Modulazione della miosina da parte della proteina legante la miosina cardiaca

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 4337 (2022) Citare questo articolo

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La proteina C cardiaca legante la miosina (cMyBP-C) è un importante regolatore della funzione sarcomerica. La ridotta fosforilazione di cMyBP-C è stata collegata a una contrattilità compromessa nei pazienti con insufficienza cardiaca. Qui, abbiamo utilizzato i peptidi cMyBP-C 302A e 302S precedentemente pubblicati, surrogati del sito regolatorio di fosforilazione serina 302, come strumento per determinare gli effetti della modulazione dello stato di defosforilazione di cMyBP-C sulla contrazione e il rilassamento cardiaco nell'insufficienza cardiaca sperimentale (HF ) modelli in vitro. Entrambi i peptidi hanno aumentato la contrattilità delle fibre muscolari papillari isolate da un modello murino che esprime costitutivamente la fosfoablazione di cMyBP-C (cMyBP-CAAA). Il peptide 302A, in particolare, potrebbe anche migliorare il tasso di riqualificazione della forza (ktr) nelle fibre muscolari papillari dei topi cMyBP-CAAA (alanine non fosforilate). Coerentemente con i risultati di cui sopra, entrambi i peptidi hanno aumentato i tassi di ATPasi nelle miofibrille isolate da ratti con infarto miocardico (MI), ma non da ratti fittizi. Inoltre, nel modello murino cMyBP-CAAA, entrambi i peptidi hanno migliorato i tassi di idrolisi dell'ATPasi. Questi cambiamenti non sono stati osservati nei topi non transgenici (NTG) o nei ratti fittizi, indicando gli effetti specifici di questi peptidi nella regolazione dello stato di defosforilazione di cMyBP-C nelle condizioni patologiche di HF. Nel loro insieme, questi studi dimostrano che la modulazione dello stato di defosforilazione di cMyBP-C può essere un approccio terapeutico per migliorare la funzione della miosina, la contrattilità del sarcomero e il rilassamento dopo un evento cardiaco avverso. Pertanto, il targeting di cMyBP-C potrebbe potenzialmente migliorare la prestazione cardiaca complessiva come complemento ai farmaci di cura standard nei pazienti con scompenso cardiaco.

La proteina C legante la miosina cardiaca (cMyBP-C) è una proteina del filamento spesso sarcomerico da 140 kDa che si localizza a intervalli regolari nella zona C del sarcomero per regolare la struttura e la funzione del sarcomero nel cuore1,2. La regolazione di cMyBP-C deriva da tre siti di fosforilazione nel dominio M e dall'interazione della sua regione N-terminale sia con la miosina che con l'actina3,4. Mentre cMyBP-C è altamente fosforilato in condizioni fisiologiche normali, i suoi livelli di fosforilazione diminuiscono negli stati patologici5. Ciò può essere osservato sia in modelli preclinici di insufficienza cardiaca (HF) che, clinicamente, in pazienti con cardiomiopatia ipertrofica (HCM), scompenso cardiaco o fibrillazione atriale6. Nonostante gli evidenti vantaggi derivanti dal prendere di mira cMyBP-C, non è attualmente disponibile alcun farmaco per modificare direttamente cMyBP-C defosforilato per migliorare la funzione cardiaca.

Le proteine ​​cMyBP-C umane e murine hanno tre principali siti di fosforilazione, più di 17 siti in totale7,8. Questi si trovano nel dominio M all'estremità N della molecola e sono tutti assenti nell'isoforma del muscolo scheletrico9. La regione dell'N-terminale si lega al segmento S2 della miosina, vicino al dominio del braccio di leva10,11. Questa interazione può essere regolata dinamicamente dalla fosforilazione/defosforilazione di cMyBP-C. In condizioni fisiologiche, cMyBP-C fosforilato facilita l'attivazione del ciclo dei ponti incrociati, legando i filamenti sarcomerici spessi e sottili12. Tuttavia, quando cMyBP-C defosforila in condizioni patologiche, interagisce fortemente con la miosina, impedendo così la sua interazione che genera forza con l'actina13,14,15. Allo stesso modo, la scissione catalitica della regione N-terminale di cMyBP-C durante l'IM riduce il numero di siti di fosforilazione, portando a una riduzione della contrattilità e della funzione cardiaca16.

Studi precedenti hanno determinato la necessità e l'adeguatezza della fosforilazione di cMyBP-C per la regolazione della normale funzione cardiaca17,18,19,20. Questi studi hanno utilizzato topi transgenici cardio-specifici (TG) che esprimevano cMyBP-C fosfo-ablato nei siti Ser-273-Ala/Ser-282-Ala/Ser-302-Ala (AAA) o cMyBP-C fosfo-mimetico nei siti Ser- 273-Asp/Ser-282-Asp/Ser-302-Asp (DDD) rispetto ai topi di controllo non transgenici (NTG). Pertanto, per indirizzare terapeuticamente cMyBP-C al fine di migliorare la funzione cardiaca dopo un evento cardiaco avverso, abbiamo utilizzato modelli preclinici, come riportato in letteratura. Nel primo modello, tutti e tre i siti di fosforilazione della serina (273, 282 e 302) erano mutati in alanine non fosforilabili (AAA)18. In un altro modello, sono stati mutati in acidi aspartici fosfo-mimetici (DDD)19 per imitare lo stato fisiologico del cuore. La sostituzione di AAA ha comportato una funzione cardiaca depressa in modo tale che la proteina non è riuscita a salvare il fenotipo nullo di cMyBP-C18, mentre la sostituzione DDD è stata in grado di salvare il fenotipo nullo di cMyBP-C19. Il topo transgenico espresso cMyBP-C wild-type è servito come controllo NTG.