Information

13.9: Desmosomer - Biologi

13.9: Desmosomer - Biologi



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Celler vil danne klæbende interaktioner med andre celler såvel som med ECM. De fleste af disse interaktioner anvender et andet sæt proteiner, selvom integriner har vist sig at interagere med nogle celleadhæsionsproteiner. Et eksempel på en celle-celle-interaktion med mange ligheder med en celle-ECM-interaktion, men ved brug af forskellige adhæsionsmolekyler, er desmosomet. Ligesom dets basal-lamina-vedhæftede modstykke, hemidesmosomet, findes desmosomet i epitelplader, og dets formål er at binde celler sammen, så trykket spredes over mange celler i stedet for at koncentreres om en eller nogle få. Desmosomer er nødvendige for den strukturelle integritet af epitellag og er den mest almindelige celle-celleforbindelse i sådanne væv. Den primære strukturelle egenskab ved hemidesmosomet, den tætte plak, der forstærker den intracellulære side af adhæsionen, findes også i desmosomer, selvom den er sammensat af forskellige proteiner. I desmosomer består pladen primært af plakoglobiner og desmoplakiner. Plakaglobinerne forbinder adhæsionsmolekylerne til desmoplakinerne, og desmoplakinerne forbinder til mellemliggende klagesange såsom keratin.

En anden lighed med hemidesmosomer, og en forudsagt af involvering af keratin, er permanentheden af ​​desmosomer. På den anden side er en vigtig forskel mellem de to typer adhæsioner de involverede adhæsionsproteiner. Hovedproteinerne i desmosomet er desmoglein og desmocollin, som begge er medlemmer af cadherin-superfamilien af ​​Ca.2+-afhængige adhæsionsmolekyler.

Mutationer i desmoplakin (på kromosom 6p24) er forbundet med Carvajal syndrom (også kendt som dilateret kardiomyopati med uldent hår og keratoderma). Patienter er født med uldent hår, og palmoplantar keratoderma vises inden for det første år. Udvidelse af venstre ventrikel og ledsagende svaghed i kontraktiliteten kan føre til død som følge af hjertesvigt i teenageårene.

Pemphigus vulgaris er en anden sjælden sygdom, der involverer dysfunktion af desmosomer. Det er en autoimmun sygdom målrettet mod patientens egne desmoglein-proteiner. Den reducerede epiteladhæsion fører til blærer i hud og slimhinder.


Cadherins molekylære biologi

1.1 Desmosom struktur og morfologi

Desmosomer er specialiserede og højt ordnede membrandomæner, der medierer celle-cellekontakt og stærk adhæsion. Adhæsive interaktioner ved desmosomet er koblet til det mellemliggende filamentcytoskelet. Ved at mediere både celle-celle-adhæsion og cytoskelet-bindinger integrerer desmosomer mekanisk celler i væv og fungerer derved til at modstå mekanisk stress. 1-3 Denne væsentlige strukturelle og mekaniske funktion fremhæves af den fremtrædende fordeling af desmosomer i væv, der rutinemæssigt udsættes for fysiske kræfter, såsom hjertet og huden, og den brede vifte af desmosomale sygdomme, der skyldes forstyrrelse af desmosomfunktionen. 4-6 På det ultrastrukturelle niveau optræder desmosomer som elektrontætte skiver med en diameter på ca. 0,2-0,5 μm, som samles til et spejlbillede ved celle-celle-grænseflader 1,7,8 (fig. 5.1). Store bundter af mellemfilamenter strækker sig fra kerneoverfladen og cellens indre ud mod plasmamembranen, hvor de binder sig til desmosomer ved at væve sammen med den cytoplasmatiske plak af klæbemiddelkomplekset. Desmosomets overordnede klæbende funktion er afhængig af bindingen af ​​mellemfilamenter til den desmosomale plak, hvilket fremhæver de integrerede funktioner af adhæsion og cytoskeletale elementer. Desmosomer er således modulære strukturer, der omfatter adhæsionsmolekyler, der bolter celler sammen, cytoskeletkabler, der spreder kræfter, og forbinder molekyler ved desmosomets cytoplasmatiske plaque, som bærer mekanisk belastning fra adhæsionsmolekylerne til det mellemliggende filamentcytoskelet.

Figur 5.1. Desmosom arkitektur og molekylær sammensætning. (A) Superopløsningsimmunfluorescenslokalisering af desmoglein-3 (rød) og desmoplakin (grøn) i dyrkede keratinocytter opnået ved hjælp af struktureret belysningsmikroskopi (Nikon N-SIM). (B) Elektronmikrofotografi af et desmosom fra bovint tungeepitel. (C) Molekylære komponenter og model for desmosomal proteinorganisation (se fig. 5.2 for domæneannotationer af desmosomale cadheriner). Målestok = 0,25 μm.


Baggrund

Inflammatorisk tarmsygdom (IBD), en kronisk og recidiverende inflammatorisk tilstand i mave-tarmkanalen, er tæt forbundet med de mikrobielle samfund i den menneskelige tarm. Selvom det nu er almindeligt accepteret, at IBD er et resultat af ændrede interaktioner mellem tarmmikrober og tarmens immunsystem, er den præcise karakter af den intestinale mikrobiota dysfunktion i IBD stadig at blive belyst [1]. IBD omfatter yderligere to hovedundertyper, colitis ulcerosa (UC) og Crohns sygdom (CD), som hver omfatter særskilte mikrobielle forstyrrelser og vævslokaliseringer. Førstnævnte er begrænset til tyktarmen, mens sidstnævnte kan påvirke enhver del af fordøjelseskanalen, med uklare implikationer for mikrobiel involvering eller kausalitet [2]. Især de mikrobielle mekanismer og metabolisme, der ligger til grund for GI-mikrobiomets rolle i IBD-debut og dets ændring i løbet af aktiv behandling og genopretning, er stadig ukendte.

I det sidste årti har fremskridt inden for DNA-sekventering gjort det muligt at udforske de 40 % af tarmmikrobiomet, der stadig er udyrket [3], hvilket sætter scenen for undersøgelse af IBD-mikrobiomet. GI-mikrobiomet hos raske mennesker er domineret af fire store bakterielle phyla: Firmicutes, Bacteroidetes og i mindre grad Proteobacteria og Actinobacteria [4, 5]. Mange undersøgelser har observeret ubalancer eller dysbioser i GI-mikrobiomer hos IBD-patienter [6-13] hos både CD- og UC-patienter, der er nedsat biodiversitet, en lavere andel af Firmicutes og en stigning i Gammaproteobacteria [14]. I CD er proportionerne af Clostridia ændret: den Roseburia og Faecalibacterium slægter af Lachnospiracae- og Ruminococcaceae-familierne er reduceret, mens Ruminococcus gnavus stiger [15-17]. Specifikke træk ved UC-associeret dysbiose er mindre beskrevet, selvom øgede sulfatreducerende Deltaproteobacteria er blevet rapporteret [18, 19]. Disse undersøgelser har beskrevet typiske ændringer i sammensætningen af ​​IBD-tarmsamfundet, men de funktionelle roller af disse organismer - eller for hele et dysbiotisk samfund - forbliver mindre tydelige.

Det normale tarmmikrobiom udviser en enorm funktionel diversitet kodet af en samling af bakterielle gener, der nummererer mere end 100 gange det menneskelige gensæt [4, 20]. Således er det humane mikrobioms genomiske potentiale langt større end dets værts, og behandlinger, diæter eller medicin, der påvirker værten, vil sandsynligvis også påvirke mikrobiomet. Et primært eksempel på mikrobiomets betydning for værtens sundhed er i fordøjelsen af ​​kostfibre, som bruges af mikrobiotaen i den nedre GI-kanal som deres vigtigste energikilde [21]. Fibrolytiske bakterier nedbryder polysaccharider til mindre kulhydrater, som derefter fermenteres til kortkædede fedtsyrer (SCFA'er) såsom acetat, propionat og butyrat. Butyrat er især en vigtig energikilde for colonocytter, men alle tre af disse har demonstreret immunmodulerende egenskaber [22-27]. Ud over disse metaboliske funktioner har mange genetiske undersøgelser i IBD fremhævet den centrale rolle af vært-mikrobe-interaktioner i IBD-patogenese [1, 28-30]. Specifikke værtsveje forbundet med mikrobiel respons i IBD inkluderer T-celleaktivering, IL-23/T-hjælper 17-vejen, autofagi [31] og Paneth-cellefunktion [32]. Tilsammen understøtter disse resultater centraliteten af ​​vært-mikrobiota-krydsning for tarm-homeostase og igen rollen af ​​dysfunktionel krydstale mellem værten og GI-mikrobiomet i IBD.

Lidt arbejde har endnu bygget bro mellem IBD-patogenese i en menneskelig vært, individuelle mikrober og ændringer i metabolismen af ​​det GI-mikrobielle samfund i IBD. Få undersøgelser af IBD-tarmmikrobiomet har undersøgt mikrobiomfunktionen [33], og disse har ikke systematisk redegjort for påvirkningen af ​​behandlinger og miljøfaktorer. Vi har således analyseret GI-mikrobiomer af 121 CD-patienter, 75 UC-patienter og 27 raske kontroller ved hjælp af en ny multivariat metagenomisk analysepipeline, der specifikt tager højde for miljøfaktorer (herunder behandling, alder og tobaksbrug). Ud over at vurdere mikrobiomsammensætningen har vi analyseret det udledte metagenom som bestemt ud fra fylogenetisk associerede referencegenomer, herunder metaboliske moduler og veje, der også er forbundet med sygdomsstatus og med miljøfaktorer såsom medicin og rygning. Ikke alene var disse GI-mikrobiomer karakteriseret ved skift i bakteriepopulationer under sygdom som tidligere beskrevet, men disse dysbioser var yderst funktionelt koordinerede. Berigelser på tværs af arter omfattede mucinmetabolisme og redoxtolerance ved hjælp af glutathiontransport, cysteinbiosyntese og riboflavinmetabolisme. Omvendt var processer, der bredt var knyttet til clades IV og XIVa Clostridia, udtømt, især kortkædet fedtsyreproduktion. Dysbioser i IBD er tilsvarende ikke blot strukturelle ændringer i tarmmikrobiotaen, men er i stedet forbundet med store svækkelser i mange fundamentale mikrobielle metaboliske funktioner med potentiel indvirkning på værten.


Intercellulær kommunikation er afgørende for korrekt hjertefunktion. Mekanisk og elektrisk aktivitet skal synkroniseres, så de enkelte myocytters arbejde omdannes til organets pumpefunktion. Mekanisk kontinuitet er tilvejebragt af desmosomer og adherens junctions, mens gap junctions giver en vej til passage af ioner og små molekyler mellem celler. Disse komplekser ligger fortrinsvis på stedet for endekontakten mellem myocytter inden i den interkalerede disk. Erkendelsen af, at nogle former for arytmogen kardiomyopati er forårsaget af mutationer i desmosomale proteingener, har vækket interesse for desmosomets biologi og dets interaktioner med andre forbindelsesmolekyler. Denne gennemgang præsenterer desmosomets cellulære og molekylære biologi, aktuel viden om forholdet mellem desmosomale mutationer og sygdomsfænotyper og et overblik over den molekylære patofysiologi af arytmogen højre ventrikulær kardiomyopati. Klinisk erfaring og resultater fra cellulære og dyremodeller giver indsigt i den interkalerede diskus som en funktionel enhed og i de grundlæggende substrater, der ligger til grund for patogenese og arytmogenese af arytmogen højre ventrikulær kardiomyopati.

Desmosomet er en specialiseret adhæsiv junction, der interagerer med cytoskelettet og deltager i krydstale med gap og adherens junctions. Mutationer i komponenter af desmosomet ligger til grund for en række kutane lidelser og arytmogen kardiomyopati, en sygdom, der bygger bro mellem arvelige arytmisyndromer og hjertemuskellidelser. 1 Den tidlige, "skjulte" fase af arytmogen kardiomyopati er karakteriseret ved en tilbøjelighed til ventrikulær arytmi og pludselig hjertedød (SCD) i omgivelserne af velbevaret morfologi, histologi og ventrikulær funktion. Det histologiske substrat udvikler sig med sygdomsprogression. Myocyttab ledsages af inflammation, fibrose eller adiposis. Sygdommen blev først anerkendt i sin klassiske, højredominante form som arytmogen højre ventrikulær kardiomyopati (ARVC) (figur 1). Voksende anerkendelse af ikke-klassiske undertyper med tidlig venstre ventrikulær involvering understøtter vedtagelsen af ​​det bredere udtryk arytmogen kardiomyopati. 1 Her søger vi at give en "gen-til-sygdom" gennemgang af hjertedesmosomet og dets rolle som et molekylært substrat for hjertesygdomme.

Figur 1. Arketypiske kliniske træk ved ARVC.TopVentrikulær takykardi af venstre grenblokmorfologi (angiver højre ventrikulær oprindelse) fremkaldt, i dette tilfælde, under en anstrengelsestest. Bund, Hjertemagnetisk resonansbillede i 4-kammervisningen er højre ventrikel kraftigt udvidet med en aneurisme i subtricuspidregionen (pile). LA indikerer venstre atrium LV, venstre ventrikel RA, højre atrium RV, højre ventrikel.

Desmosomets struktur, sammensætning og funktion

Desmosomet er et symmetrisk proteinkompleks. Hver ende ligger i cytoplasmaet af en af ​​et par tilstødende celler, og forankrer mellemfilamenter i cytoskelettet til celleoverfladen. Den midterste sektion spænder over begge cytoplasmatiske membraner og danner bro mellem det intercellulære rum. Slutresultatet er et 3D-netværk, der giver strukturel støtte til væv. 2 Udover disse stabiliserende og klæbende funktioner har desmosomer vigtige roller i vævsmorfogenese under embryonal udvikling og sårheling. Desmosomale komponenter kan translokere til andre subcellulære rum, deltage i signalveje og derved påvirke transkriptionel regulering af gener involveret i proliferation og differentiering. 3–5 Nedarvede abnormiteter i desmosomet har derfor forskellige konsekvenser. I de sidste 2 årtier har detaljeret fænotypning af forskellige hjerte- og kutane lidelser understreget desmosomernes alsidighed. Parallelle molekylære undersøgelser af desmosomstruktur og funktion har kastet lys over de cellulære og molekylære mekanismer, der ligger til grund for en række sygdomstilstande.

Desmosomer: Distribution og struktur

Desmosomer blev oprindeligt beskrevet som "diskontinuerlige, knaplignende" strukturer af epitelvæv. 6 De er særligt rigelige i den follikulære/interfollikulære epidermis, men findes også i myokardium, dendritiske retikulumceller i lymfeknudefollikler og meningealt væv. Desmosomfordeling er i overensstemmelse med en primær rolle i at styrke væv udsat for mekanisk stress og er bemærkelsesværdigt ens mellem arter.

Desmosomal struktur er også meget bevaret gennem hvirveldyrs evolution. Elektronmikroskopi afbilder et karakteristisk lamelformet udseende (figur 2). 3,4 Den meget uopløselige natur af de konstituerende glycoproteiner har udgjort en betydelig udfordring for belysning af desmosomal struktur, den nuværende forståelse er i vid udstrækning baseret på en kombination af in vivo proteininteraktion og rekonstitutionsundersøgelser. Produkterne fra 3 gen-superfamilier samles for at danne desmosomer: de desmosomale cadheriner, bæltedyrfamilien af ​​kerne- og forbindelsesproteiner og plakinerne (tabel).

Figur 2. Elektronmikrofotografi af desmosomal struktur. Det intercellulære rum er mellem 20 og 35 nm bredt med en fremtrædende elektrontæt midtlinje. Der løber parallelt med den, på hver side, mindst 4 distinkte bånd: (1) en lysende zone (2) en tæt linje lige uden for celleoverfladen (3) den cytoplasmatiske membran og (4) en uigennemsigtig region inde i cytoplasmaet, som yderligere kan opdeles i den ydre tætte plak (ODP) og den indre tætte plak (IDP) baseret på stigende afstand fra celleoverfladen. Gengivet fra Al-Amoudi og Frangakis 4 med tilladelse fra Biochemical Society. DM indikerer tæt midtlinje EC, ekstracellulær kerne PM, plasmamembraner.

Bord. Sammenfatning af desmosomale gener og kodede proteiner impliceret i arvelig menneskelig sygdom

AD indikerer autosomal dominant AR, autosomal recessiv.

Desmosomale Cadheriner

Cadherinerne er en superfamilie af calciumafhængige adhæsionsmolekyler med hjælpefunktioner i embryogenese, stamcelles skæbne og vedligeholdelse, cellepolaritet og signaltransduktion. Strukturelt er de karakteriseret ved ekstracellulære domæner, der indeholder forskellige antal ≈110-aa-motiver, som fungerer i adhæsion og calciumbinding. 5 Fylogenetisk analyse tyder på, at klassiske (type 1), atypiske (type 2) og desmosomale cadheriner stammer fra en fælles forfader. 7 Under evolutionær divergens opstod variationer i de cytoplasmatiske domæner for at muliggøre interaktion med forskellige proteinligander.

De desmosomale cadheriner inkluderer 4 isoformer af desmoglein (DSG1 til -4) og 3 af desmocollin (DSC1 til -3), alle kodet af separate gener, der er klynget sammen på modsatte sider af en central region på kromosom 18q12.1. Delt kontrol af en lang række hovedregulerende region er blevet postuleret. Den 3 DSC gener har hver lange (“a”) og korte (“b”) proteinprodukter, genereret ved alternativ splejsning (figur 3 og 4). 5,8,9 Ekspression af de desmosomale cadheriner forekommer vævsspecifik. DSC-2 og DSG-2 udtrykkes i alt desmosomholdigt væv, inklusive tyktarm og hjertemuskulatur, hvorimod fordelingen af ​​de andre isoformer primært er begrænset til stratificeret epitelvæv. 10

Figur 3. Skematisk struktur af vigtigste desmosomale proteiner.en, Desmosomal cadherin superfamilie. Følgende strukturelle komponenter er fælles for de desmosomale cadheriner: 4 ekstracellulære domæner et ekstracellulært anker et enkelt transmembrant domæne et intracellulært anker og et intracellulært cateninbindingssted, som delvist er deleteret i de korte "b"-former af desmocollinerne, hvilket gør dem ude af stand til at binde plakoglobin. Desmocollin b er ikke i stand til at fremme desmosom plaque-samling in vitro. Unikt for desmogleinerne er udvidede cytoplasmatiske haler med intracellulær prolin-rig linker, gentagende enhed og glycin-rige desmoglein-terminale domæner. Funktionerne af de DSG-specifikke cytoplasmatiske domæner skal stadig defineres fuldt ud, selvom en rolle i at formidle interaktioner med PKP'erne er blevet foreslået. b, Desmosomale bæltedyr familiemedlemmer. I desmosom-mellemfilamentkomplekset binder plakoglobin til et desmosomalt cadherin ved dets N-terminale ende, og til desmoplakin ved dets C-terminale ende forekommer også laterale interaktioner, men er stadig ved at blive defineret. Som dets alternative navn på γ-catenin kunne antyde, viser plakoglobin den nærmeste homologi med β-catenin, en integreret komponent af Wnt-signalvejen, som den interagerer med og konkurrerer med på flere cellulære niveauer. Begge har 12 bæltedyr (arm) gentagelser. PKP1 til -3 har derimod 9 armgentagelser. En fleksibel indsats mellem gentagelserne 5 og 6 introducerer en større bøjning i den overordnede struktur. PKP1 og -2 har "a" og "b" former genereret af alternativ splejsning. I dette tilfælde er "b"-formerne længere, med et ekstra peptid på 21 (PKP1) eller 44 (PKP2) aminosyrer indsat mellem armgentagelser 3 til 4 (PKP1) eller 2 til 3 (PKP2). PKP1b findes udelukkende i cellekernen, hvilket tyder på, at det yderligere peptid kan fungere i intracellulær lokalisering. De bredt udtrykte 14-3-3-proteiner, som binder til phosphoserin-motiver, kan også påvirke målretning af PKP'er til desmosomet og kernen.PKP2 er et substrat for Cdc25C-associeret kinase 1 (C-TAK1), som phosphorylerer serinrest 82, hvorved der skabes et 14-3-3-bindingssted. Vildtype PKP2 lokaliseres hovedsageligt til den cytoplasmatiske membran, når den transficeres til keratinocytter. Serin 82-mutanter er imidlertid ikke i stand til at binde 14-3-3-proteiner og målrette primært til kernen. PKP4, også kendt som p0071, har 10 armgentagelser og viser større homologi med adherens junction-proteinet p120-catenin end med de andre PKP'er. Normal desmosomal adhæsion kræver tilstedeværelsen af ​​plakoglobin og en af ​​de andre PKP'er, men PKP4 menes i øjeblikket at have mere en hjælpefunktion. PKP4 findes også i cytoplasmaet, men normalt ikke i kernen. c, Desmoplakin er et håndvægt-formet molekyle. Det globulære plakin-domæne ved dets N-terminal ser ud til at tjene som et bindingssted for andre proteiner, især plakoglobin. Interaktioner med PKP'erne er også anerkendt. Den tredelte struktur fortsætter derefter med et centralt coiled-coil stang-domæne, der angiveligt er ansvarlig for dannelsen af ​​parallelle dimerer. Alternativ splejsning resulterer i 2 isoformer af DSP: DSP-I (322 kDa) og DSP-II (259 kDa), som mangler det meste af stavdomænet og derfor kan forekomme som en monomer. Begge former er rigelige i epitel, men DSP-I dominerer i hjertemyocytter. Den C-terminale region af DSP er sammensat af 3 homologe plakin-gentagelsesdomæner (A til C) og en glycin-serin-arginin (GSR)-rig region. Domæner A til C indeholder hver 4,5 kopier af 38-aa-sekvensgentagelse B og C antager en globulær struktur, og den fleksible linker mellem dem kan muliggøre samtidig binding til mellemliggende filamenter. Typen af ​​bundet mellemfilament er vævsspecifik: keratin i epitel, desmin i myokardium og vimentin i arachnoid- og follikulære dendritiske celler. Nye data tyder også på, at desmoplakin er involveret i regulering af mikrotubulus organisation. Tilpasset fra Green and Gaudry 8 med tilladelse fra MacMillan Publishers Ltd.

Figur 4. Desmosomal struktur. Interaktion mellem desmosomale komponenter ved det intercellulære kryds er repræsenteret skematisk i -en og overlejret på et elektronmikrofotografi i b. Transmembrane desmosomale cadheriner, DSG og DSC, binder bæltedyrfamiliens proteiner JUP og PKP, som igen forankrer plakin-familiemedlemmet DSP. Den cytoplasmatiske plak, som er yderligere stabiliseret af laterale interaktioner mellem disse proteiner, forankrer det mellemliggende filamentcytoskelet til desmosomet. Tilpasset fra Green og Simpson 9 med tilladelse fra MacMillan Publishers Ltd.

Armadillo familie

Proteiner, der tilhører bæltedyrfamilien, har et centralt domæne, der indeholder et variabelt antal ufuldkomne 42-aa-gentagelser. Desmosomale bæltedyrfamiliemedlemmer inkluderer junctional plakoglobin (JUP) og de 4 plakophiliner (PKP1 til -4), som findes i den desmosomale plak (figur 3 og 4). 8,10,11

Med hensyn til vævsfordeling findes PKP2 og PKP3 i næsten alle desmosombærende celletyper, med undtagelse af de differentierede celler i det stratificerede epitel (som mangler PKP2) og hepatocytter og hjertemyocytter (som begge mangler PKP3). I modsætning hertil er PKP1-ekspression begrænset til det stratificerede og komplekse epitel. 12 Distribution af både JUP og PKP4 er mere udbredt på grund af deres dobbelte lokalisering til desmosomer og adherens junctions, hvor de fungerer ved at mediere krydstale.

Plakins

Plakinerne er store multidomæneproteiner, der medierer forankring af mellemfilamenter til celle-celle- og celle-matrix-forbindelser og intracellulære organeller. Ud over deres strukturelle klæbende funktion kan plakiner også regulere cytoskeletdynamik. Strukturelt er de karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​et plakin-domæne: et kugleformet hoved med højt α-spiralformet indhold og et antal spektringentagelser adskilt af et Src-homology-3 domæne. Bemærkelsesværdige medlemmer af plakin-familien inkluderer desmoplakin, plectin, envoplakin og periplakin, hvoraf kun desmoplakin betragtes i detaljer her (figur 3 og 4). 8,13,14

Specifikke observationer af desmosomal funktion

Desmosomer kan vedtage 2 alternative tilstande, der adskiller sig i adhæsiv affinitet, hvoraf den stærkeste kaldes "hyperadhæsiv." Eksperimentelt er det karakteriseret ved calciumuafhængighed. Chelaterende midler udtømmer ekstracellulært calcium og vil generelt forventes at kompromittere forbindelser, hvilket fører til hurtig internalisering. Det hyperadhæsive desmosom er imidlertid modstandsdygtigt over for sådanne forstyrrelser, en mulig følge af calciumioner, der er fanget i strukturen. 10

Hyperadhæsion ser ud til at være den normale tilstand af vævsdesmosomer. Den tætte midterlinje af den desmosomale forbindelse, der er synlig ved elektronmikroskopi, menes at indeholde de ekstracellulære domæner af desmosomale cadheriner i et højt organiseret arrangement, der er nødvendigt for hyperadhæsivitet. Disse højaffinitetsbindinger giver strukturel støtte på bekostning af cellemotilitet. Desmosomer bevarer fleksibiliteten til at skifte til en lavere affinitetstilstand under sårheling og embryogenese. Keratinocytter, for eksempel, danner et enkelt lag under epidermal skadesreparation for at lette migration under koagel og lukning af såret. Nedregulering af adhæsion er nødvendig for at frigive keratinocytter fra flerlags epidermis, således er desmosomer i sårkantepidermis calciumafhængige og mangler den karakteristiske tætte midterlinje. 10

Nye beviser tyder på, at intracellulær signalering kan lette skiftet fra hyperadhæsiviteten af ​​desmosomer i modne væv til en mere dynamisk tilstand. Strukturen af ​​de ydre og indre tætte plaques er stadig ved at blive defineret, men deler angiveligt det høje niveau af organisation, der observeres i det intercellulære rum. Plaqueproteiner kan undergå enzymatisk phosphorylering, især af proteinkinase Ca fra serin/threoninkinasefamilien. Store anioniske fosfatgrupper forstyrrer det molekylære arrangement i plaquen med overførsel af den resulterende lidelse til ekstracellulære domæner. De desmosomale cadheriner binder til gengæld med lavere affinitet og bliver calciumafhængige. Interaktion af proteinkinase Ca med PKP2 er også nødvendig for phosphorylering og rekruttering af desmoplakin til begyndende desmosomer. Disse mekanismers rolle i reparation af myokardieskade er fortsat et aktivt forskningsområde. 10,14

Ovenstående afsnit giver et generelt overblik over de molekylære egenskaber ved desmosomer og desmosomale molekyler. Selvom der findes rigelige yderligere oplysninger, er denne gennemgang begrænset af omfang og plads. Dybdegående anmeldelser om transkriptionel og posttranslationel regulering af desmosomale proteiner, desmosomal samling, desmosomale proteininteraktioner og relaterede emner kan findes i litteraturen (se f.eks. andetsteds 5,10-18). Værd at bemærke er det omfattende arbejde, der er blevet udført på (1) de strukturelle roller af cadheriner som single-pass transmembrane proteiner, der er essentielle for stærke Ca 2+ -afhængige celle-celle adhæsioner (2) rollen som bæltedyrproteiner som mediatorer af cytoplasmatiske interaktioner for stærk adhæsion og cytoskelettilknytning (3) funktionen af ​​PKP2 som et stillads for proteinkinase Cα, der regulerer associationen af ​​desmoplakin med mellemliggende filamenter og (4) rollen af ​​desmoplakin i krydstale mellem adherens junctions og desmosomer og RhoA- formidlet aktinsamling og -organisation (se andre anmeldelser 10-18 og referencer indenfor). I de følgende afsnit fokuserer vi vores opmærksomhed på desmosom-relaterede sygdomme og på de mulige cellulære/molekylære mekanismer, der ligger til grund for ARVC.

Desmosomer og menneskelig sygdom: Desmosomale genotyper og kliniske fænotyper

Desmosomer blev først opmærksom på det kardiovaskulære samfund, der var interesseret i arvelige arytmogene sygdomme med identifikation af en homozygot mutation i en af ​​dens komponenter (JUP) som årsag til Naxos sygdom: en triade af palmoplantar keratoderma (PPK), uldent hår og ARVC. De kutane træk, som er udtrykt fra spædbarnsalderen, lettede genkendelse af homozygoter til indledende kortlægning af sygdomsstedet til 17q21. Der var forskellige kandidatgener i denne region, men plakoglobin-knockout-mus var kendt for at udvise embryonale hud- og hjertefejl, der minder om Naxos-fænotypen, hvilket gør den til en stor udfordrer. Derfor blev Naxos syndrom i 2000 den første menneskelige sygdom, der var årsagssammenhængende med en defekt i plakoglobin, hvorimod plakoglobin gav det første indblik i det genetiske grundlag for ARVC. 19 Fordi adskillige sekvensvarianter blev identificeret i relaterede gener, blev desmosomal dysfunktion foreslået som den sidste fælles vej for sygdomsekspression i ARVC. Inden for et kvart århundrede havde det fremherskende koncept for ARVC udviklet sig fra en udviklingsmæssig anomali (kilden til dens oprindelige betegnelse, højre ventrikulær dysplasi) til en genetisk defekt af celleadhæsion. Nyt som det desmosomale forbindelsespunkt kunne have været for kardiologer interesseret i arvelige arytmiforstyrrelser, men det havde været velkendt inden for dermatologi i mindst det foregående årti (tabel).

Desmosomale Cadheriner

Kutane fænotyper
Pemphigus

Pemphigus er en blæredannelse i huden forbundet med akantolyse (tab af intercellulær adhæsion mellem keratinocytter). Af dens forskellige former er paraneoplastisk pemphigus den mindst almindelige og forekommer typisk i forbindelse med lymfoproliferativ sygdom. De 2 mere udbredte former er af interesse som autoimmune sygdomme i desmosomet. Pemphigus foliaceus er til stede i 10% til 20% af tilfældene og påvirker epidermis og skåner slimhinderne. Pemphigus vulgaris, som tegner sig for størstedelen af ​​tilfældene, har 2 undertyper: slimhindedominant og mukokutant.

Pemphigus foliaceus er forbundet med autoantistoffer mod DSG1, som er fordelt primært i de øvre lag af den kutane epidermis, i overensstemmelse med slimhindebesparelse. Målautoantigenet i pemphigus vulgaris er DSG3, som er fremtrædende udtrykt i tungen, mandlerne og bronchoepitelcellerne, hvilket tegner sig for den foretrukne involvering af slimhinderne. Op til 50% af individer med pemphigus vulgaris udvikler også autoantistoffer mod DSG1, hvilket tegner sig for den efterfølgende udvikling af den mukokutane subtype. Selvom pemphigus er en autoimmun snarere end en genetisk lidelse, understreger den vigtigheden af ​​de desmosomale cadheriner for at fremme normal celleadhæsion. Pemphigus fungerer også som et eksempel på, hvordan dysfunktion af forskellige proteinisoformer kan føre til variationer i fænotype. 20,21

Palmoplantar Keratodermi

PPK'erne er en heterogen gruppe af keratiniseringsforstyrrelser, karakteriseret ved epidermal fortykkelse af håndflader og fodsåler. Involvering kan være diffus (påvirker de fleste palmar- og plantaroverflader) eller fokal (typisk lokaliseret til trykpunkter). Både arvelige og erhvervede former anerkendes. Striate PPK (SPPK) er en ualmindelig undertype, der nedarves som et autosomalt dominant træk. En række heterozygote mutationer i DSG1, forudsagt at resultere i haploinsufficiens, er blevet identificeret i SPPK-familier. Men hvis autoantistoffer mod DSG1 forårsager overfladisk blæredannelse på stammen og hovedbunden, hvorfor resulterer haploinsufficiens i SPPK? 6,21

Acantholyse i pemphigus synes at være resultatet af samvirkende virkning af antistoffer på forskellige keratinocyt-selv-antigener. Mindst 2 mekanismer er blevet foreslået for patogenesen af ​​striat PPK. Normal hud reagerer på gentagne traumer med fortykkelse af stratum corneum, udadtil synlig som hård dannelse. Haploinsufficiens af DSG1 kan forringe medfødt modstand, således at den beskyttende fortykkelsesreaktion opstår ved lavere niveauer af mekanisk stress. Alternativt påstås afvigende forhold mellem desmoglein-isoformekspression at inducere ændringer i vævsmorfologi. Andre desmosomale komponenter er også blevet impliceret i PPK. 21

Arvelig Hypotrichosis

DSG4 er det vigtigste desmosomale cadherin i hårsækken, hvor det medierer keratinocytcelleadhæsion og koordinerer overgangen fra proliferation til differentiering. En mutation i DSG4 (EX5_8del) er blevet rapporteret i 3 familier med arvelig lokaliseret hypotrichose: en sjælden, autosomal recessiv form for hårtab, der påvirker hovedbunden, brystet, arme og ben. 21

Arytmogen kardiomyopati

DSG2 var det fjerde desmosomale protein, der var impliceret i ARVC. Pilichou et al identificerede 9 heterozygote mutationer i DSG2 (5 missense, 2 insertionsdeletioner, 1 nonsens og 1 splejsningssted) i 8 ud af 54 probander (10 %) screenet på en kandidat-gen-basis. En patient bar både en missense (DSG2-E331K) og en splejsningssteddefekt (DSG2-1881 til 2A→G) i trans konfiguration. Endomyokardiebiopsier viste karakteristisk myocyttab med fibrofedtsubstitution på elektronmikroskopi, de interkalerede skiver så blege ud med reduceret desmosomtal og udvidelse af det intercellulære mellemrum. Den kliniske fænotype inkluderede venstre ventrikulær involvering i ≈50 % af tilfældene. Der blev ikke observeret nogen åbenlyse hud/hår abnormiteter. 22 Prominent venstre ventrikulær involvering var til stede hos 25 % af DSG2 tilfælde rapporteret af Syrris et al., som også bemærkede relativt høj penetrans inden for familier. 23 Af de 4 sager med DSG2 mutationer beskrevet af Awad et al., var den ene en sammensat-heterozygot, som havde udviklet et dissemineret kutant eksantem med omfattende slimhindepåvirkning efter at have modtaget penicillin som barn. 24 En mulig homozygot mutation i DSG2 (S1059T) er også blevet identificeret i en 36-årig proband af pakistansk oprindelse, fænotypen var ARVC uden åbenlyse kutane abnormiteter, men slægtninge var ikke tilgængelige for evaluering, og en racepolymorfi er ikke blevet udelukket. 25

For nylig har Milting og Klauke 26 og Posch et al 27 sået tvivl om patogeniciteten af ​​visse varianter i DSG2. E713K-, V56M-, V158G- og V920G-allelerne er blevet identificeret hos raske kontrolpersoner med frekvenser på henholdsvis 13,9, 0,5, 2,2 og 0,8%. Posch et al har også rapporteret, at 2,4% af tilfældene med dilateret kardiomyopati var bærere af DSG2-V56M: en signifikant overrepræsentation sammenlignet med kontroller, i overensstemmelse med en rolle som en modtagelighedsallel. Immunfarvning og elektronmikroskopi af eksplanteret venstre ventrikulær myokardium fra disse patienter afslørede uregelmæssigt formede interkalerede diske og, i en homozygot bærer, en forkortelse af desmosomet. 28 Selvom de omstridte DSG2-alleler i sig selv kan være utilstrækkelige til at forårsage ARVC, kan de give øget disposition til det, hvilket forklarer den tidligere observerede cosegregation med fænotype i berørte familier.

Af de 3 desmocolliner er kun 1 (DSC2) blevet impliceret i human sygdom til dato. I 2006, kort efter den første rapport om DSG2-defekter i arytmogen kardiomyopati, identificerede Syrris et al 2 heterozygote mutationer i DSC2, en sletning (1430delC) og en indsættelse (2687_2688insGA). Begge resulterer i rammeskift og for tidlig trunkering af DSC2-proteinet. 29 Fænotypen i familierne var ARVC med fremtrædende venstre ventrikulær involvering, som i den klassiske naturhistorie af sygdommen generelt er en sen komplikation, der opstår efter indtræden af ​​global højre ventrikulær dysfunktion. Derimod er omfanget af venstre ventrikelsygdom hos nogle af de personer med DSC2 mutationer tydede på tidlig involvering af begge ventrikler. 25,30 Der var ingen hår- eller hudabnormiteter. Det blev foreslået, at DSC1 og DSC3 kunne kompensere for den defekte DSC2-isoform i epitelceller, men ikke i hjertemyocytter, hvor kun DSC2 udtrykkes. For nylig har Simpson et al rapporteret en homozygot enkelt-base deletion i exon 12 (1841delG) af DSC2 i en slægtsfamilie. Mutationen forudsiges at føre til rammeskift og for tidlig trunkering af proteinproduktet. Både probanden og hans søster havde ARVC med venstre ventrikulær involvering, men blev yderligere kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​uldent hår og mild PPK. 31 Gendosiseffekten af ​​en homozygot mutation kan overstige andre DSC-isoformers evne til at kompensere.

Sammenfattende tegner mutationer i desmosomale cadheriner DSG2 og DSC2 sig for ≈10% af tilfældene af arytmogen kardiomyopati i publicerede serier fra Storbritannien og Holland. 32,33 Homozygotiske, sammensatte og dobbeltheterozygotiske tilstande er blevet identificeret, hvilket tyder på, at en del af defekter i disse gener kan være af lav patogenicitet og mindre tilbøjelige, isoleret set, at forårsage penetrerende sygdom. Fænotypen omfatter karakteristiske histologiske og kliniske træk ved ARVC, med fremtrædende venstre ventrikulær involvering i mange tilfælde. PPK og uldent hår er blevet observeret hos en homozygot med en DSC2 mutation. 24,25,31,33

Desmosomale plakproteiner (Armadillo-familien)

Kutan sygdom

Udtryk af PKP1 er koncentreret i de suprabasale lag af stratificeret og komplekse epitel, men kan også identificeres i de basale og granulære cellelag, skønt fraværende fra stratum corneum. Sammensatte heterozygote kædetermineringsmutationer i PKP1 gen forårsager den sjældne autosomale recessive lidelse, ektodermal dysplasi (skin fragility syndrome). Kliniske konsekvenser omfatter traume-inducerede erosioner, blærer, hyperkeratose af palmoplantar hud, sparsomt hår, negledystrofi og reduceret svedtendens. Sådanne tilfælde af spontan ablation af PKP1 understreger dens betydning i epidermal intercellulær adhæsion og morfogenese. 6,21

Arytmogen kardiomyopati

Naxos sygdom er et kardiokutant syndrom forårsaget af en homozygot 2157del2 mutation i JUP, hvilket resulterer i rammeskift og for tidlig afbrydelse af oversættelsen. Der er ændring af de sidste 5 aminosyrerester i den 13. bæltedyrgentagelse af proteinproduktet, med trunkering af det C-terminale domæne med 56 rester. McKoy et al bekræftede tilstedeværelsen af ​​mutantproteinet i en endomyokardiebiopsiprøve fra en påvirket patient. 19

Homozygoter til JUP-2157del2 demonstrerer uldent hår og diffus PPK fra barndommen. Hjerteabnormiteter kan opstå fra den tidlige barndom, men generelt udvikler berørte personer symptomer (synkope og vedvarende hjertebanken) og opfylder diagnostiske kriterier fra ungdomsårene og fremefter. Sygdomsmønsteret er klassiske EKG-abnormiteter, herunder QRS-forlængelse, epsilon-bølger og inverterede T-bølger i de højre prækordiale afledninger (V1 til -3) >90% af Naxos-patienter har arytmi af højre ventrikulær oprindelse og strukturelle/funktionelle abnormiteter i højre ventrikel. Venstre ventrikulær involvering forekommer med sygdomsprogression, der viser sig som en forlængelse af T-bølge-inversion til de laterale ledninger (V4 til -6), med venstresidige strukturelle og funktionelle abnormiteter ved ekkokardiografi. Hjertesvigt udvikler sig hos ≈25 % af patienterne.Den årlige forekomst af pludselig hjertedød er ≈3 %, lidt højere end den, der er rapporteret i ikke-henvisningscentrebefolkninger med den mere almindelige, dominerende form for ARVC. 19,34

Et mindretal af heterozygotiske bærere af JUP-2157del2 viser kliniske træk, der er kompatible med mild sygdomsekspression. Protonotarios et al rapporterede, at 8 ud af 40 heterozygoter havde mindre hjerteabnormiteter, inklusive inverterede T-bølger i V1 og V2 (n=4), mild højre ventrikulær dilatation (n=3) og T-bølge-inversion i V1 til -3 med mild udvidelse af højre ventrikulære udstrømningskanal. Fem bærere havde også uldent hår. Ingen opfyldte dog diagnostiske kriterier for ARVC eller udviklede ventrikulær arytmi, og PPK blev ikke observeret. 34 De kliniske abnormiteter ved ARVC er isoleret set uspecifikke, og især billeddiagnostiske abnormiteter kan være tilbøjelige til at overfortolke. Ikke desto mindre opstår muligheden for, at Naxos syndrom ikke er en recessiv sygdom så meget som en ekstrem fænotype, der stammer fra en gen-dosis effekt.

I nogle år har man formodet det JUP varianter havde utilstrækkelig patogenicitet til at forårsage dominerende ARVC. I 2007 blev en tysk familie med ARVC imidlertid fundet at have en heterozygot JUP mutation (118_119insGCA), forudsagt at resultere i insertion af en yderligere serinrest i aminosyreposition 39 i det N-terminale domæne af proteinproduktet (JUP-S39_K40insS). Fænotypen var klassisk højre ventrikelsygdom uden hår- eller hudabnormiteter. 35 Ly et al rapporterede efterfølgende en heterozygot missense-mutation (V159L) i det første bæltedyr-gentagelsesdomæne af plakoglobin, kendt for at mediere interaktioner med desmosomale cadheriner. Den berørte patient havde biventrikulær arytmogen kardiomyopati uden tydelige kutane abnormiteter. Diagnosen blev stillet efter et tilfældigt fund af en venstre ventrikulær aneurisme på en CT-scanning for mavesmerter. EKG viste isoleret inferolateral T-bølge inversion. Trækkene ved tidlig venstre ventrikulær involvering i dette tilfælde står i kontrast til det klassiske mønster udstillet af andre JUP mutationer. 36

Det andet bæltedyrprotein, der har været impliceret i ARVC, er PKP2, som sandsynligvis tegner sig for den højeste andel af tilfældene. Forekomsten af ​​heterozygote varianter i PKP2 var 27 % og 43 % blandt ARVC-patienter i henholdsvis de tyske og amerikanske undersøgelser og 70 % blandt familiære tilfælde i Holland, hvilket er slående højere end de 9 % til 14 %, der blev rapporteret i London- og Padua-kohorterne. 32,37 Almindelige haplotyper i overensstemmelse med grundlæggereffekter blev identificeret i den hollandske befolkning, men ikke i de andre. 37 Mindst en del af den resterende forskel i frekvensen af PKP2 sygdom kan tilskrives rekrutteringsstrategi. Fænotypen forbundet med PKP2 mutationer ser ud til at være den af ​​klassisk ARVC. Venstre ventrikulær involvering er genkendt, men meget mindre fremtrædende end den, der observeres i forbindelse med andre genmutationer. EKG- og billeddiagnostiske fund understreger den højresidige forkærlighed, som sygdommen oprindeligt blev opkaldt efter. Kohorter konstateret fra patienter med arytmi af højre ventrikulær oprindelse kan derfor omfatte en relativt høj andel af PKP2 mutanter. I modsætning hertil afspejler erfaringerne fra Storbritannien og Padova fokus på familiær evaluering af (hyppigt afdøde) indekssager, hvilket resulterer i en anden sagsblanding, der nedtoner virkningen af PKP2 sygdom. 32

Dalal et al rapporterede om penetreringen af PKP2 mutationer, der fremhæver aldersrelateret udtryk og bred intrafamiliær variation. 38 Ægte ikke-penetrans blev udledt hos mindst 2 individer, som forblev fri for sygdom over 70 år. To nyere undersøgelser har givet yderligere indsigt i den reducerede penetrans af PKP2 mutationer. Christensen et al. fandt 3 tidligere rapporterede missense-varianter, som oprindeligt var antaget kausale, hos 0,5 % til 1,4 % af raske kontrolpersoner. 39 Selvom en årsagssammenhæng til ARVC er usandsynlig, blev alle 3 varianter selektivt beriget blandt tilfælde sammenlignet med kontroller, hvilket tyder på et muligt bidrag til sygdomsekspression. Kort efter fremhævede Xu et al PKP2 varianter, herunder nonsens og rammeskiftændringer, er ofte utilstrækkelige, isoleret set, til penetrerende sygdom. Blandt en serie på 38 indekstilfælde med ARVC med PKP2-defekter var 9 sammensatte heterozygoter. Yderligere 16 (42 %) var dobbelte heterozygoter med yderligere sjældne varianter i andre desmosomale gener (blandt andet var PKP4, indramning af det som et kandidatgen for ARVC). 40 Genetik af ARVC kan derfor være mere kompleks end hidtil anerkendt, med hyppigt behov for mere end ét "hit" for klinisk sygdomsekspression.

Til dato er hud- eller hårabnormiteter ikke blevet observeret i forbindelse med PKP2 mutationer, ikke engang i det eneste rapporterede tilfælde af en homozygot med en kryptisk splejsningsmutation (PKP2–2484C>T). Ligeligt, PKP1 defekter fører til hudsygdomme uden hjertepåvirkning. Syrris et al gav et fingerpeg om grundlaget for disse forskellige fænotyper. I hjertemyocytter er PKP2 isoform findes i den desmosomale plak, hvorimod PKP1 er begrænset til cellekernen. Situationen er omvendt i epidermis, hvor PKP1 lokaliseres til den desmosomale plak, men PKP2 findes i kernen. 41 Selvom forskellige forklaringer kan fremføres, forekommer dysfunktion af selve desmosomet afgørende.

Indsigt fra JUP-mutationer

En caserapport om et barn med Naxos sygdom har bevirket et vandskel i vores forståelse af patogenesen af ​​ARVC. Pigen var en bekræftet homozygot for Naxos-mutationen og havde typiske kutane træk. Hjerteevaluering i en alder af 5 afslørede højre ventrikulær ektopi (>14.000 på 24 timer) og unormale højre prækordiale epsilon-bølger på 12-aflednings-EKG'et. Hun blev efterfølgende diagnosticeret med myelodysplasi og udviklede på trods af kemoterapi og en vellykket knoglemarvstransplantation akut ikke-lymfocytisk leukæmi, hvilket førte til hendes død i en alder af 7 år. Strenge postmortem undersøgelse af hendes hjerte kunne ikke identificere nogen fibrofedt-erstatning af myokardiet, leukæmi-infiltrater eller degenerative træk ved hjertemyocytter i overensstemmelse med kemoterapi-relateret skade. 42

Det cellulære-molekylære grundlag for hendes EKG og arytmi forblev uløst, indtil en kombination af elektronmikroskopi, immunhistokemi og immunfluorescensundersøgelser blev udført. Nøglefund omfattede en reduktion i antallet og størrelsen af ​​gap junctions og formindsket ekspression af connexin (Cx)43 (det største gap junction protein) ved interkalerede diske. 42 Disse egenskaber er også blevet observeret i andre hjerter fra Naxos-patienter, i det enkelte tilgængelige hjerte fra en Carvajal-patient (se nedenfor) og i PKP2 mutanter. 43,44 Selvom ombygning af gap junction forekommer i mange sygdomstilstande, herunder iskæmisk hjertesygdom og hjertesvigt, er det generelt i et histologisk substrat. Ved arytmogen kardiomyopati opstår den derimod i histologisk upåvirkede områder af myokardiet. Især tilfældet med Naxos-barnet var kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​gap junction-ombygning i et strukturelt og histologisk normalt hjerte.

Plakin Familie: Desmoplakin

Kutan sygdom

Erhvervede og arvelige kutane fænotyper, der ligner dem, der er anerkendt for PKP1, kan også være forårsaget af autoimmun og/eller genetisk desmoplakin-sygdom. Autoantistoffer rettet mod desmoplakin er blevet identificeret i paraneoplastisk pemphigus, pemphigus foliaceus, pemphigus vulgaris og erythema multiforme, selvom deres rolle i patogenesen afventer yderligere belysning. Deres forekomst i pemphigus vulgaris er for eksempel blevet tilskrevet et epitopspredningsfænomen. Heterozygote mutationer, der resulterer i haploinsufficiens af DSP (f.eks. Q331X og 939+1 G>A), er blevet identificeret i autosomalt dominant striat PPK. Sammensat heterozygositet for nonsens/missense mutationer i DSP er forbundet med recessiv PPK og uldent hår/alopeci. 6,21

Kardiokutane syndromer

I 1996 rapporterede Rao et al. om en familiær forekomst af PPK, uldent hår og udvidet kardiomyopati i Indien. 45 Dr. Luis Carvajal-Huerta observerede efterfølgende en lignende fænotype i ecuadorianske familier. Norgett et al identificerede den forårsagende mutation som en homozygot deletion i DSP (7901delG), hvilket resulterer i et for tidligt stopkodon og et trunkeret proteinprodukt, der mangler C-domænet i haleregionen. 46 Hjertefænotypen omfatter inverterede T-bølger i V1 til -3, der i nogle tilfælde strækker sig til V5, og hyppig og kompleks ventrikulær arytmi, begge i overensstemmelse med ARVC på trods af, at de oprindeligt blev beskrevet som dilateret kardiomyopati. I det hidtil undersøgte enkelt postmortem hjerte var venstre ventrikel kraftigt udvidet med aneurismer i bag- og anteroseptale vægge. Højre ventrikel viste mere beskeden udvidelse med aneurismer i dysplasitrekanten. Omfattende myocyttab og erstatningsfibrose, med en forkærlighed for subepicardium, var tydelig på histologien. 43 Samlet set kan entiteten bedst beskrives som en venstredominant eller biventrikulær subtype af arytmogen kardiomyopati. 2,30

Alcalai et al har rapporteret et tilfælde med recessiv ARVC, uldent hår og en blæredannelse, pemphigus-lignende hudsygdom i en slægtslig arabisk familie. Den kausale mutation var en homozygot 7402G>C substitution i exon 24 af DSP, hvilket resulterer i G2375R-missense-ændring i proteinproduktet. Otte familiemedlemmer var pludselig døde før de fyldte 35 år, som alle havde uldent hår, ekstremt tør hud fra barndommen og vesikulære læsioner i ekstremiteter, knæ, håndflader og såler fra barndommen. Den levende afficerede homozygote havde ventrikulær takykardi af midseptal oprindelse, højre prækordial T-bølge inversion og en let udvidet højre ventrikel ved ekkokardiografi. Venstre ventrikulær involvering var tilsyneladende ikke et fremtrædende fund. 47

I 2006 beskrev Uzumcu et al. et barn fra en slægtsfamilie med en homozygot nonsensmutation (R1267X) i exon 23 af DSP. Denne defekt resulterer kun i trunkering af den større DSP-I isoform (med tab af det meste af stangdomænet og C-terminalområdet). Fænotypen omfattede uldent hår, epidermolytisk PPK og en biventrikulær kardiomyopati med indtræden i en alder af 3 år. Hyppig og kompleks ventrikulær arytmi og progressiv venstre ventrikulær systolisk dysfunktion blev observeret med død fra hjertesvigt i barndommen. Hos den heterozygote mor er mængden af DSP-I transkriptet blev reduceret med ≈50%, hvilket tyder på nonsens-medieret mRNA-henfald. DSP-I transskription kan have været fuldstændig fraværende i det homozygotiske barn. 48

DSP-I er kendt for at være den dominerende isoform i hjertevæv og er allestedsnærværende udtrykt i hjerte og aorta. Ikke desto mindre amplificerede Uzumcu et al DSP-II på et kardiovaskulært cDNA-panel, der afslører transkript i venstre atrium og ventrikel, interventrikulært septum og apex, omend på væsentligt lavere niveauer end DSPI. Højresidet udtryk var minimalt. DSP-II transskription blev også påvist i føtalt hjertevæv. Hjerteekspression af DSP-II i dette tilfælde kan have muliggjort overlevelse gennem fosterperioden til tidlig barndom, i modsætning hertil dør desmoplakin-nullmus i embryo. 48

Jonkman et al udvidede spektret af DSP-relaterede kardiokutane syndromer yderligere med en beskrivelse af letal akantolytisk epidermolysis bullosa hos et barn med sammensat heterozygositet for DSP-R1934X og DSP-6370delTT, som begge er placeret i exon 24 og resulterer i kædeterminering. Immunoblotfarvning af keratinocytter afslørede 2 trunkerede DSP-I polypeptider, der mangler den haleregion, der binder til mellemfilamenter. Fænotypen omfattede alvorlig skrøbelighed af hud og slimhinder, universal alopeci, tab af tænder og negle og var dødelig i den neonatale periode. 49 Bolling et al rapporterede en lignende fænotype hos 2 spædbørn født af de samme slægtninge forældre, med en homozygot deletion (C2874del5), hvilket resulterede i trunkering af rod-domænet og C-terminalen af ​​DSP (p.Lys959MetfsX5). I disse tilfælde var ventrikulær dilatation og dysfunktion også tydelig fra antenatale scanninger. 50

Arytmogen kardiomyopati

Desmoplakin blev det første gen, der blev impliceret i autosomal dominant ARVC i 2002, Rampazzo et al isolerede en missense mutation (S299R) i exon 7 af DSP i en italiensk ARVC-familie. Defekten undertrykker et formodet phosphoryleringssted i det N-terminale domæne af DSP, som binder til plakoglobin. Fænotypen var klassisk ARVC, med højre prækordial T-bølge inversion og arytmi af højre ventrikulær oprindelse hos afficerede familiemedlemmer og flere tilfælde af ventrikulær fibrillering/pludselig hjertedød. Ekkokardiografi viste alvorlig højre ventrikulær dilatation og systolisk dysfunktion. Vægbevægelsesabnormiteter blev observeret i venstre ventrikel i 3 tilfælde. Ikke desto mindre oversteg det højre til venstre ventrikulære volumenforhold 1,7, og den højre ventrikulære ejektionsfraktion var markant mere reduceret end den venstre. 51

Tre år senere beskrev Norman et al en familie med en heterozygot mutation i DSP (2034insA), hvilket resulterer i rammeskift, for tidlig kædeterminering og trunkering af stangen og C-terminalen af ​​proteinproduktet, hvilket blev forudsagt at ændre desmin desmoplakin-binding. Den karakteristiske fænotype inkluderede inferolateral T-bølge-inversion, arytmi af venstre ventrikulær oprindelse og mindre/fraværende venstre/højre ventrikulære abnormiteter på konventionel ekko/hjerte magnetisk resonansbilleddannelse, men med fremtrædende sen gadoliniumforstærkning af det venstre ventrikulære myokardium. Profilen var i overensstemmelse med en venstre ventrikulær arytmogen kardiomyopati. 52

Bauce et al. 53 præsenterede en detaljeret karakterisering og opfølgning af 4 familier med DSP-mutationer: originalen rapporteret af Rampazzo et al., 51 R1775I, R1255K og splejsningsmutationen c.423 til 1G>A. Bemærkelsesværdige aspekter af fænotypen inkluderede præsentation med brystsmerter og myokardieenzymstigning i 2 tilfælde. Hos en 15-årig bærer, som led pludselig død, afslørede postmortem undersøgelse akut-subakut myocytnekrose, inflammatorisk infiltrat og løst fibrøst og granulationsvæv. 53 Myokarditis har længe været et anerkendt histologisk træk ved arytmogen kardiomyopati, der forekommer i op til 67 % af tilfældene hos denne teenager, men det var det mest fremtrædende fund. En patolog, der ikke vidste om genbærerstatus, kan have tilskrevet myokarditis døden. Anvendt fra den modsatte vinkel opstår muligheden for, at en del af pludselige dødsfald, der tilskrives myocarditis, faktisk kan repræsentere tidlig arytmogen kardiomyopati før udviklingen af ​​myocytolyse og fibrofedtudskiftning.

En relativt høj prævalens af venstre ventrikulær involvering blev understreget i de italienske DSP-familier. Genundersøgelse af dataene muliggør differentiering af venstre ventrikulær involvering i det sene stadie (et træk ved klassisk sygdomsudtryk) fra den venstredominante subtype af arytmogen kardiomyopati. I 3 af familierne forekom reduceret venstre ventrikulær ejektionsfraktion udelukkende hos personer, som også havde alvorlig højre ventrikeludvidelse og dysfunktion. I modsætning hertil havde 2 forsøgspersoner med splejsningsmutationen (forudsagt at producere et for tidligt stopkodon og et trunkeret proteinprodukt) venstre ventrikulær systolisk dysfunktion i sammenhæng med bevaret eller minimalt svækket højre ventrikelfunktion. En af disse patienter havde også isoleret lateral T-bølge-inversion, karakteristisk for venstredominant sygdom. 1,2,54

Kompilering af genotype-fænotype associationer tyder på, at venstre ventrikulær involvering er fremtrædende i omgivelserne DSP mutationer. Ikke desto mindre, som nævnt ovenfor, kan bemærkelsesværdig venstre ventrikelsygdom også forekomme i forbindelse med defekter i de desmosomale cadheriner DSG2 og DSC2. I en genetisk heterogen kohorte var kædetermineringsmutationer i ethvert desmosomalt gen forbundet med en øget sværhedsgrad af venstre ventrikulær involvering, manifesteret som signifikant lavere venstre ventrikulær ejektionsfraktion, mere omfattende venstre ventrikel sen forstærkning og højere forekomst af lateral T-bølge inversion og arytmi af RBBB-morfologi (dvs. venstre ventrikulær oprindelse). 25

Uafklarede spørgsmål

Differentiel vævsfordeling tegner sig for PKP1-relateret hudsygdom og PKP2-relateret ARVC. Med desmoplakin er tilbøjeligheden til kutan versus hjertesygdom mindre let at forklare. De rapporterede fænotyper kan dog være mindre entydige end i øjeblikket værdsat. For eksempel blev der ikke erkendt nogen hjerteinvolvering hos patienter med PPK sekundært til haploinsufficiens af DSP, eller uldent hår/hud skrøbelighed fra sammensatte heterozygote mutationer, men omfattende kardiovaskulær evaluering er ikke beskrevet i undersøgelserne. Arytmogen kardiomyopati er ofte asymptomatisk, kliniske abnormiteter er subtile eller fraværende ved tidlig sygdom, og aldersrelateret udtryk er almindeligt. Muligheden for, at nogle patienter med udelukkende kutane fænotyper kan have mild hjertesygdom eller udvikle ARVC senere i livet, kan ikke udelukkes. Styrkelse af denne forudsætning er den nylige identifikation af DSP-939+1 G>A mutation hos en midaldrende patient med venstredominant arytmogen kardiomyopati. 30 Tilsvarende, selvom kutan involvering ikke var åbenlys hos hjertepatienterne, blev der ikke rutinemæssigt udført hudbiopsier for at påvise okkult sygdom. Anekdotisk set en række patienter med DSP mutationer har henledt opmærksomheden på deres naturligt krøllede hår og vedvarende tørre hud, hvilket antyder tilstedeværelsen af ​​subkliniske kutane manifestationer.

Mulige cellulære/molekylære mekanismer, der ligger til grund for ARVC: Den interkalerede disk som en funktionel enhed

Identifikation af kausale mutationer i JUP, DSP, PKP2, DSG2, og DSC2 fremmede synspunktet om, at desmosomal dysfunktion kan være den sidste fælles vej i patogenesen af ​​ARVC. Den primære model fokuserede på desmosomets rolle i at bibringe mekanisk styrke til væv, både via intercellulær adhæsion og gennem transmission af kraft mellem junctional komplekset og de mellemliggende filamenter i cytoskelettet. En desmosomal genmutation kan kompromittere enten celle-celleadhæsion eller mellemfilamentfunktion eller begge dele, afhængigt af dens præcise placering og indvirkning på proteinstruktur og funktion. Den højre ventrikel kan være særligt sårbar over for nedsat celleadhæsion på grund af dens tynde vægge og høje udspilningsevne, en tilpasning til store fysiologiske variationer i præbelastning.I modsætning hertil kan defekter, der forårsager trunkering af C-terminalen af ​​desmosomale proteiner, resultere i dominant og/eller alvorlig venstre ventrikulær involvering gennem afbrydelse af mellemliggende filamentbinding, en mekanisme, der kan få særlig betydning i desmoplakin-mutanter på grund af dets direkte interaktion med desmin. Fordi sygdomsundertyper (højredominante, biventrikulære og venstredominante) kan eksistere side om side inden for familier, kan den primære mutation dog ikke alene være ansvarlig for forskellene, og en modificerende effekt skal påberåbes. 20

Betydeligt myocyttab i begge ventrikler kan være forbundet med et inflammatorisk respons. Fordi myokardiets regenerative kapacitet er begrænset, finder reparation ved fibrofedtudskiftning sted. Både inflammation og fibrofedtsøer er potentielle kilder til ventrikulær arytmi. Adskillige laboratorier har også undersøgt, hvordan forstyrrelse af desmosomal integritet i sig selv kan ændre hjertets elektriske stabilitet, med fokus på vekselvirkningerne mellem komplekser, der findes ved den hjerteindskudte diskus.

Cardiac Intercalated Disc som en morfologisk enhed

Den første beskrivelse af den indskudte disk var i 1866 af Ebhert, som anså denne struktur for at være et homogent "cementeringsmateriale" ved cellegrænser mellem hjertemyocytter. Dette koncept om myokardiet som et kontinuerligt syncytium uden cellegrænser blev udfordret af de elektronmikroskopiske billeder af Sjostrand og Anderson i 1954 og 1958, som viste, at hjertemuskelceller er individuelt adskilt fra hinanden, og at den indskudte disk repræsenterer en "særlig differentiering af sarkoplasmaet i forbindelse med transversalt orienterede cellegrænser." Dette arbejde førte til beskrivelsen af ​​den interkalerede disk som sammensat af 3 separate strukturer, der kan skelnes ved elektronmikroskopi: desmosomer, adherens-forbindelser og gap-forbindelser.

Gap Junctions

I 1958 beskrev Sjöstrand et al. et område med specialisering i den hjerteindskudte diskus bestående af "tre mørke linjer med to mellemliggende mindre tætte linjer." Denne struktur, der lignede den, der tidligere blev identificeret i krebsens gigantiske axon, blev kaldt "den langsgående forbindelse". År senere opfandt Revel udtrykket "gap junctions" og understregede således de 2 nøgletræk: et hul mellem cellerne og alligevel et kryds mellem dem (se andetsteds 55 for gennemgang). Gap junctions er involveret i en række biologiske funktioner. Mest relevant for denne gennemgang danner gap junctions intercellulære kanaler, der giver en lav-resistiv vej til direkte celle-til-celle passage af elektrisk strøm mellem hjertemyocytter. 55–58 Hver gap junction-kanal er sammensat af 2 hexameriske strukturer kaldet connexons, der dokker hen over det ekstracellulære rum og danner en permeabel pore isoleret fra det ekstracellulære rum. Hvert connexon er resultatet af oligomerisering af et integreret membranprotein kaldet connexin. Den mest udbredte connexin-isotype i hjertet og andre væv er 43-kDa-proteinet Cx43. Betydningen af ​​Cx43 i udbredelsen af ​​hjerteaktionspotentialet er veletableret. Hvis Cx43-kanaler ikke er til stede, forstyrres normal udbredelse, og der opstår dødelige arytmier. 56,57 Forståelse af connexins skæbne ved hjertesygdom er således relevant for forståelsen af ​​det arytmogene substrat.

Adherens Junctions

Adherens junctions er specialiserede strukturer, der er afgørende for den mekaniske kobling mellem naboceller. Celle-celle-mekanisk forankring sker på 2 afgørende punkter: det ekstracellulære rum, hvor cadheriner binder tæt til hinanden og det intracellulære rum, hvor den cytoplasmatiske ende af cadherin er indirekte knyttet til actin-cytoskelettet. Forbindelsen mellem cadherin og cytoskelettet involverer mindst 2 molekylære "hængsler": cadherin binder til β-catenin og plakoglobin, og begge molekyler binder igen til α-catenin (blandt andre muligheder), hvor sidstnævnte er i direkte kontakt med actin. 14 Dette er kun en forenklet beskrivelse, fordi andre interaktioner sandsynligvis vil forekomme. 59 Denne streng af intermolekylære interaktioner giver mekanisk kontinuitet mellem celler.

Area Composita

Selvom der fortsat skelnes mellem "desmosomes" og "adherens junctions", understøtter en nylig undersøgelse af ultrastrukturen af ​​det voksne pattedyrs hjerte forestillingen om, at disse 2 domæner ikke er morfologisk adskilte snarere, viser den hjerteindskudte diskus (udover gap junctions) 1 fremtrædende elektrontæt struktur, kaldet "area composita", med blandede karakteristika for de 2 typer mekaniske junctions. Immunogold elektronmikroskopi-farvning viste yderligere, at dette område composita rummer proteiner, der er immunreaktive over for både PKP2 og desmoplakin. 60-62 Dette er i overensstemmelse med beviser (i ikke-hjerteceller), der viser tilstedeværelsen af ​​PKP2 ved kryds dannet af "klassiske" cadheriner 63 og indikerer, at interaktionen mellem bæltedyr og cadherinproteiner er mere promiskuøs end først antaget.

Den interkalerede disk som en funktionel enhed

Den første beskrivelse af den interkalerede disk gik forud for tilgængeligheden af ​​immunkemiske teknikker til at identificere den subcellulære lokalisering af individuelle proteiner. Molekylærkomplekser, der ikke er kompakte nok til at producere et mærkbart billede på elektronmikroskopniveau, undgik tidlige observationer. Denne opfattelse har gradvist ændret sig, baseret på data, der viser, at den interkalerede disk er vært for et antal molekyler, der ikke traditionelt betragtes som "junctional", det vil sige, at de ikke er involveret i at tilvejebringe et fysisk kontinuum mellem naboceller. Desuden danner disse molekyler også deres egne komplekser på en måde, så deres funktion i høj grad er defineret af deres mikrodomæne. Af særlig relevans for hjerteelektrofysiologi, og emnet for denne gennemgang, er tilstedeværelsen af ​​det spændingsstyrede natriumkanalkompleks, der fortrinsvis lokaliserer sig ved den interkalerede disk. 64-66 Blandt de molekyler, der er relevante for natriumkanalfunktion, er natriumkanal-α-underenheden (for det meste Nav1.5 i hjertet), dens β-underenheder (β1 til β4) og det cytoskeletale adapterprotein ankyrin-G. Værd at bemærke er natriumkanal-β-underenhederne godt identificeret som adhæsionsmolekyler i andre cellesystemer. 67,68 Hvorvidt de deltager i celle-celle-mekanisk kobling i hjertet er genstand for fremtidig undersøgelse.

Crosstalk på den interkalerede disk

Den oprindelige beskrivelse af den interkalerede disk identificerede 3 strukturer (desmosomer, adherens junctions og gap junctions) genkendelse af "arealsammensætningen" og bestemmelsen af ​​interaktioner mellem intercellulære adhæsionsmolekyler og gap junctions antyder, at disse kan være 3 elementer af en enkelt funktionel enhed. 69 I 1990 viste Musil et al, at kommunikationsdefekte celler kunne konvertere til en kommunikationskompetent fænotype ved transfektion med et cDNA, der koder for E-cadherin. 70 Siden da er der ophobet beviser, der understøtter den opfattelse, at dannelse af gap junction kræver tilstedeværelsen af ​​tilstødende mekaniske junctions, hvilket sandsynligvis vil give stabilitet til docking og/eller samling af funktionelle gap junction-kanaler. Efterfølgende undersøgelser har vist, at tab af PKP2-ekspression fører til tab af immunoreaktivt Cx43-protein fra stedet for celle-celle-apposition, såvel som tab af gap junction-medieret kobling mellem celler. 71 analoge undersøgelser har nået lignende konklusioner. 62,72 Interaktioner mellem komplekser kan også påvises mellem junctional og "nonjunctional" molekyler ved den interkalerede disk. Især Isom-laboratoriets arbejde har vist, at NaV1,5 co-præcipiterer med Cx43 og med N-cadherin. 66,73 Nyere undersøgelser viser, at ankG, en komponent af den spændingsstyrede natriumkanal, også er nødvendig for korrekt dannelse af cadherinforbindelser i epitelceller. 74,75 Desuden påviste vi, at NaV1.5 og PKP2 sameksisterer i det samme molekylære kompleks, vi viste yderligere, at tab af PKP2-ekspression påvirker amplituden og kinetikken af ​​natriumstrømmen og udbredelseshastigheden af ​​aktionspotentialer i ventrikulære myocytter. 64 Samlet set er det nye billede billedet af den interkalerede disk, ikke som summeringen af ​​separate molekyler med uafhængige funktioner, men snarere en "organel", hvor makromolekylære komplekser interagerer for at opretholde synkronisering i cellepopulationer. Det er inden for denne organel, at desmosomet befinder sig, og hvor de fleste ARVC-relevante mutationer findes. Det forekommer derfor relevant at overveje den overordnede funktionelle enhed af den interkalerede diskus, når man søger at forstå den molekylære patologi af ARVC.

Intercalated Disc og ARVC

ARVC er en arvelig arytmogen lidelse, hvor den primære mutation ikke er i et kanalprotein eller i et molekyle, der direkte binder til et kanalprotein. Selvom ændringer i hjertestrukturen er velkendte arytmogene substrater, kan patienter med desmosomale mutationer vise sig med alvorlige arytmier i fravær af genkendelig strukturel sygdom. Den første sammenhæng mellem desmosomal integritet og elektrisk stabilitet blev tilvejebragt af en skelsættende undersøgelse, der viste tab af gap junction integritet i hjerter hos patienter ramt af Naxos sygdom. 42 Yderligere undersøgelser, der udforsker den molekylære sammensætning af den interkalerede diskus i hjerter opnået fra patienter med Carvajal syndrom, viste konservering af N-cadherin (og andre proteiner) på steder med celle-celle-apposition, hvorimod gap junction plaques var fraværende eller drastisk reduceret. 43 Disse observationer er blevet bekræftet og udvidet til at omfatte andre interkalerede diskproteiner. I en elegant undersøgelse viste Asimaki et al, at uafhængigt af den forårsagende mutation, er tabet af immundetekterbart plakoglobin ved den interkalerede disk et gennemgående træk ved sygdommen og kan tjene som et vigtigt diagnostisk værktøj til ARVC. 76 Tilsammen har disse undersøgelser givet den grundlæggende ramme til at antyde, at der, enten direkte eller indirekte, kan forekomme en molekylær krydstale inden for domænet af den interkalerede disk, hvorved tabet af desmosomal integritet oversættes til forstyrrelse af gap junction-strukturen, med sandsynlig konsekvens til hjertets elektriske stabilitet. Yderligere eksperimenter i dyre- og cellemodeller giver grundlag for yderligere spekulationer med hensyn til de molekylære mekanismer, der ligger til grund for den kliniske fænotype og mekanismer af arytmi i ARVC. Nogle af disse undersøgelser er beskrevet nedenfor.

Desmosome-to-Nucleus Crosstalk og ARVC

Ovenstående afsnit indikerer, at desmosomale molekyler krydstaler med andre udtrykt ved den interkalerede disk. Alligevel kan rækkevidden af ​​indflydelse af desmosomal integritet nå ud over junctional membranen. Faktisk viser nyere undersøgelser, at tab af desmoplakin-ekspression associerer med (1) øget overflod af nukleært plakoglobin, (2) et samtidig fald i ekspression af c-Myc og Cyclin D1 (målrettede gener for Wnt/β-catenin-signalering) og (3) en stigning i ekspression af adipogene gener adiponectin og C/EBP-a. 77 Forfatterne har foreslået en model, hvorved nukleært plakoglobin medierer undertrykkelse af den kanoniske Wnt-vej, hvilket fører til transdifferentiering af cardiomyocytter 77 eller hjertestamceller 78 ind i adipocyt-linjen. Men selvom data tyder på, at oprindelsen af ​​nogle adipocytter i desmosomal ARVC kan spores til hjertestamceller, kan andre kilder ikke kasseres. Transkriptionel regulering af desomosomale molekyler, og især plakoglobin og PKP'er, er dukket op som et vigtigt område for fremtidig undersøgelse.

Desmosomal integritet og forbindelseskomplekser: Resultater fra cellulære og dyremodeller og deres potentielle relevans for den molekylære patologi af ARVC

En dybdegående karakterisering af de molekylære mekanismer, der ligger til grund for den arytmiske adfærd hos patienter med ARVC, er begrænset af de strenge begrænsninger, der er forbundet med menneskelig forskning. Dyremodeller har tjent som vigtige værktøjer til at fremme vores forståelse af sygdommens patofysiologi. Renracede bokserhunde giver en velkarakteriseret dyremodel. Disse dyr udviser autosomal dominerende sygdom med kliniske manifestationer, der påfaldende ligner dem, der er beskrevet hos mennesker, herunder en høj forekomst af ventrikulær fibrillation og pludselig hjertedød. 79 Nedarvet ARVC hos bokserhunde er forbundet med tab af gap junctions, hvilket tyder på, at forstyrrelse af den molekylære sammensætning af den interkalerede disk, ligesom hos mennesker, er en komponent i sygdommen. 80 De genetiske årsager til ARVC hos hunde er dog stadig ukendte, og bestræbelser på at identificere mutationer i desmosomale molekyler har været forgæves. Alternativt har en række efterforskere vendt sig til genetisk modificerede mus som en model til at studere ARVC patofysiologi.

Indledende undersøgelser i murine linjer viste, at kimlinjedeletion af enten DSP eller PKP2 fører til embryonal dødelighed. 81,82 For nylig blev der genereret en dyremodel, hvor deletion af desmoplakin var begrænset til hjertemyocytter ved at krydse en floxed Dsp-mus med en α-myosin tung kæde-Cre rekombinase transgen mus. 77 Den hjerte-begrænsede deletion af de floxede alleler førte til høj dødelighed i desmoplakin-deficiente embryoner, selvom der blev fundet en højere overlevelsesrate hos de heterozygote dyr. Baseline hvile-elektrokardiogrammer af disse dyr afslørede en mindre fænotype, selvom ventrikulære arytmier var inducerbare ved enkelt ventrikulær stimulering.

Dyremodeller er også blevet brugt til at karakterisere konsekvensen af ​​overekspression af enten vildtype- eller mutante desmosomale proteiner. Yang et al analyserede især 3 specifikke desmoplakin-mutationer for deres virkning i musehjerter: V30M, Q90R og R2834H. 83 Ekspression var hjerte-begrænset ved hjælp af α-myosin tung kæde promotor. Overekspression af mutanterne V30M og Q90R førte til embryonal dødelighed. På den anden side overekspression af mutant R2834H forbundet med øget kardiomyocytapoptose, hjertefibrose og lipidakkumulering samt ventrikulær udvidelse og dysfunktion. Alligevel var der ingen myocyterstatning med fedtvæv, og den fibrøse vævserstatning var begrænset til fokale områder. Interessant nok blev ændringer i ultrastrukturen af ​​den interkalerede disk noteret, såvel som afbrydelse af desmin-desmoplakin-interaktionen. Det skal bemærkes, at ingen virkninger på hjerterytmen og ingen øget forekomst af pludselig død blev beskrevet hos disse dyr.

Separate undersøgelser har karakteriseret effekten af ​​overekspression af en klinisk identificeret mutation i det desmosomale cadherinprotein desmoglein-2. 84 Som i tilfældet med desmoplakin gav 83 overekspression af vildtypegenet ikke en relevant fænotype. Transgene mus med hjertebegrænset ekspression af et desmoglein-2-gen indeholdende mutation N271S rekapitulerede kliniske træk, såsom spontane ventrikulære arytmier og pludselig død, hjertedysfunktion, biventrikulær dilatation og ventrikulære aneurismer. Fænotypen var afhængig af niveauet af ekspression af transgenet, hvor de dyr, der udtrykte høje niveauer af N271S-mutationen, havde en signifikant højere risiko for pludselig død i en ung alder (30 % dødsrate ved 3,6 ugers alderen). En detaljeret karakterisering af de elektrofysiologiske egenskaber af hjerteceller og væv opnået fra disse dyr mangler at blive udført. Sådanne undersøgelser kunne give værdifuld information om det arytmogene substrat, der er ansvarligt for arytmier, ikke kun hos patienter, der er ramt af denne specifikke genotype, men måske også for andre patienter diagnosticeret med ARVC.

Det er vigtigt at understrege, at publicerede undersøgelser af ARVC-relevante mutationer i mus har været afhængige af overekspression af et transgen over baggrundsekspressionen af ​​vildtype-allelerne, og dermed introduceret en variabel (overskydende gendosis), der ikke er til stede i patienter med ARVC-mutationer. Undersøgelser, der anvender knock-in-teknologi, hvor mutantsekvensen erstatter vildtype-allelen, vil give mulighed for karakterisering af ARVC-relevante mutationer under forhold, hvor ekspressionsniveauer bedre ligner dem, der er til stede i mennesket. Endelig er det interessant at bemærke, at selvom PKP2 er det gen, der oftest er forbundet med ARVC, er genetisk modificerede murine modeller af PKP2-mutationer endnu ikke tilgængelige. Fremtidige undersøgelser vil sandsynligvis udvide brugen af ​​murine linjer for at hjælpe os med at forstå de molekylære mekanismer, der fører til ARVC i den menneskelige befolkning.

ARVC-relaterede arytmier forekommer almindeligvis i fravær af større strukturel sygdom. På den anden side kan patienter med ARVC præsentere forskellige grader af fibrøst og fedtvæv, der erstatter det ventrikulære myokardium. Murine modeller har kun delvist rekapituleret dette myocyttab med "fibrofedtinfiltration", og den cellulære/molekylære oprindelse af dette aspekt af fænotypen er ufuldstændig forstået. 81-84 Det er interessant at bemærke, at i alle murine modeller af ARVC er transgener blevet klonet under kontrol af hjertepromotorer, og derfor mangler ikke-kardiale cellers rolle i patogenesen af ​​den fibrofedtholdige fænotype at blive etableret.

Murine modeller giver mulighed for i samme dyrepopulation at karakterisere ændringerne forårsaget af én genetisk modifikation af morfologien og funktionen på forskellige organisationsniveauer, fra molekylet til den levende organisme. Generering af disse modeller bruger imidlertid ressourcer og tid, og kun nogle få mutationer kan vurderes på én gang. Desuden kan den molekylære/cellulære fænotype blive påvirket sekundært til systemiske ændringer som følge af mutationen, snarere end som en direkte konsekvens af molekylære interaktioner, der forekommer i miljøet af den enkelte celle. Cellulære modeller giver således et grundlæggende værktøj til at forstå den molekylære/cellulære fænotype forbundet med ARVC. Interessant nok, i undersøgelser, hvor parallelle undersøgelser er blevet udført i ekspressionssystemer og i transgene mus, har resultaterne mellem de 2 eksperimentelle modeller været bemærkelsesværdigt konsistente. 77,83 Disse data giver tillid til anvendeligheden af ​​cellulære modeller og antyder endvidere, at ændringerne induceret af desmosomal genmodifikation i organismen i det mindste delvis skyldes ændringerne i biologien af ​​individuelle celler og/eller deres interaktioner med øjeblikkelig naboer. Fra det perspektiv er det vigtigt, at cellulære modeller har bekræftet den grundlæggende iagttagelse, at forstyrrelse af desmosomet ændrer integriteten af ​​gap junction plaque, 71 som oprindeligt vist i menneskehjerter ramt af Naxos sygdom og med Carvajal syndrom 42,43 og derefter i prøver opnået fra patienter med mutationer i andre desmosomale gener.76 Tab af PKP2-ekspression i dyrkede hjertemyocytter associerer med tab af immunreaktivt Cx43 fra stedet for celle-celle-apposition, et fald i Cx43-overflod og en øget tilstedeværelse af Cx43 i det intracellulære rum. 71 Farvekoblingseksperimenter afslørede et ≈50% fald i omfanget af gap junction-medieret intercellulær kommunikation i celler, hvor PKP2 blev slået ned. En lignende afhængighed af gap junction-integritet på PKP2-ekspression er blevet observeret i andre cellesystemer. 72 Disse observationer støtter hypotesen om, at gap junctions kan være en komponent af det arytmogene substrat. Alligevel kan andre ionkanaler også være involveret. (Faktisk tyder undersøgelser i cellulære og dyremodeller på, at et 50 % fald i Cx43-overflod ikke i sig selv ændrer et aktionspotentiales evne til at udbrede sig mellem celler. 56,57,85-87) Faktisk har biokemisk analyse demonstrerede, at PKP2 coimmunpræcipiterer ikke kun med Cx43, men også med den store α-underenhed af den kardiale natriumkanal, Nav1.5. 64 Spændingsklemme-eksperimenter afslørede, at tab af PKP2-ekspression også fører til et fald i amplitude og et skift i spændingsstyringskinetik af natriumstrømmen i voksne hjertemyocytter. Optiske kortlægningsundersøgelser viste, at PKP2 knockdown associerer med et signifikant fald i ledningshastighed i hjertecelle-monolag og en øget tilbøjelighed til tilbagevendende arytmier, sandsynligvis som følge af kombinationen af ​​nedsat elektrisk kobling og forringet natriumstrømtæthed. 64 Samlet set tyder disse resultater på, at desmosomer, gap junctions og det spændingsstyrede natriumkanalkompleks danner en "funktionel triade" ved den interkalerede disk, og at afbrydelse af 1 desmosomalt protein (PKP2) kan påvirke 2 ionkanalkomplekser, som tidligere blev anset for uafhængige fra hinanden og sætter dermed scenen for hjertearytmier. Oversættelse af disse resultater til tilstanden af ​​et hjerte, der udtrykker en PKP2 muteret allel, eller mutationer i andre desmosomale proteiner, afventer yderligere undersøgelser.

Cellulær fænotype som et værktøj til risikostratificering af sygdommen

Inden for kanalopatier har en række undersøgelser adresseret, i nogle tilfælde med succes, en sammenhæng mellem ionkanalmutationer og risikostratificering. 88 Cellulære ekspressionsmodeller af mutante proteiner har endda gjort det muligt at vurdere den mulige effektivitet af lægemiddelterapi afhængigt af den mutation, der er til stede i en bestemt familie. 88 I ARVC kompliceres anvendelsen af ​​cellulære ekspressionsmodeller som et værktøj til at vurdere risiko og potentiel terapi imidlertid af det faktum, at denne lidelse er forbundet med mutationer i et ikke-kanalprotein. Det er så afgørende at identificere målmolekyler, der primært er involveret i elektrisk synkroni, og som på den anden side er funktionelle partnere til desmosomale molekyler. Det er også nødvendigt at vælge relevante cellesystemer, hvor interaktionen mellem desmosomale proteiner og de relevante elektrofysiologiske mål kan studeres. Nylige undersøgelser peger på gap junctions og sandsynligvis natriumkanalkomplekset som potentielle udlæsninger af effekten af ​​desmosomale mutationer. Fremtidige undersøgelser bør fastslå, om en gyldig genotype-cellulær fænotype-klinisk fænotype-forbindelse kan etableres for at hjælpe med risikostratificering af ARVC.


Tæt bundet

Desmosomer er membrandomæner med klart definerede strukturer. Ifølge Garrod, &ldquoDe har en tæt cytoplasmatisk struktur, [plakken], der forbinder til det mellemliggende filamentcytoskelet af celler. De desmosomale adhæsionsmolekyler har haler [c termini] i plaque og på tværs af cellens membran.&rdquo Garrod forklarede, at de limlignende molekyler i desmosomer, der binder celler sammen, kaldes desmosomale cadheriner, og ifølge Garrod er der to hovedtyper: desmogleins og desmocollins, som der er mere specifikke undertyper af.

For at identificere og yderligere studere bindingen af ​​desmosomale adhæsionsmolekyler brugte Garrod&rsquos team en homobiofunktionel tværbinder med reaktive grupper i begge ender for at forbinde lysinrester i proteiner, der er tæt på hinanden. Identifikation af forbindelsen mellem adhæsionsmolekyler blev gjort mulig med viden om deres molekylvægte. &ldquoVi kendte molekylvægten af ​​hvert [dermosomal adhæsion]-molekyle, så hvis to var bundet sammen, ville molekylvægten blive fordoblet, hvilket er præcis, hvad vi fandt, &rdquo Garrod sagde.

&ldquoI mennesker er der fire typer desmogleins og tre typer desmocollins, som alle optræder i huden,&rdquo Garrod sagde. Den nye opdagelse var imidlertid, at af de to typer hver af desmogleins og desmocollins udtrykt af de humane keratinocytter studeret af Garrod, hver kun bundet til sin samme type. Yderligere, undertyper af desmogleins og desmocollins kun bundet til molekyler af deres samme undertype. Garrod foreslår, at dette skaber bedre vedhæftning. "Vi antager, at metoden til at forbinde har noget at gøre med styrken af ​​adhæsion," sagde han og bemærkede, at holdet stadig forsøger at forstå denne mekanisme.


13.9: Desmosomer - Biologi

Desmosomer i væv er resistente over for forstyrrelser ved chelering af ekstracellulært calcium. Det er blevet foreslået, at dette repræsenterer en hyper-adhæsiv tilstand af disse intercellulære forbindelser, der er afgørende for opretholdelsen af ​​epidermal integritet. Desmosomer ændrer sig til en lavere affinitet, calciumafhængig adhæsiv tilstand, når celler dyrkes ved lav tæthed, eller når et intakt epitelcelleark såres. Her demonstrerer vi, at celler fra den udødelige humane keratinocytlinje HaCaT erhverver calcium-uafhængige desmosomer i konfluent kultur. Et adhæsionsassay viser, at HaCaT-celler med calcium-uafhængige desmosomer er mere sammenhængende end celler med calcium-afhængige desmosomer. Denne analyse relaterer direkte til desmosomal adhæsion, fordi den involverer spaltning af det desmosomale adhæsive materiale. Desuden involverer forskellen i adhæsivitet mellem calciumafhængige og calcium-uafhængige desmosomer ingen kvantitativ ændring i den kendte proteinsammensætning af desmosomer. I stedet kan skift mellem de to adhæsive tilstande opnås ved aktivering eller inhibering af proteinkinase C (PKC), hvilket tyder på en direkte effekt af PKC-signalering på desmosomal adhæsion. Disse resultater giver direkte støtte til begrebet hyperadhæsivitet i desmosomer.


Selina Concise Biology Class 9 ICSE Solutions – Kapitel 13

Hvis du leder efter Selina kortfattet biologi klasse 9 løsninger Kapitel 13 Hud- "The Jack Of All Trades", så er du landet det rigtige sted. Dette indlæg vil forklare alt om Selinas kortfattede biologiklasse 9 kapitel 13-løsning, og dette indlæg giver løsningerne på hvert eneste spørgsmål med relaterede billeder. Vi håber, at denne kapitel 13-løsning vil hjælpe dig med forberedelsen til din eksamen.

  1. (d) huden bliver tør og ru
  2. (b) Albinisme, Leucoderma
  3. (c) Hud
  4. (b) Dermis
  5. (d) Palm

Løsning B.1.

Hypothalamus, en del af forhjernen, er det vigtigste kropsvarmeregulerende center i vores hjerne.

Løsning B.2.

Modificeret svedkirtel: Mælkekirtel
Modificeret talgkirtel: Ceruminøs kirtel

Løsning B.3.

Løsning C.1.

Funktioner af pattedyrets hud, bortset fra dem, der vedrører varmeregulering:

  1. Opbevaring af fødevarer: Huden fungerer som et lager af energi ved at opbevare reserveføde i form af fedt i hypodermis.
  2. Syntese af D-vitamin: Huden har evnen til at syntetisere små mængder D-vitamin i nærvær af sollys.

Løsning C.2.

En ejendommelig ruhed i huden fremkaldt af kulde eller frygt, hvor hårsækkene bliver oprejste og danner knopper på huden, kaldes gåsekød.

Gåsekød opstår, når musklerne i bunden af ​​håret, kendt som erectors eller arrectors, trækker sig sammen. Erektormusklerne er anbragt på skrå mellem hårsækken og den ydre del af dermis. De er glatte muskler, der er nødvendige for at bevæge håret. Sammentrækningen af ​​erektormuskulaturen trækker håret lodret og presser epidermis ned, hvilket resulterer i gåsekød.

Løsning C.3.

Mennesket er et varmblodet pattedyr. Vores krop skal opretholde en gennemsnitlig temperatur på 98,6 grader Fahrenheit for at fungere korrekt. Når vi har det for varmt eller for koldt, sender vores nervesystem visse automatiske og autonome reflekser, der hjælper med at holde os varme. I koldt vejr bliver blodkarrene indsnævrede (vasokonstriktioner). Rysten opstår, når vores muskler udvider sig og trækker sig hurtigt sammen for at producere ekstra kropsvarme. Mængden af ​​produceret varme øges af øget stofskifte og muskelaktivitet, som opstår i form af kuldegysninger. Det er derfor, vores krop ryster og tænder klaprer for at beskytte mod kulde ved at generere mere varme.

Løsning C.4.

Leucoderma Albinisme
Tab af hudpigmentering fra mindre eller større pletter på forskellige områder af kroppen Fuldstændig tab af pigmentering af huden over hele kroppen

Løsning C.5.

To kirtler fundet i den menneskelige hud er:

  1. Ceruminøs kirtel: Det er en modificeret talgkirtel, der findes i den auditive kanal. Det udskiller vokslignende stof kaldet ørevoks.
  2. Mælkekirtel: Det er en modificeret svedkirtel. Det er relateret til reproduktive hormoner og graviditet.

Løsning C.6.

Feber og sygdom eller enhver form for kraftig aktivitet kan føre til sved selv i kulde udenfor.

Løsning D.1.

Epidermis Dermis
1. Stratum corneum: Det er det yderste lag med lag af fladtrykte døde celler, der består af hornprotein kaldet keratin. Den består af elastiske fibre, blodkar, nerver mv.
2. Granulært lag: Det er et meget tyndt mellemlag med to eller tre underlag af fladtrykte celler.
3. Malpighian lag: Det er den inderste region af epidermis. Cellerne kan aktivt dele sig for at producere nye celler.

Løsning D.2.

Vasodilatation: Udvidelse af blodkar i huden fører til en stigning i blodforsyningen.
Vasokonstriktion: Forsnævring af blodkar fører til reduktion i blodtilførslen til huden.
Temperaturregulering i koldt vejr:

  1. Ved lav temperatur bliver blodkarrene indsnævret eller vasokonstrikterede. Dette reducerer blodtilførslen til huden.
  2. Der er mindre tab af varme ved konvektion, ledning og stråling. Der er mindre tab af varme gennem fordampning, da nedsat blodtilførsel sænker svedudskillelsen fra svedkirtlerne.

Temperaturregulering i varmt vejr:

  1. Ved høj temperatur øges blodtilførslen til huden ved vasodilatation eller udvidelse af blodkar i huden.
  2. Dette resulterer i større tab af varme ved konvektion, ledning og stråling. Der er mere varmetab gennem fordampning, da mere sved udskilles på grund af rigelig tilførsel af blod til huden.

Løsning D.3.

(a) Indtrængen af ​​bakterier: Hud forhindrer indtrængen af ​​skadelige stoffer eller smitsomme stoffer i kroppen.
(b) Overdreven varmetab i stærk kulde: Hud forhindrer energitab fra kroppen. Det bevarer kropsvarmen i koldt vejr og letter varmetab i varmt vejr.
(c) Indtrængen af ​​skadelige ultraviolette stråler: Huden beskytter kroppen mod skadeligt ultraviolet lys.

Løsning E.2.

  1. Sved pore
  2. Talgkirtlen
  3. Svedkirtel
  4. Fed
  5. Dermis
  6. Stratum malpighian
  7. Stratum corneum
  8. Epidermis
  9. Hår
  • Funktion af del 2 (talgkirtlen): Det producerer olie kaldet sebum, som spiller en rolle i at holde vores hud fugtig.
  • Funktion af del 4 (Fedt): Huden reserverer mad i form af et lag fedt.
  • Funktion af del 3 (svedkirtel): Det udskiller en gennemsigtig væske (sved) indeholdende vand og salte fra kroppen for at regulere kropstemperaturen.
  • Funktion af del 9 (Hår): Hår giver en følelse af berøring og er også nyttige i retsmedicinske undersøgelser.

Del, der har mindst tre funktioner:
Talgkirtel:

  1. Hudbeskyttelse
  2. Udskiller et olieagtigt stof kendt som talg, der smører hår og hud på pattedyr
  3. Tilstedeværelse af talg gør det muligt at opleve en våd hud, selv når vi ikke har taget bad i flere dage

(c) Den ene funktion, der kan være fælles for både mænd og kvinder, er, at fedtet fungerer som fødereserve og varmeisolerende lag samt støddæmper.

Hvis du har spørgsmål vedrørende Selina kortfattet biologi klasse 9 løsninger Kapitel 13 Hud- "The Jack Of All Trades", så er du velkommen til at smide en kommentar, og vi vil prøve at levere løsningen så tidligt som muligt.


Kouzarides T: Kromatinmodifikationer og deres funktion. Celle. 2007, 128: 693-705. 10.1016/j.cell.2007.02.005.

Strahl BD, Allis CD: Sproget af kovalente histonmodifikationer. Natur. 2000, 403: 41-45. 10.1038/47412.

Jenuwein T, Allis CD: Oversættelse af histonkoden. Videnskab. 2001, 293: 1074-1080. 10.1126/science.1063127.

Benevolenskaya EV: Histon H3K4 demethylaser er essentielle i udvikling og differentiering. Biochem Cell Biol. 2007, 85: 435-443. 10.1139/O07-057.

Koch CM, Andrews RM, Flicek P, Dillon SC, Karaöz U, Clelland GK, Wilcox S, Beare DM, Fowler JC, Couttet P, James KD, Lefebvre GC, Bruce AW, Dovey OM, Ellis PD, Dhami P, Langford CF , Weng Z, Birney E, Carter NP, Vetrie D, Dunham I: Landskabet af histonmodifikationer på tværs af 1% af det menneskelige genom i fem humane cellelinjer. Genome Res. 2007, 17: 691-707. 10.1101/gr.5704207.

Barski A, Cuddapah S, Cui K, Roh T-Y, Schones DE, Wang Z, Wei G, Chepelev I, Zhao K: Højopløselig profilering af histonmethyleringer i det menneskelige genom. Celle. 2007, 129: 823-837. 10.1016/j.cell.2007.05.009.

Wang Z, Zang C, Rosenfeld JA, Schones DE, Barski A, Cuddapah S, Cui K, Roh T-Y, Peng W, Zhang MQ, Zhao K: Kombinatoriske mønstre af histonacetyleringer og methyleringer i det menneskelige genom. Nat Genet. 2008, 40: 897-903. 10.1038/ng.154.

Kurdistani SK, Tavazoie S, Grunstein M: Kortlægning af globale histonacetyleringsmønstre til genekspression. Celle. 2004, 117: 721-733. 10.1016/j.cell.2004.05.023.

Ha M, Ng DW-K, Li W-H, Chen ZJ: Koordinerede histonmodifikationer er forbundet med genekspressionsvariation inden for og mellem arter. Genome Res. 2011, 21: 590-598. 10.1101/gr.116467.110.

Karlić R, Chung H-R, Lasserre J, Vlahovicek K, Vingron M: Histonmodifikationsniveauer er forudsigelige for genekspression. Proc Natl Acad Sci USA. 2010, 107: 2926-2931. 10.1073/pnas.0909344107.

Cheng C, Yan K-K, Yip KY, Rozowsky J, Alexander R, Shou C, Gerstein M: En statistisk ramme til modellering af genekspression ved hjælp af kromatinfunktioner og anvendelse til modENCODE-datasæt. Genom Biol. 2011, 12: R15-10.1186/gb-2011-12-2-r15.

ENCODE Project Consortiu: En brugervejledning til Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE). PLoS Biol. 2011, 9: e1001046-10.1371/journal.pbio.1001046.

ENCODE Project Consortium: En integreret encyklopædi af DNA-elementer i det menneskelige genom. Natur. 489: 57-74.

Ernst J, Kheradpour P, Mikkelsen TS, Shoresh N, Ward LD, Epstein CB, Zhang X, Wang L, Issner R, Coyne M, Ku M, Durham T, Kellis M, Bernstein BE: Mapping and analysis of chromatin state dynamics in ni menneskelige celletyper. Natur. 2011, 473: 43-49. 10.1038/natur09906.

Mortazavi A, Williams BA, McCue K, Schaeffer L, Wold B: Kortlægning og kvantificering af pattedyrs transkriptomer ved RNA-Seq. Nat Metoder. 2008, 5: 621-628. 10,1038/nmeth.1226.

Kodzius R, Kojima M, Nishiyori H, Nakamura M, Fukuda S, Tagami M, Sasaki D, Imamura K, Kai C, Harbers M, Hayashizaki Y, Carninci P: CAGE: cap-analyse af genekspression. Nat Metoder. 2006, 3: 211-222. 10,1038/nmeth0306-211.

Shiraki T, Kondo S, Katayama S, Waki ​​K, Kasukawa T, Kawaji H, Kodzius R, Watahiki A, Nakamura M, Arakawa T, Fukuda S, Sasaki D, Podhajska A, Harbers M, Kawai J, Carninci P, Hayashizaki Y : Cap-analyse genekspression til high-throughput analyse af transkriptionelt udgangspunkt og identifikation af promotorbrug. Proc Natl Acad Sci USA. 2003, 100: 15776-15781. 10.1073/pnas.2136655100.

Ruan Y, Ooi HS, Choo SW, Chiu KP, Zhao XD, Srinivasan KG, Yao F, Choo CY, Liu J, Ariyaratne P, Bin WGW, Kuznetsov VA, Shahab A, Sung WK, Bourque G, Palanisamy N, Wei CL : Fusionstransskriptioner og transskriberede retrotransponerede loci opdaget gennem omfattende transkriptomanalyse ved hjælp af Paired-End diTags (PET'er). Genome Res. 2007, 17: 828-838. 10.1101/gr.6018607.

Djebali S, Davis CA, LaGarde J, Dobin A, Zaleski C, Merkel A, Lassmann T, Lin W, Schlesinger F, Xue C, Tanzer A, Mortizavi A, Khatun J, Kokocinski F, Abdelhamid RF, Alioto T, Baer MT , Batut P, ​​Bell K, Bell I, Chakrabortty S, Chen X, Chrast J, Curado J, Derrien T, Drenkow J, Dumais E, Dumais J, Duttagupta R, Fastuca M, et al: Landskab af transkription i humane celler. Natur. 489 (7414): 101-108.

Costa IG, Roider HG, do Rego TG, de Carvalho F, de AT: Forudsigelse af genekspression i T-celledifferentiering fra histonmodifikationer og transkriptionsfaktorbindingsaffiniteter ved lineære blandingsmodeller. BMC Bioinformatik. 2011, 12 (1): S29-10.1186/1471-2105-12-S1-S29.

Edmunds JW, Mahadevan LC, Clayton AL: Dynamisk histon H3-methylering under geninduktion: HYPB/Setd2 medierer al H3K36-trimethylering. EMBO J. 2008, 27: 406-420. 10.1038/sj.emboj.7601967.

Golob JL, Kumar RM, Guenther MG, Pabon LM, Pratt GA, Loring JF, Laurent LC, Young RA, Murry CE: Bevis på, at genaktivering og dæmpning under stamcelledifferentiering kræver en transkriptionelt pauset mellemtilstand. PLoS ONE. 2011, 6: e22416-10.1371/journal.pone.0022416.

Min IM, Waterfall JJ, Core LJ, Munroe RJ, Schimenti J, Lis JT: Regulering af RNA-polymerasepause og transkriptionsforlængelse i embryonale stamceller. Genes Dev. 2011, 25: 742-754. 10.1101/gad.2005511.

Raisner RM, Hartley PD, Meneghini MD, Bao MZ, Liu CL, Schreiber SL, Rando OJ, Madhani HD: Histonvariant H2A.Z markerer 5'-enderne af både aktive og inaktive gener i euchromatin. Celle. 2005, 123: 233-248. 10.1016/j.cell.2005.10.002.

Kolasinska-Zwierz P, Down T, Latorre I, Liu T, Liu XS, Ahringer J: Differentiel kromatinmærkning af introner og udtrykte exoner af H3K36me3. Nat Genet. 2009, 41: 376-381. 10.1038/ng.322.

Steger DJ, Lefterova MI, Ying L, Stonestrom AJ, Schupp M, Zhuo D, Vakoc AL, Kim JE, Chen J, Lazar MA, Blobel GA, Vakoc CR: DOT1L/KMT4-rekruttering og H3K79-methylering er allestedsnærværende koblet med gentranskription i pattedyrsceller. Mol Cell Biol. 2008, 28: 2825-2839. 10.1128/MCB.02076-07.

Ramsköld D, Wang ET, Burge CB, Sandberg R: En overflod af allestedsnærværende udtrykte gener afsløret af vævstranskriptomsekvensdata. PLoS Comput Biol. 2009, 5: e1000598-10.1371/journal.pcbi.1000598.

Saxonov S, Berg P, Brutlag DL: En genomomfattende analyse af CpG-dinukleotider i det humane genom skelner to forskellige klasser af promotorer. Proc Natl Acad Sci USA. 2006, 103: 1412-1417. 10.1073/pnas.0510310103.

Mikkelsen TS, Ku M, Jaffe DB, Issac B, Lieberman E, Giannoukos G, Alvarez P, Brockman W, Kim TK, Koche RP, Lee W, Mendenhall E, O'Donovan A, Presser A, Russ C, Xie X, Meissner A, Wernig M, Jaenisch R, Nusbaum C, Lander ES, Bernstein BE: Genomomfattende kort af kromatintilstand i pluripotente og afstamningsforpligtede celler. Natur. 2007, 448: 553-560. 10.1038/natur06008.

Katinakis PK, Slater A, Burdon RH: Ikke-polyadenylerede mRNA'er fra eukaryoter. FEBS Lett. 1980, 116: 1-7. 10.1016/0014-5793(80)80515-1.

Yang L, Duff MO, Graveley BR, Carmichael GG, Chen L-L: Genomewide-karakterisering af ikke-polyadenylerede RNA'er. Genom Biol. 2011, 12: R16-10.1186/gb-2011-12-2-r16.

Cui K, Zang C, Roh T-Y, Schones DE, Childs RW, Peng W, Zhao K: Kromatinsignaturer i multipotente humane hæmatopoietiske stamceller indikerer bivalente geners skæbne under differentiering. Celle stamcelle. 2009, 4: 80-93. 10.1016/j.stem.2008.11.011.

Hon G, Wang W, Ren B: Opdagelse og annotering af funktionelle kromatinsignaturer i det menneskelige genom. PLoS Comput Biol. 2009, 5: e1000566-10.1371/journal.pcbi.1000566.

Lim PS, Hardy K, Bunting KL, Ma L, Peng K, Chen X, Shannon MF: Definition af kromatinsignaturen af ​​inducerbare gener i T-celler. Genom Biol. 2009, 10: R107-10.1186/gb-2009-10-10-r107.

Wei G, Wei L, Zhu J, Zang C, Hu-Li J, Yao Z, Cui K, Kanno Y, Roh TY, Watford WT, Schones DE, Peng W, Sun HW, Paul WE, O'Shea JJ, Zhao K: Global kortlægning af H3K4me3 og H3K27me3 afslører specificitet og plasticitet i afstamning skæbnebestemmelse af differentierende CD4+ T-celler. Immunitet. 2009, 30: 155-167. 10.1016/j.immuni.2008.12.009.

Cain CE, Blekhman R, Marioni JC, Gilad Y: Genekspressionsforskelle blandt primater er forbundet med ændringer i en histon epigenetisk modifikation. Genetik. 2011, 187: 1225-1234. 10.1534/genetik.110.126177.

Yu H, Zhu S, Zhou B, Xue H, Han J-DJ: Udledning af årsagssammenhænge mellem forskellige histonmodifikationer og genekspression. Genome Res. 2008, 18: 1314-1324. 10.1101/gr.073080.107.

Mellor J, Dudek P, Clynes D: Et indblik i det epigenetiske landskab af genregulering. Curr Opin Genet Dev. 2008, 18: 116-122. 10.1016/j.gde.2007.12.005.

Araki Y, Wang Z, Zang C, Wood WH, Schones D, Cui K, Roh TY, Lhotsky B, Wersto RP, Peng W, Becker KG, Zhao K, Weng NP: Genomomfattende analyse af histonmethylering afslører kromatintilstand- baseret regulering af gentranskription og funktion af hukommelse CD8+ T-celler. Immunitet. 2009, 30: 912-925. 10.1016/j.immuni.2009.05.006.

Henikoff S, Shilatifard A: Histonmodifikation: årsag eller tandhjul?. Trends Genet. 2011, 27: 389-396. 10.1016/j.tig.2011.06.006.

Tan M, Luo H, Lee S, Jin F, Yang JS, Montellier E, Buchou T, Cheng Z, Rousseaux S, Rajagopal N, Lu Z, Ye Z, Zhu Q, Wysocka J, Ye Y, Khochbin S, Ren B , Zhao Y: Identifikation af 67 histonmærker og histonlysincrotonylering som en ny type histonmodifikation. Celle. 2011, 146: 1016-1028. 10.1016/j.cell.2011.08.008.

Bernstein BE, Kamal M, Lindblad-Toh K, Bekiranov S, Bailey DK, Huebert DJ, McMahon S, Karlsson EK, Kulbokas EJ, Gingeras TR, Schreiber SL, Lander ES: Genomiske kort og komparativ analyse af histonmodifikationer hos mennesker og mus . Celle. 2005, 120: 169-181. 10.1016/j.cell.2005.01.001.

Sabo PJ, Hawrylycz M, Wallace JC, Humbert R, Yu M, Shafer A, Kawamoto J, Hall R, Mack J, Dorschner MO, McArthur M, Stamatoyannopoulos JA: Opdagelse af funktionelle ikke-kodende elementer ved digital analyse af kromatinstruktur. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101: 16837-16842. 10.1073/pnas.0407387101.

Kent WJ, Zweig AS, Barber G, Hinrichs AS, Karolchik D: BigWig og BigBed: muliggør browsing af store distribuerede datasæt. Bioinformatik. 2010, 26: 2204-2207. 10.1093/bioinformatik/btq351.

Verena Z, Korbinian S: Højdimensionel regression og variabel udvælgelse ved hjælp af CAR-score. Stat Appl Genet Mol Biol. 2011, 10: Artikel 34-

jorden: Multivariate Adaptive Regression Spline-modeller. [http://CRAN.R-project.org/package=earth]

Breiman L: Tilfældige skove. Maskinelæring. 2001, 45: 5-32. 10.1023/A:1010933404324.


Abstrakt

Stromale interaktionsmolekyle (STIM) proteiner fungerer i celler som dynamiske koordinatorer af cellulære calciumsignaler (Ca2+). De strækker sig over den endoplasmatiske retikulum (ER) membran og fornemmer små ændringer i niveauerne af Ca 2+ lagret i ER lumen. Efterhånden som ER Ca 2+ frigives til at generere primære Ca 2+ signaler, gennemgår STIM-proteiner en indviklet aktiveringsreaktion og translokerer hurtigt til forbindelser dannet mellem ER og plasmamembranen. Der binder og aktiverer STIM-proteiner de stærkt Ca2+-selektive Orai-kanaler for at mediere fint kontrollerede Ca2+-signaler og for homeostatisk at balancere cellulær Ca2+. Detaljer dukker op om den bemærkelsesværdige organisation inden for disse STIM-inducerede junctional mikrodomæner og identifikation af nye regulatorer og alternative målproteiner for STIM.


Indhold

Fokale adhæsioner er integrinholdige, multiproteinstrukturer, der danner mekaniske forbindelser mellem intracellulære aktinbundter og det ekstracellulære substrat i mange celletyper. Fokale adhæsioner er store, dynamiske proteinkomplekser, hvorigennem cytoskelettet af en celle forbinder til ECM. De er begrænset til klart definerede områder af cellen, hvor plasmamembranen lukker inden for 15 nm fra ECM-substratet. [2] Fokale adhæsioner er i en tilstand af konstant flux: proteiner associerer og adskiller sig kontinuerligt med det, efterhånden som signaler transmitteres til andre dele af cellen, relateret til alt fra cellemotilitet til cellecyklus. Fokale adhæsioner kan indeholde over 100 forskellige proteiner, hvilket tyder på en betydelig funktionel diversitet. [3] Mere end at forankre cellen fungerer de som signalbærere (sensorer), som informerer cellen om tilstanden af ​​ECM og dermed påvirker deres adfærd. [4] I fastsiddende celler er fokale adhæsioner ret stabile under normale forhold, mens deres stabilitet i bevægelige celler er formindsket: Dette skyldes, at i bevægelige celler samles og adskilles fokale adhæsioner konstant, efterhånden som cellen etablerer nye kontakter ved forkanten , og bryder gamle kontakter ved cellens bagkant. Et eksempel på deres vigtige rolle er i immunsystemet, hvor hvide blodlegemer migrerer langs bindeendotelet efter cellulære signaler til beskadiget biologisk væv.

Forbindelse mellem fokale adhæsioner og proteiner i den ekstracellulære matrix involverer generelt integriner. Integriner binder til ekstracellulære proteiner via korte aminosyresekvenser, såsom RGD-motivet (findes i proteiner såsom fibronectin, laminin eller vitronectin), eller DGEA- og GFOGER-motiverne, der findes i kollagen. Integriner er heterodimerer, som er dannet af en beta- og en alfa-underenhed. Disse underenheder er til stede i forskellige former, deres tilsvarende ligander klassificerer disse receptorer i fire grupper: RGD-receptorer, lamininreceptorer, leukocytspecifikke receptorer og kollagenreceptorer. I cellen binder det intracellulære domæne af integrin til cytoskelettet via adapterproteiner såsom talin, α-actinin, filamin, vinculin og tensin. Mange andre intracellulære signalproteiner, såsom fokal adhæsionskinase, binder til og associerer med dette integrin-adapter protein-cytoskelet kompleks, og dette danner grundlaget for en fokal adhæsion.

Den dynamiske samling og adskillelse af fokale adhæsioner spiller en central rolle i cellemigration. Under cellemigration ændres både sammensætningen og morfologien af ​​den fokale adhæsion. Til at begynde med dannes små (0,25μm²) fokale adhæsioner kaldet fokale komplekser (FX'er) ved forkanten af ​​cellen i lamellipodia: de består af integrin og nogle af adaptorproteinerne, såsom talin, paxillin og tensin. Mange af disse fokale komplekser modnes ikke og skilles ad, efterhånden som lamellipodierne trækker sig tilbage. Nogle fokale komplekser modnes dog til større og stabile fokale adhæsioner og rekrutterer mange flere proteiner såsom zyxin. Rekruttering af komponenter til den fokale adhæsion sker på en ordnet, sekventiel måde. [5] Når først den er på plads, forbliver en fokal adhæsion stationær i forhold til den ekstracellulære matrix, og cellen bruger denne som et anker, hvorpå den kan skubbe eller trække sig over ECM. Efterhånden som cellen skrider frem langs dens valgte vej, bevæger en given fokal adhæsion sig tættere og tættere på cellens bagkant. Ved cellens bagkant skal den fokale adhæsion være opløst. Mekanismen for dette er dårligt forstået og er sandsynligvis anstiftet af en række forskellige metoder afhængigt af cellens omstændigheder. En mulighed er, at den calciumafhængige protease calpain er involveret: det er blevet vist, at inhiberingen af ​​calpain fører til hæmning af fokal adhæsion-ECM-separation. Fokale adhæsionskomponenter er blandt de kendte calpain-substrater, og det er muligt, at calpain nedbryder disse komponenter for at hjælpe med fokal adhæsion adskillelse [6]

Aktin retrograd flow Rediger

Samlingen af ​​begyndende fokale adhæsioner er meget afhængig af processen med retrograd actinflow. Dette er fænomenet i en migrerende celle, hvor aktinfilamenter polymeriserer ved forkanten og flyder tilbage mod cellelegemet. Dette er kilden til trækkraft, der kræves til migrering, den fokale adhæsion fungerer som en molekylær kobling, når den tøjrer til ECM'en og forhindrer den retrograde bevægelse af actin, og genererer således den trækkende (trækkraft) på stedet for adhæsionen, som er nødvendig for at celle for at komme videre. Denne trækkraft kan visualiseres med trækkraftmikroskopi. En almindelig metafor til at forklare aktin retrograd flow er et stort antal mennesker, der skylles ned ad floden, og mens de gør det, hænger nogle af dem på klipper og grene langs bredden for at stoppe deres bevægelse ned ad floden. Der genereres således en trækkraft på stenen eller grenen, som de hænger på. Disse kræfter er nødvendige for vellykket samling, vækst og modning af fokale adhæsioner. [7]

Naturlig biomekanisk sensor Rediger

Ekstracellulære mekaniske kræfter, som udøves gennem fokale adhæsioner, kan aktivere Src kinase og stimulere væksten af ​​adhæsioner. Dette indikerer, at fokale adhæsioner kan fungere som mekaniske sensorer og antyder, at kraft genereret fra myosinfibre kan bidrage til at modne fokalkomplekserne. [8] Dette får yderligere støtte fra det faktum, at inhibering af myosin-genererede kræfter fører til langsom adskillelse af fokale adhæsioner, ved at ændre omsætningskinetikken af ​​de fokale adhæsionsproteiner. [9]

Forholdet mellem kræfter på fokale adhæsioner og deres kompositoriske modning forbliver dog uklart. For eksempel forhindrer det at forhindre fokal adhæsionsmodning ved at hæmme myosinaktivitet eller stressfibersamling ikke kræfter, der bæres af fokale adhæsioner, og det forhindrer heller ikke celler i at migrere. [10] [11] Således kan kraftudbredelse gennem fokale adhæsioner muligvis ikke registreres direkte af celler på alle tidspunkter og kraftskalaer.


Se videoen: Biologi (August 2022).