Białko C wiążące miozynę, serce

Ilustracja przedstawiająca różne składniki sarkomeru serca, w tym białko C wiążące miozynę
MYBPC3
Protein MYBPC3 PDB 1gxe.png
Dostępne konstrukcje
WPB Wyszukiwanie ortologów:
Identyfikatory
, CMD1MM, CMH4, FHC, LVNC10, MYBP-C, białko wiążące miozynę C, sercowe, cMyBP-C, białko wiążące miozynę C3
Identyfikatory zewnętrzne
ortologi
Gatunek Człowiek Mysz
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

RefSeq (białko)

Lokalizacja (UCSC)
PubMed search
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Białko C wiążące miozynę, typu sercowego jest białkiem , które u ludzi jest kodowane przez gen MYBPC3 . Ta izoforma ulega ekspresji wyłącznie w mięśniu sercowym podczas rozwoju człowieka i myszy i różni się od tej wyrażanej w wolnych mięśniach szkieletowych ( MYBPC1 ) i szybkich mięśniach szkieletowych ( MYBPC2 ).

Struktura

cMyBP-C jest białkiem o masie 140,5 kDa złożonym z 1273 aminokwasów. cMyBP-C jest białkiem związanym z miozyną, które wiąże się w odstępach 43 nm wzdłuż rdzenia włókna grubego miozyny, rozciągając się na 200 nm po obu stronach linii M w strefie przenoszenia mostków krzyżowych (region C) prążka A w mięsień poprzecznie prążkowany. Przybliżona stechiometria cMyBP-C wzdłuż grubego włókna wynosi 1 na 9-10 cząsteczek miozyny lub 37 cząsteczek cMyBP-C na grube włókno. Oprócz miozyny, cMyBP-C wiąże również tytynę i aktynę . Izoforma cMyBP-C wyrażana w mięśniu sercowym różni się od tej wyrażanej w wolnych i szybkich mięśniach szkieletowych ( MYBPC1 i MYBPC2 ) trzema cechami: (1) dodatkową domeną podobną do immunoglobuliny (Ig) na N-końcu, (2 ) region łącznikowy między drugą i trzecią domeną Ig oraz (3) dodatkową pętlę w szóstej domenie Ig . Wydaje się, że cMyBP-C jest niezbędny do prawidłowego uporządkowania, długości włókien i odstępów między sieciami w strukturze sarkomeru .

Funkcjonować

cMyBP-C nie jest niezbędny do tworzenia sarkomerów podczas embriogenezy, ale ma kluczowe znaczenie dla organizacji sarkomerów i utrzymania prawidłowej czynności serca . Brak cMyBP-C ( myszy z nokautem ukierunkowane na Mybpc3) powoduje ciężki przerost mięśnia sercowego, zwiększenie stosunku masy serca do masy ciała, powiększenie komór, zwiększoną wrażliwość miofilamentu na Ca2+ oraz obniżenie funkcji rozkurczowej i skurczowej . Histologicznie, serca z nokautem ukierunkowane na Mybpc3 wykazują przegrupowania strukturalne z nieładem miocytów serca i zwiększonym zwłóknieniem śródmiąższowym, podobnie jak u pacjentów z kardiomiopatia przerostowa , bez wyraźnych zmian w kształcie lub wielkości pojedynczych miocytów serca. Badanie ultrastrukturalne wykazało utratę bocznego ustawienia sąsiednich miofibryli z niewspółosiowością ich linii Z.

Wydaje się, że cMyBP-C działa jak hamulec skurczu serca, ponieważ u myszy z nokautem cMyBP-C zwiększa się skrócenie, moc i kinetyka cyklu. Zgodnie z tym poglądem, myszy z nokautem cMyBP-C wykazują nieprawidłowy przebieg skurczowy, ze skróconym przebiegiem elastyczności i niższą szczytową elastycznością in vivo oraz przyspieszonym rozwojem siły w izolowanych, pozbawionych skóry włóknach sercowych, co sugeruje, że cMyBP-C jest wymagany do ograniczenia mostków krzyżowych w celu utrzymania normalnego wyrzutu.

cMyBP-C reguluje pozycjonowanie miozyny i aktyny w celu interakcji i działa jak linka do głów miozyny S1, ograniczając ich ruchliwość. Powoduje to zmniejszenie liczby utworzonych mostków krzyżowych, co utrudnia generowanie siły, ze względu na jego N-końcowy region C1-M-C2 oddziałujący z domeną miozyny-S2. Ponadto cMyBP-C przyczynia się do regulacji skurczu mięśnia sercowego przy krótkich sarkomerach i jest niezbędny do całkowitego rozluźnienia w rozkurczu.

Interakcje cMyBP-C z jego partnerami wiążącymi różnią się w zależności od statusu modyfikacji potranslacyjnej . Co najmniej trzy szeroko scharakteryzowane fosforylacji (Ser273, 282 i 302; numeracja odnosi się do sekwencji mysiej) są zlokalizowane w motywie M cMyBP-C i są celem kinaz białkowych w hierarchicznej kolejności zdarzeń. W stanie defosforylowanym cMyBP-C wiąże się głównie z miozyną S2 i hamuje tworzenie mostków krzyżowych, jednak gdy jest fosforylowany w odpowiedzi na stymulację β-adrenergiczną poprzez aktywację kinazy białkowej zależnej od cAMP ( PKA ), faworyzuje wiązanie się z aktyną, a następnie przyspiesza tworzenie mostków krzyżowych, wzmacniając rozwój siły i promując relaksację. Kinazy białkowe zidentyfikowane dotychczas jako fosforylujące cMyBP-C w motywie M to PKA , Ca 2+ /kalmodulinozależna kinaza II ( CaMKII ), rybosomalna kinaza s6 (RSK), kinaza białkowa D (PKD) i kinaza białkowa C (PKC ). Ponadto GSK3β została opisana jako inna kinaza białkowa do fosforylacji cMyBP-C poza domeną M w bogatym w prolinę-alaninę miejscu wiązania aktyny w Ser133 w ludzkim mięśniu sercowym (mysz Ser131). Fosforylacja jest wymagana do prawidłowego funkcjonowania serca i stabilności cMyBP-C, a ogólny poziom fosforylacji cMyBP-C jest obniżony w niewydolności serca u ludzi i doświadczalnej. Istnieją inne potranslacyjne modyfikacje cMyBP-C, które występują w całym białku i nie zostały jeszcze dokładnie scharakteryzowane, takie jak acetylacja, cytrulinacja, S-glutationacja, S-nitrozylacja i karbonylacja.

Genetyka

Klonowanie cDNA ludzkiego MYBPC3 i lokalizacja genu na ludzkim chromosomie 11p11.2 wspomogły strukturę i funkcję cMyBP-C. MYBPC3 stał się zatem „najlepszym” genem kandydującym dla locus CMH4 dla kardiomiopatii przerostowej , który został początkowo zmapowany przez grupę Schwartza. Zidentyfikowano mutacje MYBPC3 segregujące w rodzinach z kardiomiopatią przerostową . MYBPC3 był zatem czwartym genem kardiomiopatii przerostowej , po MYH7 , kodujące łańcuch ciężki β-miozyny , TNNT2 i TPM1 , kodujące odpowiednio sercową troponinę T i α- tropomiozynę , określając kardiomiopatię przerostową jako chorobę sarkomeru .

Do tej pory zidentyfikowano około 350 mutacji w MYBPC3 , aw dużej części mutacje skutkują obcięciem białka, przesunięciami w ramkach odczytu i przedwczesnymi kodonami terminacji. Badania genetyczne wykazały znaczne nakładanie się genotypów i fenotypów, ponieważ mutacje MYBPC3 mogą prowadzić do różnych postaci kardiomiopatii, takich jak kardiomiopatia rozstrzeniowa i kardiomiopatia niesprężająca lewej komory . U pacjentów z izolowanymi lub rodzinnymi przypadkami kardiomiopatii rozstrzeniowej, MYBPC3 mutacje stanowiły drugą co do wielkości liczbę znanych mutacji. Ponadto intronowa MYBPC3 o długości 25 pz , prowadząca do skrócenia białka, występuje u 4% populacji w południowych Indiach i wiąże się z większym ryzykiem rozwoju niewydolności serca. Założyciel MYBPC3 mutacje odnotowano w Islandii, Włoszech, Holandii, Japonii, Francji i Finlandii, gdzie stanowią duży odsetek przypadków kardiomiopatii przerostowej. Wszystkie z nich są mutacjami skracającymi, w wyniku czego powstaje krótsze białko, pozbawione regulacyjnego fosforylowalnego motywu M i / lub głównych domen wiążących z innymi białkami sarkomerowymi. Dowody wskazują, że u pacjentów z więcej niż 1 mutacją często rozwija się cięższy fenotyp i znaczna część kardiomiopatii przerostowej rozpoczynającej się w dzieciństwie (14%) jest spowodowane złożonymi wariantami genetycznymi. Sugeruje to, że efekt dawkowania genów może być odpowiedzialny za objawy w młodszym wieku. Zgłoszono łącznie 51 przypadków homozygot lub złożonych heterozygot, w większości z podwójnie skracającymi się MYBPC3 i związanymi z ciężką kardiomiopatią, prowadzącą do niewydolności serca i śmierci w ciągu pierwszego roku życia.

Patomechanizmy

Doskonałe zrozumienie, w jaki sposób mutacje MYBPC3 prowadzą do rozwoju dziedzicznej kardiomiopatii, pochodzi z analiz próbek ludzkiego mięśnia sercowego, transferu genów w różnych liniach komórkowych, naturalnie występujących lub transgenicznych modeli zwierzęcych, a ostatnio modelowania chorób przy użyciu indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych ( iPSC ) . -pochodzące z miocytów serca. Chociaż dostęp do próbek ludzkiego mięśnia sercowego jest trudny, przynajmniej niektóre badania dostarczyły dowodów na to, że obcięte cMyBP-Cs, wynikające z obcięcia MYBPC3 mutacje nie są wykrywalne w próbkach ludzkich pacjentów za pomocą analizy Western-immunoblot. Zostało to potwierdzone u heterozygotycznych na Mybpc3 , niosących ludzką transformację c.772G>A (tj. mutację założycielską w Toskanii). Dane te sugerują, że haploinsufficiency jest głównym mechanizmem chorobowym dla heterozygotycznych mutacji skracających. regulacja ekspresji zmutowanego allelu obejmuje rozpad mRNA za pośrednictwem nonsensów , system ubikwityna-proteasom (UPS) i szlak autofagii-lizosomalny po przeniesieniu genu zmutowanego MYBPC3 w miocytach serca lub u myszy in vivo . W przeciwieństwie do mutacji skracających, mutacje zmiany sensu prowadzą w większości przypadków (choć trudne do specyficznego wykrycia) do stabilnych zmutowanych cMyBP-C, które są przynajmniej częściowo włączone do sarkomeru i mogą działać jako trujące polipeptydy na strukturze i/lub funkcja sarkomeru . Homozygotyczne lub złożone heterozygotyczne mutacje są zatem prawdopodobnie przedmiotem zróżnicowanej regulacji w zależności od tego, czy są to mutacje podwójnego zmiany sensu, podwójnego skrócenia lub mieszane mutacje zmiany sensu / skrócenia. Homozygota Mybpc3 Ukierunkowane myszy knock-in, które genetycznie naśladują sytuację ciężkiej kardiomiopatii noworodkowej, rodzą się bez fenotypu i wkrótce po urodzeniu rozwijają dysfunkcję skurczową, po której następuje (kompensacyjny) przerost mięśnia sercowego. Ludzkie przejście c.772G> A skutkuje niskimi poziomami trzech różnych zmutowanych Mybpc3 i cMyBP-C u myszy homozygotycznych, co sugeruje połączenie haploinsufficiency i zatrucia polipeptydem jako mechanizmu choroby w stanie homozygotycznym. Ponadto połączenie stresu zewnętrznego (takiego jak stres neurohumoralny lub starzenie się) i Mybpc3 wykazano, że mutacje upośledzają UPS u myszy, a aktywność proteasomów była również obniżona u pacjentów z kardiomiopatią przerostową lub kardiomiopatią rozstrzeniową .

Oskórowane beleczki lub miocyty sercowe uzyskane od ludzkich pacjentów niosących mutację MYBPC3 lub od heterozygotycznych i homozygotycznych myszy knock-in ukierunkowanych na Mybpc3 wykazywały wyższą wrażliwość miofilamentu na Ca2+ niż grupy kontrolne. Modelowanie chorób za pomocą technologii inżynierii tkanki serca ( EHT ) z komórkami serca heterozygotycznych lub homozygotycznych myszy knock-in ukierunkowanych na Mybpc3 powtórzyło obserwacje poczynione w badaniach na ludziach i myszach, wykazując skrócone skurcze, większą wrażliwość na zewnętrzny Ca2 + i mniejsze reakcje inotropowe na różne leki ( izoprenalina, EMD 57033 i werapamil) w porównaniu z kontrolnymi EHT typu dzikiego. Dlatego EHT są odpowiednie do modelowania fenotypu choroby i rekapitulacji zmian funkcjonalnych stwierdzonych u myszy z kardiomiopatia przerostowa . Innym dobrym systemem modelowania kardiomiopatii w szalce do hodowli komórkowej jest pochodzenie miocytów serca z iPSC . Raporty z ludzkich modeli iPSC kardiomiopatii sarkomerycznych wykazały hipertrofię komórkową w większości przypadków, w tym jeden z mutacją c.2995_3010del MYBPC3 , która oprócz hipertrofii wykazywała zmienność kurczliwości w obecności endoteliny-1 .

Terapia

Ze względu na swoją selektywność tkankową i trwałą ekspresję, rekombinowane wirusy związane z adenowirusami (AAV) mają potencjał terapeutyczny w leczeniu dziedzicznej kardiomiopatii wynikającej z mutacji MYBPC3 . Opracowano kilka podejść ukierunkowanych. Najnowsza to edycja genomu w celu skorygowania mutacji za pomocą CRISPR/Cas9 . Naturalnie istniejący jako część prokariotycznego układu odpornościowego, CRISPR/Cas9 został wykorzystany do korekcji mutacji w genomie ssaków. Indukując nacięcia w dwuniciowym DNA i dostarczając matrycową sekwencję DNA, możliwa jest naprawa mutacji przez rekombinację homologiczną . To podejście nie zostało jeszcze ocenione pod kątem MYBPC3 , ale można je zastosować dla każdej mutacji pojedynczej lub zgrupowanej, a zatem zastosować preferencyjnie w przypadku częstych mutacji założycielskich MYBPC3 .

Inne strategie ukierunkowane na zmutowany pre-mRNA przez pomijanie eksonu i / lub trans-splicing RNA za pośrednictwem spliceosomu (SMaRT) zostały ocenione pod kątem MYBPC3 . Pomijanie eksonu można osiągnąć stosując antysensowny oligonukleotyd (AON) maskujący egzonowe sekwencje wzmacniające splicing, a tym samym zapobiegając wiązaniu maszynerii splicingowej, a tym samym powodując wykluczenie eksonu z mRNA. To podejście można zastosować, gdy powstałe krótsze, ale ulegające translacji białko w ramce zachowuje swoją funkcję. Dowód koncepcji pomijania eksonów został niedawno pokazany u homozygotycznych myszy knock-in ukierunkowanych na Mybpc3 . Ogólnoustrojowe podawanie AON opartych na AAV nowonarodzonym myszom z nokautem ukierunkowanym na Mybpc3 zapobiegało zarówno dysfunkcji skurczowej, jak i przerostowi lewej komory, przynajmniej przez czas trwania badanego okresu. Dla ludzkiego MYBPC3 genu, pominięcie 6 pojedynczych egzonów lub 5 podwójnych eksonów z określonymi AON skutkowałoby skróceniem cMyBP-C w ramce, umożliwiając zachowanie funkcjonalnie ważnych miejsc fosforylacji i interakcji białek. Dzięki takiemu podejściu można by usunąć około połowę mutacji skracających zmianę sensu lub egzonowych / intronowych, w tym 35 mutacji w eksonie 25. Inną strategią ukierunkowaną na zmutowany pre-mRNA jest SMaRT. W ten sposób dwie niezależnie transkrybowane cząsteczki, zmutowany pre-mRNA i terapeutyczna cząsteczka przed trans-splicingiem niosąca sekwencję typu dzikiego, są łączone ze sobą w celu uzyskania naprawionego pełnej długości mRNA. Ostatnio wykazano wykonalność tej metody zarówno w izolowanych miocytach serca, jak i in vivo w sercu homozygotycznych myszy knock-in ukierunkowanych na Mybpc3 , chociaż wydajność procesu była niska, a ilość naprawionego białka nie była wystarczająca, aby zapobiec rozwojowi fenotypu choroby serca. Zasadniczo jednak ta strategia SmART jest lepsza od pomijania eksonów lub edycji genomu CRISPR/Cas9 i nadal atrakcyjna, ponieważ tylko dwie cząsteczki przed splicingiem, celujące w 5 'i 3' pre -mRNA MYBPC3 byłyby wystarczające do ominąć wszystkie MYBPC3 mutacje związane z kardiomiopatiami i dlatego naprawiają mRNA.

Transfer genu pełnej długości Mybpc3 za pośrednictwem AAV (zdefiniowany jako „zastąpienie genu”) w sposób zależny od dawki zapobiega rozwojowi przerostu i dysfunkcji serca u homozygotycznych myszy knock-in ukierunkowanych na Mybpc3 . Zależna od dawki ekspresja egzogennego Mybpc3 była związana z regulacją w dół endogennego mutanta Mybpc3 . Oczekuje się, że dodatkowa ekspresja białka sarkomerowego zastąpi częściowo lub całkowicie endogenny poziom białka w sarkomerze, jak wykazano u transgenicznych myszy wykazujących ekspresję białek sarkomerycznych.

Notatki

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Myosin_binding_protein_C,_cardiac&oldid=1142674513 ”