Дисферлин и дисферлинопатия: генетика, структура и функции.

Введение

Белок, кодируемый геном DYSF у человека.

Дисферлин, также известный как белок, подобный фер-1, связанный с дистрофией, – это белок, кодируемый геном DYSF у человека. Дисферлин участвует в восстановлении плазменной мембраны, стабилизации кальциевой сигнализации и развитии Т-тубулярной системы мышц. Дефект в гене DYSF, расположенном на хромосоме 2p12-14, вызывает несколько типов мышечной дистрофии, включая миоши-миопатию (MM), мышечную дистрофию пояса конечностей типа 2B (LGMD2B) и дистальную миопатию (DM). Снижение или отсутствие дисферлина, называемое дисферлинопатией, обычно проявляется в третьем или четвертом десятилетии жизни и характеризуется слабостью и атрофией различных произвольных скелетных мышц. Патогенные мутации, приводящие к дисферлинопатии, могут возникать в любом участке гена DYSF.

Структура

Дисферлин — это трансмембранный белок типа II массой 237 килодальтон. Он содержит крупный внутриклеточный цитоплазматический N-концевой домен, C-концевой трансмембранный домен и короткий C-концевой внеклеточный домен. Цитозольный домен дисферлина состоит из семи высококонсервативных C2-доменов (C2A–G), которые консервативны для нескольких белков семейства ферлинов, включая гомолог дисферлина — миоферлин. Мутации в каждом из этих доменов могут вызывать дисферлинопатию. Кристаллическая структура C2A-домена человеческого дисферлина установлена и показывает, что C2A-домен изменяет конформацию при взаимодействии с ионами кальция. Его способность стабилизировать кальциевую сигнализацию в интактном белке дисферлина зависит от его кальцийсвязывающей активности. Помимо C2-доменов, дисферлин также содержит домены "FerA" и "DysF". Мутации как в FerA, так и в DysF могут вызывать мышечные дистрофии. Домен DysF имеет интересную структуру, поскольку содержит один домен DysF внутри другого домена DysF, что является результатом дупликации гена; однако функция этого домена в настоящее время неизвестна. Ряд данных свидетельствует о том, что дисферлин может участвовать в восстановлении мембран в мышцах. Во-первых, мышечные волокна с дефицитом дисферлина демонстрируют накопление везикул (которые критически важны для восстановления мембран в немышечных клетках) вблизи повреждений мембраны, что указывает на то, что дисферлин может быть необходим для слияния репаративных везикул с плазматической мембраной. Кроме того, мышечные волокна с дефицитом дисферлина поглощают внеклеточные красители в большей степени, чем мышечные волокна дикого типа, после лазерного повреждения in vitro. Дисферлин также значительно обогащен в местах повреждения мембраны рядом с другими белками, предположительно участвующими в повторном запечатывании мембраны, включая аннексин и MG53. Точный механизм, посредством которого дисферлин способствует восстановлению мембраны, неясен, но биохимические данные свидетельствуют о том, что дисферлин может связывать липиды кальцийзависимым образом, что согласуется с ролью дисферлина в регуляции слияния репаративных везикул с сарколеммой во время восстановления мембраны. Кроме того, визуализация живых клеток миотобусов, экспрессирующих дисферлин-eGFP, показывает, что дисферлин локализуется в клеточном компартменте, который реагирует на повреждение путем формирования крупных везикул, содержащих дисферлин, и формирование этих везикул может способствовать заживлению раны. Дисферлин также может быть вовлечен в патогенез болезни Альцгеймера. Другая хорошо изученная роль дисферлина заключается в стабилизации кальциевой сигнализации, особенно после незначительного повреждения. Этот подход основан на двух наблюдениях: мышцы, лишенные дисферлина и поврежденные эксцентрическими сокращениями, могут восстанавливать свою плазматическую мембрану, или сарколемму, так же эффективно, как и здоровые мышцы, и большая часть дисферлина в здоровых мышцах сосредоточена в поперечных трубочках в местах триадных соединений, где регулируется высвобождение кальция. Дестабилизация сигнализации в мышцах при дисферлинопатии может приводить к генерации кальциевых волн, которые могут способствовать патологии заболевания. Практически любое изменение дисферлина, влияющее на восстановление мембран, также дестабилизирует кальциевую сигнализацию, что позволяет предположить тесную взаимосвязь между этими двумя видами активности. Однако примечательно, что для восстановления мембран необходимы ионы кальция, в то время как ионы кальция способствуют дестабилизации сигнализации при отсутствии или мутации дисферлина. Эти парадоксальные результаты пока не разрешены.

The human dysferlin protein is a 237 kilodalton type II transmembrane protein. It contains a large intracellular cytoplasmic N terminal domain, an extreme C terminal transmembrane domain, and a short C terminal extracellular domain. The cytosolic domain of dysferlin is composed of seven highly conserved C2 domains (C2A G) which are conserved across several proteins within the ferlin family, including dysferlin homolog myoferlin. Mutations in each of these domains can cause dysferlinopathy. A crystal structure of the C2A domain of human dysferlin has been solved, and reveals that the C2A domain changes conformation when interacting with calcium ions, Its ability to stabilize calcium signaling in the intact dysferlin protein depends on its calcium binding activity. In addition to the C2 domains, dysferlin also contains "FerA" and "DysF" domains. Mutations in both FerA and DysF can cause muscular dystrophies. DysF domain has an interesting structure as in contains one DysF domain within another DysF domain, a result of gene duplication; however, the function of this domain is currently unknown. Several lines of evidence suggest that dysferlin may be involved in membrane repair in muscle. First, dysferlin deficient muscle fibers show accumulation of vesicles (which are critical for membrane repair in non muscle cell types) near membrane lesions, indicating that dysferlin may be required for fusion of repair vesicles with the plasma membrane. Further, dysferlin deficient muscle fibers take up extracellular dyes to a greater extent than wild type muscle fibers following laser induced wounding in vitro. Dysferlin is also markedly enriched at membrane lesions with several additional proteins thought to be involved in membrane resealing, including annexin and MG53. Exactly how dysferlin contributes to membrane resealing is not clear, but biochemical evidence indicates that dysferlin may bind lipids in a calcium dependent manner, consistent with a role for dysferlin in regulating fusion of repair vesicles with the sarcolemma during membrane repair. Furthermore, live cell imaging of dysferlin eGFP expressing myotubes indicates that dysferlin localizes to a cellular compartment that responds to injury by forming large dysferlin containing vesicles, and formation of these vesicles may contribute to wound repair. Dysferlin may also be involved in Alzheimer's disease pathogenesis. Another well studied role for dysferlin is in stabilization of calcium signaling, especially following a mild injury. This approach was based on two observations: that muscle lacking dysferlin that is injured by eccentric contractions can repair its plasma membrane, or sarcolemma, as efficiently as healthy muscle can, and that most of the dysferlin in healthy muscle is concentrated in the transverse tubules at triad junctions, where calcium release is regulated. Destabilization of signaling in dysferlinopathic muscle can result in the generation of calcium waves, which can contribute to the disease pathology. Nearly every change in dysferlin that affects membrane repair also destabilizes calcium signaling, suggesting that these two activities are closely linked. Remarkably, however, membrane repair requires calcium ions, whereas calcium ions contribute to the destabilization of signaling when dysferlin is absent or mutated. These paradoxical results have yet to be reconciled.

Взаимодействия

Было показано, что дисферлин связывается с самим собой, образуя димеры и, возможно, более крупные олигомеры. Также было показано, что он взаимодействует с Caveolin 3 в скелетной мышце, и считается, что это взаимодействие удерживает дисферлин в плазматической мембране. Дисферлин также взаимодействует с MG53, и функциональное взаимодействие между дисферлином, Caveolin 3 и MG53 считается критически важным для восстановления мембран в скелетных мышцах.