TROPONÍN: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE A TEST - BIOLÓGIE - 2025

Troponín je názov pre bielkovinu prítomnú v kostrovom a srdcovom svale stavovcov, ktorá je spojená s vláknami vo svalových vláknach a ktorá má funkcie pri regulácii kontraktilnej aktivity (kontrakcie a relaxácia svalov).

Svalové vlákna sú bunky tvoriace svalové tkanivo, ktorých kontrakčná kapacita je založená na interakcii medzi vláknami, ktoré sú usporiadané a sú v nich úzko spojené, zaberajú väčšinu cytoplazmatického objemu.

Grafické znázornenie prvkov tenkého vlákna vo svalových vláknach (Zdroj: Raul654, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Tieto vlákna sú známe ako myofily a existujú dve triedy: hrubé a tenké. Husté vlákna sa skladajú z molekúl myozínu II, zatiaľ čo tenké vlákna sú polyméry globulárneho aktínu alebo aktínu G v spojení s dvoma ďalšími proteínmi.

Aktín aj myozín sa nachádzajú aj v iných bunkách ľudského tela a iných organizmoch, iba v omnoho menšom pomere a podieľajú sa na rôznych procesoch, ako je migrácia buniek, exocytóza, cytokinéza (pri delení buniek) a dokonca aj v intracelulárny vezikulárny prenos.

Troponín a tropomyosín sú dva proteíny spojené s tenkými aktínovými vláknami, ktoré sa podieľajú na regulácii kontrakčných a relaxačných procesov myofibríl svalových buniek alebo vlákien.

Mechanizmy pôsobenia, ktorými tieto dva proteíny vykonávajú svoju funkciu, súvisia s intracelulárnou koncentráciou vápnika. Regulačný systém troponínu je jedným z najznámejších systémov vo fyziológii a biochémii kontrakcie kostrových svalov.

Tieto proteíny majú pre telo veľký význam. V súčasnosti je známe, že niektoré familiárne alebo vrodené kardiomyopatie sú produktom mutácií v sekvencii génov, ktoré kódujú jeden z týchto dvoch (troponín alebo tropomyosín).

vlastnosti

Troponín je asociovaný s aktínom v tenkých vláknach svalových vlákien v kostrovom a srdcovom svale v stechiometrickom pomere 1 až 7, čo je jedna molekula troponínu na každých 7 molekúl aktínu.

Tento proteín, ako bolo zdôraznené, sa nachádza výlučne vo vláknach obsiahnutých v myofibrilách kostrových a srdcových pruhovaných svalových vlákien, a nie vo vláknach hladkého svalstva, ktoré tvoria vaskulárne a viscerálne svaly.

Niektorí autori ho považujú za regulačný proteín tropomyozínu. Podobne má väzobné miesta pre interakciu s aktínovými molekulami, čo mu dáva schopnosť regulovať jeho interakciu s myozínom hrubých vlákien.

V myofilamentoch je pomer medzi molekulami troponínu a tropomyozínu 1: 1, čo znamená, že pre každý existujúci komplex troponínov je k nemu asociovaná molekula tropomyosínu.

štruktúra

Troponín je proteínový komplex zložený z troch rôznych globulárnych podjednotiek známych ako troponín I, troponín C a troponín T, ktoré spolu tvoria viac alebo menej 78 kDa.

V ľudskom tele existujú tkanivovo špecifické varianty pre každú z týchto podjednotiek, ktoré sa navzájom líšia na genetickej aj molekulárnej úrovni (s ohľadom na gény, ktoré ich kódujú), a na štrukturálnej úrovni (s ohľadom na ich aminokyselinové sekvencie).

Zastúpenie jednej z podjednotiek troponínu (Zdroj: pracovníci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)

Troponín C alebo TnC je najmenšou z troch podjednotiek a možno jednou z najdôležitejších. Má molekulovú hmotnosť 18 kDa a má miesta, ktoré viažu vápnik (Ca2 +).

Troponín T alebo TnT je ten, ktorý má väzbové miesta na ukotvenie komplexu troch podjednotiek k tropomyozínu a má molekulovú hmotnosť 30 kDa; je tiež známy ako T podjednotka alebo podjednotka viažuca sa na tropomyozín.

Troponín I alebo TnI, s málo viac ako 180 aminokyselinovými zvyškami, má rovnakú molekulovú hmotnosť ako troponín T, ale vo svojej štruktúre má špeciálne miesta, na ktoré sa viaže aktín, blokuje interakciu medzi posledným a myozínom, ktorý je fenomén zodpovedný za kontrakciu svalových vlákien.

Mnoho učebníc označuje túto podjednotku ako inhibičnú podjednotku a ako molekulárne „lepidlo“ medzi tromi podjednotkami troponínu. Jeho schopnosť viazať sa na aktín a jeho inhibičná aktivita sa zvyšuje jeho asociáciou s tropomyozínom, sprostredkovanou TnT podjednotkou.

Ukázalo sa, že v podjednotke I je oblasť sekvencie zodpovedná za inhibíciu definovaná centrálnym peptidom s 12 aminokyselinovými zvyškami medzi pozíciami 104 a 115; a že C-terminálna oblasť podjednotky má tiež úlohu počas inhibície.

Vlastnosti

Hlavná úloha troponínu pri kontrakcii svalov závisí od jeho schopnosti viazať vápnik, pretože tento proteín je jedinou zložkou tenkých filamentov v kostrovom svale, ktorá má túto vlastnosť.

V neprítomnosti troponínu sú tenké vlákna schopné viazať sa na silné vlákna a sťahovať sa, bez ohľadu na intracelulárnu koncentráciu vápnika, takže úlohou troponínu je zabrániť kontrakcii v neprítomnosti vápnika prostredníctvom asociácie s tropomyozínom.

Troponín teda hrá dôležitú úlohu pri udržiavaní svalovej relaxácie, keď nie je dostatok intracelulárneho vápnika, a pri kontrakcii svalov, keď elektrický nervový stimul umožňuje vápniku vstúpiť do svalového vlákna.

Ako sa to deje?

V kostrových a srdcových pruhovaných svaloch dochádza k kontrakcii svalov vďaka interakcii medzi tenkými a hrubými vláknami, ktoré sa navzájom posúvajú.

V bunkách týchto svalov je vápnik nevyhnutný pre vznik interakcie aktín-myozín (tenké a silné vlákna), pretože väzbové miesta pre aktín pre myozín sú „skryté“ spoločným pôsobením tropomyozínu a troponín, ktorý reaguje na vápnik.

Vápnikové ióny zo sarkoplazmatického retikula (endoplazmatického retikula svalových vlákien) sa viažu na podjednotku troponínu C, neutralizujúc inhibíciu sprostredkovanú troponínom a spúšťajú svalovú kontrakciu.

K „neutralizácii“ inhibície spôsobenej podjednotkou I dochádza po naviazaní vápnika na podjednotku C, čo vytvára konformačnú zmenu, ktorá sa šíri medzi tromi podjednotkami a umožňuje ich disociáciu od aktínových aj tropomyozínových molekúl. ,

Táto disociácia medzi troponínom, tropomyozínom a aktínom odhaľuje väzobné miesta pre myozín na aktíne. Je to tak, že guľovité hlavy posledne menovaných môžu interagovať s aktínovými vláknami a iniciovať kontrakciu závislú od ATP posunutím jedného vlákna nad druhým.

Troponínový test

Troponín je výhodným biomarkerom na detekciu srdcových lézií. Z tohto dôvodu sa troponínový test bežne používa pri biochemickej, skorej a / alebo preventívnej diagnostike niektorých patologických stavov, ako je akútny infarkt myokardu.

Tento test je zistený mnohými ošetrujúcimi lekármi, aby pomohli pri rozhodovaní o tom, čo robiť a akú liečbu majú podávať pacientom s bolesťou na hrudníku.

Vo všeobecnosti sa spája s detekciou podjednotiek troponínu T a I, pretože izoforma troponínu C sa nachádza aj v kostrových svaloch s pomalými zášklbmi; to znamená, že to nie je špecifické pre srdce.

Na čom spočíva troponínový test?

Troponínový test je obvykle imunologický test, ktorý zisťuje srdcové izoformy T a I podjednotiek troponínu. Je teda založená na rozdieloch medzi oboma izoformami.

Izoforma podjednotky troponínu I (cTnI)

V svalovom tkanive myokardu existuje iba jedna izoforma podjednotky troponínu I, vyznačujúca sa prítomnosťou post-translačného „chvosta“ s 32 aminokyselinami na svojom N-terminálnom konci.

Táto izoforma sa deteguje vďaka vývoju špecifických monoklonálnych protilátok, ktoré nerozpoznávajú iné nekardiálne izoformy, pretože aminokyselinový koniec sa viac alebo menej 50% líši od koncov ostatných izoforiem.

CTnI sa neexprimuje v poškodených tkanivách, ale je jedinečný pre dospelé srdcové tkanivo.

Izoforma podjednotky T troponínu (cTnT)

Srdcová izoforma podjednotky troponínu T je kódovaná v troch rôznych génoch, ktorých mRNA sa môžu podrobiť alternatívnemu zostrihu, čo vedie k produkcii izoforiem s variabilnými sekvenciami na N- a C-koncoch.

Hoci ľudský srdcový sval obsahuje 4 izoformy TnT, iba jedna je charakteristická pre srdcové tkanivo dospelých. Toto je detegované špecifickými protilátkami navrhnutými proti N-koncu jeho aminokyselinovej sekvencie.

Testy „novej generácie“ na T podjednotku srdcovej izoformy venujú osobitnú pozornosť skutočnosti, že niektoré poškodené tkanivo kostrového svalstva môže túto izoformu znovu exprimovať, takže je možné dosiahnuť krížovú reakciu s protilátkami.

Referencie

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Troponín: biomarker voľby na detekciu srdcového poškodenia. CMAJ, 173 (10), 1191 - 1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003). Multicentrické hodnotenie diagnostickej hodnoty srdcového troponínu T, hmoty CK-MB a myoglobínu pri hodnotení pacientov s podozrením na akútne koronárne syndrómy v rutinnej klinickej praxi. Heart, 89, 280 - 286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Troponínový komplex a regulácia svalovej kontrakcie. FASEB, 9, 755 - 767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Citlivý test troponínu I pri včasnej diagnostike akútneho infarktu myokardu. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868 - 877.
5. Ross, M. a Pawlina, W. (2006). Histológie. Text a atlas s korelovanou bunkovou a molekulárnou biológiou (5. vydanie). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mechanizmus vápnikovej regulácie svalovej kontrakcie. Pri sledovaní svojho štrukturálneho základu. Proc. JPN. Acad. Ser. B, 91, 321 - 350.