TROPONINA: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, FUNKCJE I TEST - BIOLOGIA - 2025

Troponina to nazwa nadana białku występującemu w mięśniach szkieletowych i sercowych kręgowców, związanym z włóknami włókien mięśniowych i pełniącym funkcje regulujące aktywność skurczową (skurcz i rozluźnienie mięśni).

Włókna mięśniowe to komórki tworzące tkankę mięśniową, których zdolność skurczowa opiera się na interakcji między włóknami uporządkowanymi i ściśle związanymi wewnątrz, zajmującymi większość objętości cytoplazmatycznej.

Graficzne przedstawienie elementów cienkiego włókna we włóknach mięśniowych (źródło: Raul654, za Wikimedia Commons)

Te włókna są znane jako myofilamenty i istnieją dwie klasy: grube i cienkie. Grube włókna składają się z cząsteczek miozyny II, podczas gdy cienkie włókna są polimerami globularnej aktyny lub G-aktyny w połączeniu z dwoma innymi białkami.

Zarówno aktyna, jak i miozyna znajdują się również w innych komórkach ludzkiego ciała i innych organizmach, tylko w znacznie mniejszej proporcji i uczestnicząc w różnych procesach, takich jak migracja komórek, egzocytoza, cytokineza (podczas podziału komórki), a nawet w ruch wewnątrzkomórkowy pęcherzykowy.

Troponina i tropomiozyna to dwa białka związane z cienkimi filamentami aktyny, które uczestniczą w regulacji procesów skurczu i rozluźnienia miofibryli komórek lub włókien mięśniowych.

Mechanizmy działania, dzięki którym te dwa białka pełnią swoją funkcję, są związane z wewnątrzkomórkowym stężeniem wapnia. Układ regulacyjny troponiny jest jednym z najlepiej poznanych układów w fizjologii i biochemii skurczu mięśni szkieletowych.

Te białka mają ogromne znaczenie dla organizmu. Obecnie wiadomo z całą pewnością, że niektóre kardiomiopatie rodzinne lub wrodzone są wynikiem mutacji w sekwencji genów kodujących którekolwiek z nich (troponina lub tropomiozyna).

cechy

Troponina jest związana z aktyną w cienkich włóknach włókien mięśniowych mięśnia szkieletowego i mięśnia sercowego w stosunku stechiometrycznym od 1 do 7, czyli jedna cząsteczka troponiny na każde 7 cząsteczek aktyny.

Białko to, jak podkreślono, znajduje się wyłącznie we włóknach zawartych w miofibrylach włókien mięśni szkieletowych i mięśnia prążkowanego serca, a nie we włóknach mięśni gładkich, które tworzą mięśnie naczyniowe i trzewne.

Niektórzy autorzy uważają ją za białko regulatorowe tropomiozyny. W ten sposób ma miejsca wiązania do interakcji z cząsteczkami aktyny, co daje jej zdolność do regulowania jej interakcji z miozyną grubych włókien.

W miofilamentach stosunek cząsteczek troponiny do tropomiozyny wynosi 1 do 1, co oznacza, że ​​z każdym istniejącym kompleksem troponiny związana jest cząsteczka tropomiozyny.

Struktura

Troponina jest kompleksem białkowym składającym się z trzech różnych podjednostek kulistych znanych jako troponina I, troponina C i troponina T, których suma razem daje mniej więcej 78 kDa.

W organizmie człowieka istnieją warianty tkankowo-specyficzne dla każdej z tych podjednostek, które różnią się od siebie zarówno na poziomie genetycznym i molekularnym (w odniesieniu do genów, które je kodują), jak i na poziomie strukturalnym (pod względem ich sekwencji aminokwasowych).

Reprezentacja jednej z podjednostek troponiny (źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatyki za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Troponina C lub TnC jest najmniejszą z trzech podjednostek i być może jedną z najważniejszych. Ma masę cząsteczkową 18 kDa i ma miejsca wiązania wapnia (Ca2 +).

Troponina T lub TnT to ta, która ma miejsca wiązania do zakotwiczenia kompleksu trzech podjednostek do tropomiozyny i ma masę cząsteczkową 30 kDa; jest również znany jako podjednostka T lub podjednostka wiążąca tropomiozynę.

Troponina I lub TnI, z nieco ponad 180 resztami aminokwasów, ma taką samą masę cząsteczkową jak troponina T, ale w swojej strukturze ma specjalne miejsca wiązania aktyny, blokując interakcję między tą ostatnią a miozyną, która jest zjawisko odpowiedzialne za skurcz włókien mięśniowych.

W wielu podręcznikach podjednostkę tę określa się jako podjednostkę hamującą oraz molekularny „klej” pomiędzy trzema podjednostkami troponiny. Jego zdolność do wiązania się z aktyną i jej działanie hamujące są wzmacniane przez jej połączenie z tropomiozyną, w której pośredniczy podjednostka TnT.

Wykazano, że w podjednostce I region sekwencji odpowiedzialny za hamowanie jest zdefiniowany przez centralny peptyd złożony z 12 reszt aminokwasowych między pozycjami 104 i 115; i że region C-końcowy podjednostki również odgrywa rolę podczas hamowania.

cechy

Główna rola troponiny w skurczu mięśni zależy od jej zdolności wiązania wapnia, ponieważ białko to jest jedynym składnikiem cienkich włókien mięśni szkieletowych, który ma tę właściwość.

W przypadku braku troponiny cienkie włókna są w stanie wiązać się z grubymi włóknami i kurczyć się, niezależnie od wewnątrzkomórkowego stężenia wapnia, więc funkcją troponiny jest zapobieganie skurczowi przy braku wapnia poprzez jej połączenie z tropomiozyną.

Zatem troponina odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu rozluźnienia mięśni, gdy nie ma wystarczającej ilości wapnia wewnątrzkomórkowego, oraz w skurczu mięśni, gdy bodziec nerwowy pozwala wapniowi dostać się do włókna mięśniowego.

Jak to się stało?

W mięśniach poprzecznie prążkowanych szkieletowych i sercowych skurcz mięśni następuje dzięki interakcji między cienkimi i grubymi włóknami, które przesuwają się po sobie.

W komórkach tych mięśni wapń jest niezbędny do wystąpienia interakcji aktyna-miozyna (cienkie i grube włókna), ponieważ miejsca wiązania aktyny dla miozyny są „ukryte” przez wspólne działanie tropomiozyny i troponina, czyli ta, która reaguje na wapń.

Jony wapnia z retikulum sarkoplazmatycznego (retikulum endoplazmatycznego włókien mięśniowych) wiążą się z podjednostką C troponiny, neutralizując hamowanie zależne od troponiny i wyzwalając skurcz mięśni.

„Neutralizacja” hamowania wywołanego przez podjednostkę I następuje po związaniu wapnia z podjednostką C, co powoduje zmianę konformacyjną, która rozprzestrzenia się między trzema podjednostkami i umożliwia ich dysocjację zarówno od cząsteczek aktyny, jak i tropomiozyny .

Ta dysocjacja między troponiną, tropomiozyną i aktyną ujawnia miejsca wiązania miozyny z aktyną. To wtedy kuliste głowy tego ostatniego mogą wchodzić w interakcje z włóknami aktyny i inicjować skurcz zależny od ATP poprzez przemieszczenie jednego włókna nad drugim.

Test troponinowy

Troponina jest preferowanym biomarkerem do wykrywania uszkodzeń serca. Z tego powodu test troponinowy jest szeroko stosowany w biochemicznej, wczesnej i / lub profilaktycznej diagnostyce niektórych chorób serca, takich jak ostry zawał mięśnia sercowego.

Test ten jest stosowany przez wielu lekarzy jako pomoc w podejmowaniu decyzji dotyczących tego, co należy zrobić i jakie leczenie zastosować u pacjentów z bólem w klatce piersiowej.

Generalnie wiąże się to z wykrywaniem podjednostek troponiny T i I, ponieważ izoforma troponiny C znajduje się również w wolnokurczliwych mięśniach szkieletowych; to znaczy, nie jest specyficzne dla serca.

Na czym polega test troponinowy?

Test troponinowy jest zwykle testem immunologicznym, który wykrywa izoformy sercowe podjednostek T i I troponiny. Tak więc opiera się na różnicach, które istnieją między obiema izoformami.

Izoforma podjednostki troponiny I (cTnI)

W tkance mięśnia sercowego znajduje się tylko jedna izoforma podjednostki troponiny I, charakteryzująca się obecnością potranslacyjnego „ogona” o 32 aminokwasach na jej N-końcu.

Ta izoforma jest wykrywana dzięki rozwojowi specyficznych przeciwciał monoklonalnych, które nie rozpoznają innych izoform niekardiologicznych, ponieważ ogon aminokwasu różni się mniej więcej w 50% od końców innych izoform.

CTnI nie ulega ekspresji w uszkodzonych tkankach, ale jest unikalne dla tkanki serca dorosłego.

Izoforma podjednostki troponiny T (cTnT)

Izoforma sercowa podjednostki troponiny T jest kodowana przez trzy różne geny, których mRNA może podlegać alternatywnemu splicingowi, czego wynikiem jest wytwarzanie izoform o zmiennych sekwencjach na końcach N i C.

Chociaż ludzki mięsień sercowy zawiera 4 izoformy TnT, tylko jedna jest charakterystyczna dla tkanki serca dorosłego. Wykrywa się to za pomocą specyficznych przeciwciał zaprojektowanych przeciwko N-końcowi jego sekwencji aminokwasowej.

Testy „nowej generacji” dla podjednostki T izoformy serca zwracają szczególną uwagę na fakt, że niektóre uszkodzone tkanki mięśni szkieletowych mogą ponownie wyrażać tę izoformę, dzięki czemu można uzyskać reakcję krzyżową z przeciwciałami.

Bibliografia

1. Babuin, L. i Jaffe, AS (2005). Troponina: biomarker z wyboru do wykrywania urazów serca. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P. i Kessler, A.-C. (2003). Wieloośrodkowa ocena wartości diagnostycznej sercowej troponiny T, masy CK-MB i mioglobiny w celu oceny pacjentów z podejrzeniem ostrych zespołów wieńcowych w rutynowej praktyce klinicznej. Heart, 89, 280–286.
3. Farah, C. i Reinach, F. (1995). Kompleks troponinowy i regulacja skurczu mięśni. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Test wrażliwej troponiny I we wczesnej diagnostyce ostrego zawału mięśnia sercowego. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M. i Pawlina, W. (2006). Histologia. Tekst i atlas ze skorelowaną biologią komórkową i molekularną (wyd. 5). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mechanizm wapniowej regulacji skurczu mięśni. W pogoni za jej podstawami strukturalnymi. Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 91, 321-350.