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肌管素和 PtdIns3P 重塑体内肌肉中的肌浆网。

Myotubularin and PtdIns3P remodel the sarcoplasmic reticulum in muscle in vivo.

机构信息

Department of Translational Medicine, Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC), INSERM U964, CNRS UMR7104, Université de Strasbourg, Collège de France, 67404 Illkirch, France.

出版信息

J Cell Sci. 2013 Apr 15;126(Pt 8):1806-19. doi: 10.1242/jcs.118505. Epub 2013 Feb 26.

Abstract

The sarcoplasmic reticulum (SR) is a specialized form of endoplasmic reticulum (ER) in skeletal muscle and is essential for calcium homeostasis. The mechanisms involved in SR remodeling and maintenance of SR subdomains are elusive. In this study, we identified myotubularin (MTM1), a phosphoinositide phosphatase mutated in X-linked centronuclear myopathy (XLCNM, or myotubular myopathy), as a key regulator of phosphatidylinositol 3-monophosphate (PtdIns3P) levels at the SR. MTM1 is predominantly located at the SR cisternae of the muscle triads, and Mtm1-deficient mouse muscles and myoblasts from XLCNM patients exhibit abnormal SR/ER networks. In vivo modulation of MTM1 enzymatic activity in skeletal muscle using ectopic expression of wild-type or a dead-phosphatase MTM1 protein leads to differential SR remodeling. Active MTM1 is associated with flat membrane stacks, whereas dead-phosphatase MTM1 mutant promotes highly curved cubic membranes originating from the SR and enriched in PtdIns3P. Overexpression of a tandem FYVE domain with high affinity for PtdIns3P alters the shape of the SR cisternae at the triad. Our findings, supported by the parallel analysis of the Mtm1-null mouse and an in vivo study, reveal a direct function of MTM1 enzymatic activity in SR remodeling and a key role for PtdIns3P in promoting SR membrane curvature in skeletal muscle. We propose that alteration in SR remodeling is a primary cause of X-linked centronuclear myopathy. The tight regulation of PtdIns3P on specific membrane subdomains may be a general mechanism to control membrane curvature.

摘要

肌浆网(SR)是骨骼肌中内质网(ER)的一种特殊形式,对钙稳态至关重要。SR 重塑和 SR 亚区维持的机制尚不清楚。在这项研究中,我们鉴定出肌小管素(MTM1),一种在 X 连锁中轴核肌病(XLCNM,或肌小管肌病)中突变的磷酸肌醇磷酸酶,是 SR 上磷酸肌醇 3-单磷酸(PtdIns3P)水平的关键调节剂。MTM1 主要位于肌三联体的 SR 潴泡中,Mtm1 缺陷型小鼠肌肉和 XLCNM 患者的肌母细胞表现出异常的 SR/ER 网络。在骨骼肌中使用异位表达野生型或失活磷酸酶 MTM1 蛋白对 MTM1 酶活性进行体内调节会导致 SR 重塑的差异。活性 MTM1 与扁平膜堆栈相关,而失活磷酸酶 MTM1 突变体则促进源自 SR 并富含 PtdIns3P 的高度弯曲立方膜。高亲和力结合 PtdIns3P 的串联 FYVE 结构域的过表达会改变三联体处的 SR 潴泡形状。我们的发现得到了 Mtm1 缺失型小鼠的平行分析和体内研究的支持,揭示了 MTM1 酶活性在 SR 重塑中的直接功能以及 PtdIns3P 在促进骨骼肌 SR 膜曲率中的关键作用。我们提出,SR 重塑的改变是 X 连锁中轴核肌病的主要原因。PtdIns3P 对特定膜亚区的紧密调节可能是控制膜曲率的一般机制。

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