SPEG基因,即striated muscle preferentially expressed protein kinase(骨骼肌优先表达的蛋白激酶),属于肌球蛋白轻链激酶蛋白家族成员。SPEG基因编码的蛋白在肌肉发育、功能和疾病中发挥关键作用。该基因的突变与多种肌肉疾病相关,包括中心核肌病(CNM)和心肌病。CNM是一种遗传性肌肉疾病,其特征是肌肉无力、肌肉活检中中心核增加和以I型纤维为主。SPEG基因突变导致CNM的病例中,患者表现出新生儿肌张力减退、肌肉无力、运动发育迟缓、眼肌麻痹等症状,而未见扩张型心肌病[1]。
SPEG基因在肌肉中的功能涉及多个方面。首先,SPEG蛋白在心肌细胞中维持心脏功能,参与稳定兴奋-收缩偶联(ECC)复合物的稳定性,并与酯酶D(Esd)、心肌病相关蛋白5(Cmya5)、纤连蛋白III型结构域和SPRY结构域包含蛋白2(Fsd2)相互作用,这些相互作用有助于维持心肌细胞的功能[2]。此外,SPEG蛋白还与中间丝蛋白结蛋白相互作用,其缺失导致结蛋白聚集和三联体和局灶粘附复合物的缺陷,这与MTM1缺陷病中的病理特征相似[4]。
在骨骼肌中,SPEG基因的缺失导致肌肉无力、萎缩,以及三联体结构的异常和钙处理缺陷[5]。SPEG蛋白在骨骼肌中的作用涉及三联体的发育和维护,以及兴奋-收缩偶联。SPEG缺失导致三联体蛋白RyR1和tradin表达减少,而DHPRα1、SERCA1和tradin在Speg-KO肌纤维中异常积累。此外,Speg-KO肌肉表现出内部化的vinculin和β1整合素,这些是局灶粘附复合物的重要成分[4]。
在心肌细胞中,SPEG基因的缺失导致线粒体功能障碍和能量代谢异常。SPEG缺失导致心肌细胞中NCLX表达减少、线粒体DNA含量降低、线粒体嵴异常、ATP产生减少、线粒体超氧化物水平升高和线粒体膜电位去极化[3]。此外,SPEG蛋白与线粒体发育的关键介质PGC-1α相互作用,并通过磷酸化PGC-1α促进其核转位,从而恢复ATP产生[3]。
综上所述,SPEG基因在肌肉发育、功能和疾病中发挥重要作用。SPEG基因的突变导致CNM和心肌病,其功能涉及三联体的发育和维护、兴奋-收缩偶联、线粒体功能和能量代谢。SPEG蛋白与多种蛋白质相互作用,包括酯酶D、心肌病相关蛋白5、纤连蛋白III型结构域和SPRY结构域包含蛋白2、结蛋白和PGC-1α。进一步研究SPEG的分子机制和功能将为开发针对CNM和心肌病的治疗方法提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Yildirim, Mirac, Balasar, Ozgur, Kose, Engin, Dogan, Melih Timucin. . Mild congenital myopathy due to a novel variation in SPEG gene. In Intractable & rare diseases research, 10, 220-222. doi:10.5582/irdr.2021.01034. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34466346/
2. Lee, Chang Seok, Jung, Sung Yun, Yee, Rachel Sue Zhen, Rodney, George G, Hamilton, Susan L. 2023. Speg interactions that regulate the stability of excitation-contraction coupling protein complexes in triads and dyads. In Communications biology, 6, 942. doi:10.1038/s42003-023-05330-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37709832/
3. Li, Gu, Huang, He, Wu, Yanshuang, Liu, Xiaoli, Perrella, Mark A. 2023. Striated preferentially expressed gene deficiency leads to mitochondrial dysfunction in developing cardiomyocytes. In Basic research in cardiology, 119, 151-168. doi:10.1007/s00395-023-01029-7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38145999/
4. Luo, Shiyu, Li, Qifei, Lin, Jasmine, Kazerounian, Shideh, Agrawal, Pankaj B. . SPEG binds with desmin and its deficiency causes defects in triad and focal adhesion proteins. In Human molecular genetics, 29, 3882-3891. doi:10.1093/hmg/ddaa276. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33355670/
5. Huntoon, Virginia, Widrick, Jeffrey J, Sanchez, Colline, Jacquemond, Vincent, Agrawal, Pankaj B. . SPEG-deficient skeletal muscles exhibit abnormal triad and defective calcium handling. In Human molecular genetics, 27, 1608-1617. doi:10.1093/hmg/ddy068. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29474540/