Ruolo della distrofina nel muscolo e sue alterazioni

RUOLO DELLA DISTROFINA NEL MUSCOLO E SUE ALTERAZIONI
Premessa
La muscolatura dei mammiferi è un tessuto molto robusto e dinamico che,
nell’arco di una vita, attraversa sia cicli di rigenerazione che degenerazione.
La maturazione dei progenitori delle cellule muscolari è controllata da un
programma biologico che, secondo studi recenti, è in parte sostenuto da un
gruppo di microRNA (miRNA). L’espressione di molti geni specifici del muscolo e
di questi miRNA dipende dallo stato di rimodellamento della cromatina che viene
ad essere regolato dalla via della Distrofina-Sintrofina-Ossido nitrico sintasi
neuronale (Dys-Syn-nNOS). Ciò pone la distrofina al centro di un programma di
espressione genica altamente regolato, in cui essa orchestra il profilo epigenetico
delle cellule muscolari attraverso i miRNA; le disarmonie ed i disordini causati
dall’assenza di questo direttore d’orchestra (codificato dal più grande gene del
genoma umano) prendono il nome di distrofie muscolari.
Discussione
La distrofia muscolare è una malattia ereditaria che porta a degenerazione
(morfologica e funzionale) progressiva del tessuto muscolare e alla sua
sostituzione in tessuto fibroso e adiposo, oltre che ad aumento dello stress
ossidativo ed energetico della cellula [1]; se ne conoscono attualmente circa 30
tipi diversi, tuttavia sono due le forme più comuni: la più grave e severa
Duchenne (DMD) e la più lieve e benigna Becker (BMD).
Per comprendere le cause che portano ad una alterazione del trofismo muscolare,
che risulta difficile come suggerisce l’etimo, è utile analizzare il complesso di
proteine che si associano alla distrofina ed il suo ruolo nel muscolo sano (Fig. 1)
Figura 1: Complesso distrofina-glicoproteine (DGC)
Fonte: Expertreviews.org - Cambridge University Press
Complesso della distrofina
La distrofina è una proteina associata al sarcolemma, localizzata in prossimità
della faccia citoplasmatica della membrana muscolare [3], cui è ancorata tramite
un complesso di molte altre proteine, detto complesso della distrofina (DGC), che
viene a formare una struttura ponte, uno stabile collegamento tra matrice
extracellulare e citoscheletro. L’importanza della distrofina è determinante per la
stabilità meccanica della membrana durante la contrazione muscolare, infatti il
suo ruolo è quello di rinforzare la fibra muscolare e di permetterle di sopportare
lo stress meccanico causato dalla contrazione; inoltre permette la trasduzione del
segnale tra gli spazi intra ed extracellulari della cellula muscolare e fornisce una
impalcatura cui ancorarsi per altre proteine di segnalazione, come ad esempio
avviene con l’enzima nNOS, che viene stabilizzato nei pressi del sarcolemma,
permettendo la generazione intramuscolare di ossido nitrico (NO).
Il NO è una sostanza che previene una eccessiva riduzione del flusso sanguigno
durante ogni contrazione muscolare e poiché nNOS è a legato DGC, esso risulta
ridotto nella DMD e ciò espone il muscolo al danno da ischemia durante la
contrazione [2]. L’enzima nNOS è inoltre capace di aggiungere nitrosili ai gruppi
tiolici delle proteine, quindi i residui di cisteina sono bersagli di elezione; questa
nitrosilazione può avvenire ai danni dell’enzima istone de-acetilasi 2 (HDAC2),
enzima che agisce sulle code degli istoni permettendo all’ottamero di
ricompattarsi mascherando i siti di legame per i fattori di trascrizione. La deacetilazione quindi si associa a repressione dell’attività genica. Una volta
nitrosilato, HDAC2 viene inibito e non può più reprimere l’espressione genica.
Il DGC tramite la via Dys-Syn-nNOS regola l’espressione dei miRNA richiesti per il
mantenimento e la rigenerazione muscolare, si è visto infatti che nei pazienti
affetti da DMD c’è un’errata espressione dei miRNA, studi in vitro hanno
dimostrato che i loro livelli tornano normali quando le HDAC sono inibite dal
ripristino della via di segnalazione di nNOS [1].
Progenitori delle cellule muscolari
I progenitori delle cellule muscolari (o miociti) sono le cellule satelliti, mioblasti
quiescenti esterni al sarcolemma [3] che risiedono lungo la lamina basale della
fibra muscolare. Queste si attivano e proliferano solo in risposta a specifici
segnali, per esempio un danno muscolare, generando mioblasti attivamente
proliferanti che successivamente si differenziano e si fondono per formare i
miotubi. Infine i miotubi si raggruppano in miofibrille, sede del fenomeno
contrattile, dalla cui associazione nascono i miociti. Nei pazienti distrofici,
l’assenza parziale o totale della distrofina rende il sarcolemma fragile, permeabile
e questo porta i componenti extracellulari ad entrare nella cellula, ad esempio le
cellule del sistema immune invadono il tessuto muscolare causando
un’infiammazione cronica. E’ interessante notare che due miRNA, miR-133 che è
un promotore della proliferazione e miR-1, un promotore della differenziazione,
sono sotto-regolati nel muscolo distrofico suggerendo quindi che la proliferazione
e differenziazione delle cellule satelliti sia disturbata nei pazienti DMD
[1]
.
Rigenerazione muscolare e Adipogenesi
Precedentemente si riteneva che a generare il tessuto fibrotico in eccesso nel
muscolo distrofico fosse un’impropria maturazione delle cellule satelliti, la fibrosi
quindi doveva avvenire a spese della rigenerazione muscolare. E’ stato invece
recentemente mostrato che in aggiunta alle cellule satelliti ci sono anche i
progenitori delle cellule mesenchimali a vivere vicino alle miofibrille e sono loro a
dare origine agli adipociti e fibroblasti che generano il tessuto grasso/fibrotico;
per questo sono state denominate
progenitori fibro/adipogenici.
Queste cellule risultano attivate durante
la rigenerazione muscolare, come le
cellule satelliti, ma ricevono segnali
dall’ambiente muscolare in una maniera
non autonoma (Fig. 2). Se la
rigenerazione muscolare sta producendo
miotubi sani allora i progenitori
fibro/adipogenici
riceveranno
un
segnale di morte. Se invece la
rigenerazione
muscolare
è
compromessa allora i progenitori
fibro/adipogenici riceveranno segnali
positivi e daranno inizio all’adipogenesi
ed il tessuto fibrotico crescerà negli
spazi interstiziali tra le miofibrille.
Alcune proteine sono indicative di
tessuto fibrotico: collagene ed elastina,
recentemente si è visto che i loro mRNA
Figura 2: Rigenerazione muscolare
sono bersagliati dalla famiglia miR-29,
Fonte: PMID: 22303359
famiglia che a sua volta è sotto il
controllo della via Dys-Syn-nNOS perché, così come per miR-1 e miR-133, la
nitrosilazione di HDAC2 permette la loro trascrizione [1].
Conclusioni
Il quadro descritto porta a concludere che nel muscolo distrofico l’alterazione dei
livelli dei miRNA sia il risultato di un programma di rigenerazione muscolare
sbilanciato, dove viene ad essere compromessa non solo l’attivazione della
proliferazione delle cellule satelliti ma anche la differenziazione dei mioblasti. Il
risultato generale è che le fibre muscolari danneggiate non si rigenerano
appropriatamente permettendo al tessuto adiposo e fibrotico di rimpiazzarle,
processo accompagnata da infiammazione cronica. Ognuno di questi eventi è
sotteso da un’errata regolazione di alcuni miRNA e comprendere il loro ruolo
nella fisiologia del tessuto muscolare sano e malato potrebbe essere utile per
future applicazioni nel tentativo di migliorare le terapie della distrofia muscolare
e di aprire nuove prospettive cliniche. [1]
Bibliografia:
Studente:
1. PMID: 22303359
2. PMID: 11087833
3. Istologia (V Ed) – Rosati, Colombo, Maraldi
Antonio Zampaglione