

Hsp72 preserves muscle function and slows progression of severe muscular dystrophy Stefan M. Gehrig, Chris van der Poel, Timothy A. Sayer, Jonathan D. Schertzer, Darren C. Henstridge, Jarrod E. Church, Severine Lamon, Aaron P. Russell, Kay E. Davies, Mark A. Febbraio & Gordon S. Lynch Nature 484,n7394, 394–398 (19 April 2012) doi:10.1038/nature10980 Duchenne muscular dystrophy (DMD) тяжелое и прогрессирующее мышечное нарушение, вызываемое мутациями в гене dystrophin, что ведет к отсутствию стабилизирующего мембраны белка dystrophin^1-3. Dystrophin-дефицитные мышечные волокна ломкие и чувствительные к притоку Ca²⁺, который активирует воспалительный и мышечный дегенеративный путь^4-6. В настоящее время отсутствует лечение DMD, а существующее лечение неэффективно. Здесь мы показали, что увеличение экспрессии внутримышечного heat shock protein 72 (Hsp72) защищает мышечную силу и ослабляет дистрофическую патологию у двух мышиных моделей мышечной дистрофии. Лечение с помощью BGP-15 (фармакологического индуктора Hsp72, находящегося на клинических испытаниях при диабете) улучшает архитектуру мышц, силу и сократительную функцию в тяжело поврежденной мышечной диафрагме mdx дистрофичных мышей. У dko мышей, фенокопирующих дистрофию DMD, что приводит к тяжелому изгибу позвоночника (кифозу), мышечной слабости и преждевременной гибели^{7, 8}, BGP-15 снижает кифоз, улучшает дистрофическую патофизиологию в конечностях и диафрагме и удлиняет продолжительность жизни. Мы установили, что sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca²⁺-ATPase (SERCA, основной белок, ответственный за удаление внутриклеточного Ca²⁺), обнаруживает нарушение функции и тяжело нарушается в мышцах mdx и dko мышей, и что Hsp72 взаимодействует с SERCA, чтобы сохранить его функцию в условиях стресса, приводя в конечном итоге к снижению мышечной дегенерации после усиления активности Hsp72. Лечение с помощью BGP-15 сходным образом увеличивает активность SERCA в дистрофичных скелетных мышцах. Полученные результаты предоставляют доказательства, что увеличение экспрессии Hsp72 в мышцах (при использовании BGP-15) обладает терапевтическим потенциалом для DMD и родственных заболеваний, или в качестве самостоятельной терапии или в качестве помощника при др. потенциальных воздействиях, включая генную, клеточную и фармакологическую терапию. Рисунки к статье	Эти дистрофии в основном обусловлены нарушениями связи между контрактильными филаментами и базальной мембраной мышечного волокна. Клинические и генетичесие аспекты Мышечная дистрофия Дюшена затрагивет 1 на 3000-3500 мальчиков, которые обычно находятся в возрасте 3-7 лет. Развивается слабость проксимальных частей нижних конечностей, гипертрофия икроножных мышц и высокий уровень сывороточной креатин киназы. Слабость проксимальных частей конечностей обычно обусловливает трудности вставания с пола и трудности в подъеме по лестнице. Болезнь прогрессирует, так что мышцы постепенно замещаются фиброзной и жировой тканью (Рис.10). Поздние тканевые изменения при дистрофии Дюшена Мальчики обычно привязаны креслу-каталке с 12-лет и погибают до 30 лет от нарушений дыхания. Дистрофия Бекера менее распространена с менее выраженными нарушениями. Женщины, носительницы аномального гена дистрофина, часто не обнаруживают проявлений, хотя у них обычно повышен уровень креатин киназы или имеется слабость проксимальных частей конечностей. Большой ген, который нарушен при дистрофии Дюшена и Бекера, находится в коротком плече Х хромосомы (диск Хр21) и кодирует белок дистрофин в 427 кД. Ген дистрофина экспрессируется во многих тканях, включая скелетные, гладкомышечные и кардиальные мышцы, головной мозг, сетчатку и миоэпителиальные клетки потовых и слюнных желез. Дистрофин является длинным палочковидным белком, который связан посредством цепочки гликопротеинов с базальной мембраной. Структура и молекулярное сцепление дистрофина указывает на то, что аномалии должны затрагивать механическую поддержку сарколеммы, связь между цитоскелетом и внеклеточным матриксом и функцию их ассоциированных с мембраной молекул, таких как ионные канальцы. Делеции части дистрофинового гена обнаруживаются у 55-65% пациентов болезнью Дюшена и Бекера. Ген характеризуется высокой долей спонтанных мутаций. Иммуногистохимия при диагностике дистрофии Дюшена и Бекера В нормальных мышцах дистрофин обнаруживается под сарколеммой, но этот паттерн окраски нарушается при дистрофии Дюшена (Рис. 11). Тканевая диагностика при дистрофии Дюшена с помощью иммуногистохимического мечения дистрофина При дистрофии Бекера обнаруживается слабое или прерывистиое мечение дистрофии на периферии мышечного волокна (Рис.12). Слева, 12-летний мальчик с дистрофией Бекера. Справа, мышца от женщины-носительницы дистрофии Дюшена Женщины, носительницы дистрофии Дюшена, обнаруживают или мозаику позитивно и негативно меченных волокон (Рис. 13) или ослабленную и полосатую окраску. Дистрофин-дефицитные волокна обнаруживают снижение мечение дистрогликана и повышение мечения уротропина по сравнению с нормальными волокнами. Животные модели Дюшена и др. дистрофий Собаки (golden retriever gogs) c мутацией в гене дистрофина являются прекрасной моделью дистрофии Дюшена. У них обнаруживаются прогрессивные клинические симптомы, кардиомиопатия и прогрессивные нарушения скелетных мышц. Дистрофин-дефицитные кошки страдают от значительной мышечной гшипертрофии, которая м.б. летальной, когда затрагивает диафрагму или язык. C57BL mdx мыши имеют точковую мутацию в гене дистрофина, ведущую к потере экспрессии дистрофина Лечение мышечных дистрофий Лечение направлено на устранение симптомов, поддержание и предупреждение деформаций. Молекулярно генетические подходы по замещению дистрофина у mdx мышей переносом миобластов или введением заменителей дистрофина 'mimigenes' вселяют надежду, но у человека замещение мышце-специфических генов встречается с практическими трудностями. Временный перенос миобластов у человека пока не дал результатов. Альтернативный подход стимулирован путем определения, что утропин обладает высокой степень структурной гомологии с дистрофином и может частично компенсировать недостаток дистрофина (Рис. 14) Сильная экспрессия утрофина на поверхности всех волокон у мальчика с дистрофией Дюшена. Ув. х 400 Фармакологическое стимулирование продукции утропина можно осуществить путем ameliorating эффекта отсутствия дистрофина, скорее чем генетическими манипуляциями.

Эти дистрофии в основном обусловлены нарушениями связи между контрактильными филаментами и базальной мембраной мышечного волокна.

Клинические и генетичесие аспекты

Мышечная дистрофия Дюшена затрагивет 1 на 3000-3500 мальчиков, которые обычно находятся в возрасте 3-7 лет. Развивается слабость проксимальных частей нижних конечностей, гипертрофия икроножных мышц и высокий уровень сывороточной креатин киназы. Слабость проксимальных частей конечностей обычно обусловливает трудности вставания с пола и трудности в подъеме по лестнице. Болезнь прогрессирует, так что мышцы постепенно замещаются фиброзной и жировой тканью (Рис.10).

Поздние тканевые изменения при дистрофии Дюшена

Мальчики обычно привязаны креслу-каталке с 12-лет и погибают до 30 лет от нарушений дыхания. Дистрофия Бекера менее распространена с менее выраженными нарушениями. Женщины, носительницы аномального гена дистрофина, часто не обнаруживают проявлений, хотя у них обычно повышен уровень креатин киназы или имеется слабость проксимальных частей конечностей.
Большой ген, который нарушен при дистрофии Дюшена и Бекера, находится в коротком плече Х хромосомы (диск Хр21) и кодирует белок дистрофин в 427 кД. Ген дистрофина экспрессируется во многих тканях, включая скелетные, гладкомышечные и кардиальные мышцы, головной мозг, сетчатку и миоэпителиальные клетки потовых и слюнных желез. Дистрофин является длинным палочковидным белком, который связан посредством цепочки гликопротеинов с базальной мембраной. Структура и молекулярное сцепление дистрофина указывает на то, что аномалии должны затрагивать механическую поддержку сарколеммы, связь между цитоскелетом и внеклеточным матриксом и функцию их ассоциированных с мембраной молекул, таких как ионные канальцы.
Делеции части дистрофинового гена обнаруживаются у 55-65% пациентов болезнью Дюшена и Бекера. Ген характеризуется высокой долей спонтанных мутаций.

Иммуногистохимия при диагностике дистрофии Дюшена и Бекера

В нормальных мышцах дистрофин обнаруживается под сарколеммой, но этот паттерн окраски нарушается при дистрофии Дюшена (Рис. 11).

Тканевая диагностика при дистрофии Дюшена с помощью иммуногистохимического мечения дистрофина

При дистрофии Бекера обнаруживается слабое или прерывистиое мечение дистрофии на периферии мышечного волокна (Рис.12).

Слева, 12-летний мальчик с дистрофией Бекера. Справа, мышца от женщины-носительницы дистрофии Дюшена

Женщины, носительницы дистрофии Дюшена, обнаруживают или мозаику позитивно и негативно меченных волокон (Рис. 13) или ослабленную и полосатую окраску. Дистрофин-дефицитные волокна обнаруживают снижение мечение дистрогликана и повышение мечения уротропина по сравнению с нормальными волокнами.

Животные модели Дюшена и др. дистрофий

Собаки (golden retriever gogs) c мутацией в гене дистрофина являются прекрасной моделью дистрофии Дюшена. У них обнаруживаются прогрессивные клинические симптомы, кардиомиопатия и прогрессивные нарушения скелетных мышц. Дистрофин-дефицитные кошки страдают от значительной мышечной гшипертрофии, которая м.б. летальной, когда затрагивает диафрагму или язык. C57BL mdx мыши имеют точковую мутацию в гене дистрофина, ведущую к потере экспрессии дистрофина

Лечение мышечных дистрофий

Лечение направлено на устранение симптомов, поддержание и предупреждение деформаций. Молекулярно генетические подходы по замещению дистрофина у mdx мышей переносом миобластов или введением заменителей дистрофина 'mimigenes' вселяют надежду, но у человека замещение мышце-специфических генов встречается с практическими трудностями. Временный перенос миобластов у человека пока не дал результатов. Альтернативный подход стимулирован путем определения, что утропин обладает высокой степень структурной гомологии с дистрофином и может частично компенсировать недостаток дистрофина (Рис. 14)

Сильная экспрессия утрофина на поверхности всех волокон у мальчика с дистрофией Дюшена. Ув. х 400

Фармакологическое стимулирование продукции утропина можно осуществить путем ameliorating эффекта отсутствия дистрофина, скорее чем генетическими манипуляциями.