Myosinbindande protein C, hjärt - Myosin binding protein C, cardiac

MYBPC3
Protein MYBPC3 PDB 1gxe.png
Tillgängliga strukturer
PDB Ortologisökning: PDBe RCSB
Identifierare
Alias MYBPC3 , CMD1MM, CMH4, FHC, LVNC10, MYBP-C, Myosin-bindande protein C, hjärt, cMyBP-C, myosinbindande protein C3
Externa ID: n OMIM : 600958 MGI : 102844 HomoloGene : 215 GenCards : MYBPC3
Ortologer
Arter Mänsklig Mus
Entrez

4607

17868
Ensembl

ENSG00000134571

ENSMUSG00000002100
UniProt

Q14896

O70468
RefSeq (mRNA)

NM_000256

NM_008653
RefSeq (protein)

NP_000247
NP_000247.2

n/a
Plats (UCSC) Chr 11: 47,33 - 47,35 Mb Chr 2: 91,12 - 91,14 Mb
PubMed sökning
Wikidata
Visa/redigera människa Visa/redigera mus

Det myosin-bindande protein C, hjärt-typ är ett protein som i människor kodas av MYBPC3 genen . Denna isoform uttrycks uteslutande i hjärtmuskeln under utveckling av människor och mus, och skiljer sig från dem som uttrycks i långsamma skelettmuskler ( MYBPC1 ) och snabba skelettmuskler ( MYBPC2 ).

Strukturera

cMyBP-C är ett 140,5 kDa protein som består av 1273 aminosyror. cMyBP-C är ett myosin-associerat protein som binder vid 43 nm intervall längs myosintjocka filamentstommen, som sträcker sig 200 nm på vardera sidan av M-linjen inom den överbryggande bärande zonen (C-regionen) av A-bandet i strimmig muskel. Den ungefärliga stökiometrin för cMyBP-C längs den tjocka filamenten är 1 per 9-10 myosinmolekyler, eller 37 cMyBP-C-molekyler per tjockt filament. Förutom myosin binder cMyBP-C också titin och aktin . CMyBP-C isoform uttryckt i hjärtmuskel skiljer sig från dem som uttrycks i långsam och snabb skelettmuskel ( MYBPC1 respektive MYBPC2 ) med tre funktioner: (1) ytterligare en immunglobulin (Ig) -liknande domän på N-terminalen, (2) ) en länkregion mellan den andra och tredje Ig -domänen, och (3) en ytterligare slinga i den sjätte Ig -domänen. cMyBP-C verkar nödvändig för normal ordning, filamentlängd och gitteravstånd inom sarkomerens struktur .

Fungera

cMyBP-C är inte avgörande för sarkomerbildning under embryogenes, men är avgörande för sarkomerorganisation och underhåll av normal hjärtfunktion . Frånvaro av cMyBP-C ( Mybpc3- riktade knock-out-möss) resulterar i allvarlig hjärthypertrofi, ökade hjärt-vikt-kropp-vikt-förhållanden, förstoring av ventriklar, ökad myofilament Ca2+ känslighet och deprimerad diastolisk och systolisk funktion. Histologiskt visar Mybpc3 -riktade knock -out -hjärtan strukturella omläggningar med hjärtmyocytrubbning och ökad interstitiell fibros liknande patienter med hypertrofisk kardiomyopati , utan uppenbara förändringar i form eller storlek på enstaka hjärtmyocyter. Ultrastrukturell undersökning avslöjade en förlust av lateral inriktning av intilliggande myofibriller med deras Z-linjer felriktade.

cMyBP-C verkar fungera som en broms för hjärtkontraktion, eftersom laddad förkortning, kraft och cyklingskinetik ökar alla i cMyBP-C knockout-möss. I överensstämmelse med denna uppfattning uppvisar cMyBP-C knockout-möss en onormal systolisk tid, med en förkortad elastanstid och lägre toppelastans in vivo, och en accelererad kraftutveckling i isolerade, skinnade hjärtfibrer som tyder på att cMyBP-C krävs för att begränsa tvärbroarna för att upprätthålla en normal utstötning.

cMyBP-C reglerar placeringen av myosin och aktin för interaktion och fungerar som ett band till myosin S1-huvuden, vilket begränsar deras rörlighet. Detta resulterar i ett minskat antal övergångar som bildas, vilket hindrar kraftgenerering på grund av att dess N-terminala C1-M-C2-region interagerar med myosin-S2-domänen. Vidare bidrar cMyBP-C till reglering av hjärtkontraktion vid kort sarkomlängd och krävs för fullständig avslappning i diastolen.

Interaktioner mellan cMyBP-C och dess bindande partner varierar med dess posttranslationella modifieringsstatus . Åtminstone tre omfattande fosforyleringsställen (Ser273, 282 och 302; numrering hänvisar till mussekvensen) är lokaliserade i M-motivet för cMyBP-C och är inriktade på proteinkinaser i en hierarkisk händelseordning. I sitt avfosforylerade tillstånd binder cMyBP-C huvudsakligen till myosin S2 och bromsar övergångsbildning, men när det fosforyleras som svar på β-adrenerg stimulering genom aktivering av cAMP- beroende proteinkinas ( PKA ), gynnar det bindning till aktin och accelererar sedan övergångsbildning , stärka kraftutvecklingen och främja avslappning. Proteinkinaser som hittills identifierats för att fosforylera cMyBP-C i M-motivet är PKA , Ca 2+ /kalmodulinberoende kinas II ( CaMKII ), ribosomalt s6-kinas (RSK), proteinkinas D (PKD) och proteinkinas C (PKC) ). Vidare beskrivs GSK3p som ett annat proteinkinas för att fosforylera cMyBP-C utanför M-domänen i det prolin-alaninrika aktinbindningsstället vid Ser133 i humant myokard (mus Ser131). Fosforylering krävs för normal hjärtfunktion och cMyBP-C-stabilitet, och övergripande fosforyleringsnivåer av cMyBP-C reduceras vid humant och experimentellt hjärtsvikt. Andra posttranslationella modifieringar av cMyBP-C finns, som förekommer i hela proteinet och inte är noggrant karakteriserade än, såsom acetylering, citrullinering, S-glutatiolering, S-nitrosylering och karbonylering.

Genetik

Kloning av det humana MYBPC3 cDNA och lokalisering av genen på human kromosom 11p11.2 har hjälpt strukturen och funktionen av cMyBP-C. MYBPC3 blev därför den "bästa" kandidatgenen för CMH4 -locuset för hypertrofisk kardiomyopati som ursprungligen kartlades av gruppen Schwartz. MYBPC3 -mutationer som segregerar i familjer med hypertrofisk kardiomyopati har identifierats. MYBPC3 var således den fjärde genen för hypertrofisk kardiomyopati , efter MYH7 , som kodar för β- myosin tung kedja , TNNT2 och TPM1 , som kodar för hjärtat troponin T och α- tropomyosin , som öronmärkt hypertrofisk kardiomyopati som en sjukdom i sarkomeren .

Hittills har ungefär 350 mutationer i MYBPC3 identifierats, och till stor del resulterar mutationerna i proteinavkortning, skift i läsramar och för tidiga avslutningskodoner. Genetiska studier har avslöjat betydande överlappning mellan genotyper och fenotyper som MYBPC3 mutationer kan leda till olika former av kardiomyopatier, såsom dilaterad kardiomyopati och vänster ventrikulär noncompaction kardiomyopati . Hos patienter med isolerade eller familjära fall av utvidgad kardiomyoati representerade MYBPC3 -mutationer det näst högsta antalet kända mutationer. Dessutom finns en 25-bp intronisk MYBPC3- radering som leder till proteinavkortning närvarande i 4% av befolkningen i södra Indien och är förknippad med en högre risk att utveckla hjärtsvikt. Grundare MYBPC3 -mutationer har rapporterats på Island, Italien, Nederländerna, Japan, Frankrike och Finland, där de representerar en stor andel av fallen med hypertrofisk kardiomyopati. Samtliga avkortar mutationer, vilket resulterar i ett kortare protein, saknar det regulatoriska fosforylerbara M -motivet och/eller större bindningsdomäner till andra sarkomeriska proteiner. En mängd bevis tyder på att patienter med mer än 1 mutation ofta utvecklar en allvarligare fenotyp, och en betydande del av hypertrofisk kardiomyopati i barndomen (14%) orsakas av sammansatta genetiska varianter. Detta tyder på att en gen-doseringseffekt kan vara ansvarig för manifestationer i en yngre ålder. Totalt 51 fall av homozygoter eller sammansatta heterozygoter har rapporterats, de flesta av dem med dubbla stympande MYBPC3 -mutationer och associerade med svår kardiomyopati, vilket leder till hjärtsvikt och död inom det första levnadsåret.

Patomekanismer

En stor förståelse för hur MYBPC3- mutationer leder till utvecklingen av ärftlig kardiomyopati kom från analyser av humana myokardprover, genöverföring i olika cellinjer, naturligt förekommande eller transgena djurmodeller och nyligen sjukdomsmodellering med hjälp av inducerade pluripotenta stamceller ( iPSC ) -härledda hjärtmyocyter. Även om det är svårt att komma åt mänskliga myokardprover, gav åtminstone vissa studier bevis på att stympade cMyBP-C, som härrör från avkortning av MYBPC3- mutationer, inte kan detekteras i humana patientprover genom Western-immunoblot-analys. Detta stöddes i heterozygotiska Mybpc3 -inriktade knock -in -möss som bär de mänskliga c.772G> En övergång (dvs grundmutation i Toscana. Dessa data tyder på haploinsufficiens som den huvudsakliga sjukdomsmekanismen för heterozygota stympande mutationer. Det finns bevis för att mekanismerna som reglerar uttrycket av mutant allel involverar det nonsensförmedlade mRNA-förfallet , ubiquitin-proteasom-systemet (UPS) och autofagi-lysosomal väg efter genöverföring av mutant MYBPC3 i hjärtmyocyter eller hos möss in vivo . I motsats till trunkerande mutationer, missense mutationer leder i de flesta fall (även om det är svårt att upptäcka specifikt) till stabila mutanta cMyBP-C som, åtminstone delvis, införlivas i sarkomeren och kan fungera som giftpolypeptider på strukturen och/eller funktionen av sarkomeren Homozygota eller sammansatta heterozygota mutationer är därför troligtvis föremål för differentiell reglering beroende på om de är dubbel missense, dubbel trunkerande o r blandade missense/trunkerande mutationer. De homozygota Mybpc3 -riktade knock -in -mössen, som genetiskt efterliknar situationen för allvarlig neonatal kardiomyopati, föds utan fenotyp och utvecklas strax efter födelsen systolisk dysfunktion följt av (kompenserande) hjärthypertrofi. Den mänskliga c.772G> En övergång resulterar i låga nivåer av tre olika mutanta Mybpc3- mRNA och cMyBP-Cs i homozygota möss, vilket tyder på en kombination av haploinsufficiens och polypeptidförgiftning som sjukdomsmekanism i det homozygota tillståndet. Dessutom har kombinationen av yttre stress (såsom neurohumoral stress eller åldrande) och Mybpc3 -mutationer visat sig försämra UPS -enheten hos möss, och proteasomal aktivitet var också deprimerad hos patienter med hypertrofisk kardiomyopati eller vidgad kardiomyopati .

Skinnade trabeklar eller hjärtmyocyter erhållna från mänskliga patienter som bär en MYBPC3 -mutation eller från heterozygota och homozygota Mybpc3 -inriktade knock -in -möss uppvisade högre myofilament Ca2+ -känslighet än kontroller. Sjukdomsmodellering genom konstruerad hjärtvävnadsteknik ( EHT ) med hjärtceller från heterozygotiska eller homozygota Mybpc3- inriktade knock-in-möss reproducerade observationer gjorda i människo- och musstudier som visar förkortade sammandragningar, större känslighet för yttre Ca2+ och mindre inotropa svar på olika läkemedel ( isoprenalin, EMD 57033 och verapamil) jämfört med vildtypskontroll EHT. Därför är EHT: er lämpliga för att modellera sjukdomsfenotypen och sammanfatta funktionella förändringar som finns hos möss med hypertrofisk kardiomyopati . Ett annat bra system för modellering av kardiomyopatier i cellodlingsskålen är härledningen av hjärtmyocyter från iPSC . Rapporter om humana iPSC-modeller av sarkomera kardiomyopatier visade cellulär hypertrofi i de flesta fall, inklusive en med c.2995_3010del MYBPC3- mutationen som uppvisade förutom hypertrofisk kontraktil variabilitet i närvaro av endotelin-1 .

Terapi

På grund av deras vävnadsselektivitet och ihållande uttryck har rekombinanta adenoassocierade virus (AAV) terapeutisk potential vid behandling av ärftlig kardiomyopati till följd av MYBPC3- mutationer- Flera målinriktade tillvägagångssätt har utvecklats. Den senaste är genomredigering för att korrigera en mutation med CRISPR/Cas9 -teknik. Naturligtvis finns det som en del av det prokaryota immunsystemet, CRISPR/Cas9 -systemet har använts för korrigering av mutationer i däggdjursgenomet. Genom att inducera hack i det dubbelsträngade DNA: t och tillhandahålla en mall-DNA-sekvens är det möjligt att reparera mutationer genom homolog rekombination . Detta tillvägagångssätt har ännu inte utvärderats för MYBPC3 -mutationer , men det kan användas för varje enskild eller grupperad mutation, och tillämpas därför företrädesvis för frekventa grundare MYBPC3 -mutationer .

Andra strategier riktade mot mutant pre-mRNA genom exonhoppning och/eller spliceosom- förmedlad RNA- trans-splitsning (SMaRT) har utvärderats för MYBPC3 . Exon -hoppning kan uppnås med hjälp av antisense -oligonukleotid (AON) som maskerar exoniska splitsningsförstärkarsekvenser och därför förhindrar bindning av skarvningsmaskineriet och därför resulterar i uteslutning av exon från mRNA. Detta tillvägagångssätt kan tillämpas när det resulterande kortare, men i ram-översatta proteinet bibehåller sin funktion. Proof-of-concept av exon-hoppning visades nyligen i homozygota Mybpc3- riktade knock-in-möss. Systemisk administrering av AAV -baserade AON till Mybpc3 -riktade knock -in nyfödda möss förhindrade både systolisk dysfunktion och vänster kammarhypertrofi, åtminstone under hela den undersökta perioden. För den mänskliga MYBPC3- genen skulle hoppa över 6 enstaka exoner eller 5 dubbla exoner med specifika AON resultera i förkortade cMyBP-C-ramar, vilket möjliggör bevarande av de funktionellt viktiga fosforylerings- och proteininteraktionsställena. Med detta tillvägagångssätt skulle ungefär hälften av missense eller exoniska/introniska stympande mutationer kunna avlägsnas, inklusive 35 mutationer i exon 25. Den andra strategin som riktar sig mot mutanten pre-mRNA är SMaRT. Härigenom splitsas två oberoende transkriberade molekyler, det mutanta pre-mRNA och den terapeutiska pre-trans-splitsande molekylen som bär vildtypsekvensen samman för att ge upphov till ett reparerat mRNA i full längd. Nyligen visades genomförbarheten av denna metod både i isolerade hjärtmyocyter och in vivo i hjärtat hos homozygota Mybpc3 -inriktade knock -in -möss , även om processens effektivitet var låg och mängden reparerat protein inte var tillräckligt för att förhindra utveckling av hjärtsjukdomens fenotyp. I princip är emellertid denna SmART-strategi överlägsen exon-hoppning eller CRISPR/Cas9 genomredigering och fortfarande attraktiv, eftersom endast två pre-trans-splitsande molekyler, riktade mot 5 'och 3' av MYBPC3 pre-mRNA skulle vara tillräckligt för att kringgå alla MYBPC3 -mutationer associerade med kardiomyopatier och reparera därför mRNA.

AAV-medierad genöverföring av Mybpc3 i full längd (definierad som "genersättning") förhindrar dosberoende utveckling av hjärthypertrofi och dysfunktion hos homozygota Mybpc3- inriktade knock-in- möss. Det dosberoende uttrycket av exogent Mybpc3 var associerat med nedreglering av endogen mutant Mybpc3 . Ytterligare uttryck av ett sarkomeriskt protein förväntas helt eller delvis ersätta den endogena proteinnivån i sarkomeren, som det har visats hos transgena möss som uttrycker sarkomeriska proteiner.

Anteckningar

Referenser

Vidare läsning

externa länkar