Titín je termín používaný na opis páru obrovských polypeptidových reťazcov, ktoré tvoria tretí najhojnejší proteín v sarkómoch širokého spektra kostrových a srdcových svalov.
Titín je jedným z najväčších známych proteínov z hľadiska počtu aminokyselinových zvyškov, a teda z hľadiska molekulovej hmotnosti. Tento proteín je tiež známy ako connectin a je prítomný ako na stavovcoch, tak aj na bezstavovcoch.
Štruktúra Titiny (Zdroj: pracovníci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)
Tento názov (connectin) bol opísaný prvýkrát v roku 1977 a v roku 1979 bol definovaný ako dvojpásmový v hornej časti gélu elektroforézy v polyakrylamidových géloch v denaturačných podmienkach (s dodecylsulfátom sodným). V roku 1989 bola jeho poloha založená na imunoelektrónovej mikroskopii.
Spolu s ďalším veľkým proteínom, nebulínom, je titín jednou z hlavných zložiek elastickej siete cytoskeletu svalových buniek, ktorá koexistuje so silnými vláknami (myozín) a tenkými vláknami (aktínmi) v sarkoméroch; natoľko, že je známy ako tretí vláknitý systém svalových vlákien.
Hrubé a tenké vlákna sú zodpovedné za vytváranie aktívnej sily, zatiaľ čo titánové vlákna určujú viskoelasticitu sarkomérov.
Sarkomér je opakujúca sa jednotka myofibríl (svalových vlákien). Je dlhá približne 2 µm a je ohraničená „plakmi“ alebo čiarami nazývanými Z-čiarami, ktoré segmentujú každý myofibril do pruhovaných fragmentov definovanej veľkosti.
Titínové molekuly sa zostavujú do extrémne dlhých, flexibilných, tenkých a roztiahnuteľných vláknitých vlákien. Titín je zodpovedný za elasticitu kostrového svalu a predpokladá sa, že funguje ako molekulárne lešenie, ktoré špecifikuje správne zostavenie sarkomérov v myofibrilách.
štruktúra
Na stavovcoch má titín asi 27 000 aminokyselinových zvyškov a molekulovú hmotnosť približne 3 MDa (3 000 kDa). Skladá sa z dvoch polypeptidových reťazcov známych ako T1 a T2, ktoré majú podobné chemické zloženie a podobné antigénne vlastnosti.
Vo svaloch bezstavovcov sú „minititíny“ s molekulovou hmotnosťou 0,7 až 1,2 MDa. Táto skupina proteínov zahŕňa proteín „twitchin“ z Caenorhabditis elegans a proteín „projectin“ nachádzajúci sa v rode Drosophila.
Titer stavovcov je modulárny proteín zložený predovšetkým z domén imunoglobulínu a fibronektínu III (podobných FNIII) usporiadaných do tandemu. Má elastickú oblasť bohatú na zvyšky prolínu, kyseliny glutámovej, valínu a lyzínu známe ako doména PEVK a ďalšiu doménu serínkinázy na svojom karboxylovom terminálnom konci.
Každá z domén má dĺžku približne 100 aminokyselín a je známa ako titán triedy I (doména III podobná fibronektínu) a titín triedy II (doména podobná imunoglobulínu). Obe domény sa skladajú do 4 nm dlhých „sendvičových“ štruktúr zložených z antiparalelných P-listov.
Molekula srdcového connectínu obsahuje 132 opakujúcich sa motívov imunoglobulínovej domény a 112 opakujúcich sa motívov domény III fibronektínu podobnej domény III.
Kódujúci gén pre tieto proteíny (TTN) je „majstrom“ intrónov, pretože ich má vo vnútri takmer 180.
Transkripty podjednotiek sú rôzne spracované, najmä kódujúce oblasti imunoglobulínových (Ig) a domén podobných PEVK, čo vedie k vzniku izoforiem s rôznymi rozšíriteľnými vlastnosťami.
Vlastnosti
Funkcia titínu v sarkoméroch závisí od jeho asociácie s rôznymi štruktúrami: jeho C-terminálny koniec je ukotvený k M línii, zatiaľ čo N-terminálny koniec každého titínu je ukotvený k Z linke.
Nebulínové a titínové proteíny pôsobia ako „molekulárne pravítka“, ktoré regulujú dĺžku hrubých a tenkých vlákien. Titín, ako už bolo uvedené, siaha od disku Z k za líniu M v strede sarkoméry a reguluje jeho dĺžku, čím bráni nadmernému napínaniu svalového vlákna.
Ukázalo sa, že skladanie a rozvinutie titínu napomáha procesu sťahovania svalov, to znamená, že vytvára mechanickú prácu, ktorá vedie k skráteniu alebo predĺženiu sarkomérov; zatiaľ čo hrubé a tenké vlákna sú molekulárnymi motormi pohybu.
Titín sa podieľa na udržiavaní hrubých vlákien v strede sarkoméru a jeho vlákna sú zodpovedné za vytváranie pasívneho napätia počas napínania sarkomérov.
Ďalšie funkcie
Okrem účasti na tvorbe viskoelastickej sily má titín ďalšie funkcie, medzi ktoré patria:
- Účasť na mechanicko-chemických signalizačných udalostiach prostredníctvom spojenia s inými sarkomérnymi a nesarkomickými proteínmi.
- aktivácia kontraktívneho aparátu závislá od dĺžky
- Zostavenie sarkomérov
-Príspevok, okrem iného, v štruktúre a funkcii cytoskeletu u stavovcov.
Niektoré štúdie ukázali, že v ľudských bunkách a embryách Drosophila má titín ďalšiu funkciu ako chromozomálny proteín. Elastické vlastnosti purifikovaného proteínu dokonale korešpondujú s elastickými vlastnosťami chromozómov živých buniek a chromozómov zostavených in vitro.
Účasť tohto proteínu na zhutňovaní chromozómov bola demonštrovaná vďaka cieleným mutagenéznym experimentom génu, ktorý ho kóduje, čo vedie k defektom svalov aj chromozómov.
Lange a kol., V roku 2005 sa preukázalo, že doména titínkinázy súvisí s komplexným systémom expresie svalových génov, čo je dôkazom mutácie tejto domény, ktorá spôsobuje dedičné ochorenia svalov.
Súvisiace patológie
Niektoré srdcové choroby sú spojené so zmenami elasticity titínu. Takéto zmeny veľmi ovplyvňujú rozťažnosť a pasívnu diastolickú tuhosť myokardu a pravdepodobne aj mechanosenzitivitu.
Gén TTN bol identifikovaný ako jeden z hlavných génov zapojených do ľudských chorôb, takže vlastnosti a funkcie srdcového proteínu boli v posledných rokoch rozsiahle študované.
Dilatačná kardiomyopatia a hypertrofická kardiomyopatia sú tiež produktom mutácie niekoľkých génov, vrátane génu TTN.
Referencie
- Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Farebný atlas fyziológie (5. vydanie). New York: Thieme.
- Herman, D., Lam, L., Taylor, M., Wang, L., Teekakirikul, P., Christodoulou, D.,… Seidman, CE (2012). Skrátené titíny spôsobujúce dilatovanú kardiomyopatiu. The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619 - 628.
- Keller, T. (1995). Štruktúra a funkcia titínu a nebulínu. Current Opinion in Biology, 7, 32 - 38.
- Lange, S., Lange, S., Xiang, F., Jakovenko, A., Vihola, A., Hackman, P., … Gautel, M. (2005). Kinázová doména titínu riadi expresiu svalového génu a obrat proteínov. Science, 1599 - 1603.
- Linke, WA, a Hamdani, N. (2014). Gigantické podnikanie: Vlastnosti a funkcie titínov prostredníctvom hrubých a tenkých. Circulation Research, 114, 1052 - 1068.
- Machado, C., and Andrew, DJ (2000). D-TITIN: obrovský proteín s dvojitou úlohou v chromozómoch a svaloch. The Journal of Cell Biology, 151 (3), 639 - 651.
- Maruyama, K. (1997). Obrovský elastický proteín svalov. FASEB Journal, 11, 341 - 345.
- Nelson, DL, a Cox, MM (2009). Lehningerove princípy biochémie. Vydania Omega (5. vydanie).
- Rivas-Pardo, J., Eckels, E., Popa, I., Kosuri, P., Linke, W., a Fernández, J. (2016). Práca vykonaná skladaním titánových proteínov pomáha pri sťahovaní svalov. Celí Reports, 14, 1339-1347.
- Trinick, J. (1994). Titín a nebulín: proteínové pravítka vo svaloch? Trends in Biochemical Sciences, 19, 405 - 410.
- Tskhovrebova, L., & Trinick, J. (2003). Titin: Vlastnosti a rodinné vzťahy. Nature Reviews, 4, 679 - 6889.
- Wang, K., Ramirez-Mitchell, R., & Palter, D. (1984). Titín je mimoriadne dlhý, flexibilný a štíhly myofibrilárny proteín. Proc. Natl. Acad. Sci., 81, 3685 - 3689.