Structure of the Elastin-Contractile Units in the Thoracic Aorta and How Genes That Cause Thoracic Aortic Aneurysms and Dissections Disrupt This Structure

The medial layer of the aorta confers elasticity and strength to the aortic wall and is composed of alternating layers of smooth muscle cells (SMCs) and elastic fibres. The SMC elastin-contractile unit is a structural unit that links the elastin fibres to the SMCs and is characterized by the following: (1) layers of elastin fibres that are surrounded by microfibrils; (2) microfibrils that bind to the integrin receptors in focal adhesions on the cell surface of the SMCs; and (3) SMC contractile filaments that are linked to the focal adhesions on the inner side of the membrane. The genes that are altered to cause thoracic aortic aneurysms and aortic dissections encode proteins involved in the structure or function of the SMC elastin-contractile unit. Included in this gene list are the genes encoding protein that are structural components of elastin fibres and microfibrils, FBN1, MFAP5, ELN, and FBLN4. Also included are genes that encode structural proteins in the SMC contractile unit, including ACTA2, which encodes SMC-specific α-actin and MYH11, which encodes SMC-specific myosin heavy chain, along with MYLK and PRKG1, which encode kinases that control SMC contraction. Finally, mutations in the gene encoding the protein linking integrin receptors to the contractile filaments, FLNA, also predispose to thoracic aortic disease. Thus, these data suggest that functional SMC elastin-contractile units are important for maintaining the structural integrity of the aorta.

RésuméLa tunique moyenne de l’aorte qui confère l’élasticité et la force à la paroi aortique est composée de couches alternantes de cellules musculaires lisses (CML) et de fibres élastiques. L’unité contractile-élastine CML qui est une unité structurale liant les fibres d’élastine aux CML est caractérisée par ce qui suit : 1) les couches des fibres d’élastine qui sont entourées de microfibrilles; 2) les microfibrilles qui se lient aux récepteurs de l’intégrine dans les adhérences focales de la surface des CML; 3) les filaments contractiles des CML qui sont liés aux adhérences focales de la face interne de la membrane. Les gènes qui sont altérés pour causer les anévrismes de l’aorte thoracique et les dissections aortiques encodent les protéines impliquées dans la structure ou le fonctionnement de l’unité contractile-élastine CML. Les gènes qui sont inclus dans cette liste sont les gènes encodant les protéines qui sont les composantes structurales des fibres d’élastine et des microfibrilles, le gène FBN1, le gène MFAP5, l’ELN et la FBLN4. Les gènes qui sont également inclus sont les gènes qui encodent les protéines structurales de l’unité contractile des CML, dont le gène ACTA2, qui encode l’actine α des CML et le gène MYH11, qui encode la chaîne lourde de la myosine des CML, ainsi que les gènes MYLK et PRKG1, qui encodent les kinases régulant la contraction des CML. Finalement, les mutations du gène encodant la protéine qui lie les récepteurs de l’intégrine aux filaments contractiles, le FLNA, prédisposent également aux maladies de l’aorte thoracique. Par conséquent, les présentes données suggèrent que les unités contractiles-élastine CML fonctionnelles sont importantes pour maintenir l’intégrité structurale de l’aorte.