脊髄筋萎縮におけるヒト骨格筋線維におけるIバンドおよびMバンドからのSMNの誤局在化は、サルコメアの一次構造変化と関連している

Mislocalization of SMN from the I-band and M-band in human skeletal myofibers in spinal muscular atrophy associates with primary structural alterations of the sarcomere.

• María T Berciano
• María S Castillo-Iglesias
• J Fernando Val-Bernal
• Vanesa Lafarga
• José C Rodriguez-Rey
• Miguel Lafarga
• Olga Tapia

抄録

脊髄筋萎縮症（SMA）は、生存運動ニューロン1（SMN1）遺伝子の欠失または変異によって引き起こされる。SMNのレベルが低下すると、運動ニューロンの変性と筋萎縮を引き起こします。SMNタンパク質は、細胞質やカジャール小体に局在する。さらに、ショウジョウバエやマウスの筋原線維では、SMNはZディスクに局在するサルコメリックタンパク質である。SMNは、スプライソソーム小核リボ核タンパク質の生合成など複数の機能に関与しているが、サルコメアでの役割は不明である。本研究では、ヒトの対照サルコメアとI型SMA骨格筋線維におけるSMNのサルコメア構造を解析した。その結果、ヒトのSMNはチチン陽性のMバンドとアクチン陽性のIバンドに局在し、Zディスクを挟んでSMN陽性の顆粒に局在していることが明らかになった。共免疫沈降法により、SMNはアクチン、α-アクチニン、チチン、プロフィリン2と相互作用していることが明らかになった。I型SMA筋では、SMNのレベルが低下し、萎縮した（変性した）筋線維と肥大した（変性していない）筋線維が共存していた。SMN欠乏の主要標的となりうる肥大した筋線維は、アクチン細胞骨格の局所的またはセグメント的な変化を示し、SMN免疫染色パターンが変化していた。さらに、SMNは肥大化した筋線維の過収縮ミニサルコメアのZディスクに再局在していた。このことから、SMNはサルコメアの分子構成要素に統合的な役割を果たしている可能性が示唆された。その結果、SMNのレベルが低いと正常なサルコメア構造に影響を与え、結果としてSMA筋に見られる筋原線維の破壊を引き起こす可能性がある。この主な影響は、神経変性によって生じる神経原性ミオパシーとは独立しており、SMAミオパシーの病態生理に寄与している可能性がある。

Spinal muscular atrophy (SMA) is caused by a deletion or mutation of the survival motor neuron 1 (SMN1) gene. Reduced SMN levels lead to motor neuron degeneration and muscular atrophy. SMN protein localizes to the cytoplasm and Cajal bodies. Moreover, in myofibrils from Drosophila and mice, SMN is a sarcomeric protein localized to the Z-disc. Although SMN participates in multiple functions, including the biogenesis of spliceosomal small nuclear ribonucleoproteins, its role in the sarcomere is unclear. Here, we analyzed the sarcomeric organization of SMN in human control and type I SMA skeletal myofibers. In control sarcomeres, we demonstrate that human SMN is localized to the titin-positive M-band and actin-positive I-band, and to SMN-positive granules that flanked the Z-discs. Co-immunoprecipitation assays revealed that SMN interacts with the sarcomeric protein actin, α-actinin, titin, and profilin2. In the type I SMA muscle, SMN levels were reduced, and atrophic (denervated) and hypertrophic (nondenervated) myofibers coexisted. The hypertrophied myofibers, which are potential primary targets of SMN deficiency, exhibited sites of focal or segmental alterations of the actin cytoskeleton, where the SMN immunostaining pattern was altered. Moreover, SMN was relocalized to the Z-disc in overcontracted minisarcomeres from hypertrophic myofibers. We propose that SMN could have an integrating role in the molecular components of the sarcomere. Consequently, low SMN levels might impact the normal sarcomeric architecture, resulting in the disruption of myofibrils found in SMA muscle. This primary effect might be independent of the neurogenic myopathy produced by denervation and contribute to pathophysiology of the SMA myopathy.