Un collegamento tra la segnalazione dell'agrina e Cav3.2 alla giunzione neuromuscolare nell'atrofia muscolare spinale

May 01, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 18960 (2022) Citare questo articolo

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La carenza di proteina SMN causa l'atrofia muscolare spinale (SMA) della malattia dei motoneuroni. Le terapie basate su SMN migliorano i sintomi motori del paziente in misura variabile. Una delle prime caratteristiche della SMA è la perturbazione della giunzione neuromuscolare (NMJ), una sinapsi tra un motoneurone e una cellula muscolare. La formazione di NMJ dipende dal clustering del recettore dell'acetilcolina (AChR) attivato dall'agrina e dai suoi co-recettori proteina correlata al recettore delle lipoproteine ​​4 (LRP4) e dalla via di segnalazione della chinasi muscolo-specifica transmembrana (MuSK). Abbiamo precedentemente dimostrato che la flunarizina migliora le NMJ nei topi modello SMA, ma i meccanismi rimangono sfuggenti. Mostriamo qui che la flunarizina promuove il clustering di AChR in modi autonomi, dose e dipendenti dall'agrina nei miotubi C2C12. Ciò è associato ad un aumento dei livelli proteici di LRP4, integrina-beta-1 e alfa-distroglicano, tre co-recettori dell'agrina. Inoltre, la flunarizina migliora l'interazione del MuSK con l'integrina-beta-1 e le fosfotirosine. Inoltre, il farmaco agisce sull’espressione e sullo splicing dei geni Agrn e Cacna1h in modo muscolo-specifico. Riveliamo che la proteina Cav3.2 codificata da Cacna1h è strettamente associata in vitro al co-recettore agrino LRP4. In vivo, si arricchisce nelle vicinanze delle NMJ durante lo sviluppo neonatale e il farmaco aumenta questa immunomarcatura nei muscoli SMA. Pertanto, la flunarizina modula gli attori chiave della NMJ e identifica Cav3.2 come una nuova proteina coinvolta nella biologia della NMJ.

L'atrofia muscolare spinale (SMA) è caratterizzata dalla degenerazione dei motoneuroni spinali e dall'atrofia muscolare. La SMA è causata da mutazioni del gene di sopravvivenza del motoneurone 1 (SMN1) che portano alla riduzione dei livelli di proteina SMN1,2. Questa proteina è una proteina legante DNA/RNA espressa in modo ubiquitario e coinvolta nella regolazione dell'espressione genica, tra cui trascrizione, splicing, trasporto e traduzione dell'RNA; la funzione più caratterizzata è il suo ruolo nella biogenesi delle piccole ribonucleoproteine ​​nucleari ricche di U (snRNP)3, 4,5. Negli esseri umani, la presenza di una copia del gene SMN2 fornisce una proteina meno completamente funzionale a causa di uno splicing alternativo dell'ultimo esone codificante 76. Di conseguenza, si osservano fenotipi SMA più lievi quando il numero di copie del gene SMN2 aumenta7,8. Le terapie approvate per la SMA sono mirate ad aumentare i livelli di proteina SMN utilizzando la terapia genica SMN o prendendo di mira il pre-mRNA SMN2 con un oligonucleotide antisenso (ASO) o una piccola molecola. Nonostante questi enormi progressi scientifici e clinici, molti pazienti non sono in grado di assumere questi farmaci, altri rispondono scarsamente e talvolta si osservano effetti avversi9,10,11,12,13. Pertanto, una migliore comprensione dei meccanismi alla base della malattia dovrebbe contribuire all’emergere di terapie migliori di importanza clinica.

Difetti della giunzione neuromuscolare (NMJ) sono stati osservati nella patogenesi della SMA prima della perdita del motoneurone, coerente con un fenotipo "dying-back"14,15,16. Infatti, nei topi modello SMA vengono rilevati maturazione ritardata, area della placca terminale più piccola e denervazione della placca terminale17,18,19. Una caratteristica delle NMJ è il raggruppamento di recettori muscolari dell'acetilcolina (AChR) sulla membrana muscolare postsinaptica mediata dall'agrina secreta dai motoneuroni20. Agrin si lega al recettore LRP4 e quindi il complesso agrin-LRP4 si lega e attiva il MuSK transmembrana promuovendo il clustering di AChR attraverso adattatori come la docking protein 7 (Dok7)21,22. Inoltre, i topi privi dei geni funzionali Agrn, Lrp4 o Musk muoiono nel periodo perinatale.

Il gene Agrn produce isoforme multiple in vari tessuti utilizzando due promotori e splicing alternativo di esoni che codificano domini del C-terminale, come i siti Y e Z23,24,25. I primi esoni alternativi codificano per gli N-termini secretori (NtA) o transmembrana (Tm), quest'ultimo espresso principalmente nei neuroni mentre NtA è espresso anche in cellule non neurali come i muscoli26. Le isoforme neurali Z+ agrina raggruppano notevolmente gli AChR rispetto alla Z-agrina muscolare23. Come componenti della matrice extracellulare (ECM), le agrine si legano anche alla laminina, all'eparina, all'α-distroglicano e alle integrine β127,28. Pertanto, l'agrina è coinvolta anche in una varietà di funzioni: mantiene la NMJ29, promuove la rigenerazione del cuore30, inibisce l'allungamento dei neuriti31,32,33, regola la sinaptogenesi nel sistema nervoso centrale34 e coordina una diafonia tra LRP4/MuSK e le vie dell'integrina-β1 in cancro al fegato35,36.