Sarcospane

Sarcospane2017-06-11T14:27:05+00:00

Introduction

Si avec la découverte  des Sarcoglycanes au nombre total de 6 actuellement qui sont toutes des glycoprotéines situées au sein du Sarcolemme, dont l’identification date de 1989 avec les  travaux pionniers du groupe de Campbell, il y eu une première classification de ces protéines selon leur poids moléculaire apparent fut  de A0 à A5 avec comme particulier une protéine de 24-25 kDa (A5) qui restait une énigme. Ainsi à côté du complexe des Sarcoglycane à la membrane du muscle cette petite protéine va être bien identifiée en 1997. Son originalité réside dans sa structure qui va se révélée constituée par une suite de 4 domaines transmembranaires ce qui va en faire  un nouveau candidat de la  famille des tétraspanines et laisse supposer des fonctions de transduction du signal et donc un rôle plutôt modérateur et/ou régulateur et non mécanique dans l’agencement et la relation qu’il a étroitement avec le complexe des Sarcoglycanes. Cette nouvelle protéine de 25 kDa fut alors nommée le Sarcospane en référence à ces multiples séquences transmembranaires au travers du sarcolemme

 

Le Sarcospane

 

Séqeunces du SarcospaneLes séquences correspondants au Sarcospane, dont le sigle adopté actuellement est SSPN, sont résumées dans le tableau suivant avec pour plus de détails le lien SwissProt suivant : Q14714. À sa découverte (1997), c’était la seule protéine de la famille des tétraspanines qui figurait dans le complexe des protéines associées à la Dystrophine.  Cependant les tétraspanines en plus des 4 séquences transmembranaires ( TM4 ) possèdent deux boucles extracellulaires et 3 domaines cytoplasmiques incluant les domaines N- et C-terminaux. Notons cependant en 2006 la découverte d’une forme plus courte que la Sarcospane, le Microspane qui ne va posséder que les 2 premières séquences transmembranaires, et le constat de son absence secondaire dans le cas de la déficience primaire en Delta-Sarcoglycane.

Portrait robot du SarcospaneLe Sarcospane est une protéine très hydrophobe dont les extrémités N- et C-terminales sont situées dans le cytoplasme de la fibre musculaire. La stabilité membranaire de le Sarcospane nécessite la présence du complexe des Sarcoglycanes. Son arrangement général est présenté sous forme d’un portrait-robot comme cela est illustré dans le schéma ci-contre. On va rapidement identifier 4 séquences transmembranaires d’environ une vingtaine de résidus hydrophobiques, et la présence d’un seul pont dissulfure (C163-C165).

Ancrges membranaires sarcospane et MicrospaneLe Sarcospane de 25 kDa existe dans de nombreux tissus mais un transcrit plus court dont l’expression est ubiquitaire dans différents tissus (muscles striés, thymus, prostate, testicule, ovaire, intestin, rate) mais semble absent du cerveau. Divers travaux démontrent son absence dans le  nerf périphérique.  L’arrangement spatial comparatif de ces formes courtes et longues du Sarcospane et du Microspane respectivement a été rapporté dans des études en références et en particulier les boucles extra cytoplasmiques (petite et large)  de ces protéines est illustrée dans le schéma comparatif présenté ci-contre en référence avec le travail sur  le Microspane. Sur ce schéma différentes couleurs sont indiquées pour de petites portions de la séquence de ces protéines et correspondent à chaque segment exonique dont elles sont issues. (voir détails dans l’article indiqué plus haut).

Relation de stabilité membranaire entre Sarcoglycanes et Dystroglycanes via le SarcospaneLes tétraspanines sont généralement impliquées dans la transduction du signal  via les Intégrines . Dans le muscle squelettique on connait plus particulièrement  la tétraspanine CD151 et son interaction avec l Intégrine alpha7- bêta 1 qui est une Intégrine spécifique du muscle squelettique et du muscle cardiaque. Il est par ailleurs démontré que le complexe Sarcospane–Sarcoglycanes est indépendant du complexe Dystrophine-protéines associées  dans la rétine . Pour autant, la stabilité du Sarcospane est liée à l’intégrité du complexe des Sarcoglycanes  à la périphérie de la fibre musculaire, et les relations entre  la stabilité du sub-complexe impliquant Sarcoglycanes et Sarcospane  est abordée dans ce travail versus la stabilité du complexe réalisé par les Dystroglycanes. Une illustration permet de mieux visualiser l’arrangement respectif de ces 2 ensembles au niveau de la membrane musculaire comme cela est représenté dans le schéma ci-contre directement issu du travail en référence.

La rupture du complexe Sarcospane-Sarcoglycane est impliquée dans la stabilisation de la membrane des  muscles lisses vasculaires . Parmi les dystrophies musculaires il a été suspecté que des mutations associées au chromosome 12 (12p11.2 – q12) et qui impliquaient le déficit en Sarcospane pouvait être associées au trouble du mouvement oculaire référencé  CFEOM1 (soit : Congenital fibrosis of the extraocular muscles type 1). Cependant de tels patients ne présentèrent aucune mutation au niveau du gène codant pour le Sarcospane.

Interactions impliquant le SarcospaneD’autre part il existe une relation entre le déficit en Sarcospane dans les cellules gliales et l’hypoxie comme le résume un graphique dans l’article suivant où il est démontré que le Sarcospane régulerait directement ou indirectement le taux de ROS  (espèce réactive d’oxygène, également référencé comme Le terme « radical libre ») dans la cellule. Ainsi le Sarcospane serait au centre d’un réseau impliquant direse voies de signalisation comme cela est schématiquement représenté ci-contre dans une illustration directement issue de l’article cité plus haut.

 

Un récent travail de recherche rapporte que le Sarcospane serait trouvée avec un taux de présence réduit dans les cas de dystrophie musculaire congénitale de type  FUKUYAMA. Par le biais de la génération d’un animal transgénique  pour le Sarcospane , il a été déduit que la présence du Sarcospane était essentielle à la stabilité Dystrophine et protéines associées et qu’elle avait un rôle dans le lien mécanique réalisé par le complexe DAPC Conséquences de la sur expression du Sarcospane(dystrophin associated protein complex). Ainsi une surexpression du Sarcospane conduirait à une totale désorganisation dans la matrice Extracellulaire comme cela est résumé dans un schéma en 5 étapes ou l’on a : 1) une surexpression du Sarcospane qui progressivement conduit à 2) une agrégation des Sarcospanes autour des Sarcoglycanes ce qui déstabilise leurs cohésions puis 3) provoque une déstabilisation de l’assemblage des Dystroglycanes et une faible interaction entre la forme Alpha et la forme Bêta des Dystroglycanes, ce qui 4) désorganise l’assemblage au niveau de la matrice extracellulaire et cela 5) conduira finalement à un assemblage altéré au niveau des relation avec les laminines et le réseau des protéines extracellulaires et donc une perturbation des voies de signalisation cellulaire. Une illustration schématique de ce processus est présentée ci-contre.

De plus en réalisant une  transgénèse du Sarcospane , on observe dans un cas de déficience en Dystrophine une amélioration du phénotype dystrophique et en particulier une meilleure stabilisation membranaire du complexe de compensation : Utrophine-glycoprotéines.

Un récenmodèle schématise l’importance du Sarcospane qui est présent avec une association forte avec l’ alpha-, le bêta-, le gamma- et le Delta-Sarcoglycanes pour former un sub-complexe fonctionnel avec les Sarcoglycanes au sein de la membrane musculaire. Son arrangement tant  intracellulaire qu’extracellulaire permet d’organiser et de concentrer dans la même zone le complexe de ces protéines transmembranaires avec le complexe Dystrophine-Dystroglycanes autour de cette dernière.

En résumé une déficience en Sarcospane se traduit par une perte de la stabilité et de la bonne distribution membranaire de tout le complexe de protéines associées à la Dystrophine avec comme conséquence un déficit du lien mécanique grâce auquel la membrane de la fibre musculaire permet à cette structure de résister aux cycles contraction-relaxation du muscle.

Avancées depuis 2012

 

Comme l’indique en 2012 cette nouvelle approche, le  rôle du Sarcospane  (SSPN)  mis clairement en évidence avec l’étude d’un animal modèle déficient pour cette protéine. On détermine alors que la présence du SSPN stimule l’expression à la surface de la cellule  de l’Utrophine en augmentant les transports de l’Utrophine et du Dystroglycane en provenance des compartiments cellulaires : réticulum endoplasmique / appareil de Golgi. Un tel processus met en jeu la kinase AKT.  Ainsi dans un muscle en régénération il est nécessaire pour observer une bonne expression de l’Utrophine de passer par une voie de signalisation incluant l’axe Sarcospane-AKT-Utrophine.

Relation Sarcospane et intégrine alpha7 bêta1Puis en Juillet 2012 la démonstration est faite  que la protéine, le Sarcospane, est une composante nécessaire à une association avec la Dystrophine et/ou l’Utrophine. De plus la fonction de modulation de la signalisation par le couple Intégrine- Sarcospane  est nécessaire pour la fixation à la matrice extracellulaire et au développement de la force musculaire. Les études faites avec des souris déficientes en Sarcospane permettent de mieux définir l’importance du Sarcospane (voir détails dans l’article indiqué).  Un schéma récapitulatif présenté ci-contre résume cette situation

séquence primaire du Sarcospane et zones ciblesEn 2013, une nouvelle étude fait ainsi état du Sarcospane comme certes une petite protéine associée au complexe formé par la Dystrophine et ses multiples partenaires mais avec un fort potentiel dans le cadre de la maladie de Duchenne. Un schéma récapitulatif de  la séquence primaire du Sarcospane montre l’importance de diverses portions. En dehors de ses 4 portions transmembranaires colorées en bleu, on est capable aujourd’hui de démontrer que les zones N-terminale et C-terminale de 6 acides aminés colorés en vert son nécessaire et donc impliqués dans une association pour former des oligomères avec une autre molécule de Sarcospane. Pr ailleurs  les zones colorées en violet sont requises pour une  interaction avec divers Sarcoglycanes.

Schématisation du sarcospane à la membraneDe plus le pont dissulfure  (C162-C1164) permet d’imposer une conformation rigide de la large boucle située dans la matrice extracellulaire ce qui va favoriser les interactions avec les Sarcoglycanes voisins  tandis que la zone cerclée en rouge représente un domaine important pour la relation avec le Bêta- Dystroglycane qui se trouve également dans le voisinage du Sarcospane. L’ensemble de ces conformations indique bien le rôle important du Sarcospane pour la stabilité entre les Sarcoglycanes et les Dystroglycanes au sein de la membrane. Une illustration, présentée ci-dessous  résume ces particularités sur la représentation spatiale du Sarcospane ancré à la membrane du muscle.

Toujours en 2013, de nouvelles connaissances sur cette protéine de Sarcospane en font une cible potentielle pour aider au renforcement du processus d’adhérence cellulaire. Stimuler l’expression du Sarcospane dans un  bût thérapeutique de remplacement des complexes protéines absents est une piste à envisager dans le cadre du traitement de la dystrophie musculaire.

Illustration de la restauration du DGC par surexpression de SarcospanePuis en 2014, il est définitivement admis que  l’intégration du Sarcospane  nécessite, d’une part l’Utrophine et d’autre part l’ Intégrine α7 pour améliorer la stabilité du complexe d’adhérence cellulaire impliquant la  Laminine dans le cas de la dystrophie musculaire de Duchenne. Ce concept sera réaffirmé en 2015 dans une étude plus détaillée avec de plus large détails, avec non seulement la présence du Sarcospane entre Sarcoglycanes et Dystroglycanes mais également sa relation forte avec l’ Intégrine du muscle et le bénéfice induit de la sur expression du Sarcospane pour favoriser une restauration d’un complexe stable dans un muscle déficient en Dystrophine et donc organisé autour de la protéine ubiquitaire qu’est l’Utrophine. Un schéma récapitulatif provenant de ces études est présenté ci-contre.

Puis en cette fin d’année 2015 dans les cas de cardiomyopathie associée à la déficience en Dystrophine il apparait que le rôle majeur du Sarcospane est à considérer. En effet un traitement via l’ isoprotérénol  (également nommée Isoprénaline voir formule),  et le Sarcospane va réguler la réponse cardiaque à cet agent  Bêta-stimulant et ainsi empêcher que la cardiomyopathie  se développe.  Pour bien établir les avantages d’un tel traitement des souris déficientes en Sarcospane vont être soumise durant 2 semaines à une injection continue d’ Biln cardiaque de la restauration promue par sur expression de Sarcospaneisoprotérénol via une pompe osmotique à raison de (0,8mg/jour). Il apparait alors que le cœur de tels animaux acquiert progressivement un organe plus gros que les animaux sauvages subissant le même traitement. On observe alors que la fibrose est moins développée chez les animaux déficients en Sarcospane. En bilan de cette étude un schéma permet de récapituler simplement les différents évènements observés. Tout d’abord la perte du Sarcospane conduit à une diminution de la présence de la Dystrophine ancrée via les Dystroglycanes à la membrane du muscle cardiaque. Consécutivement on observe plus particulièrement une diminution des Sarcoglycanes de type Delta et gamma, des Dystroglycanes et des Intégrines. Cela va conduire à une perte de Laminine au sein de la matrice extracellulaire. Le traitement avec l ’isoprotérénol va alors favoriser une hypertrophie cardiaque. L’illustration ci-contre présente l’ensemble des processus cités au-dessus qui vont être complétement jugulés par simple sur-expression du Sarcospane, avec comme bilan très net une amélioration de la fonction cardiaque en particulier une hypertrophie maitrisée et une intégrité membranaire retrouvée.

En 2017 une nouvelle analyse présente la protéine Nkx2-5 et le Sarcospane comme des protéines capables  d’interagir génétiquement dans le développement du septum ventriculaire musculaire du cœur. En effet on a déjà observé que l’absence de Sarcospane (= knock-out,  (SspnKO)) ne conduisait pas à des anomalies cardiaques. Mais une telle absence e Sarcospane va augmenter l’incidence de la VSD  musculaire (muscular ventricular septal defects) chez les souris Nkx2-5 +/-. On notera dans e travail la mise en exergue la présence de la glutamine 213 (Q213) qui se trouve relativement bien conservée parmi toutes les espèces tout en étant située dans la partie Cytoplasmique C-terminale de la Sarcospane et susceptible d’une mutation (Q213L).

Dans ce travail original mené en 2017, le Nano-Spane, est identifié comme une nouvelle isoforme épissée variante du Sarcospane. Il  se localise dans le Réticulum Sarcoplasmique dans le muscle squelettique et est absente dans la dystrophie musculaire de la ceinture des membres de type 2F.Un schéma récapitulatif présente comparativement le Sarcospane, le Micro-Sarcospane et le nouveau Nano-Sarcospane.

 

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur Le Sarcospane il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)     Le Sarcospane avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

Protéine : SARCOSPAN; SSPN
Pathologies associées: Pas de mutation décrite à ce jour (2015).