Desmin je intermediární vláknitý protein nacházející se v blízkosti Z-čáry v sarkomerách . Ve své čisté formě byl získán v roce 1977, gen za něj zodpovědný byl identifikován v roce 1989 a v roce 1996 byla vytvořena první knockout myš s postiženým genem pro desmin [1] . Desmin se vyskytuje pouze u obratlovců. V mnoha organismech však byly nalezeny homologní proteiny . [2] Je to 52 kDa protein, který působí jako podjednotka ve středním vláknu kosterních , hladkých a srdečních svalových tkání. [3]
Funkce desminu byla studována na myších s odstraněnými geny, ale mechanismus, který je základem jeho fungování, musí být teprve dešifrován. Myši bez desminu se vyvíjejí normálně a teprve později se u nich objeví defekty. Možná je to výsledek interakce s jinými proteiny a ne absence samotného desminu. Je zapotřebí více výzkumu o tom, jak je desmin exprimován a jak interaguje s jinými proteiny ve svalové buňce, aby se určila jeho přesná funkce.
Desmin je jedním z prvních proteinových „markerů“ svalových buněk v embryogenezi , protože se nachází v somitových myoblastech . Ačkoli je přítomen v buňce již v raných stádiích vývoje, je exprimován slabě a je exprimován silněji, když se buňka blíží k plné diferenciaci. Po úplném rozvinutí svalové buňky je v ní z proteinů intermediálních filament přítomen pouze desmin. Podobný protein, vimentin , je hojný během embryogeneze, zatímco desmin je hojný po diferenciaci. Na základě toho lze předpokládat, že mezi těmito dvěma proteiny dochází ve vyvíjející se buňce k interakcím. Dokud je desmin přítomen v nízké koncentraci (během diferenciace), může jako desmin působit jiný protein; zjevně k tomu dochází v raných fázích vývoje, ale ne v těch pozdějších. [čtyři]
Desmin ve svalových buňkách spojuje mnoho složek cytoplazmy . Sarkomera je součástí svalové buňky, která se skládá z vláken a motorických proteinů myosinu , což umožňuje buňce kontrakci. Desmin tvoří lešení kolem Z-disku sarkomery a připojuje Z-disk k submembránovému cytoskeletu (cytoplazmatická část membrány svalové buňky). [5] . Spojuje sousední myofibrily připojením Z-disků. [2] Prostřednictvím svého kontaktu se sarkomerou desmin připojuje kontraktilní aparát k buněčnému jádru , mitochondriím a postsynaptickým místům. Tyto kontakty udržují strukturální a mechanickou integritu článku během kontrakce a zároveň pomáhají při přenosu síly a podélném zatížení. [6] Existují důkazy, že desmin může také vázat sarkomery na extracelulární matrix (ECM) prostřednictvím hemidesmozomů , což může být důležité při signalizaci mezi EC a sarkomerami, které mohou regulovat svalovou kontrakci a pohyb.
Konečně, desmin může být důležitý pro mitochondriální funkci. Když desmin nefunguje správně, je narušena distribuce, počet, struktura a funkce mitochondrií. [7] Dokud desmin váže mitochondrie a sarkomery, je možné přenášet informace o kontrakcích a energetických požadavcích , a tím i regulaci úrovně dýchání svalové buňky.
Když je gen zodpovědný za desmin vyřazen, není již schopen správně fungovat. Myši s postiženým genem pro desmin se vyvíjejí normálně a mohou se reprodukovat, ale krátce po narození začnou vykazovat defekty kosterního, hladkého a srdečního svalu; postihuje zejména bránici a srdce. Myši bez desminu jsou slabší a mají menší výdrž než normální myši a svalová vlákna se při kontrakci častěji poškodí (pravděpodobně proto, že desmin je zodpovědný za spojení myofibril a svalových vláken). Myši postrádající desmin mají také zhoršenou mitochondriální funkci.
Myopatie spojená s desminem ( MSD nebo desminopathy ) je typem myofibrilární myopatie a je výsledkem mutace v genu pro desmin, která zabraňuje tvorbě filamentů [2] . Sarkomery se stávají nerovnoměrnými, což vede k nesouladu v práci svalových vláken. Tato mutace také vede ke smrti svalových buněk prostřednictvím apoptózy a nekrózy . Funkce svalových buněk může být narušena, protože agregáty desminu mohou narušit struktury jiných vláken a/nebo poškodit buněčné funkce. [7]
Desminopatie je velmi vzácné onemocnění a dosud s ní bylo diagnostikováno pouze 60 pacientů [7] ; toto číslo však pravděpodobně nebude přesné kvůli chybám v diagnostice. Obvyklými příznaky onemocnění je slabost a atrofie distálních svalů dolních končetin, která se šíří na paže a ruce, dále na trup, krk a obličej. Často pak následuje respirační selhání.
Existují tři hlavní typy dědičnosti tohoto onemocnění: autozomálně dominantní, autozomálně recesivní a de novo. Nejtěžší forma je autozomálně recesivní a má také časný nástup. [7] Obvykle postihuje všechny tři typy svalových tkání a vede k srdečnímu a respiračnímu selhání a také k neprůchodnosti střev. [7] Autosomálně dominantní dědičnost má pozdější nástup a pomalou progresi. Obvykle tento druh postihuje pouze jeden nebo dva typy svalové tkáně [7] . De novo onemocnění nastává, když se objeví nové mutace, které člověk nezdědil od žádného z rodičů. Tato forma má širokou škálu příznaků a liší se v závislosti na mutacích, ke kterým došlo. [7] V současné době neexistuje lék na toto onemocnění, ale je k dispozici léčba, která zmírňuje příznaky.
Tento protein má tři hlavní domény: alfa-helikální jádro, alfa-helikální hlavu a ocas na C-konci. Desmin, stejně jako všechna mezilehlá vlákna, nemá po sestavení žádnou polaritu. Kmenová oblast se skládá z 308 aminokyselin s paralelními alfa-bicoil dimery a třemi místy, kde je tato struktura přerušena. Tyč navazuje na oblast hlavy. 84 aminokyselin obsažených v hlavě s velkým množstvím argininu, serinu a aromatických zbytků hraje důležitou roli při sestavování filament a interdimerní interakci. Ocasní oblast zajišťuje integraci vláken a interakce s jinými proteiny a organelami.
Bylo zjištěno, že Desmin interaguje s desmoplakinem . [osm]