文摘

Ankrd2(锚蛋白重复包含域2)或Arpp(锚蛋白重复、害虫序列和脯氨酸地区)是肌肉锚蛋白重复蛋白家族的一员。Ankrd2大多是骨骼肌中表达,在转录中扮演一个有趣的角色对压力的反应引起的机械刺激和细胞的活性氧。我们的研究在成肌细胞Emery-Dreifuss肌肉萎缩症2 aLMNA有关疾病影响骨骼和心脏肌肉,证明Ankrd2是核纤层蛋白绑定蛋白和核纤层蛋白突变发现Emery-Dreifuss肌肉萎缩症Ankrd2核进口的动态变化,从而影响氧化应激反应。综述,除了描述Ankrd2研究相关的最新进展,包括小说发现Ankrd2 isoform-specific函数,我们报告的主要发现的关系Ankrd2 A类型核纤层蛋白和讨论已知和潜在的发病机制涉及Ankrd2-lamin缺陷相互作用肌肉laminopathies。

1。介绍

Ankrd2(锚蛋白重复包含域2)或Arpp(锚蛋白重复、害虫序列和脯氨酸地区)属于MARP(肌肉蛋白质锚蛋白重复)蛋白质家族还包括Ankrd1,或鲤鱼(心脏锚蛋白重复蛋白),和Ankrd23 DARP(糖尿病引起的蛋白质锚蛋白重复)1]。我们将详细描述综述,Ankrd2主要表达在骨骼肌中,它扮演着耐人寻味的角色在转录机械刺激引起的对压力的反应,以及细胞ROS(活性氧)。特别是,尽管Ankrd2基因敲除小鼠模型表明Ankrd2终身没有必要也没有任何肌肉疾病的直接原因,多个证据来自肌肉细胞系或患者的主要文化影响肌肉疾病表明Ankrd2的异常表达水平,以及缺陷核蛋白质的招聘,可能导致肌肉表型。最近,我们发现Ankrd2小说是扶轮少年服务团团员a类型核纤层蛋白,产生的LMNA基因和核板的主要成分。突变的LMNA基因是大量的病态的原因,其中一些影响骨骼和心脏肌肉。此外,改变表达Ankrd2中检测出肌肉疾病(2),原发性心肌病(3),和一些肿瘤(4]。综述,除了描述Ankrd2相关的最新进展,包括不断增长的兴趣Ankrd2 isoform-specific函数,我们将报告的主要发现Ankrd2及其与核纤层蛋白的关系并讨论已知和潜在的机制,通过这些缺陷Ankrd2-lamin相互作用可能的发病机制LMNA有关的肌肉疾病。

2。在横纹肌Ankrd2

Ankrd2,连同其他蛋白质的MARP家庭,被认为是链(穿梭转录监管机构和non-DNA-binding蛋白质),有签名功能:从细胞质细胞核之间来回穿梭,没有DNA结合,并通过与转录调节转录因子(5]。最近,数据从Wette et al .,获得单一的肌肉纤维,表明Ankrd2主要是发现Ankrd2总额的(> 70%)胞质(6]。剩下的数量分布在胞内结构,包括肌节和细胞核,反映了生理的比例,如类型(慢/快)或条件(形成/成熟/再生/受伤),纤维的考虑。在健康横纹肌,发现Ankrd2 sarcomeric i带(7,8),它导致的形成和功能i带mechanosensory复杂,可能通过与calpain 3和肌的弹性部分(N2A地区)7,9]。作为广泛接下来的部分将描述,Ankrd2也与核蛋白质结构和酶作用[1和积累在核受伤的肌肉10]。概述Ankrd2的主要结构和功能特性,包括蛋白质域,转译后的修改,表达谱,提出了功能,蛋白质相互作用和通路的影响ANKRD2沉默在人类肌母细胞,在表1。在细胞核,Ankrd2参与基因参与细胞周期的调控,肌细胞生成和炎症反应11- - - - - -15]。值得注意的是,在成熟的肌肉细胞,证据报道,大多数Ankrd2细胞溶质中自由扩散(6)首次指出如果Ankrd2悬而未决的问题,除了参与sarcomeric活动,也可能参与细胞功能在其他亚细胞区,因此建议作为下游信号传感器mechanosignaling通路。重要的是要注意,虽然积累了从细胞培养实验发现,Ankrd2功能成熟健康的直接证据和患病的横纹肌失踪。

表1
概述的主要结构和功能特性Ankrd2(广泛报道122年])。
2.1。在骨骼肌Ankrd2表达式

Ankrd2首次被报道在坎普和他的同事在2000年进行的一项研究在小鼠肌肉蛋白质调节暴露于长期被动拉伸(7天)16]。优惠在骨骼肌表达,更确切地说在缓慢(I型)的肌肉纤维,和机械应力响应特征的蛋白质。最近,Ankrd2被证实是最丰富的MARP人类骨骼肌蛋白质,比DARP ~ 30倍更表示,超过Ankrd1(~ 150倍6]。在这项研究中,进行一组四个主题,绝对数量的Ankrd2科目,从1.6到4.3不等μ摩尔/公斤净重,肌凝蛋白重链的内容我成正比(MHCI)的蛋白质,这是一个缓慢的标志(I型)的肌肉纤维6]。几乎两倍的量Ankrd2以缓慢(I型)纤维相比,快速的纤维microdissected (II型)股外侧肌(提供大约32%的慢肌纤维(17]),确凿Ankrd2优惠表达式在缓慢的纤维6]。

尽管存在Ankrd2亚型于2003年被报道米勒et al。7),具体的表达和定位在人类骨骼和心脏肌肉,以及主要人类成肌细胞和肌管,最近由研究的歧视是通过特定的抗体(6,18]。

最重要的Ankrd2亚型,即S-Ankrd2 (333 aa)和M-Ankrd2 (360 aa)是相同的,除了27 aa M-Ankrd2的n端扩展。根据qPCR结果,Ankrd2的表达亚型在转录水平调节(18]。S-Ankrd2表示心脏和骨骼肌(18),它是主要的形式(6,18]。Ankrd2表达式的著名的棋盘格中观察到的横向部分骨骼肌可能几乎完全归因于S-Ankrd2 [6,18),因此提出规范化Ankrd2同种型。尽管仍有争议的问题,在成熟的肌肉纤维,少量的M-Ankrd2已被确定在核18]。在人类的成肌细胞,S-Ankrd2主要在细胞核表达在低水平,而在肌管,它是调节和本地化在细胞质中。M-Ankrd2也调节在分化成肌细胞肌管;然而,它保持其核本地化。显著的差异表达和本地化Ankrd2亚型可能反映他们不同的功能,但是需要进一步探索(18]。例如,M-Ankrd2可能有更多的监管职责,主要是核,而sarcomeric和胞质S-Ankrd2可能有结构和下游信号传导作用,分别。域组织、调整和更新数据库条目的所有五个Ankrd2亚型数据所示1(一)- - - - - -1 (c),分别。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图1
概述Ankrd2亚型。(一)Ankrd2域结构的示意图表示。(b)的蛋白质序列对齐Ankrd2亚型。数字对应氨基酸。(c)项五Ankrd2亚型在NCBI和运用数据库。 2018年更新NCBI条目。
2.2。在心肌Ankrd2表达式

Ankrd2表达人的心里,包括心室,室间隔,心脏的顶点(4,19下级),而骨骼肌。心中Ankrd2表达可能是由心脏转录因子Nkx2.5, Hand2, Ankrd1证明了他们的交互ANKRD2启动子或双荧光素酶检测(20.,21]。转录组分析证实了低水平的Ankrd2成人心脏的心室,Ankrd1[相比22]。S -和M-Ankrd2亚型表达心肌;他们有sarcomeric本地化和几乎缺席核18]。后者发现和已知的相互作用Ankrd2和缝隙连接蛋白ZO-120.),丰富的接口控制文件,建议Ankrd2细胞间通信的作用,值得进一步研究。在新生大鼠心肌细胞(NRCM) sarcomeric和核本地化Ankrd2研究在细胞分化和受成熟阶段(没有显示22]。此外,阿霉素没有影响Ankrd2表达式,而不是Ankrd1,表明Ankrd2没有参与细胞反应这个cardiotoxic抗肿瘤药。

有趣的是,除了轻微的表型在骨骼肌形态、基底心功能和心脏开发没有受损的三重基因敲除小鼠三MARP家族成员(Ankrd1、Ankrd2 DARP) 17个月的年龄(23]。肥厚性应对急性压力超负荷引起的横向主缢痕也不受影响。Ankrd2可能参与应对其他类型的心脏压力,仍有待确定。另一方面,作为Ankrd1证明,过度Ankrd2可能更加引人注目的后果。中鼠标Ankrd1确实参与抑制心脏肥大和纤维化的发展压力过载-和isoproterenol-induced心脏肥大(24]。

除了改变表达骨骼肌疾病,Ankrd2调节在扩张型心肌病患者被发现3]。一起几个肌配体与sarcomeric mechanosensory复合物,Ankrd2决心的表达式模式endomyocardial晚期特发性扩张型心肌病患者的活检(联)的特点是广泛的左心室重构(25]。表达Ankrd2以及Ankrd1 TRIM63,是诱导和相关的疾病阶段。Ankrd2表达明显高于患者的严重症状,患者相比,中度症状。虽然这一发现没有临床意义,实验证据强烈支持Ankrd2参与病理性心脏重构[25]。

2.3。在骨骼肌Ankrd2和转导

转导是细胞感觉机械外力的能力,创造生化细胞内信号,触发特定基因的表达,驱动机械适应变化。一个不正确的转导可能影响肌肉分化,肌纤维营业额,干细胞更新(26]。

Ankrd2扮演着一个重要的角色在感应机械骨骼肌纤维的变化。发现在弹性i带肌节段,一个定义良好的signalosome,由几个结构和调节蛋白,驻留10]。体外研究表明,Ankrd2可能聚集在N2A弹簧元件的巨大的肌小节蛋白(7]。肌是最大的哺乳动物蛋白,跨越肌节的一半以上,其n端位于Z-disc及其糖基位于m线。在横纹肌肌小节的一个经典的角色是提供弹性观察(27]。肌的特点是多个域,与几个sarcomeric蛋白质和酶调节自己的属性和导致刚度的调制。在人类中,突变或部分删除肌可能导致肌肉营养不良,如胫骨肌肉萎缩症(TMD) [28]或肢带肌萎缩症2 j (LGMD-2J) [29日]。体外证据表明,除了肌(7),Ankrd2也可能与calpain 3 (9)和Z-disc蛋白质telethonin / TCAP [1]和ZASP6 [30.]。Ankrd2呈现在图的交互网络2。特别是,calpain 3, Ca2 +端依赖蛋白酶、坐标信号转导与其他sarcomeric地区,包括Z-disc和m线,其他信号复合物。有趣的是,在HEK293细胞线,calpain 3结合,减少小鼠Ankrd2 Arg104害虫的序列(31日]表明calpain 3-mediated蛋白质水解Ankrd2可能有一个角色在Ankrd2 sarcomeric封存。然而,由于这些发现已经获得重组蛋白或通过使用nonmuscular细胞模型9,31日),因为在骨骼肌,calpain 3基质的访问是受限制的,被肌(大多数酶隔离32),结果Ankrd2 calpain 3蛋白水解作用的肌肉细胞仍然需要一个合适的验证。


图2
Ankrd2交互网络。扶少团团员表中列出1被加载到数据库的字符串:https://string-db.org/。大多数Ankrd2扶少团团员,包括肌,telethonin, Ankrd1, Ankrd23, ZASP6,,参与mechanosignaling calpain 3。其他Ankrd2互动参与DNA结合蛋白和转录调节,包括p53、MECP2, ID3, YB-1, PAX6, PML, NF-IL3。A类型核纤层蛋白,包括核纤层蛋白,其前身prelamin,和核纤层蛋白C, Ankrd2扶少团团员,参与多种细胞功能,包括核刚度的调制响应机械和氧化应激和表观遗传因素的活动。Akt2, Ankrd2也与蛋白激酶和蛋白与PDZ或SH3区域能够调节蛋白质-蛋白质之间的关系(包括ZO-1和β分别为1-syntrophin)。注意,大多数Ankrd2扶少团团员从体外研究或发现nonmuscular蜂窝系统(见文本和表格1引用)。

Ankrd2不足招聘在行使i带已经观察到小鼠影响进行性肌肉萎缩症由于失活calpain 3 (CAPN3-KI老鼠)33]。尽管这项研究没有提供足够的证据Ankrd2 calpain 3蛋白水解作用,例如,失去Ankrd2或者乳沟更低的乐队,CAPN3-KI肌肉改变Ankrd2定位表明,calpain 3蛋白酶活动可能是(直接或间接)参与Ankrd2肌节招聘。组成的一个功能性的重要性signalosome Ankrd2(以及其他MARPs) calpain 3肌N2A地区也观察到mdm(肌肉萎缩症肌炎)老鼠,人类TMD的典范,删除造成的很大一部分N2A地区受calpain 3。纯合子的mdm老鼠表现出严重的和进步的肌肉退化。有趣的是,Ankrd2和其他MARPs骨骼肌中表达更丰富的mdm野生型小鼠相比,(34]。在体外,还Ankrd2与Z-disc蛋白质相互作用,包括telethonin / TCAP [1]和ZASP6 [30.]。Z-disc参与输送机械信号,作为信号与原子核中心沟通。另一方面,telethonin链接肌Z-disc [35]。telethonin编码基因的突变(TCAP)可能会导致强烈的生物力学压力,适应不良,细胞凋亡,以及全球心脏衰竭,LGMD-2G [36]。包含PDZ ZASP有几个亚型和LIM域(30.]。有趣的是,在体外研究表明突变点ZASP6基因诱发肌肉疾病称为ZASPopathy预防与Ankrd2 ZASP6互动,开放的问题Ankrd2参与的病理生理学myofibrilar肌病(30.]。Myopalladin Z-disc蛋白参与肌节装配和调节基因表达和类似Ankrd2参与使肌肉细胞的细胞核sarcomeric信号(37]。有趣的是,尽管Ankrd1和Ankrd23互动(7),myopalladin绑定Ankrd2没有显示,无论在体内还是体外。Sarcomeric signalosomes必须被认为是高度动态的复合物。蛋白质组件受到众多的转译后的修改(天车)可能会影响特有的属性包括他们的可用性和稳定性,可访问性扶少团团员,营业额和胞内定位。这种情况下,例如,成员之间的绑定Z-disc FATZ (calsarcin / myozenin), myotilin,和谜的家庭,由磷酸化调制(38]。事实上,除了结构蛋白,sarcomeric signalosomes也包含protein-modifying酶,包括蛋白激酶(PKCα,CaMKIIδ、Erk1/2 PKA [39]),E3泛素连接酶(Mdm2 [40),TRIM63 / MURF1 [41),自噬蛋白质载体(p62 / SQSTM1 [42])。因此,基因突变的肌节结构和酶蛋白,导致收益或损失函数,可能会导致机械应力传感和受损可能负责一个转录反应不足,细胞生理学的有害后果。

也因此,缺陷Ankrd2天车,包括磷酸化或蛋白水解作用,通过改变Ankrd2绑定到特定的扶少团团员或细胞内定位,可能引起发病的影响。

结合上述信息,我们可以假设一个场景,在该场景中,在肌肉细胞,Ankrd2可能覆盖多个角色:一个传感器的i带肌节,Ankrd2分数可能感觉压力,和传感器分布在细胞质中,更加丰富的Ankrd2池所在(7),和肌肉细胞的细胞核37]在Ankrd2之后发现应力条件的一小部分。机制涉及磷酸化或其他多功能天车,Ankrd2可能会动态地把肌节、细胞质和细胞核反之亦然,参与集成的信号来自mechanosensors或被氧化应激激活,导致转录的调制对压力的反应。

然而,由于大部分Ankrd2和sarcomeric和nonsarcomeric蛋白质之间的相互作用已确定使用重组蛋白和在nonmuscular蜂窝系统中,直到他们对骨骼肌的验证,Ankrd2与这些蛋白质的功能相关性还有待证明,和角色的参与Ankrd2在肌肉细胞的生理可能只是猜测。

3所示。Ankrd2氧化之间的相互作用和机械应力

体育锻炼,包括温和的和强烈的肌肉活动,导致活性氧的增加。期间或之后的有氧运动和无氧运动,一般增加底物利用结合耗氧量的增加导致特定代谢途径的激活,导致活性氧的生成(43]。虽然确切的氧化还原机制的形成运动ROS迄今仍难以捉摸,线粒体,谷胱甘肽过氧化物酶,超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、NADPH氧化酶类,和黄嘌呤氧化酶类都被确认为潜在贡献者ROS生产。ROS自己扮演一个有争议的角色,因为在高浓度对肌肉的生物(他们是有害的44]。然而,低剂量的ROS基本驾驶适应性锻炼,引发高潮与血管生成的分子途径,线粒体生物起源,和肌肉肥大(43]。我们假设upregulation Ankrd2肌肉受到机械应力,至少在一定程度上受改变的ROS水平,因此增加的肌肉损伤和再生45]。

3.1。Ankrd2 Upregulation机械和氧化压力
3.1.1。机械应力

虽然视为一个多任务处理蛋白质,Ankrd2的最引人注目的特征是其逆境应答功能。Ankrd2参与强调健康和患病的肌肉的生理已经进行了广泛的研究。Ankrd2表达增加压力引起的机械力量的应用条件。这是首次报道小鼠胫骨前暴露于被动伸展肌肉(16]。后续研究进一步表明,Ankrd2在被动拉伸的增加可能参与的表型适应快速减缓纤维,通常与长航时的活动(46]。增加Ankrd2表达式在小鼠和人类的肌肉也被报道跳跃运动后(47,48和偏心收缩49,50)以及去神经,再现了肌肉形态发生(8]。值得注意的是,Ankrd2表达不刺激小鼠肌肉等长收缩(50),虽然表达下调在不活跃的肌肉51,52]。增加骨骼肌中表达Ankrd2机械压力的反应似乎进化守恒的。最近,我们已经证明了轻微的斑马鱼Ankrd2 upregulation骨骼肌受到强迫游泳耐力运动训练(53]。

Ankrd2增加压力刺激后可能加强其在肌节结构和监管职能。因此,upregulation Ankrd2的ROS可能导致适应改造的初始事件暴露出纤维,可能通过促进sarcomerogenesis,从快速减缓纤维(46],mechanotransducing活动的增加。

3.1.2。氧化应激

在氧化应激所致肌母细胞H2O2,Ankrd2表情稍微调节(15]。从分子的角度来看,Ankrd2基因活化的ROS可能由知名ROS-dependent激活的转录因子NF -κB (54]。事实上,尽管直接演示是失踪,很可能在氧化应激,ROS-dependent Ankrd2表达的增加发生在两个假定的NF -κB-binding网站内Ankrd2基因启动子(12,55]。然而,阳性转录因子的贡献和ROS的可能性控制Ankrd2级别通过影响蛋白质稳定性的可能性不能排除。Ankrd2 upregulation在某些人类扩张型心肌病(3和先天性肌肉疾病2)也可能是相关的机械应变响应的改变,以及改变的ROS水平报道在这些障碍,因此增加的肌肉损伤和再生45]。

3.2。核易位Ankrd2压力的条件

除了增加Ankrd2表达水平,氧化应激也引发Ankrd2部分搬迁到肌肉细胞的细胞核。例如,在分化C2C12肌细胞,Ankrd2穿梭在细胞核在细胞暴露在ROS (15),99年的Ankrd2磷酸化丝氨酸(15]。

成熟的肌肉受伤的心脏毒素注入,Ankrd2把肌纤维位于毗邻严重受损的核肌纤维(10]。同样,Ankrd2把细胞核也展示了在健康和CAPN3-KI肌肉从老鼠受到锻炼33]。相反结果报告C2C12肌细胞ROS,执政机制Ankrd2核成熟肌肉细胞的定位仍然是迄今为止待定。还需要进一步的研究来评估如果Ankrd2定位发生在一个时尚类似报告ROS-treated C2C12 [15),包括Ankrd2天车或特定的表达和/或激活核Ankrd2形式,仍有待确定。

两核易位,重要的是,增加了表达Ankrd2诱导的活性氧或肌原性的分化与发育迟滞的肌原性的分化,使正常细胞克服压力之前完成分化程序(11,15]。在人类的成肌细胞,这个函数执行与dna结合蛋白质,通过其互动包括转录因子,如Y-box转录因子1 (YB1),早幼粒细胞白血病蛋白(PML),和p53 [1),而在主要从mdm小鼠成肌细胞,Ankrd2被证明身体与dna结合蛋白的抑制剂3,ID3 [13]。此外,在肌肉压力刺激,Ankrd2也显示与乙酰化组蛋白colocalize,细胞核的染色质通常马克活跃,细胞(10]。

核Ankrd2活性氧引起的超表达有不同的结果对细胞周期的阶段11]。在骑自行车成肌细胞,Ankrd2过度凋亡,这种效应可能是由Ankrd2和p21的p - 53依赖的upregulation1,11]。另一方面,Ankrd2过度损害肌原性的分化MyoD myogenin以及他们的差别通过对这些目标Myh1,终端分化标记(11]。支持改变肌原性的计划,Ankrd2 overexpressing肌管也表达Myf-5,通常在骑自行车成肌细胞中表达11]。一个有趣的,虽然未知Ankrd2的转录作用的证据来自三重基因敲除小鼠的研究缺乏这三个MARPs [56]。他们表达了长肌同种型,暗示一个意想不到的肌基因表达和MARPs之间的联系(56]。

从我们的实验室的研究已经证明Ankrd2也调节NF -的活性κ与NF - B,通过直接交互κB阻遏p50 [12]。NF -κB是一个转录因子组成的人类形成,影响炎症相关基因的表达和细胞生存反应(57]。Ankrd2和p50废除NF -之间的互动κ激活,导致其下游基因的负调控。此外,p50 / p50为负调节Ankrd2绑定其启动子的表达,以经典的反馈抑制的方式(12]。在这种情况下,我们也会显著减少促炎细胞因子,包括il - 1β和il - 6 (12),在高浓度时,可能导致肌肉蛋白质水解和参与肌肉萎缩45,58]。

4所示。核纤层蛋白A / C和肌肉Laminopathies

4.1。核纤层蛋白A / C在肌肉细胞生理学

A类型核纤层蛋白,包括核纤层蛋白A和核纤层蛋白C的主要产品LMNA基因和核板的主要成分,丝状网在核膜,可以发现在所有脊椎动物的细胞(59]。核纤层蛋白作为前体蛋白转录和翻译,prelamin A,经历了复杂的转译后的处理(59]。最后乳沟的蛋白酶ZMPSTE24(锌metallopeptidase STE24)消除过去的15 prelamin的氨基酸,释放一个短肽和成熟的核纤层蛋白(60]。值得注意的是,prelamin及其处理途径已经涉及生理和致病机制(59]。

Prelamin第一步的增加发生在成肌细胞分化[61年],prelamin中介招聘的核膜蛋白SUN1, SUN2 [62年],Samp1 [63年)需要适当myonuclear定位在肌原性的分化。在培养的成纤维细胞,prelamin调制在应激反应是一种生理机理与进口DNA修复相关因素(64年[]或激活的染色质重塑酶65年]。然而,异常prelamin积累,由于特定的突变LMNA或ZMPSTE24基因(59),导致毒性导致细胞衰老(66年)和代表的分子基础progeroid laminopathies [59]。

通过与结构和酶分子,a类型核纤层蛋白使一些细胞功能,包括转导(67年),穿梭于细胞质蛋白质的核(68年],染色质的表观遗传修饰,影响蛋白质的表达参与了细胞周期和/或分化(69年]。a类型的多效性的参与核纤层蛋白在所有这些解释了为什么突变细胞事件LMNA基因是引起广泛的疾病,统称为“laminopathies”,这可能会影响一个或多个特定组织,包括骨骼和心脏肌肉,肌腱,脂肪组织,和外围神经元,或系统性导致加速老化70年]。

最重要的一个影响细胞活动LMNA突变是转导71年在横纹肌[],一个函数密切相关26]。从分子的角度来看,机械传播从细胞骨架变化核膜和染色质之间的直接交互a类型核纤层蛋白和林肯(链接器nucleoskeleton和细胞骨架)复杂(72年),它是由SUN1和SUN2内核膜和nesprins,也跨外核膜。Nesprins与细胞骨架肌动蛋白相互作用,通过绑定plectin,微管和中间丝(73年]。然而,nesprins也与核纤层蛋白A / C (74年]。突变林肯的每个组件的复杂的负面影响的功能复杂的机制,导致中断或改变调制的mechanoresponse和肌肉细胞的转导75年,76年]。不足为奇的是,林肯蛋白突变导致肌营养不良包括Emery-Dreifuss肌肉萎缩症(EDMD) [77年- - - - - -80年]。

4.2。肌肉Laminopathies

突变LMNA基因引起各种肌肉疾病包括EDMD、肢带肌萎缩症1 b (LGMD1B),与传导缺陷(DCM1A)扩张型心肌病,LMNA相关的先天性肌肉萎缩症(L-CMD) [60,81年,82年]。此外,肌肉功能可能受损的progeroid laminopathies或脂肪代谢障碍59,83年]。的遗传模式LMNA有关的肌肉疾病极少常染色体显性遗传、常染色体隐性。所有这些障碍的特点是关节挛缩、肌肉无力和浪费,扩张型心肌病。发病L-CMD是出生时,而EDMD2和EDMD3(分别与显性和隐性遗传)出现在儿童或成年早期,LGMD1B的大多数情况下。DCM1A通常诊断在第二个十年,通常是与传导障碍和危及生命的心律失常相关结果需要除颤器植入,在严重的情况下,心脏移植(81年]。Extracardiac特性包括骨骼肌肉无力和挛缩DCM1A可能发生后,造成表型与EDMD2重叠(84年]。

4.3。在肌肉Laminopathies发病的机制

LMNA基因突变负调节mechanoresponse和肌肉细胞转导基本上由两种不同的方式。第一个机制与结构所扮演的角色a类型核纤层蛋白分子的组装平台能够连接和协调多个机械和化学刺激。第二形态意味着改变核纤层蛋白A / C表观遗传活动,导致响应基因的异常规则(65年]。细胞缺乏A类型核纤层蛋白或表达肌病核纤层蛋白的突变体显示减少核刚度和改变核形态和无法传送部队细胞核(67年]。此外,林肯的各种组件定位复杂严重干扰这些细胞(67年]。例如,在EDMD2肌管,定位错觉SUN1和SUN2由于减少prelamin交互负责myonuclei[定位的改变62年]。发病的机制也涉及核包膜蛋白定位错觉Samp1与centrosomal缺陷相互作用蛋白质pericentrin [63年]。所有这些研究成果突出a类型核纤层蛋白的重要角色在nucleocytoskeleton相声。重要的是,它已经表明,在机械应力,核纤层蛋白的搞笑褶皱域能够部分展开,导致整个分子的拉伸(85年]。有趣的是,当细胞外基质(ECM)增加其刚度、核纤层蛋白进行去磷酸化丝氨酸22,条件允许增加核刚度(86年]。很可能的磷酸化其他残留的核纤层蛋白A / C有助于核刚度响应调制ECM刺激(87年- - - - - -89年]。我们发现的致病性EDMD2-causative核纤层蛋白A / C基因突变,Arg401Cys,受损的丝氨酸的磷酸化有关404年Akt1 [90年]。可想而知,自磷酸化丝氨酸404需要prelamin营业额和核纤层蛋白,受损的磷酸化可能改变核板组成和刚度响应机械刺激(90年,91年]。

改变染色质的组织被认为是一个主要致病条件肌肉laminopathies [60]。两个高阶染色质结构(92年)和promoter-specific表观遗传缺陷导致基因表达改变,因此影响基因表达阳性(93年,94年]。

另一个证据充分的的影响LMNA突变导致EDMD PI3-kinase-Akt-Erk2信号改变,这已经证明在患者细胞和疾病的小鼠模型(由下降等。95年])。这个改变信号已经报道的戏剧性的影响心脏功能,并基于抑制疗法的疗效hyperactivated地图kinase-Erk1/2信号已被实验证明(96年]。值得注意的是,TGF -β2及其下游效应器增加EDMD2小鼠模型(97年)以及血清中细胞laminopathic患者诱发upregulation纤维发生的分子(82年),发病的影响相关的肌肉和肌腱纤维化(82年]。

5。Ankrd2和核纤层蛋白在正常和Laminopathic肌肉

在肌肉细胞C2C12分化,氧化应激产生的H2O2诱发Akt2激酶使Ankrd2磷酸化丝氨酸99 (15]。通过使用phosphorylation-defective突变形式的Ankrd2 (Ankrd2 Ser99Ala),我们表明,相反其野生型,phosphorylation-defective Ankrd2无法把进入细胞核在细胞暴露于氧化应激(98年]。重要的是,C2C12成肌细胞表达Ankrd2 Ser99Ala突变体提供了一个更快的微分动力学(15]。因此我们推断传感氧化应激后,Ankrd2磷酸化可能需要允许Ankrd2易位细胞核,它可能参与转录调节肌肉分化的终端的步骤。支持这一假设,我们发现丝氨酸99年是近端Ankrd2 NLS赖氨酸(从120到123在人类蛋白质赖氨酸)(15]。因此,虽然核运输Ankrd2背后的分子机制仍不清楚,ROS刺激后,99年丝氨酸磷酸化可能揭露NLS,允许Ankrd2把在细胞核中。

我们演示了,在ROS-induced核搬迁,Ankrd2复合体A类型核纤层蛋白,尽管不同的亲和力不同核纤层蛋白亚型(98年]。在肌肉分化,prelamin水平增加(61年- - - - - -63年],Ankrd2与prelamin成立的比这更高的亲和力成熟的核纤层蛋白(98年]。接触ROS, Ankrd2瞬变与核纤层蛋白A和prelamin,进入细胞核,不久之后回到了胞质。然而,EDMD2-linked核纤层蛋白突变体结构上绑定Ankrd2,即使在没有任何刺激的情况下,导致Ankrd2被保留在细胞核98年]。因此,我们表明,虽然在生理条件下,包括肌肉分化或氧化应激反应,Ankrd2短暂地保留在细胞核也由于可逆增加prelamin水平(61年,62年,64年,99年),EDMD2-linked核纤层蛋白突变体困住Ankrd2进入细胞核,影响其动力学(98年]。进一步的实验使用细胞执行overexpressing Ankrd2和EDMD2-lamin突变体显示永久位置的Ankrd2原子核释放细胞ROS增加,以及凋亡细胞死亡(98年]。同样,在laminopathic肌肉,永久Ankrd2招聘细胞核的影响可能参与减少肌纤维的活力,以及卫星细胞,影响干细胞更新和肌肉再生和导致适应不良应激刺激。提出的模型Ankrd2参与laminopathies描绘在图的发病机理3。


图3
提出Ankrd2可能涉及的致病机制。健康的肌肉细胞,生理上的大量的活性氧或肌肉分化诱导Ankrd2磷酸化Akt2 [15)和易位到细胞核,由绑定a类型核纤层蛋白(黑色网)98年]。在细胞核,Ankrd2调节阳性和逆境应答基因的激活,通过与转录因子相互作用(参见文本和表格1引用)。laminopathic肌肉细胞,突变a类型核纤层蛋白(红色网)即使没有外界刺激招募Ankrd2进入细胞核。除了已经报道的后果,包括活性氧释放的异常增加,肌原性的延迟,凋亡细胞死亡(98年),潜在的致病机制,通过改变核本地化Ankrd2可能的发病机制LMNA有关的肌肉疾病,建议。

虽然直接观察EDMD2 Ankrd2定位和功能的肌肉(包括新生的、成熟的、或再生纤维)仍然失踪,我们可以假设突变A类型的灾难性影响核纤层蛋白在肌肉laminopathies可能还由于改变Ankrd2-lamin交互影响Ankrd2 mechanosensing和转录活动。

6。研究视角的核纤层蛋白A-Ankrd2相互作用

6.1。通过Ankrd2 Mechanosignaling监管

尽管仍然未知,Ankrd2核招聘的改变的结果中观察到laminopathies也可能减少可用性相关的细胞质Ankrd2 i带的肌节,从而降低mechanosensing活动。因此,它将价值评估的变化Ankrd2 laminopathic肌节的条件。此外,考虑到核纤层蛋白的参与在mechanosignaling林肯复杂,这将是值得深化潜力Ankrd2参与核纤层蛋白A /林肯complex-dependent机械应变响应机制。

6.2。肌纤维类型不相称(FTD)

肌纤维类型不相称(FTD)是一种病理状态,有选择性的大小减少缓慢而不是快肌纤维。FTD中观察到许多心脏和骨骼肌疾病,严重影响横纹肌的功能。有趣的是,自从Ankrd2主要表现在纤维缓慢,病理核招聘Ankrd2也可能参与损伤和萎缩的肌肉纤维报道缓慢laminopathies [One hundred.,101年]。

事实上,FTD已经观察到在某些情况下LGMD1B [One hundred.,102年]以及EDMD2 [One hundred.]。此外,在从Lmna骨骼肌H222P / H222P老鼠,除了FTD,快速萎缩纤维检测(101年]。

6.3。PML-NB

早幼粒细胞白血病protein-nuclear身体(PML-NBs)核矩阵域招聘各种看似不相关的蛋白质,目的是调节许多细胞功能从增长的转录调控监管,肿瘤抑制,细胞凋亡和存储核蛋白质在压力条件下(103年]。被PML-NBs调解蛋白质-蛋白质之间的关系和功能作为一个平台,促进蛋白质转译后的修改,例如,SUMOylation,乙酰化、泛素化、磷酸化104年]。这已经证明了p53,被激活的PML-NBs C2C12成肌细胞,在接触ROS (105年]。有趣的是,Ankrd2和核纤层蛋白A / C结合PML, PML-NBs的核心组成部分,虽然不是PML-NB必不可少的功能,调节他们的开发压力条件下(106年]。以来,据报道,progerin,截断和有毒prelamin负责progeroid疾病最为迅猛,逐步积累在PML的身体,改变他们的形状和数量107年),因此可能其他核纤层蛋白A / C突变体参与的形成PML-NBs在压力条件下,干扰他们的下游通路参与转录、细胞凋亡、衰老,应对DNA损伤,等。正如已经报道,在PML-NBs Ankrd2定位在压力条件下(1]。突变的可能性a类型核纤层蛋白和Ankrd2本地化PML-NBs同意在压力条件下调节PML-NB异常的活动需要进一步调查。

6.4。治疗的观点

内封存的蛋白质在核膜或细胞核核纤层蛋白突变体和野生型核纤层蛋白的过量已经广泛报道,包括dna结合蛋白质如BAF和转录因子如oct - 1、c-FOS, AP-1 [108年- - - - - -118年]。一个有趣的状况被描述在一个果蝇EDMD2模型以及病人的肌肉纤维,在核逆境应答蛋白积累Nrf2观察(核转录因子红细胞两个相关因子2)(119年]。可想而知,Nrf2和Ankrd2异常动态EDMD2有助于改变应激反应。分子的识别能够释放异常突变核纤层蛋白之间的相互作用和约束力的合作伙伴,包括Ankrd2,可能为laminopathies提供创新的治疗工具。

7所示。结束语

总之,尽管直接证据在形成Ankrd2本地化,成熟,和再生EDMD2肌肉纤维是失踪,我们假设改变表情,天车,扶少团团员,或核本地化Ankrd2可能导致损害机械和/或氧化应激反应。未来的研究利用不同laminopathic动物模型,包括小鼠LmnaH222P / H222PKI, Lmna∆K32KI或Lmna KO(分别繁殖条件非常接近人类的心肌病,L-CMD和EDMD101年,120年,121年]),将使小说进一步洞察的作用的病理生理学Ankrd2肌肉laminopathies。

最后,蛋白质组学分析Ankrd2 interactome在成熟的肌肉(健康和EDMD2-affected),以及建立动物模型表达unphosphorylatable Ankrd2形式,将有助于更好地定义Ankrd2在肌肉组织的作用,使氧化stress-dependent磷酸化的特定角色分配给其他心脏和骨骼肌疾病的病理学。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

所有的作者文章的写作和编辑。

确认

作者感谢意大利Laminopathies网络讨论和支持。Aurelio Valmori的熟练的技术援助。vc和贝是由“Associazione Italiana Distrofia Muscolare di Emery-Dreifuss”(AIDMED) onlus和“Associazione亚历山德拉蓝光onlus”。基准线是由fbnb5y MIUR主要2015。SK支持由教育部、科学和技术发展的塞尔维亚共和国,项目编号173008。