Miopatie da alterazione dei dischi Z

Il disco-Z è un‟unità strutturale che allinea i filamenti sottili e collega il sarcomero al sarcolemma. Oltre alle sue funzioni strutturali, è anche coinvolto nel rilevamento della tensione muscolare e nella trasduzione del segnale. Il disco-Z contiene un gran numero di proteine che possono essere specifiche di questa struttura o essere diffuse

in tutto il sarcomero (titina e nebulina). Le anomalie del disco-Z sono state riscontrate in una serie di patologie muscolari e possono essere sia effetti secondari di altre miopatie sia essere generate da alterazioni delle proteine che lo costituiscono. Studi recenti hanno identificato delle mutazioni correlate a miopatia, nei quattro geni che codificano per le proteine che costituiscono il disco-Z: mutazioni dei geni che codificano per la miotilina (MYOT), la ZASP e la filamina C (FLNC) causano miopatie autosomiche dominanti che si manifestano nell‟età adulta. Le caratteristiche cliniche e morfologiche in queste miopatie sono molto simili. La malattia si manifesta tipicamente come miopatia distale ma può compromettere anche muscoli prossimali e il cuore. Le caratteristiche morfologiche sono quelle tipiche delle miopatie miofibrillari e includono alterazioni del disco-Z e accumulo di materiale denso e filamentoso visibile con la tecnica della colorazione tricromatica. I meccanismi alla base di questo tipo di miopatie sono ancora poco chiari ma potrebbero coinvolgere alterazioni strutturali del disco-Z, causate da proteine non funzionali o dal loro anormale accumulo dovuto a una degradazione difettosa. Benché la teletonina sia anch‟essa coinvolta nell‟organizzazione del disco-Z, le sue mutazioni si manifestano con un fenotipo differente. Le mutazioni della teletonina portano all‟insorgenza di una distrofia muscolare recessiva che si manifesta nell‟infanzia come debolezza dei muscoli prossimali. Le alterazioni morfologiche causate da mutazioni della teletonina non sono state ben caratterizzate ma potrebbero condividere alcuni aspetti con quelle che causano le MFM.

3.5.1 Miotilinopatie

Il gene della miotilina è collocato sul cromosoma 5q3122 ed è composto di 10 esoni con nessuna evidenza di splicing alternativo. Il gene codifica per una proteina di 498 aminoacidi con un peso molecolare di 57 kDa. L‟espressione della miotilina è specifica, con livelli di espressione alti nel muscolo scheletrico, moderati nel cuore e bassi o nulli nei nervi periferici e in altri tessuti (Salmikangas et al., 1999).

Fino ad oggi sono state descritte cinque proteine in grado di interagire con la miotilina e tutte sono elementi del disco-Z. Queste interazioni collegano la miotilina sia a elementi strutturali sia di segnale (Fig. 3.6).

Figura 3.6 Interazioni della miotilina nel disco-Z.

La miotilina lega la α-actinina, una proteina che consente l‟interazione dell‟actina con la struttura portante del disco-Z (Salmikangas et al., 1999). Una seconda proteina d‟interazione della miotilina è la filamina C la cui isoforma muscolo-specifica, può subire mutazioni alla base dell‟insorgenza di MFM. La miotilina lega direttamente la

F- e la G-actina e stabilizza molto efficacemente i filamenti di actina (Salmikangas et al., 2003). La famiglia delle proteine FATZ anche note come calsarcine o miozenine, è costituita da tre proteine omologhe. È stato dimostrato che la miotilina interagisce direttamente con FATZ-1 e FATZ-2 (Gontier et al., 2005). Le proteine FATZ sono localizzate nel disco-Z e legano non soltanto la miotilina ma anche la filamina A e B (Gontier et al., 2005), la teletonina, la α-actinina, la ZASP e la calcineurina (Faulkner et al., 2000; Frey et al., 2000; Frey & Olson, 2002; Takada et al., 2001). La miotilina lega inoltre le proteine RING-finger (MuRF) -1 e -2, ligasi dell‟ubiquitina E2 muscolo- specifiche (Witt et al., 2005).

La miotilina forma dimeri tramite il suo dominio COOH-terminale e la dimerizzazione, sembra essere necessaria per la sua attività di impacchettamento dell‟actina. Le mutazioni della miotilina alla base di patologie sembrano non compromettere nessuna delle sue interazioni note. In base alla sua forte attività d‟impacchettamento dell‟actina, si pensa che la miotilina sia necessaria per stabilizzare il disco-Z.

Le patologie sono dovute alla presenza di miotilina non funzionale o all‟assenza della proteina. Poiché non è stata attribuita nessuna funzione alla regione della miotilina che generalmente è coinvolta da mutazioni e che le differenze strutturali/funzionali tra i mutanti e la proteina nativa non sono state caratterizzate, il meccanismo patogenico delle miotilinopatie è tuttora poco chiaro.

3.5.2 Zaspopatie

Il gene che codifica per la proteina ZASP è collocato sul cromosoma 10q22.2- q23.3 (Faulkner et al., 1999). ZASP è una proteina sarcomerica espressa nel muscolo cardiaco e scheletrico umano a livello del disco-Z. Appartiene alla famiglia di dieci proteine PDZ-LIM e può essere espressa in varie isoforme alcune delle quali sono specifiche del miocardio mentre altre del muscolo scheletrico. Tutte le isoforme contengono il dominio NH2-terminale PDZ.

Il dominio PDZ della proteina ZASP interagisce con la α-actinina con un‟affinità micromolare (Faulkner et al., 1999) che suggerisce una partecipazione di ZASP nell‟ancoraggio meccanico e nella stabilizzazione delle proteine che sono attaccate al disco-Z. ZASP è anche in grado di legare membri della famiglia delle proteine FATZ (Faulkner et al., 2000).

L‟analisi di topi nulli per ZASP ha mostrato che la proteina non è richiesta nella sarcomerogenesi o nell‟assemblaggio del disco-Z ma è indispensabile nel mantenimento dello stesso durante la contrazione muscolare.

Zaspopatie che coinvolgono il muscolo scheletrico sono state descritte per la prima volta da Selcen ed Engel (2005). L‟età media d‟insorgenza è intorno ai 60 anni e molti pazienti presentano debolezza muscolare che è più accentuata a livello distale.

Benché l‟assenza della proteina ZASP sia dannosa per le funzioni del muscolo cardiaco e scheletrico, non si conoscono gli effetti delle mutazioni della proteina sull‟insorgenza delle miopatie. In studi in vitro, i polipeptidi mutati e wild type si comportano in modo simile e non compromettono la stabilità della proteina (Klaavuniemi & Ylanne, 2006).

3.5.3 Filaminopatie

La famiglia dei geni per le filamine è composta di tre iso-geni che codificano per la filamina A, la filamina B e la filamina C che è muscolo-specifica (van der Flier & Sonnenberg, 2001). La filamina C contiene una sequenza unica che si pensa sia quella responsabile del suo legame al disco-Z. Le filamine sono coinvolte in diversi

processi come l‟organizzazione dei filamenti di actina e la stabilizzazione delle membrane (van der Flier & Sonnenberg, 2001; Maestrini et al., 1993). Il gene che codifica per la filamina C si trova sul cromosoma 7q32.

Oltre all‟actina, la filamina C interagisce con diverse proteine del disco-Z come ad esempio la miotilina che collega la proteina con la α-actinina (van der Ven et al., 2000).

La filamina C lega anche Xin, una proteina implicata nella modulazione dell‟actina e CAP, una proteina adattatrice che lega sia molecole di segnale che strutturali (Zhang et al., 2007; van der Ven et al., 2006). Altre proteine d‟interazione della filamina C sono membri della famiglia FATZ, che regolano le vie di segnale della calcineurina, e MuRF-3, che collega la filamina C con le proteine transmemrana γ- e δ-sarcoglicano (Thompson et al., 2000).

La sola mutazione nota della filamina C è la mutazione W2710X che genera una parziale interferenza nella struttura secondaria del dominio di dimerizzazione della proteina. Studi sperimentali in vitro hanno dimostrato che la proteina mutata non è in grado di dimerizzare correttamente e forma aggregati nelle cellule in coltura (Lowe et al., 2007).

3.5.4 Teletoninopatie

Il gene della teletonina è costituito da due esoni e codifica per una proteina di 167 aminoacidi con peso molecolare di 19 kDa. L‟espressione della proteina è ristretta al muscolo scheletrico e cardiaco, dove la teletonina è collocata nei dischi-Z sarcomerici (Valle et al., 1997). La teletonina è uno dei trascritti più abbondanti nel muscolo scheletrico ma il trascritto e la proteina sono regolati negativamente nell‟atrofia neurogenica (Schroder et al., 2001; Mason et al., 1999).

La teletonina lega il dominio Ig Z1Z2 della titina associato al disco-Z (Mues et al., 1998; Zou et al., 2003). L‟interazione potrebbe consentire alla teletonina di collegare le molecole di titina al loro dominio NH2-terminale e quindi fornire stabilità al disco-Z (Zou et al., 2006).

La miostatina è un fattore di crescita che regola negativamente la proliferazione dei mioblasti. La teletonina interagisce con la miostatina e blocca la sua secrezione nei mioblasti (Nicholas et al., 2002). In questo modo la teletonina potrebbe promuovere la crescita cellulare e la rigenerazione nel muscolo.

Tutte e tre le calsarcine interagiscono direttamente con la teletonina (Frey et al., 2000; Takada et al., 2001). La teletonina serve come collegamento tra i dischi-Z sarcomerici e il sistema dei tubuli-T che accoppia eccitazione con contrazione mediante regolazione dell‟influsso di ioni nella cellula.

Riassumendo, la teletonina sembra essere un‟importante proteina adattatrice nei dischi-Z poiché collega insieme e regola gli elementi strutturali, i canali ionici e i pathway di segnale coinvolti nella crescita e nel differenziamento dei mioblasti.

Il meccanismo patologico che s‟innesca in seguito a perdita di teletonina è tuttora oggetto di studi ma poiché i muscoli malati sembrano preservare l‟integrità dei sarcomeri, è possibile che l‟associazione della teletonina con i canali ionici e/o con i pathway di segnale piuttosto che le sue funzioni strutturali, siano alla base dell‟insorgenza delle teletoninopatie.