Связь между передачей сигналов агрина и Cav3.2 в нервно-мышечном соединении при спинальной мышечной атрофии

May 01, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 18960 (2022) Цитировать эту статью

1200 доступов

Подробности о метриках

Дефицит белка SMN вызывает заболевание мотонейронов – спинальную мышечную атрофию (СМА). Терапия на основе SMN в разной степени улучшает двигательные симптомы пациентов. Ранним признаком СМА является нарушение нервно-мышечного соединения (НМС), синапса между мотонейроном и мышечной клеткой. Образование NMJ зависит от кластеризации рецептора ацетилхолина (AChR), запускаемой агрином и его корецепторами, белком 4, связанным с липопротеиновым рецептором (LRP4), и сигнальным путем трансмембранной специфической для мышц киназы (MuSK). Ранее мы показали, что флунаризин улучшает НМС у мышей с моделью СМА, но механизмы остаются неясными. Здесь мы показываем, что флунаризин способствует кластеризации AChR клеточно-автономным, дозозависимым и агрин-зависимым образом в мышечных трубках C2C12. Это связано с увеличением уровней белка LRP4, интегрина-бета-1 и альфа-дистрогликана, трех корецепторов агрина. Кроме того, флунаризин усиливает взаимодействие MuSK с интегрином-бета-1 и фосфотирозинами. Более того, препарат действует на экспрессию и сплайсинг генов Agrn и Cacna1h специфичным для мышц способом. Мы обнаружили, что белок Cav3.2, кодируемый Cacna1h, тесно связывается in vitro с корецептором агрина LRP4. In vivo он обогащает близлежащие НМС во время неонатального развития, и препарат увеличивает иммуномаркировку в мышцах СМА. Таким образом, флунаризин модулирует ключевых игроков НМС и идентифицирует Cav3.2 как новый белок, участвующий в биологии НМС.

Спинальная мышечная атрофия (СМА) характеризуется дегенерацией спинальных мотонейронов и атрофией мышц. СМА вызвана мутациями гена выживающего мотонейрона 1 (SMN1), приводящими к снижению уровня белка SMN1,2. Этот белок представляет собой повсеместно экспрессируемый ДНК/РНК-связывающий белок, участвующий в регуляции экспрессии генов, включая транскрипцию, сплайсинг, транспорт и трансляцию РНК, наиболее характерной функцией которого является его роль в биогенезе U-богатых малых ядерных рибонуклеопротеинов (snRNP)3, 4,5. У людей наличие копии гена SMN2 обеспечивает менее полнофункциональный белок из-за альтернативного сплайсинга последнего кодирующего экзона 76. Соответственно, более легкие фенотипы SMA наблюдаются, когда количество копий гена SMN2 увеличивается7,8. Одобренные методы лечения СМА направлены на повышение уровня белка SMN с использованием либо генной терапии SMN, либо путем воздействия на пре-мРНК SMN2 с помощью антисмыслового олигонуклеотида (ASO) или малой молекулы. Несмотря на эти огромные научные и клинические достижения, некоторые пациенты не могут принимать эти лекарства, другие плохо реагируют, а иногда наблюдаются побочные эффекты9,10,11,12,13. Таким образом, лучшее понимание механизмов, лежащих в основе заболевания, должно способствовать появлению более эффективных методов лечения, имеющих клиническое значение.

Дефекты нервно-мышечного соединения (НМС) наблюдались в патогенезе СМА до потери мотонейронов, что соответствует фенотипу «отмирания»14,15,16. Действительно, у мышей модели СМА обнаруживаются задержка созревания, меньшая площадь концевой пластинки и денервация концевой пластинки17,18,19. Отличительной чертой НМС является скопление мышечных рецепторов ацетилхолина (АХР) на постсинаптической мышечной мембране, опосредованное агрином, секретируемым мотонейронами20. Агрин связывает рецептор LRP4, а затем комплекс агрин-LRP4 связывает и активирует трансмембранный MuSK, способствуя кластеризации AChR через адаптеры, такие как стыковочный белок 7 (Dok7)21,22. Более того, мыши, у которых отсутствует функциональный ген Agrn, Lrp4 или Musk, погибают перинатально.

Ген Agrn продуцирует множество изоформ в различных тканях с использованием двух промоторов и альтернативного сплайсинга экзонов, кодирующих домены С-конца, такие как сайты Y и Z23,24,25. Альтернативные первые экзоны кодируют либо секреторный (NtA), либо трансмембранный (Tm) N-конец, причем последний в основном экспрессируется в нейронах, тогда как NtA также экспрессируется в ненервных клетках, таких как мышцы26. Изоформы нейрального Z+-агрина значительно кластеризуют AChR по сравнению с мышечным Z-агрином23. В качестве компонентов внеклеточного матрикса (ECM) агрины также связываются с ламинином, гепарином, α-дистрогликаном и β1 интегринами27,28. Таким образом, агрин также участвует в различных функциях: он поддерживает NMJ29, способствует регенерации сердца30, ингибирует удлинение нейритов31,32,33, регулирует синаптогенез в центральной нервной системе34 и координирует перекрестные помехи между путями LRP4/MuSK и интегрин-β1 в рак печени35,36.