Rolul sarcoglicanilor in cadrul distrofiilor musculare

Adina Olteanu*, Victor Nimigean, Vanda Roxana Nimigean, Daniela Badita, St. Ionescu

Distrofia musculara este o boala genetica heterogena, care afecteaza muschiul scheletic si cardiac, caracterizata prin atrofie musculara progresiva si scaderea fortei musculare. Defectele genetice intalnite in distrofia musculara includ mutatii ale genelor care codifica distrofina si glicoproteinele asociate acesteia - sarcoglicanii. Histologic, in distrofiile musculare, se descriu fibre musculare de dimensiuni variate, zone de necroza miocitara, cresterea tesutului adipos si a tesutului conjunctiv interstitial. Cu ajutorul datelor oferite de biochimie, biologie moleculara, genetica, s-a putut intelege recent rolul complexului sarcoglicanic.
Sarcoglicanii par sa fie un mediator important, independent, al patologiei distrofice in muschiul scheletic si miocard. Absenta lor duce la alterarea permeabilitatii membranare si apoptoza, doua caracteristici comune intr-o serie de distrofii.
Exista cel putin 5 tipuri de sarcoglicani: a, b, d, g, e. Alfa-sarcoglicanul are 50 kDa si este sintetizat de o gena de pe cromozomul 17. Beta-sarcoglicanul este codificat de cromozomul 4q12, fiind o glicoproteina de 43kDa. Delta-sarcoglicanul este o glicoproteina de 35 kDa, ca si gamma-sarcoglicanul. Cu ajutorul imunomicroscopiei electronice, s-a descoperit ca sarcogliconii delta si gamma sunt componente ale reticulului sarcoplasmic in muschiul scheletic, localizate in cisternele terminale, functionand independent de complexul distrofinic in reticulul sarcoplasmic. Gena pentru sarcoglicanul delta este localizata pe cromozomul 5q33-q34, iar pentru sarcoglicanul gamma pe cromozomul 13q12.
Distrofina, impreuna cu distroglicanul si laminina, constituie legatura mecanica dintre citoscheletul actinic al fibrei musculare si matricea extracelulara. Studii histochimice cu anticorpi monoclonali anti-distrofina, pe sectiuni musculare normale, au aratat ca distrofina este localizata la periferia fibrelor musculare, fiind o proteina citoscheletica subsarcolemala. Pozitionandu-se in apropierea distrofinei si distroglicanului, sarcoglicanii par a avea rol in cuplarea semnalelor mecanice si chimice in muschiul striat. Ei joaca un rol de mediator in fibra musculara, localizarea membranara fiindu-le determinata de distrofina, dar functia fiind independenta de axa distrofina-distroglican-laminina. Distrofina si proteinele asociate formeaza o legatura intre matricea extracelulara (endomisium) si actina intracelulara. Absenta oricareia dintre aceste proteine interfera cu integritatea membranara.

Distrofia musculara Duchenne, cea mai frecventa forma de distrofie, transmisa autosomal recesiv legat de cromozomul X, se caracterizeaza prin absenta distrofinei, boala fiind severa, spre deosebire de distrofia musculara Becker, in care se sintetizeaza o cantitate redusa de distrofina. Clinic, apare atrofie musculara progresiva, cu evolutie rapida, iar decesul survine in jurul varstei de 20 ani. O treime din cazuri au si afectarea functiilor intelectuale. Deficienta de distrofina poate produce deficienta secundara a sarcoglicanilor, ulterior cu aparitia de leziuni membranare, degenerare a fibrelor musculare, necroza miocitara. In diagnosticul bolii Duchenne si al bolii Becker, s-a dovedit a fi utila, pe langa biopsia musculara, biopsia cutanata, care a identificat deficienta de distrofina in muschii erectori ai firului de par, chiar intr-un stadiu avansat al bolii, cu ajutorul analizelor imunohistochimice cu anticorpi monoclonali. Se pot identifica cu aceasta metoda mai simpla si purtatorii genei cu defect.

Distrofia musculara facio-scapulo-humerala se transmite autosomal dominant; gena responsabila se afla pe cromozomul 4.
Distrofia musculara oculofaringiana apare in urma unei mutatii pe cromozomul 14 si se transmite tot autosomal dominant.
Distrofia musculara congenitala, autosomal recesiva, apare exprimata clinic de la nastere sau precoce la copil prin hipotonie generalizata. In 50% din cazuri, s-a identificat un deficit al unei proteine musculare extracelulare - a2laminina sau merozina, codificata de o gena de pe cromozomul 6.
Distrofia musculara Emery-Dreifuss, cu transmitere autosomal dominanta, este determinata de o mutatie la nivelul cromozomului 1p1-q21, gena implicata codificand o proteina numita emerina. Aceasta nu intra in alcatuirea citoscheletului muscular, intrucat este localizata pe fata interna a membranei nucleare a muschiului scheletic si cardiac. La nivel cardiac, emerina este chiar asociata discurilor intercalare si astfel se explica manifestarile cardiace severe comune acestui tip particular de distrofie: cardiomiopatie dilatativa, tulburari de conducere.

Distrofia musculara a centurilor cuprinde un grup de boli, in 10 % din cazuri autosomal dominante, cu manifestari clinice usoare. In restul cazurilor, se intalnesc sarcoglicanopatii, extrem de heterogene. Astfel, sarcoglicanopatiile s-au izolat ca un grup de boli distincte in cadrul distrofiilor musculare. Sunt autosomal recesive, ca rezultat al mutatiilor genelor care codifica sarcoglicanii. Aspectul clinic este variabil, putand fi severe sau usoare, in functie de cantitatea de proteina, care poate fi totusi sintetizata. Pana in prezent, exista cel putin 4 tipuri de astfel de distrofie, care depind de tipul de sarcoglican deficitar:
- distrofia musculara a centurilor tip 2D, cu deficit de alfa-sarcoglican; se caracterizeaza printr-o mare heterogenitate clinica;
- distrofia musculara a centurilor tip 2E, cu deficit de beta-sarcoglican; se descrie frecvent implicarea cardiaca;
- distrofia musculara a centurilor tip 2C, cu deficit de gamma-sarcoglican; clinic, se descriu distrofii musculare severe, caracteristice regiunii mediteraneene, Braziliei, Japoniei, in special;
- distrofia musculara a centurilor tip 2F, cu deficit de delta-sarcoglican.
Distrofia musculara a centurilor tip 2H, recent descrisa, cu localizarea defectului pe cromozomul 9q31-33, se transmite tot autosomal recesiv, gena defecta, numita TRIM32, codificand o proteina cu posibil rol de ligaza.
Distrofia musculara a centurilor tip 2C a fost mai mult studiata. S-au descoperit 6 mutatii genetice, aflate la originea bolii. S-a dovedit ca absenta gamma-sarcoglica-nului produce secundar reducerea nivelului de beta-sarcoglican si alfa-sarcoglican, cu mentinerea nemodificata a delta-sarcoglicanului. In absenta gamma-sarcoglicanului, continutul fibrelor musculare in distrofina, distroglican si laminina este, de asemenea, normal. Astfel, legatura distrofina-distroglican-laminina nu este afectata de deficitul de sarcoglican. S-au observat, in fibrele musculare cu deficit de gamma-sarcoglican, numerosi nuclei mioapoptozici, sugerand ca moartea celulara programata contribuie la degenerarea miofibrilelor. Cu ajutorul tehnicilor de microspectrofluorometrie si microscopie electro-nica, s-a studiat structura si functia microtubulilor in aceasta forma de distrofie a centurilor. S-a constatat ca reducerea componentelor complexului distrofina-glicoproteine duce la instabilitatea si cresterea suprafetei membranei plasma-tice, avand ca rezultat o crestere a numarului de canale de calciu. Muschiul izolat, fara gamma-sarcoglican, dovedeste rezistenta normala la solicitari mecanice, peak izometric normal si forta tetanica normala. Deci, slabi-ciunea musculara si slabirea contractiei musculare nu sunt obligatoriu asociate cu degenerare musculara si distrofie. Aceasta dovedeste ca este implicat un mecanism care nu este mecanic, ci este datorat functiei de mediator exercitate de sarcoglicani. Clinic, absenta totala a gamma-sarcoglicanului determina o boala severa, cu pierderea capacitatii de mers pana la 12 ani, atrofie musculara, contractura tendonului Ahile.

In cardiomiopatiile dilatative, s-au constatat mutatii la nivelul genelor pentru distrofina, dar si pentru alte proteine ale citoscheletului, cum ar fi distroglicanii, sarcoglicanii. Se pare ca proteinele citoscheletice joaca un rol central in functia cardiaca. Astfel, bolnavii cu sarcoglicanopatii sunt predispusi sa dezvolte cardiomiopatie dilatativa, dar sub forma mai putin severa, manifesta cli-nic precoce in cursul evolutiei bolii musculare. La nivel miocardic, exista o exprimare scazuta a sarcoglicanilor, comparativ cu muschiul scheletic. Instabilitatea sarcolemala este, de asemenea, mai scazuta, probabil din cauza distributiei diferite a fortelor generate de contractia miocardului, comparativ cu musculatura scheletica.
Analiza imunohistochimica a sarcoglicanilor ar trebui sa faca parte din screeningul distrofiilor musculare, pentru a identifica pacientii cu sarcoglicanopatie, intrucat acesti pacienti au un model considerabil diferit de implicare musculara si evolutie a bolii. Analiza genetica este utila pentru decelarea defectului primar, in functie si de datele conferite de imunohistochimie, care indreapta explorarile inspre o anumita gena. Astfel, in momentul actual, se poate pune un diagnostic precis, chiar si prenatal, se pot identifica unele cazuri preclinice si purtatorii de gene mutante.

Tratamentul distrofiilor musculare este strans legat de terapia genica, unica solutie care ar putea determina schimbarea prognosticului nefast caracteristic acestor boli. Se are in vedere, in cazul distrofiei Duchenne, incercarea de a inlocui distrofina cu utrofina. Utrofina, sintetizata de o gena de pe cromozomul 6, este in mod normal localizata la jonctiunea neuromusculara si este foarte asemanatoare cu distrofina. Cand lipseste distrofina si este stimulata exprimarea utrofinei, boala se amelioreaza. Administrarea de steroizi incetineste progresia bolii, dar nu este eficienta pe termen lung.
S-au constatat o serie de limitari in terapia genica. Astfel, in cazul in care se obtine, in deficitul genetic de gamma-sarcoglican, o exprimare exagerata a nivelului de gamma-sarcoglican in contextul celorlalti sarcoglicani, normal reprezentati, se obtine clinic o distrofie musculara severa. Excesul de gamma-sarcoglican, cu aparitia in sarcoplasma de gamma-sarcoglican, duce la alterarea echilibrului dintre ceilalti sarcoglicani, cu aparitia unui nou model de distrofie musculara. S-a evidentiat importanta complexului sarcoglicanic in ansamblu, cu functie unitara, capacitate de autoreglare. Pentru a avea succes in terapia genica, este foarte important sa se manipuleze sub un control strict promotorii genetici, astfel incat sa nu se obtina un dezechilibru functional al fibrei musculare, la nivel de sarcoglicani.
___________________________
Bibliografie selectiva

Bonnemann CG, Wong J si colab. - Primary gamma-sarcoglycanopathy (LGMD 2C): broadening of the mutational spectrum guided by the immunohistochemical profile, Neuromuscul Disord, 2002 Mar;12(3):273-80.
Dincer P, Akcoren Z, Demir E - A cross section of autosomal recessive limb-girdle muscular dystrophies in 38 families, J Med Genet (England), May 2000, 37(5) p361-7.
Draviam R, Billington L si colab. - Confocal analysis of the dystrophin protein complex in muscular dystrophy, Muscle Nerve, 2001 Feb;24(2):262-72.
Emery AE - The muscular dystrophies, Brit Med J, 1998, 317, 991-995.
Emery AE - The muscular dystrophies, Lancet, 2002, Feb 23;359(9307):687-695.
Fatkin D, MacRae C, Sasaki T - Missense mutations in the rod domain of the laminin A/C gene as causes of dilated cardiomegaly and conduction - system disease, New Engl J Med, 1999, number 23, vol. 341, 1715-1724.
Frosk P, Weiler T, Nylen E, Sudha T - Limb-girdle muscular dystrophy type 2H associated with mutation in TRIM32, a putative E3-ubiquitin-ligase gene, Am J Hum Genet, 2002 Mar;70(3):663-672.
Hack AA, Groh ME, McNally EM - Sarcoglycans in muscular dystrophy, Microsc Res Tech (United States), Feb 1-15 2000, 48(3-4) p167-80.
Hack AA, Lam MY, Cordier L - Differential requirement for individual sarcoglycans and dystrophin in the assembly and function of the dystrophin-glycoprotein complex, J Cell Sci (England), Jul 2000, 113, p2535-44.
Ueda H, Ueda K, Baba T, Ohno S - Delta- and gamma-Sarcoglycan localization in the sarcoplasmic reticulum of skeletal muscle, J Histochem Cytochem, 2001 Apr;49(4):529-38.
Wakayama Y, Inoue M si colab. - Localization of sarcoglycan, neuronal nitric oxide synthase, beta-dystroglycan, and dystrophin molecules in normal skeletal myofiber: triple immunogold labeling electron microscopy, Microsc Res Tech, 2001 Nov 1;55(3):154-63.
Zhu X, Hadhazy M si colab. - Overexpression of gamma-sarcoglycan induces severe muscular dystrophy. Implications for the regulation of Sarcoglycan assembly, J Biol Chem, 2001 un 15;276(24):21785-90.