척수성 근위축의 신경근 접합부에서 agrin 신호 전달과 Cav3.2 사이의 연결

May 01, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18960(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

SMN 단백질 결핍은 운동뉴런 질환 척수성 근위축(SMA)을 유발합니다. SMN 기반 치료법은 환자의 운동 증상을 다양한 정도로 개선합니다. SMA의 초기 특징은 운동뉴런과 근육 세포 사이의 시냅스인 신경근 접합부(NMJ)의 교란입니다. NMJ 형성은 아그린과 그 공동 수용체인 지질단백질 수용체 관련 단백질 4(LRP4) 및 막횡단 근육 특이적 키나제(MuSK) 신호 전달 경로에 의해 유발되는 아세틸콜린 수용체(AChR) 클러스터링에 따라 달라집니다. 우리는 이전에 flunarizine이 SMA 모델 마우스에서 NMJ를 개선한다는 것을 보여 주었지만 메커니즘은 여전히 ​​파악하기 어렵습니다. 우리는 flunarizine이 C2C12 myotubes에서 세포 자율적, 용량 및 agrin 의존적 방식으로 AChR 클러스터링을 촉진한다는 것을 보여줍니다. 이는 세 가지 아그린 공동 수용체인 LRP4, 인테그린-베타-1 및 알파-디스트로글리칸의 단백질 수준 증가와 관련이 있습니다. 또한, 플루나리진은 인테그린-베타-1 및 포스포티로신과의 MuSK 상호작용을 향상시킵니다. 게다가 이 약물은 Agrn 및 Cacna1h 유전자의 발현과 접합에 근육 특이적인 방식으로 작용합니다. 우리는 Cacna1h 암호화 단백질 Cav3.2가 in vitro에서 agrin 공동 수용체 LRP4와 밀접하게 연관되어 있음을 밝힙니다. 생체 내에서는 신생아 발달 동안 근처의 NMJ가 풍부해지고 약물은 SMA 근육에서 이러한 면역 표지를 증가시킵니다. 따라서 flunarizine은 NMJ의 주요 플레이어를 조절하고 Cav3.2를 NMJ 생물학에 관련된 새로운 단백질로 식별합니다.

척수근위축(SMA)은 척수 운동뉴런의 퇴행과 근육 위축을 특징으로 합니다. SMA는 SMN 단백질 수준1,2의 감소로 이어지는 생존 운동 뉴런 1(SMN1) 유전자의 돌연변이로 인해 발생합니다. 이 단백질은 전사, 스플라이싱, RNA 수송 및 번역을 포함한 유전자 발현 조절에 관여하는 편재적으로 발현되는 DNA/RNA 결합 단백질이며, 가장 특징적인 기능은 U가 풍부한 소형 핵 리보핵단백질(snRNP) 생물 발생에서의 역할입니다3, 4,5. 인간에서 SMN2 복제 유전자의 존재는 마지막 코딩 엑손 76의 대체 스플라이싱으로 인해 완전한 기능을 발휘하지 못하는 단백질을 제공합니다. 따라서 SMN2 유전자의 복제 수가 증가하면 SMA 표현형이 더 경미하게 관찰됩니다7,8. 승인된 SMA 치료법은 SMN 유전자 치료법을 사용하거나 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO) 또는 소분자로 SMN2 pre-mRNA를 표적으로 삼아 SMN 단백질 수준을 높이는 데 전념하고 있습니다. 이러한 엄청난 과학적, 임상적 발전에도 불구하고 일부 환자는 해당 약물을 복용할 수 없으며 일부 환자는 제대로 반응하지 않으며 때로는 부작용이 나타납니다9,10,11,12,13. 따라서 질병의 기저 메커니즘에 대한 더 나은 이해는 임상적으로 중요한 더 나은 치료법의 출현에 기여해야 합니다.

신경근 접합부(NMJ)의 결함은 "죽어가는" 표현형14,15,16과 일치하는 운동 신경 세포 손실 전에 ​​SMA의 발병에서 관찰되었습니다. 실제로, 지연된 성숙, 더 작은 종판 면적 및 종판 탈신경은 SMA 모델 마우스에서 검출됩니다. NMJ의 특징은 운동뉴런에서 분비된 아그린에 의해 매개되는 시냅스후 근육막에 근육 아세틸콜린 수용체(AChR)가 클러스터링되어 있다는 것입니다. Agrin은 수용체 LRP4에 결합한 다음, agrin-LRP4 복합체는 도킹 단백질 7(Dok7)과 같은 어댑터를 통해 AChR 클러스터링을 촉진하는 막관통 MuSK에 결합하고 활성화합니다. 더욱이 기능성 Agrn, Lrp4 또는 Musk 유전자가 결여된 쥐는 주산기에 사망합니다.

Agrn 유전자는 두 개의 프로모터와 Y 및 Z 부위와 같은 C 말단의 도메인을 암호화하는 엑손의 대체 접합을 사용하여 다양한 조직에서 여러 이소형을 생성합니다. 대체 첫 번째 엑손은 분비(NtA) 또는 막관통(Tm) N-말단을 암호화하며, 후자는 주로 뉴런에서 발현되는 반면 NtA는 근육과 같은 비신경 세포에서도 발현됩니다. 신경 Z+ agrin isoform은 근육 Z-agrin에 비해 AChR을 크게 클러스터링합니다. 세포외 기질(ECM)의 구성 요소인 아그린은 라미닌, 헤파린, α-디스트로글리칸 및 β1 인테그린에도 결합합니다27,28. 따라서 아그린은 다양한 기능에도 관여합니다. NMJ를 유지하고, 심장 재생을 촉진하고, 신경돌기 신장을 억제하고, 중추신경계의 시냅스 생성을 조절하고, LRP4/MuSK와 인테그린-β1 경로 사이의 누화를 조정합니다. 간암35,36.