Contexte académique

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie génétique grave liée au chromosome X, caractérisée par une atrophie musculaire progressive conduisant à une mortalité prématurée. La cause de la DMD est une mutation du gène codant la dystrophine, une protéine essentielle à la structure musculaire. La dystrophine interagit avec d’autres protéines à la membrane des cellules musculaires pour former le complexe dystrophine-glycoprotéine (DGC), qui relie la matrice extracellulaire (ECM) au cytosquelette. Bien que le DGC soit crucial pour la fonction musculaire, sa structure moléculaire est restée longtemps mal comprise. Cette étude a utilisé la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) pour résoudre la structure native du DGC dans les muscles squelettiques de lapin, fournissant des insights clés sur les mécanismes moléculaires de la DMD.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Shiheng Liu, Tiantian Su, Xian Xia et Z. Hong Zhou, affiliés au département de microbiologie, immunologie et génétique moléculaire de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et à l’Institut des nanosystèmes de Californie. L’article a été publié en ligne le 31 octobre 2024 dans la revue Nature.

Processus de recherche

1. Extraction et purification du DGC

Les chercheurs ont d’abord extrait le DGC à partir des membranes musculaires squelettiques de lapin, en utilisant la digitonine pour solubiliser les protéines membranaires, puis ont enrichi le DGC par affinité avec la lectine WGA. La purification finale a été réalisée par chromatographie d’exclusion de taille (SEC), permettant d’obtenir un échantillon contenant tous les composants essentiels du DGC.

2. Résolution de la structure par cryo-EM

L’échantillon purifié a été analysé par cryo-EM à particules uniques, aboutissant à une structure du DGC à une résolution de 4,3 Å. Les prédictions d’AlphaFold et des expériences biochimiques ont permis de construire un modèle atomique du DGC, avec des sites de glycosylation annotés.

3. Analyse de la configuration moléculaire du DGC

L’étude a révélé la configuration moléculaire complexe du DGC, incluant une structure en hélice β formée par les sarcoglycanes β, γ et δ, ainsi que les interactions entre l’α-sarcoglycane et cette hélice β. De plus, le rôle de la sarcospane dans l’ancrage des sarcoglycanes β dans la membrane a été mis en évidence, ainsi que les interactions entre la dystrophine et l’α-dystrobrévine.

4. Analyse des mutations

Des expériences de mutagenèse guidée par la structure ont permis de valider l’impact de plusieurs mutations ponctuelles associées à la dystrophie musculaire, en particulier celles affectant le domaine WW de la dystrophine, qui affaiblissent son interaction avec l’α-dystrobrévine.

Résultats principaux

1. Structure globale du DGC

L’étude a résolu la structure native du DGC, révélant sa configuration moléculaire complexe. Le DGC est composé de neuf éléments clés, incluant le complexe des sarcoglycanes, la sarcospane, la dystrophine et l’α-dystrobrévine. La structure du DGC peut être divisée en quatre parties : la “tige” et la “tête” extracellulaires, l’“arc” transmembranaire et la “chaîne” cytoplasmique.

2. Structure en hélice β du complexe des sarcoglycanes

Pour la première fois, il a été montré que les sarcoglycanes β, γ et δ forment une triple hélice β, créant une plateforme extracellulaire qui interagit avec l’α-sarcoglycane et la dystrophine. La courbure de cette hélice β pourrait améliorer ses propriétés mécaniques, lui permettant de mieux résister aux forces de cisaillement lors des contractions musculaires.

3. Rôle de la sarcospane

La sarcospane interagit via ses domaines transmembranaires avec les sarcoglycanes β et γ, ancrant le sarcoglycane β au complexe des sarcoglycanes. Il a également été montré que l’interaction de la sarcospane avec l’α-sarcoglycane est indirecte, médiée par le sarcoglycane β.

4. Interaction entre la dystrophine et l’α-dystrobrévine

L’étude a révélé l’interaction entre le domaine WW de la dystrophine et le domaine EF-hand de l’α-dystrobrévine. Des expériences de mutagenèse ont confirmé que les mutations dans le domaine WW affaiblissent cette interaction, contribuant ainsi à la pathologie de la dystrophie musculaire.

Conclusion

Cette étude a résolu la structure native du DGC par cryo-EM, révélant sa configuration moléculaire complexe et éclairant les mécanismes moléculaires de plusieurs mutations associées à la dystrophie musculaire. Ces découvertes fournissent des bases importantes pour comprendre la pathologie de la DMD et ouvrent la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques, telles que la réparation protéique, la régulation à la hausse des gènes compensateurs et la thérapie génique.

Points forts de l’étude

1. Première résolution de la structure native du DGC : Cette étude est la première à résoudre la structure native du DGC par cryo-EM, révélant sa configuration moléculaire complexe.
2. Découverte de la structure en hélice β : Il a été montré pour la première fois que les sarcoglycanes β, γ et δ forment une triple hélice β, créant une plateforme extracellulaire essentielle aux interactions du DGC.
3. Éclaircissement des mécanismes mutationnels : Des expériences de mutagenèse ont validé l’impact de plusieurs mutations ponctuelles, en particulier celles affectant le domaine WW de la dystrophine.
4. Nouvelles perspectives thérapeutiques : Ces découvertes ouvrent la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour la dystrophie musculaire, telles que la réparation protéique et la thérapie génique.

Importance de l’étude

Cette étude fournit des insights cruciaux sur les mécanismes moléculaires de la DMD et offre de nouvelles pistes pour le développement de traitements. En résolvant la structure native du DGC, les chercheurs ont pu mieux comprendre sa fonction, ce qui pourrait guider la conception de médicaments et les approches de thérapie génique à l’avenir.