TROPONIINI: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT JA TESTI - BIOLOGIA - 2026

Troponiini on nimi selkärankaisten luurankoissa ja sydänlihaksessa läsnä olevalle proteiinille, joka liittyy lihaskuitujen filamenteihin ja jolla on tehtäviä supistuvan toiminnan säätelyssä (lihasten supistuminen ja rentoutuminen).

Lihaskuidut ovat soluja, jotka muodostavat lihaskudoksen, joiden supistumiskyky perustuu vuorovaikutukseen järjestettyjen ja läheisesti toisiinsa liittyvien filamenttien välillä, miehittäen suurimman osan sytoplasmisen tilavuudesta.

Graafinen esitys ohuen filamentin elementeistä lihaskuiduissa (Lähde: Raul654, Wikimedia Commonsin kautta)

Nämä filamentit tunnetaan myofilamenteina ja niitä on kaksi luokkaa: paksut ja ohuet. Paksut filamentit koostuvat myosiini II -molekyyleistä, kun taas ohuet filamentit ovat globaalin aktiinin tai G-aktiinin polymeerejä yhdessä kahden muun proteiinin kanssa.

Sekä aktiinia että myosiinia löytyy myös ihmiskehon muista soluista ja muista organismeista, vain huomattavasti pienemmässä osassa ja osallistuen erilaisiin prosesseihin, kuten solujen migraatioon, eksosytoosiin, sytokiiniin (solunjaon aikana) ja jopa solunsisäinen vesikulaarinen liikenne.

Troponiini ja tropomüosiini ovat kaksi proteiinia, jotka liittyvät ohuisiin aktiinifilamentteihin, jotka osallistuvat lihassolujen tai -kuitujen myofibrillien supistumis- ja rentoutumisprosessien säätelyyn.

Vaikutusmekanismit, joiden kautta nämä kaksi proteiinia käyttävät toimintaansa, liittyvät solun sisäiseen kalsiumkonsentraatioon. Troponiinin säätelyjärjestelmä on yksi tunnetuimmista järjestelmistä luuston lihaksien supistumisen fysiologiassa ja biokemiassa.

Nämä proteiinit ovat erittäin tärkeitä keholle. Tällä hetkellä tiedetään varmasti, että jotkut perinnölliset tai synnynnäiset kardiomyopatiat ovat mutaatioiden tuote geenien sekvenssissä, jotka koodaavat jompaakumpaa näistä (troponiini tai tropomyosiini).

ominaisuudet

Troponiini liittyy aktiiniin luurangan ja sydänlihaksen lihastekuitujen ohuissa filamenteissa stökiometrisessä suhteessa 1 - 7, toisin sanoen yksi troponiinimolekyyli jokaisesta 7 aktiinimolekyylistä.

Tätä proteiinia, kuten on korostettu, löytyy yksinomaan säikeistä, jotka sijaitsevat luurangan ja sydämen juosteisten lihaskuitujen myofibrileissä, eikä sileissä lihastekuiduissa, jotka muodostavat verisuoni- ja sisäelinlihakset.

Jotkut kirjoittajat pitävät sitä tropomyosiinin säätelijäproteiinina. Samalla tavalla sillä on sitoutumiskohdat vuorovaikutukseen aktiinimolekyylien kanssa, mikä antaa sille kyvyn säädellä vuorovaikutustaan ​​paksujen säikeiden myosiinin kanssa.

Myofilamenteissa troponiinin ja tropomyosiinimolekyylien välinen suhde on 1: 1, mikä tarkoittaa, että jokaisessa olemassa olevassa troponiinikompleksissa on siihen liittyvä tropomyosiinimolekyyli.

Rakenne

Troponiini on proteiinikompleksi, joka koostuu kolmesta erilaisesta globaalista alayksiköstä, jotka tunnetaan nimellä troponiini I, troponiini C ja troponiini T, jotka yhdessä muodostavat enemmän tai vähemmän 78 kDa.

Ihmiskehossa on kudosspesifisiä variantteja jokaiselle näistä alayksiköistä, jotka eroavat toisistaan ​​sekä geneettisellä että molekyylitasolla (suhteessa niitä koodaaviin geeneihin) ja rakenteellisella tasolla (suhteessa niiden aminohapposekvensseihin).

Yhden Troponin-alayksikön edustaminen (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)

Troponiini C tai TnC on pienin kolmesta alayksiköstä ja ehkä yksi tärkeimmistä. Sen molekyylipaino on 18 kDa ja siinä on paikkoja sitoutua kalsiumia (Ca2 +).

Troponiini T tai TnT on sellainen, jolla on sitoutumiskohdat kiinnittämään kolmen alayksikön kompleksi tropomyosiiniin ja jonka molekyylipaino on 30 kDa; se tunnetaan myös nimellä T-alayksikkö tai tropomyosiinia sitova alayksikkö.

Troponiini I: llä tai TnI: llä, jolla on vähän yli 180 aminohappotähdettä, on sama molekyylipaino kuin troponiini T: llä, mutta rakenteessaan sillä on erityisiä kohtia sitoutua aktiiniin, estäen viimeksi mainitun ja myosiinin, joka on lihaskuitujen supistumisesta vastuussa oleva ilmiö.

Monet oppikirjat viittaavat tähän alayksikköön estävänä alayksikkönä ja troponiinin kolmen alayksikön välisenä molekyylisenä "liimana". Sen kyky sitoutua aktiiniin ja estävä vaikutus paranee sen assosioitumisella tropomyosiinin kanssa, jota TnT-alayksikkö välittää.

On osoitettu, että alayksikössä I inhibitiosta vastaavan sekvenssin alueen määrittelee 12 aminohappotähteen keskinen peptidi asemien 104 ja 115 välillä; ja että alayksikön C-terminaalisella alueella on myös rooli estämisen aikana.

ominaisuudet

Troponiinin päärooli lihasten supistuksessa riippuu sen kyvystä sitoa kalsiumia, koska tämä proteiini on ainoa luurankojen ohuiden säikeiden komponentti, jolla on tämä ominaisuus.

Troponiinin puuttuessa ohuet filamentit kykenevät sitoutumaan paksuihin filamenteihin ja supistumaan solun sisäisestä kalsiumkonsentraatiosta riippumatta, joten troponiinin tehtävänä on estää supistumista kalsiumin puuttuessa sen liittyessä tropomyosiiniin.

Siksi troponiinilla on tärkeä rooli lihaksen rentoutumisen ylläpitämisessä, kun solunsisäistä kalsiumia ei ole riittävästi, ja lihasten supistumisessa, kun sähköinen hermostimulaatio sallii kalsiumin päästä lihaskuituun.

Kuinka tämä tapahtuu?

Luusto- ja sydänlihaksissa lihaksissa lihaksen supistuminen tapahtuu ohuiden ja paksujen filamenttien vuorovaikutuksen kautta, jotka liukuvat toistensa päälle.

Näiden lihaksien soluissa kalsium on välttämätöntä aktiini-myosiini-vuorovaikutuksen (ohuet ja paksut filamentit) tapahtumiseksi, koska myosiinin aktiinia sitovat kohdat "piiloutuvat" tropomyosiinin ja troponiini, joka reagoi kalsiumiin.

Sarkoplasmisen retikulumin (lihaskuitujen endoplasminen retikulum) kalsiumionit sitoutuvat troponiinin C-alayksikköön, neutraloimalla troponiinivälitteistä estoa ja laukaistaen lihasten supistumisen.

Alayksikön I aiheuttaman inhiboinnin "neutralointi" tapahtuu kalsiumin sitoutumisen jälkeen alayksikköön C, joka aiheuttaa konformaatiomuutoksen, joka leviää kolmen alayksikön välillä ja sallii niiden dissosioitumisen sekä aktiinista että tropomyosiinimolekyyleistä.

Tämä dissosiaatio troponiinin, tropomyosiinin ja aktiinin välillä paljastaa myosiinin sitoutumiskohdat aktiinissa. Silloin jälkimmäisten pallomaiset päät voivat olla vuorovaikutuksessa aktiinikuitujen kanssa ja aloittaa ATP-riippuvainen supistuminen siirtämällä yksi filamentti toisen yli.

Troponiinitesti

Troponiini on edullinen biomarkkeri sydänvaurioiden havaitsemiseksi. Tästä syystä troponiinitestiä käytetään laajasti joidenkin sydämen patologisten tilojen, kuten akuutin sydäninfarktin, biokemiallisessa, varhaisessa ja / tai ehkäisevässä diagnosoinnissa.

Monien hoitavien lääkäreiden mielestä tämä testi auttaa tekemään päätöksiä siitä, mitä tehdä ja mitä hoitoa antaa rintakipua sairastaville potilaille.

Siihen liittyy yleensä troponiini T- ja I-alayksiköiden havaitseminen, koska troponiini C -isoformia löytyy myös hitaasti kutistuvista luu-lihaksista; eli se ei ole erityinen sydämelle.

Mihin troponiinitesti perustuu?

Troponiinitesti on yleensä immunologinen testi, joka havaitsee troponiinin T- ja I-alayksiköiden sydämen isoformit. Joten se perustuu eroihin, joita esiintyy molempien isomuotojen välillä.

Troponiini I -alayksikön isomuoto (cTnI)

Sydänlihaskudoksessa on vain yksi troponiini I-alayksikön isomuoto, jolle on tunnusomaista, että sen N-terminaalisessa päässä on 32 aminohapon translaation jälkeinen "häntä".

Tämä isoformi havaitaan spesifisten monoklonaalisten vasta-aineiden kehityksen ansiosta, jotka eivät tunnista muita kuin sydämen isoformeja, koska aminohappohäntä eroaa enemmän tai vähemmän 50% muiden isoformien päistä.

CTnI: tä ei ekspressoidu vaurioituneissa kudoksissa, mutta se on ainutlaatuinen aikuisen sydämen kudokselle.

Troponiini T-alayksikön isomuoto (cTnT)

Troponiini T-alayksikön sydämen isomuoto koodataan kolmeen eri geeniin, joiden mRNA: t voivat läpikäydä vaihtoehtoisia silmukoita, mikä johtaa isoformien tuottamiseen muuttuvilla sekvensseillä N- ja C-terminaaleissa.

Vaikka ihmisen sydänlihaksessa on 4 TnT-isomuotoa, vain yksi on ominaista aikuisen sydänkudokselle. Tämä havaitaan spesifisillä vasta-aineilla, jotka on suunniteltu sen aminohapposekvenssin N-päätä vasten.

"Seuraavan sukupolven" testeissä sydänisomuodon T-alayksikölle kiinnitetään erityistä huomiota siihen tosiseikkaan, että jotkut loukkaantuneet luu-lihastekudokset voivat ekspressoida tätä isomuotoa, jolloin voidaan saada ristireaktio vasta-aineiden kanssa.

Viitteet

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Troponiini: valittu biomarkkeri sydänvamman havaitsemiseksi. CMAJ, 173 (10), 1191 - 1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., ja Kessler, A.-C. (2003). Sydämen troponiini T: n, CK-MB-massan ja myoglobiinin diagnostisen arvon monikeskinen arviointi potilaille, joilla epäillään akuuttia sepelvaltimo-oireyhtymää rutiinisessa kliinisessä käytännössä. Heart, 89, 280–286.
3. Farah, C., ja Reinach, F. (1995). Troponiinikompleksi ja lihasten supistumisen säätely. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Herkän troponiini I -määritys akuutin sydäninfarktin varhaisessa diagnoosissa. New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M., ja Pawlina, W. (2006). Histologia. Teksti ja atlas korreloidulla solu- ja molekyylibiologialla (5. painos). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Lihasten supistumisen kalsium-säätelymekanismi. Pyrkiessään rakenteelliseen perustaansa. Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 91, 321-350.