Costamere – Wikipedia

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Das costamere ist eine strukturell-funktionelle Komponente von gestreiften Muskelzellen[1] welches das Sarkomer des Muskels mit der Zellmembran (dh dem Sarkolemma) verbindet.[2]

Costameres sind sub-sarkolemmale Proteinanordnungen, die in Umfangsrichtung im Register mit der Z-Scheibe peripherer Myofibrillen ausgerichtet sind.[3][4][5] Sie koppeln krafterzeugende Sarkomere physikalisch mit dem Sarkolemma in gestreiften Muskelzellen und gelten daher als eine von mehreren “Achillesfersen” des Skelettmuskels, einer kritischen Komponente der gestreiften Muskelmorphologie, von der angenommen wird, dass sie direkt zur Entwicklung beiträgt, wenn sie beeinträchtigt wird von mehreren verschiedenen Myopathien.[6]

Das Dystrophin-assoziierter Glykoprotein (DAG) -Komplex, auch als bezeichnet Dystrophin-Glykoprotein-Komplex (DGC),[2] enthält verschiedene integrale und periphere Membranproteine ​​wie Dystroglycane und Sarkoglycane, von denen angenommen wird, dass sie für die Verknüpfung des internen Zytoskelettsystems einzelner Myofasern mit Strukturproteinen innerhalb der extrazellulären Matrix (wie Kollagen und Laminin) verantwortlich sind. Daher ist es eines der Merkmale des Sarkolemmas, das hilft, das Sarkomer an das extrazelluläre Bindegewebe zu koppeln, wie einige Experimente gezeigt haben.[7] Desmin-Protein kann auch an den DAG-Komplex binden, und es ist bekannt, dass Regionen davon an der Signalübertragung beteiligt sind.

Struktur[edit]

Costameres sind hochkomplexe Netzwerke von Proteinen und Glykoproteinen.[8] und kann als aus zwei Hauptproteinkomplexen bestehend angesehen werden: dem Dystrophin-Glykoprotein-Komplex (DGC) und dem Integrin-Vinculin-Talin-Komplex.[9] Die Sarkoglykane der DGC und die Integrine des Integrin-Vinculin-Talin-Komplexes binden direkt an Filamin C, einen Bestandteil der Z-Scheibe, und verbinden diese Proteinkomplexe von Costameren mit Komplexen der Z-Scheibe.[9] Angepasst, verbindet Filamin C die beiden Komplexe, die das Costamere bilden, physikalisch mit Sarkomeren, indem es mit den Sarkoglykanen in der DGC und den Integrinen des Integrin-Vinculin-Talin-Komplexes interagiert.[9]

Die DGC besteht aus peripheren und integralen Proteinen, die das Sarkolemma physikalisch durchlaufen und die ECM mit dem auf F-Actin basierenden Zytoskelett verbinden.[9] Die Kernproteine ​​von DGC sind Dystrophin, die Sarkoglycane (einschließlich Alpha, Beta, Gamma und Lambda-Sarkoglycan), Sarkospan, Dystroglycan (Alpha und Beta) und Syntrophin.[9] Es wird angenommen, dass diese Proteine ​​eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität des Sarkolemmas während der Kontraktion und Dehnung spielen, und der Verlust dieser Kernproteine ​​führt zu einer fortschreitenden kontraktionsinduzierten Schädigung.[9]

Die Vinculin- und Talinkomponenten des Integrin-Vinculin-Talin-Komplexes sind Zytoskelettproteine, die über die Integrinkomponenten, die Transmembranproteine ​​sind, die direkt mit Filamin C der Z-Scheibe interagieren, physikalisch am gesamten Costamere verankert sind.[9]

Funktion[edit]

Costameres haben mehrere Hauptfunktionen.[8][9][10] Erstens halten sie das Sarkolemma während der Kontraktion und anschließenden Entspannung im Einklang mit dem Sarkomer.[10] Sie sind auch für die seitliche Übertragung der durch Sarkom erzeugten Kontraktionskraft auf das Sarkolemma und das ECM verantwortlich.[9][10] Nur 20 bis 30% der durch Sarkomerkontraktion erzeugten Gesamtkraft werden in Längsrichtung übertragen, was darauf hindeutet, dass der Großteil der durch Sarkomere erzeugten Kraft in lateraler Richtung senkrecht zu den sich zusammenziehenden Myofibrillenfasern übertragen wird.[9] Der größte Teil der von den Sarkomeren tief in der Muskelfaser erzeugten Kraft wird senkrecht auf benachbarte Myofibrillen übertragen, bis sie die peripheren Myofibrillen erreicht. Zu diesem Zeitpunkt leitet der costamere Komplex die Kraft durch das Sarkolemma zum ECM. Die seitliche Kraftübertragung durch Costameres hilft dabei, gleichmäßige Sarkomerlängen in benachbarten Muskelzellen aufrechtzuerhalten, die unter der Kontrolle verschiedener motorischer Einheiten stehen und daher in ihren aktiven Kontraktionen nicht synchronisiert sind. Angepasst, wenn sich eine Muskelfaser aktiv zusammenzieht und eine benachbarte nicht, hilft die seitliche Kraftübertragung, dass sich auch diese zweite Faser verkürzt.[8] Costameres übertragen auch Kräfte in die entgegengesetzte Richtung und übertragen die Kräfte äußerer mechanischer Beanspruchung vom Sarkolemma auf die Z-Scheibe.[9] Costameres sind auch daran beteiligt, das relativ schwache und labile Sarkolemma vor den mechanischen Belastungen durch Kontraktion und Dehnung zu schützen.[8][10] Die Proteine ​​unterstützen die Lipiddoppelschicht mechanisch und können auch eine organisierte Faltung der Plasmamembran (“Festooning”) erleichtern, die die Belastung der Doppelschicht während der Kontraktion und Dehnung minimiert.[8] Schließlich sind Costameres auch an der Orchestrierung mechanisch verwandter Signale beteiligt.[9]

Pathologie[edit]

Die Funktionsstörung der an Costameren beteiligten Proteine ​​trägt zu einigen Muskelerkrankungen bei, einschließlich Muskeldystrophien und Kardiomyopathien.[8][10]

Dynamik[edit]

Costameres sind dynamische Strukturen.[8] Mehrere Studien haben gezeigt, dass Costameres auf mechanische, elektrische und chemische Reize reagieren.[8] Zum Beispiel ist die mechanische Spannung entscheidend für die Regulierung der Expression, Stabilität und Organisation von costamerem Protein, und Costamer mit Dystrophin-Mangel können eine erhöhte mechanische Belastung spüren und versuchen, dies durch die Rekrutierung von Filamenten zu kompensieren.[8]

Verweise[edit]

  1. ^ Costameres in der US-amerikanischen Nationalbibliothek für Medizin (MeSH)
  2. ^ ein b Srivastava, D.; Yu, S. (2006). “Dehnen, um den Bedürfnissen gerecht zu werden: Integrin-verknüpfte Kinase und die Herzpumpe”. Genes Dev. 20 (17): 2327–2331. doi:10.1101 / gad.1472506. PMID 16951248.20: 2327 & ndash; 2331
  3. ^ Pardo, Jose V; Siliciano, Janet D’Angelo; Craig, Susan W (Februar 1983). “Ein vinculinhaltiges kortikales Gitter im Skelettmuskel: Transversale Gitterelemente (” costameres “) markieren Bindungsstellen zwischen Myofibrillen und Sarkolemma.” (PDF). Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. 80 (4): 1008–1012. Bibcode:1983PNAS … 80.1008P. doi:10.1073 / pnas.80.4.1008. PMC 393517. PMID 6405378.
  4. ^ Pardo, Jose V; Siliciano, Janet D’Angelo; Craig, Susan W (1. Oktober 1983). “Vinculin ist ein Bestandteil eines ausgedehnten Netzwerks von Myofibrillen-Sarkolemma-Bindungsregionen in Herzmuskelfasern.”. Journal of Cell Biology. 97 (4): 1081–1088. doi:10.1083 / jcb.97.4.1081. PMC 2112590. PMID 6413511.
  5. ^ Craig, Susan W; Pardo, Jose V (1983). “Gamma-Actin-, Spectrin- und Intermediärfilamentproteine ​​kolokalisieren mit Vinculin an Costameren, Myofibrillen-Sarkolemma-Bindungsstellen”. Zellmotilität. 3 (5): 449–462. doi:10.1002 / cm.970030513. PMID 6420066.
  6. ^ James M. Ervasti (2003). “Costameres: die Achillesferse des Herkules”. J. Biol. Chem. 278 (13591–13594): 13591–4. doi:10.1074 / jbc.R200021200. PMID 12556452.
  7. ^ García-Pelagio Karla; Bloch Robert; Ortega A; Gonzáles-Serratos Hugo (2011). “Biomechanik des Sarkolemmas und der Costameres in einzelnen Skelettmuskelfasern von normalen und Dystrophin-Null-Mäusen”. J Muscle Res Cell Motil. 31 (5–6): 323–336. doi:10.1007 / s10974-011-9238-9. PMC 4326082. PMID 21312057.
  8. ^ ein b c d e f G h ich Ervasti, James M. (2003-04-18). “Costameres: die Achillesferse des Herkules”. Journal of Biological Chemistry. 278 (16): 13591–13594. doi:10.1074 / jbc.R200021200. ISSN 0021-9258. PMID 12556452.
  9. ^ ein b c d e f G h ich j k l Peter, Angela K.; Cheng, Hongqiang; Ross, Robert S.; Knowlton, Kirk U.; Chen, Ju (Mai 2011). “Das Costamere überbrückt Sarkomere mit dem Sarkolemma in gestreiften Muskeln”. Fortschritte in der pädiatrischen Kardiologie. 31 (2): 83–88. doi:10.1016 / j.ppedcard.2011.02.003. ISSN 1058-9813. PMC 3770312. PMID 24039381.
  10. ^ ein b c d e Bloch, Robert J.; Capetanaki, Yassemi; O’Neill, Andrea; Reed, Patrick; Williams, McRae W.; Resneck, Wendy G.; Porter, Neil C.; Ursitti, Jeanine A. (Oktober 2002). “Costameres: Wiederholte Strukturen im Sarkolemma der Skelettmuskulatur”. Klinische Orthopädie und verwandte Forschung. 403 (403 Suppl): S203-10. doi:10.1097 / 00003086-200210001-00024. PMID 12394470.


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