strié31.
Par la suite, d’autres sous-complexes se sont révélés associés à la dystrophine, notamment le sarcoglycane, le sous-complexe transmembranaire de la dystrophine, la dysbrevine et les syntrophines8, qui constituent ensemble le modèle DGC actuel.Cette section diffusera d'abord les preuves du rôle du DGC dans la perception mécanosensorielle tout en examinant les composants individuels en détail.
L'isoforme complète de la dystrophine présente dans le tissu musculaire strié est Dp427m (par exemple « m » pour muscle pour le distinguer du cerveau) et est une grosse protéine en forme de bâtonnet avec quatre domaines fonctionnels situés sous le sarcolemme des cardiomyocytes, en particulier dans la région costale. 29, 32. Dp427m, codé par le gène DMD sur Xp21.1, se compose de 79 exons générés à 2,2 mégabases et constitue donc le plus grand gène de notre génome8.
Plusieurs promoteurs internes de la DMD produisent plusieurs isoformes tronquées de la dystrophine, dont certaines sont spécifiques aux tissus.Comparé à Dp427m, Dp71m est considérablement tronqué et ne possède pas de domaine de répétition de spectrine ni de domaine ABD N-terminal.Cependant, Dp71m conserve la structure de liaison C-terminale.Dans les cardiomyocytes, le rôle de Dp71m n'est pas clair, mais il a été démontré qu'il se localise dans les tubules T, ce qui suggère qu'il pourrait aider à réguler le couplage excitation-contraction 33,34,35.À notre connaissance, la découverte récente de Dp71m dans le tissu cardiaque a reçu peu d'attention, mais certaines études suggèrent qu'elle est associée à des canaux ioniques activés par étirement, et Masubuchi a suggéré qu'elle pourrait jouer un rôle dans la régulation de nNOS33., 36. Ce faisant, Dp71 a reçu une attention particulière dans la recherche en neurophysiologie et sur les plaquettes, domaines qui pourraient donner un aperçu de son rôle dans les cardiomyocytes .
Dans le tissu nerveux, l'isoforme Dp71b est principalement exprimée, avec 14 isoformes rapportées38.Il a été démontré que la suppression de Dp71b, un régulateur important des canaux potassiques aquaporine 4 et Kir4.1 dans le système nerveux central, modifie la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique40.Compte tenu du rôle de Dp71b dans la régulation des canaux ioniques, Dp71m pourrait jouer un rôle similaire dans les cardiomyocytes.
La présence de DGC dans les ganglions costaux indique immédiatement un rôle dans la mécanotransduction, et il a en effet été démontré qu'elle se localise avec les complexes intégrine-taline-vinculine 41 .De plus, étant donné que le segment costal est au centre de la mécanotransduction transversale, la localisation de Dp427m met ici en évidence son rôle dans la protection des cellules contre les dommages induits par la contraction.De plus, Dp427m interagit avec l'actine et le cytosquelette microtubulaire, complétant ainsi la connexion entre l'environnement intracellulaire et la matrice extracellulaire.
Le domaine de liaison à l'actine 1 (ABD1) contenant l'extrémité N-terminale est constitué de deux domaines d'homologie de la calmoduline (CH) nécessaires à l'interaction avec la F-actine et à l'ancrage de l'isoforme de la γ-actine au sarcolemme .La dystrophine peut contribuer à la viscoélasticité globale des cardiomyocytes en se fixant au cytosquelette sous-sarcolemmal, et sa localisation dans les ganglions costaux conforte son implication dans la mécanotransduction ainsi que dans la mécanoprotection44,45.
Le domaine central est constitué de 24 protéines répétées de type spectrine, dont chacune mesure environ 100 résidus d'acides aminés.Les répétitions de spectrine sont entrecoupées de quatre domaines charnières, conférant à la protéine une flexibilité et un haut degré d'extensibilité.Les répétitions de spectrine de dystrophine peuvent se déployer dans une plage physiologique de forces (15-30 pN) s'étendant de 21 nm à 84 nm, forces réalisables pour la contraction de la myosine 46 .Ces caractéristiques du domaine de répétition de la spectrine permettent à la dystrophine d'agir comme un amortisseur moléculaire.
Le bâtonnet central de Dp427m assure sa localisation dans le sarcolemme, notamment grâce à des interactions hydrophobes et électrostatiques avec la phosphatidylsérine 47,48.Il est intéressant de noter que le noyau central de la dystrophine interagit différemment avec les phospholipides du sarcolemme dans les tissus squelettiques et cardiaques, reflétant peut-être différents schémas de ressort.critique, tandis que les muscles squelettiques sont également associés au R10-R1249.
La liaison au cytosquelette de la γ-actine nécessite la région 11-17 de répétition de la spectrine ABD2, qui est constituée de résidus d'acides aminés basiques et diffère du domaine CH de liaison à la F-actine.Les microtubules interagissent directement avec le domaine central de la dystrophine, cette interaction nécessite des résidus de répétitions de spectrine 4-15 et 20-23, et la présence d'ankyrine B est requise pour empêcher la formation de microtubules sur ce site.Les tubes sont absents 50,51,52.Il a été démontré qu'un écart entre les microtubules et la dystrophine exacerbe la pathologie DMD en augmentant les espèces réactives de l'oxygène (X-ROS).
Le domaine CR via l'ankyrine B est un autre point d'ancrage pour les phospholipides sarcolemmeaux52.L'ankyrine-B et l'ankyrine-G sont nécessaires à la localisation costale de la dystrophine/DGC, et leur absence entraîne un schéma sarcolemme diffus de DGC52.
Le domaine CR contient un domaine de liaison WW qui interagit directement avec le motif de liaison PPxY du β-DG.En se fixant sur le complexe dystrophine-glycane, la dystrophine complète le lien entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule54.Cette connexion est essentielle pour les muscles striés, comme en témoigne le fait que la perturbation de la connexion entre la MEC et l'intérieur de la cellule conduit à une dystrophie musculaire limitant la vie.
Enfin, le domaine CT est une région hautement conservée qui forme une hélice enroulée et est essentielle à la liaison à l'α-dystrobrevine et aux α1-,β1-syntrophines55,56.L'α-dystrobrevine se lie au domaine CT de la dystrophine et offre une résistance supplémentaire à la dystrophine dans le sarcolemme57.
Au cours du développement embryonnaire et fœtal, l'utrophine est largement exprimée dans divers tissus, notamment les cellules endothéliales, le tissu nerveux et le tissu musculaire strié58.L'utrophine est exprimée par l'UTRN situé sur le chromosome 6q et est un autologue de la dystrophine avec 80 % d'homologie protéique.Au cours du développement, l'utrophine est localisée dans le sarcolemme mais est nettement supprimée dans le tissu musculaire strié postnatal, où elle est remplacée par la dystrophine.Après la naissance, la localisation de l'utrophine est limitée aux tendons et aux jonctions neuromusculaires des muscles squelettiques58,59.
Les partenaires de liaison de l'utrophine sont globalement similaires à ceux des dystrophines, bien que certaines différences clés aient été décrites.Par exemple, la dystrophine interagit avec la β-DG via son domaine WW, qui est stabilisé par le domaine ZZ (nommé pour sa capacité à lier deux ions zinc) dans sa région CT, où les résidus d'acide cystéique 3307-3354 sont particulièrement importants pour cette interaction60. ., 61. L'utrophine se lie également à la β-DG via le domaine WW/ZZ, mais les résidus exacts soutenant cette interaction diffèrent des résidus de dystrophine (3307-3345 dans la dystrophine et 3064-3102 dans l'utrophine) 60,61.Il est important de noter que la liaison de l'utrophine à la β-DG était environ 2 fois inférieure à celle de la dystrophine 61. Il a été rapporté que la dystrophine se lie à la F-actine via les répétitions 11 à 17 de la spectrine, alors que des sites similaires dans l'utrophine ne peuvent pas se lier à la F-actine, même à concentrations élevées, mais peuvent interagir via leurs domaines CH.Actions 62,63,64.Enfin, contrairement à la dystrophine, l’utrophine ne peut pas se lier aux microtubules51.
Biomécaniquement, les répétitions de spectrine d'utrophine ont un schéma de déploiement distinct par rapport à la dystrophine .L'utrophine-spectrine répète son déploiement à des forces plus élevées, similaire à la titine mais pas à la dystrophine65.Ceci est cohérent avec sa localisation et son rôle dans la transmission de la force élastique rigide au niveau des jonctions tendineuses, mais peut rendre l'utrophine moins apte à agir comme ressort moléculaire dans les forces tampons induites par la contraction 65 .Prises ensemble, ces données suggèrent que les capacités de mécanotransduction et de mécanotamponnage peuvent être altérées en présence d'une surexpression de l'utrophine, en particulier compte tenu de différents partenaires/mécanismes de liaison, mais cela nécessite une étude expérimentale plus approfondie.
D’un point de vue fonctionnel, le fait que l’utrophine ait des effets similaires à ceux de la dystrophine en fait une cible thérapeutique potentielle pour la DMD66,67.En fait, il a été démontré que certains patients DMD surexpriment l'utrophine, éventuellement à titre de mécanisme compensatoire, et le phénotype a été restauré avec succès dans un modèle murin présentant une surexpression de l'utrophine 68 .Bien que la régulation positive de l'utrophine soit une stratégie thérapeutique probable, la prise en compte de la différence formelle et fonctionnelle entre l'utrophine et la dystrophine et l'utilité d'induire cette surexpression avec une localisation appropriée le long du sarcolemme rendent la stratégie à long terme de l'utrophine encore floue.Notamment, les femmes porteuses présentent un schéma mosaïque d’expression de l’utrophine, et le rapport entre la dystrophine et l’utrophine peut influencer le degré de cardiomyopathie dilatée chez ces patients,69 bien que des modèles murins de porteurs l’aient montré..
Le sous-complexe du dystroglycane est constitué de deux protéines, l'α- et le β-dystroglycane (α-, β-DG), toutes deux transcrites à partir du gène DAG1 puis scindées post-traductionnellement en deux protéines composantes 71 .L'α-DG est hautement glycosylé dans l'aspect extracellulaire des DGC et interagit directement avec les résidus proline de la laminine α2 ainsi qu'avec l'agrin72 et la picaculine73 et la région CT/CR de la dystrophine73,74,75,76.La glycosylation liée à l'O, en particulier des résidus sérine, est nécessaire pour son interaction avec la MEC.La voie de glycosylation comprend de nombreuses enzymes dont les mutations conduisent à la dystrophie musculaire (voir aussi tableau 1).Ceux-ci incluent la O-mannosyltransférase POMT2, la fucutine et la protéine liée à la fucutine (FKRP), deux ribitol phosphotransférases qui ajoutent des phosphates de ribitol en tandem au glycane central et la protéine LARGE1 qui ajoute du xylose et du glucose.Polysaccharide d'acide uronique linéaire, également connu sous le nom de glycane matriciel à l'extrémité du glycane77.FKRP est également impliqué dans le développement et le maintien de l'ECM, et ses mutations entraînent une diminution de l'expression de la laminine α2 et α-DG77,78,79.De plus, FKRP peut également diriger la formation de la lame basale et de la matrice extracellulaire cardiaque grâce à la fibronectine glycosylée 80.
β-DG contient un motif de liaison PPxY qui localise et séquestre directement YAP12.Il s’agit d’une découverte intéressante car elle implique que la DGC régule le cycle cellulaire des cardiomyocytes.L'α-DH dans les cardiomyocytes néonatals interagit avec l'agrin, ce qui favorise la régénération cardiaque et la lyse du DGC76 due à la maturation cellulaire.À mesure que les cardiomyocytes mûrissent, l’expression de l’aggrin diminue au profit de la laminine, qui contribuerait à l’arrêt du cycle cellulaire76.Morikawa12 a montré que la double inactivation de la dystrophine et du salvador, un régulateur négatif du YAP, conduit à une hyperprolifération des cardiomyocytes dans le rumen provoquant l'infarctus.Cela a conduit à l’idée passionnante selon laquelle la manipulation YAP pourrait avoir une valeur clinique pour prévenir la perte de tissu après un infarctus du myocarde.Ainsi, la lyse des DGC induite par l’agrin pourrait représenter un axe permettant l’activation de YAP et constitue une voie potentielle pour la régénération cardiaque.
Mécaniquement, les α- et β-DG sont nécessaires pour maintenir l'interaction entre le sarcolemme et la couche basale 81 .Les intégrines α-DG et α7 contribuent à la génération de force dans le ganglion costal, et la perte d'α-DG provoque la séparation du sarcolemme de la lame basale, laissant le tissu musculaire squelettique vulnérable aux dommages induits par la contraction.Comme décrit précédemment, le complexe dystroglycane régule le renouvellement global des DGC, où la liaison au ligand apparenté laminine entraîne la phosphorylation de la tyrosine du motif de liaison au PPPY du β-DG892.La phosphorylation de la tyrosine favorise ici le désassemblage de la dystrophine, ce qui renverse le complexe DGC.Physiologiquement, ce processus est hautement régulé, ce qui est absent dans la dystrophie musculaire82, bien que les mécanismes sous-jacents qui contrôlent ce processus ne soient pas entièrement compris.
Il a été démontré que l’étirement cyclique active les voies ERK1/2 et AMPK à travers le complexe de la dystrophine et la protéine plectine associée83.Ensemble, la plectine et le dystroglycane doivent non seulement agir comme un échafaudage, mais également participer à la mécanotransduction, et l'inactivation de la plectine entraîne une diminution de l'activité de ERK1/2 et de l'AMPK83.La plectine se lie également à la desmine du filament intermédiaire cytosquelettique, et il a été démontré que la surexpression de la desmine améliore le phénotype de la maladie chez les souris mdx:desmin et mdx, un modèle de souris à double knock-out DMD84.En interagissant avec la β-DG, la plectine lie indirectement la DGC à ce composant du cytosquelette.De plus, le dystroglycane interagit avec la protéine 2 de liaison au récepteur du facteur de croissance (Grb2), connue pour être impliquée dans les réarrangements cytosquelettiques85.Il a été démontré que l'activation de Ras par l'intégrine est médiée par Grb2, ce qui peut constituer une voie potentielle de diaphonie entre les intégrines et DGC86.
Les mutations des gènes impliqués dans la glycosylation de l'α-DH conduisent à ce qu'on appelle la dystrophie musculaire.Les dystroglycanopathies présentent une hétérogénéité clinique mais sont principalement causées par une perturbation de l'interaction entre l'α-DG et la laminine α277.Les dystrophiglicanoses provoquées par des mutations primaires de DAG1 sont généralement extrêmement rares, probablement parce qu'elles sont létales embryonnaires87, confirmant ainsi la nécessité d'une association cellulaire avec la MEC.Cela signifie que la plupart des maladies dystrophiques des glycanes sont causées par des mutations protéiques secondaires associées à la glycosylation.Par exemple, les mutations de POMT1 provoquent le syndrome de Walker-Warburg extrêmement grave, caractérisé par une anencéphalie et une espérance de vie nettement réduite (moins de 3 ans)88.Cependant, les mutations de FKRP se manifestent principalement par une dystrophie musculaire des ceintures (LGMD), qui est généralement (mais pas toujours) relativement bénigne.Cependant, il a été démontré que les mutations de FKRP sont une cause rare de WWS89.De nombreuses mutations ont été identifiées dans FKRP, dont la mutation fondatrice (c.826>A) provoque le plus souvent LGMD2I90.
LGMD2I est une dystrophie musculaire relativement bénigne dont la pathogenèse repose sur la rupture de la connexion entre la matrice extracellulaire et le cytosquelette intracellulaire.La relation entre le génotype et le phénotype est moins claire chez les patients présentant des mutations dans ces gènes, et ce concept est effectivement applicable à d'autres protéines DSC.Pourquoi certains patients présentant des mutations FKRP présentent-ils un phénotype de maladie compatible avec le WWS alors que d'autres ont LGMD2I ?La réponse à cette question peut résider dans i) quelle étape de la voie de glycosylation est affectée par la mutation, ou ii) le degré d'hypoglycosylation à une étape donnée.L'hypoglycosylation de l'α-DG peut encore permettre un certain degré d'interaction avec la MEC, entraînant un phénotype global plus doux, tandis que la dissociation de la membrane basale augmente la gravité du phénotype de la maladie.Les patients atteints de LGMD2I développent également une DCM, bien que celle-ci soit moins documentée que la DMD, ce qui justifie l'urgence de comprendre ces mutations dans le contexte des cardiomyocytes.
Le sous-complexe sarcospan-sarcoglycane favorise la formation de DHA et interagit directement avec la β-DH.Il existe quatre sarcoglycanes unidirectionnels dans le tissu cardiaque : α, β, γ et δ91.Il a récemment été décrit qu'une mutation faux-sens c.218C> T dans l'exon 3 du gène SGCA et une délétion hétérozygote partielle dans les exons 7 à 8 provoquent LGMD2D92.Cependant, dans ce cas, les auteurs n’ont pas évalué le phénotype cardiaque.
D'autres groupes ont découvert que la SGCD dans les modèles porcins93 et ​​murins94 entraînait une expression réduite des protéines dans le sous-complexe des sarcoglycanes, perturbant la structure globale des DGC et conduisant au DCM.De plus, 19 % de tous les patients présentant des mutations SGCA, SGCB ou SGCG souffraient d’une cardiomyopathie dilatée, et 25 % de tous les patients avaient également besoin d’une assistance respiratoire95.
Les mutations récessives du sarcoglycane (SG) δ entraînent une réduction ou une absence totale des complexes de sarcoglycane et donc de DGC dans le tissu cardiaque et sont responsables de la LGMD et de son DCM96 associé.Il est intéressant de noter que les mutations dominantes négatives de SG-δ sont spécifiques au système cardiovasculaire et sont à l’origine d’une cardiomyopathie dilatée familiale97.Il a été démontré que les mutations dominantes négatives SG-δ R97Q et R71T sont exprimées de manière stable dans les cardiomyocytes de rat sans altération significative du DGC98 total.Cependant, les cellules cardiaques portant ces mutations sont plus sensibles aux dommages, à la perméabilité et au dysfonctionnement mécanique du sarcolemme sous contrainte mécanique, ce qui est cohérent avec le phénotype DCM98.
Sarcospan (SSPN) est une tétraspanine de 25 kDa localisée dans le sous-complexe sarcoglycane et est censée servir d'échafaudage protéique99,100.En tant qu'échafaudage protéique, le SSPN stabilise la localisation et la glycosylation de l'α-DG99,101.Il a été constaté que la surexpression du SSPN dans les modèles murins augmente la liaison entre le muscle et la laminine 102 .De plus, il a été démontré que le SSPN interagit avec les intégrines, suggérant le degré de diaphonie entre les deux commissures des côtes, la DGC, et la structure glycoprotéique intégrine-taline-vinculine100,101,102.L'inactivation du SSPN a également entraîné une augmentation de α7β1 dans le muscle squelettique de la souris.
Une étude récente a montré que la surexpression du sarcospan améliore la maturation et la glycosylation de l'α-DG dans le tissu cardiaque indépendamment de l'inactivation de la galactosylaminotransférase 2 (Galgt2) dans un modèle murin mdx de DMD, atténuant ainsi le phénotype 101 de la maladie. Une glycosylation accrue du complexe dystroglycane peut améliorer l'interaction avec l'ECM, atténuant ainsi davantage la maladie.De plus, ils ont montré que la surexpression du sarcospan réduit l’interaction de l’intégrine β1D avec les DGC, mettant en évidence le rôle possible du sarcospan dans la régulation des complexes d’intégrine101.
Les syntrophines sont une famille de petites protéines (58 kDa) qui se localisent dans les DGC, n'ont pas elles-mêmes d'activité enzymatique intrinsèque et servent d'adaptateurs moléculaires103,104.Cinq isoformes (α-1, β-1, β-2, γ-1 et γ-2) ont été identifiées montrant une expression spécifique aux tissus, l'isoforme α-1 étant principalement exprimée dans le tissu musculaire strié 105 .Les syntrophines sont d'importantes protéines adaptatrices qui facilitent la communication entre la dystrophine et les molécules de signalisation, notamment l'oxyde nitrique synthase neuronale (nNOS) dans le muscle squelettique106.L'α-syntrophine interagit directement avec le domaine de répétition de la spectrine 16-17 de la dystrophine, qui à son tour se lie au motif de liaison nNOS106,107 PDZ.
Les syntrophines interagissent également avec la dystrobrevine via les domaines de liaison PH2 et SU, et elles interagissent également avec le cytosquelette d'actine 108 .En effet, les syntrophines semblent jouer un rôle particulièrement important dans la régulation de la dynamique du cytosquelette, et les isoformes α et β sont capables d'interagir directement avec la F-actine 108 et jouent donc probablement un rôle dans la régulation de la tenségrité et de la biomécanique du système cellulaire. effet.De plus, il a été démontré que les syntrophines régulent le cytosquelette via Rac1109.
La modulation des niveaux de syntrophine peut restaurer la fonction, et une étude récente utilisant la mini-dystrophine a montré que la construction ΔR4-R23/ΔCT était capable de restaurer l'α-syntrophine ainsi que d'autres protéines DGC à des niveaux comparables à ceux des cardiomyocytes WT mdx.
En plus de leur rôle dans la régulation du cytosquelette, les syntrophines sont également bien documentées dans la régulation des canaux ioniques 111,112,113.Le motif de liaison PDZ des syntrophines régule le canal Nav1.5111 dépendant de la tension cardiaque, qui joue un rôle clé dans l'établissement de l'excitabilité et de la conduction cardiaques.Il est intéressant de noter que dans le modèle murin mdx, les canaux Nav1.5 étaient régulés négativement et des arythmies cardiaques ont été observées chez les animaux 111.De plus, il a été démontré qu'une famille de canaux ioniques mécanosensibles, le canal potentiel du récepteur transitoire (TRPC), est régulée par l'α1-syntrophine dans le tissu cardiaque 113 et que l'inhibition de TRPC6 améliore les arythmies dans le modèle murin DMD112.Il a été rapporté que l'activité accrue de TRPC6 dans la DMD entraîne des arythmies cardiaques, qui sont soulagées lorsqu'elles sont associées au PKG 112.Mécaniquement, la déplétion en dystrophine favorise un afflux de [Ca2+]i induit par l'étirement qui agit en amont de TRPC6 pour l'activer, comme le montrent les cardiomyocytes et les cellules musculaires lisses vasculaires112,114.L’hyperactivation de TRPC6 pour s’étirer en fait un mécanocapteur majeur et une cible thérapeutique potentielle dans le DMD112,114.
La perte de dystrophine entraîne une lyse ou une suppression marquée de l'ensemble du complexe DGC, avec perte ultérieure de nombreuses fonctions mécanoprotectrices et mécanotransductions, entraînant le phénotype catastrophique observé dans le tissu musculaire strié dans la DMD.Il peut donc être raisonnable de considérer que les RSK fonctionnent de concert et que les composants individuels dépendent de la présence et du fonctionnement d’autres composants.Cela est particulièrement vrai pour la dystrophine, qui semble être nécessaire à l'assemblage et à la localisation du complexe sarcolemme dans les cardiomyocytes.Chaque composant joue un rôle unique en contribuant à la stabilisation globale du sarcolemme, à la localisation des protéines accessoires clés, à la régulation des canaux ioniques et à l'expression des gènes, et la perte d'une seule protéine dans le DGC entraîne une dérégulation de l'ensemble du myocarde.
Comme indiqué ci-dessus, de nombreuses protéines DGC sont impliquées dans la mécanotransduction et la signalisation, et la dystrophine est particulièrement adaptée à ce rôle.Si la DGC est localisée dans les côtes, cela confirme l'opinion selon laquelle elle participe à la mécanotransduction avec les intégrines.Ainsi, les DGC subissent physiquement un transfert de force anisotrope et participent au réarrangement mécanosensoriel et cytosquelettique du microenvironnement intracellulaire, conformément au modèle de tenségrité.De plus, Dp427m amortit les forces biomécaniques entrantes en élargissant les répétitions de spectrine dans son domaine central, agissant ainsi comme un mécanoprotecteur en maintenant une force de déroulement de 25 pN sur une plage étendue de 800 nm.En se divisant, la dystrophine est capable de « tamponner » la force de contraction-relaxation produite par les cardiomyocytes10.Compte tenu de la diversité des protéines et des phospholipides qui interagissent avec les domaines de répétition de la spectrine, il est intéressant de se demander si le déroulement des répétitions de la spectrine modifie la cinétique de liaison des protéines mécanosensibles d'une manière similaire à celle de la taline116,117,118.Cependant, cela n’a pas encore été déterminé et des investigations plus approfondies sont nécessaires.