BIOCHIMICA del MUSCOLO

TESSUTO MUSCOLARE

• 40% massa corporea permette sia i movimenti del corpo nell’insieme che quelli di singole parti.

• Principale tessuto utilizzatore di ATP

• Fonte energetica prevalente: acidi grassi liberi (tx adiposo), utilizza anche scorte di glicogeno e corpi chetonici.

• Contrazione muscolare dipendente dalla presenza di proteine contrattili tra le quali ACTINA e MIOSINA e di proteine strutturali, ATP e Ca2+.

MUSCOLO STRIATO

SCHELETRICO: muscolo

volontario dipende dal

sistema nervoso. Presenta

striature trasversali chiare

e scure: BANDE.

MUSCOLO STRIATO

CARDIACO: simile

scheletrico presenza di

bande, contrattilità ritmica

ed automatica, indipendente

da volontà.

MUSCOLO LISCIO:

muscolo involontario.

Non mostra striature

trasversali.

Cellule muscolari dette MIOCITI: hanno caratteristiche

diverse e determinano tessuti diversi

Cellule cilindriche, grosse

polinucleate. nuclei periferici.

Sincizio vero (polinucleato)

Cilindriche, un solo nucleo.

Sincizio funzionale

(connessioni via canali ionici)

Cellule fusiformi

mononucleate

IL TESSUTO MUSCOLO SCHELETRICO

MIOCITI organizzati in fasci di

cellule polinucleate:

CITOSOL dei miociti, ricco di

mitocondri, è occupato da

fasci di miofilamenti:

PROTEINE MIOFIBRILLARI

CONTRATTILI

organizzate in MIOFIBRILLE

avvolte da reticolo

endoplasmatico

(cisterne sarcoplasmatiche)

SARCOMERO: UNITÀ

CONTRATTILE

ORGANIZZATA,

ORDINATA, RIPETITIVA =

proteine contrattili e

strutturali

Muscolo fatto di fibre

Fibre fatte di

miofibrille

Miofibrille fatte

di miofilamenti

SARCOMERO

STRUTTURA DELLA MIOFIBRILLA

SARCOMERO = spazio tra due linee Z

FILAMENTI SPESSI (MIOSINA) Porzione centrale

circondati da FILAMENTI SOTTILI (ACTINA)

CONTRAZIONE DEL SARCOMERO = SCORRIMENTO

FILAMENTI TRA LORO

SARCOMERO = Unità contrattile

FILAMENTI SPESSI

(MIOSINA)

FILAMENTI SOTTILI

(ACTINA)

Filamenti spessi: componente filamentosa + teste globulari

TESTE strutture ad α elica + foglietto β, sporgono lateralmente,

PORZIONE FILAMENTOSA porzione centrale del filamento

MIOSINA

FILAMENTI

SPESSI

sarcomero

b)

Filamenti sottili: subunità monomeriche globulari di actina (G-actina)

organizzate in polimeri filamentosi avvolti a spirale (F-actina)

+

TROPOMIOSINA proteina fibrosa, occupa spazio libero attorno alle catene di

actina, funzione stabilizzante

+

TROPONINA 3 subunità con diversa funzione:Tn-T (tropomiosina), Tn-I (actina)

Tn-C (calcio)

ACTINA

FILAMENTI SOTTILI

sarcomero

TITINA: ancora

filamento

spesso alla

linea Z: se

sarcomero è

contratto si

accorcia, se è

allungato si

distende

NEBULINA:

distanzia filamento

spesso dal sottile CAP Z: distanzia i

filamenti a ridosso

della linea Z

MIOMESINA:

compatta il filamento

spesso legando

molecole al centro

ALTRE PROTEINE

CONTRAZIONE MUSCOLAREACCORCIAMENTO SARCOMERI

I filamenti sottili di actina, ancorati alla linea Z da proteine, scivolano sui

filamenti spessi di miosinasarcomero si accorcia

Tutti i sarcomeri si

accorciano

contemporaneamente

muscolo accorciato.

Meccanismo della contrazione

muscolareEvento durante il quale l’energia

associata all’ ATP viene

convertita in energia meccanica

L’evento è possibile grazie alla

capacità dell’unità contrattile

(sarcomero) di accorciarsi e

ripristinare velocemente le

condizioni iniziali

E’ un meccanismo associato ad

uno stimolo NEUROCHIMICO

CONTRAZIONE MUSCOLARE

A RIPOSO (Ca2+ =10-7mol)

Testa miosina lega ADP.

Sito attivo actina occupato da

TROPOMIOSINA no

interazione actina/miosina

CONTRAZIONE

stimolo nervoso aumenta

Ca2+=10-6 mol TROPONINA C

lega Ca2+ cambia forma e si

stacca la tropomiosina si

sposta scopre sito attivo

actina

Teste della miosina attività

ATPasica Ca2+ dipendente:

TROPONINA CACTINA LIBERA

TESTA

MIOSINA

TROPONINA: complesso proteico tipica tessuto muscolare specifica tre subunità

troponina I lega la F-actina, troponinba C lega Ca2+ e troponina T lega la

tropomiosina

+Ca2+ sito attivo actina

scoperto miosina vi si lega

rilascio di ADP +Pi

Le teste di miosina si piegano

e tirano il filamento di actina:

POWER STROKE o COLPO DI

FRUSTA CONTRAZIONE

fino a 10nm

1) diminuzione di Ca2+

2) l’attività ATPasica della

miosina le permette, una volta

lgara di idrolizzare ATP

eventi fondamentali per

distacco miosina e ripristino

posizione di partenza.

CONTRAZIONE

MUSCOLARE

RIGOR MORTIS: dopo la morte il tessuto muscolare rimane rigido perché manca l'ATP equindi le teste della miosina non possono staccarsi dai filamenti sottili contrazione.

X

X

Ca2+: Contenuto all'interno del

RETICOLO SARCOPLASMATICO

Organizzato in cisterne che si

uniscono e originano il tubulo T

o trasverso

CALCIO e contrazione

Motoneuroni impulso nervoso

rilascio mediatore chimico, Ach

(L)

interazione L-R

onda di depolarizzazione su

tubuli T cisterne reticolo

sarcoplasmatico apertura canali

Ca++ che esce nel sarcoplasma.

Ogni fibra muscolare è innervata a

tutte arriva il comando di apertura

canali calcio.

APERTURA DEI CANALI DEL

CALCIO

Calcio e contrazione• Stimolo nervoso apertura dei canali del calcio:

• canali aperti: contrazione

• canali chiusi: riposo.

• Una pompa calcio dipendente sposta calcio dal citoplasma all'interno dal

reticolo sarcoplasmatico (usa energia liberata dall' idrolisi dell'ATP)

DISTROFINA Proteina del citoscheletro a forma bastoncellare, localizzata sul versante

citoplasmatico della membrana plasmatica.

appartiene alla famiglia delle SPECTRINE

Contribuisce all’ ancoraggio dell’actina alla membrana basale attraverso il

complesso proteico di membrana associato alla distrofina (DAPC;dystrophin-

associated protein complex), detto anche DGC (complesso distrofina glicoproteine)

Il complesso stabilizza il

sarcolemma e proteggere le fibre

muscolari dai danni indotti dalla

contrazione

La distrofina è espressa nel

tessuto muscolare (scheletrico,

cardiaco e liscio), nei neuroni e

nelle cellule gliali del SNC e del

SNP

1) il complesso del distroglicano:

(molecola di adesione, più subunità,)

collega il citoscheletro alla matrice

extracellulare.

2) il complesso sarcoglicano-

sarcospan: (4 glicoproteine di

membrana) possibile ruolo nella

trasduzione del segnale intracellulare.

3) il complesso delle sintrofine e

distrobrevine: la prima prevalente

nelle cellule gliali, la seconda nei

neuroni ippocampali.

4) il complesso della distrofina

COMPLESSO PROTEICO ASSOCIATO ALLA

DISTROFINA (DAPC)Il DAPC può essere suddiviso in più sub-complessi:

• Actin binding domain; dominio N-terminale, 240 aa, contiene diversi siti di

legame per l’actina.

• Rod Domain: 24 unità ripetute, ognuna di 109 aa, struttura ad -elica

responsabili dell’aspetto a bastoncello, comprende 4 regioni cerniera, che

conferiscono flessibilità.

• Cysteine-rich domain: interagisce con metalloproteasi presenti sulla

membrana plasmatica, importanti per il mantenimento della forma e della

struttura cellulare.

• Carboxy-terminal domain; C-terminale 420 aa, struttura ad -elica chiamata

regione CC (coiled coil) responsabile del legame con distrobrevina e sintrofina

.

STRUTTURA DELLA DISTROFINA

1) hanno tutte in comune il dominio C-terminale

2) contengono i siti di legame per la maggior parte delle proteine associate

alla distrofina

3) Si suppone che tali isoforme siano coinvolte nella stabilizzazione e

funzione dei complessi proteici dystrophin-like non muscolari.

ISOFORME DI DISTROFINA

• Ruolo strutturale:

La distrofina funge da ponte tra l’apparato contrattile intracellulare e la

matrice extra-cellulare, soprattutto a livello delle regioni miotendinee,

sottoposte a forte stress meccanico durante la contrazione muscolare.

In assenza di distrofina, diminuiscono anche tutte le proteine del

complesso; rendendo la membrana più suscettibile a rotture durante

l’attività contrattile.

• Ruolo nell’ aggregazione dei canali:

La distrofina organizza il citoscheletro, che a sua volta è responsabile

dell’aggregazione dei canali ionici e dei recettori per i neurotrasmettitori

RUOLO DELLA DISTROFINA

• Aumento permeabilità di membrana (ONCOSI cellulare)

• Alterata omeostasi del calcio sofferenza delle fibre muscolari

• Aumento stress ossidativo, ROS

• Alterazioni dei segnali di sopravvivenza cellulare

• Apoptosi (attivazione della via apoptotica mitocondriale)

• Diminuzione della “trasmissione laterale di forza”

MUTAZIONI nei componenti del DAPC (DGC)

LATERAL FORCE TRANSMISSION

NH2

CYSROD

H1

H2

H4

H3

8 10 17 30 40 50 64 67 79

COOH

GENE DMD e DISTROFINA

Lungo più di 3000 kb, pari a circa 1,5 %dell’intero cromosoma X

Costituito da 79 esoni produce un trascritto primario full-lenght di 14.3

Almeno 7 trascritti diversi, generati da almeno 8 diversi promotori spesso

tessuto-specifici;

L’espressione del trascritto full-lenght è controllata da 3 promotori regolati in

modo indipendente per brain (B), muscle (M) e Purkinje (P).

Promotore B espressione primariamente nei neuroni corticali e nell’ippocampo,

Promotore P espresso nelle cellule cerebellari del Purkinje e muscolo

scheletrico.

Promotore M espresso ad alti livelli nel muscolo scheletrico, cardiomiociti , a

bassi livelli nelle cellule gliali nel cervello

Altri4 promotori interni portano alla produzione di un trascritto più corto,

codificante isoforme della distrofina tronche.

Tali promotori interni sono:

retinal (R), brain-3 (B3), Schwann cell (S), e general (G).

GENE DMD e DISTROFINA

ISOFORME DELLA DISTROFINA

retina

Cys COOHNDp260

30

Dp140

Sistema nervoso centrale (SNC)

Cys COOH

45

Nervi periferici

Cys COOHN Dp116

56

Tessuti non muscolari

Cys COOHN Dp71

63

linfoblasti

Esoni: 1L

Cys COOHNH2L-Dys

Corteccia cerebrale

muscolo

Cell. di Purkinje

Cys COOHNH2 Dp427

1B 1M 1P 2

DISTROFIA di DUCHENNE• Prototipo delle distrofie muscolari. Tra le prime distrofie

muscolari descritte nel 1852.

• Più comune malattia fatale legata al cromosoma X.

• Incidenza: 1:3500 neonati maschi.

• Alterazione del gene per la distrofina: la distrofina è

assente

• Soggetti affetti: nel 65% dei casi si sono osservate

delezioni o duplicazioni.

• La mancanza totale di tale proteina provoca la morte

progressiva degli elementi muscolari.

Distrofina/DMD (Duchenne Muscular Dystrophy)

Il gene DMD è localizzato sulla banda Xp 21 del cromosoma X.

Le mutazioni sul gene sono.96% mutazioni frameshift, 30%

nuove mutazioni, 10-20% delle nuove avvengono nei gameociti

QUADRO CLINICO• Esordio tra i 3 e 5 anni. Disabilità entro i 10-12 anni

• Ingrossamento muscolare soprattutto dei muscoli del

polpaccio (PSEUDOIPERTROFIA).

• Deficit di forza più marcato nei DISTRETTI PROSSIMALI.

(Pelvi e cingolo scapolare).

• Difficoltà a stare seduto.

• Interessamento cardiaco (FIBROSI CARDIACA)

• Coinvolgimento muscoli lisci del tratto gastroenterico (vomito

episodico, dolore addominale e distensione gastrica)

• QI al di sotto della media normale +/- 75.

• La maggioranza dei pz muore di complicanze

dell’insufficienza respiratoria entro i 20 anni.

MUSCOLO NORMALE,

sezione trasversale

MUSCOLO DUCHENNE

Aree di degenerazione,

rigenerazione e sostituzione

fibro-adiposa

Immunofluorescenza

di sezioni di muscolo

sano o Duchenne,

colorate con anticorpo

che riconosce la

distrofina.

Complesso della DISTROFINA nel SNC

• Alterazione del controllo

inibitorio della

neurotrasmissione

• Alterazione della

permeabilità vascolare BBB

• Alterazione dell’omeostasi

dell’ acqua -AQP4- e del

Potassio