Desmin: Struktura, delovanje in bolezni

Desmin je beljakovina, ki se nahaja kot vmesna nitka v citoskeletu ter v progastih in gladkih mišicah. Njegova vloga je stabilizirati celice in povezati mišične strukture. Genetske spremembe (mutacije), ki povzročajo motnje v sintezi desmina, so povezane z različnimi mišičnimi boleznimi, kot so desminopatija ali kardiomiopatijo.

Kaj je desmin?

Desmin je gradnik citoskeleta iz beljakovin. Beljakovine tudi stabilizirajo fine fibrile mišic in jih najdemo v progastih in gladkih mišicah. Desminovi filamenti spadajo v vmesne filamente (filamenta intermedialia), ki jih biologija deli na pet različnih vrst. Po tej klasifikaciji desmin spada v tip III skupaj z vimentinom, periferinom in glialnimi filamentnimi beljakovinami (GFAP). Ugotovitve študij na živalih kažejo, da bo vimentin morda lahko nadomestil manjkajoči desmin v zgodnjih razvojnih fazah ali pa bo lahko delno prevzel svoje funkcije. Geni, ki kodirajo desmin, se nahajajo v človeškem genomu na drugem kromosomu v odseku 219.99 do 220 Mb. V biologiji so nekoč desmin označevali za okostje zaradi njegove stabilizacijske funkcije v citoskeletu. Znanstveniki Lazarides in Hubbard sta ga prva opisala leta 1976.

Anatomija in zgradba

Kot vsi beljakovin, desmin je sestavljen iz dolgih verig aminokisline. Vsi ti biološki gradniki imajo enako osnovno strukturo in se med seboj razlikujejo le po svojih specifičnih ostankih. Sinteza beljakovin povezuje posameznika aminokisline s peptidnimi vezmi; v tem procesu je zaporedje posameznih gradnikov odvisno od zaporedja, ki ga geni določijo s svojim osnovnim zaporedjem. Desmin je skupaj sestavljen iz 470 aminokisline. Končana peptidna veriga predstavlja primarno strukturo desmina, ki v svoji prostorski obliki postane šele končni protein. Po izdelavi peptidne verige se spontano ali s pomočjo tvorijo nadaljnje vezi encimi. Te obveznice, znane tudi kot vodik vezi, bodisi razporedite verigo v vijačnico (alfa struktura) ali pa jo oblikujte v letak (beta struktura). Desmin je sestavljen iz daljših podolgovatih segmentov in vijačnih tvorb. Poleg te sekundarne strukture protein sprejme bolj zapleteno terciarno strukturo, kar je pomembno tudi za nadaljnjo funkcijo beljakovin. Poleg tega se v nekaterih primerih različne prepognjene aminokislinske verige združijo in tvorijo kvaternarno strukturo, znotraj katere načeloma lahko nastopijo druge biomolekule. Desmin obstaja v sekundarni, terciarni in kvartarni strukturi kot homopolimer: Polimer je struktura, sestavljena iz več makromolekul. V primeru homopolimera, kot je desmin, so ti makromolekuli ali monomeri izključno deli iste vrste. En sam končni desminov filament ima premer 8-11 nm.

Funkcija in vloge

Glavna naloga desmina je krepitev citoskeleta in muskulature, najdemo pa ga tudi v gladkih in progastih mišicah. V biologiji je citoskelet struktura znotraj celic, ki jo sestavljajo beljakovin ter jim daje obliko in stabilnost. Poleg tega citoskelet sodeluje pri prevozu snovi znotraj celice in pri njenem gibanju. Za razliko od kostnega skeleta človeškega telesa citoskelet ne tvori fiksne enote, ampak se lahko prožno prilagodi potrebam celice. Prečno progaste mišice zahtevajo tudi desmin kot povezovalnik med Z-diski in miofibrilami. Z-diski označujejo meje med sosednjima mišičnima segmentoma (sarkomeroma) v progastih mišicah. Na Z-diske so pritrjene nitaste strukture, sestavljene iz kompleksa aktina in tropomiozina. Med krčenjem se ta vlakna in filamenti miozina potiskajo drug v drugega in začasno skrajšajo celotno tkivo. Gladka mišica ima drugačno strukturo kot progaste mišice: vlakna v njej ne tvorijo jasno začrtanih filamentov in snopov z jasno vidnim progastim vzorcem v prerezu, vendar so na prvi pogled videti gladka in nestrukturirana. Kljub temu krčenje poteka v veliki meri na podoben način.Desmin skupaj z aktinskimi filamenti gladkih mišic brez mišic opravlja tudi stabilizacijsko funkcijo v mišičnem tkivu z ustvarjanjem krepitvenih vezi v tako imenovanih kompaktnih conah.

Bolezni

Več mišičnih bolezni je povezanih z genetskimi spremembami (mutacijami), ki vplivajo na gene desminov. Pri ljudeh se ti nahajajo v drugem kromosomu. Tudi če je taka bolezen prirojena, se ji ni treba takoj pokazati v vidnih simptomih. Mutacije Desmina v mnogih primerih vodi do mišičnih distrofij, za katero je značilno postopno poslabšanje mišičnega tkiva. Videz distrofij je zelo raznolik. Bolj specifična klinična slika je desminopatija. To je redka dedna bolezen, ki vodi do postopnega oslabelosti mišic in običajno ne povzroča simptomov do zrele dobe. Pri desminopatiji okvare v proizvodnji desmina v telesu vplivajo tako na citoskelet mišičnih celic kot na Z-diske. Poleg tega so z mutacijami desmin povezane kardiomiopatijo, ki se lahko pojavi tudi kot del desminopatije. Kardiomiopatija se kaže kot funkcionalne težave s srcem in ni vedno posledica motenj v sintezi desmina; namesto tega je mogoče upoštevati različne možne vzroke. Tipični znaki bolezni vključujejo srce odpoved, aritmije, sinkopa, angina pectoris in embolija. Poleg tega je zaznavanje desmina protitelesa pomaga zdravnikom razlikovati med različnimi tumorji - na primer rabdomiosarkomi (maligni tumorji v mehkih tkivih z visoko stopnjo umrljivosti) in leiomiosarkomi (maligni tumorji v gladkih mišicah).