Titin je termín používaný k popisu dvojice obrovských polypeptidových řetězců, které tvoří třetí nejhojnější protein ve sarkomérech širokého spektra kosterních a srdečních svalů.
Titin je jedním z největších známých proteinů z hlediska počtu aminokyselinových zbytků, a tedy z hlediska molekulové hmotnosti. Tento protein je také známý jako connectin a je přítomen jak u obratlovců, tak u bezobratlých.
Struktura Titiny (Zdroj: pracovníci Jawahar Swaminathan a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)
Pod tímto názvem (connectin) byl poprvé popsán v roce 1977 a v roce 1979 byl definován jako dvojpásmo v horní části elektroforézního gelu v polyakrylamidových gelech za denaturačních podmínek (s dodecylsulfátem sodným). V roce 1989 byla jeho poloha založena pomocí imunoelektronové mikroskopie.
Spolu s dalším velkým proteinem, nebulinem, je titin jednou z hlavních složek elastické sítě cytoskeletu svalových buněk, která koexistuje se silnými vlákny (myosin) a tenkými vlákny (aktin) uvnitř sarkomery; natolik, že je znám jako třetí vláknitý systém svalových vláken.
Hustá a tenká vlákna jsou zodpovědná za vytváření aktivní síly, zatímco titinová vlákna určují viskoelasticitu sarkomů.
Sarkomér je opakující se jednotka myofibril (svalová vlákna). Je dlouhá přibližně 2 µm a je ohraničena „plaky“ nebo linkami zvanými Z linky, které rozdělují každý myofibril na pruhované fragmenty definované velikosti.
Titinové molekuly se skládají do extrémně dlouhých, ohebných, tenkých a roztažitelných vláknitých vláken. Titin je zodpovědný za elasticitu kosterního svalu a věří se, že funguje jako molekulární skafold, který specifikuje správné sestavení sarkomů v myofibrilách.
Struktura
U obratlovců má titin asi 27 000 aminokyselinových zbytků a molekulovou hmotnost přibližně 3 MDa (3 000 kDa). Skládá se ze dvou polypeptidových řetězců známých jako T1 a T2, které mají podobné chemické složení a podobné antigenní vlastnosti.
Ve svalu bezobratlých jsou „mini-titiny“ s molekulovou hmotností mezi 0,7 a 1,2 MDa. Tato skupina proteinů zahrnuje protein "twitchin" z Caenorhabditis elegans a protein "projectin", který se nachází v rodu Drosophila.
Titin obratlovců je modulární protein složený primárně z domén imunoglobulinu a fibronektinu III (typu FNIII) uspořádaných v tandemu. Má elastickou oblast bohatou na prolinové, glutamové, valinové a lysinové zbytky známé jako PEVK doména a další serin kinázovou doménu na svém karboxylovém terminálním konci.
Každá z domén je dlouhá přibližně 100 aminokyselin a je známá jako titr I. třídy (fibronektinová podobná doména III) a titr II. Třídy (imunoglobulinová podobná doména). Obě domény se skládají do 4 nm dlouhých „sendvičových“ struktur složených z antiparalelních P-listů.
Molekula srdečního connectinu obsahuje 132 motivů opakování imunoglobulinové domény a 112 opakujících motivů domény III fibronektinu.
Kódující gen pro tyto proteiny (TTN) je „vítězem“ intronů, protože má téměř 180 z nich uvnitř.
Transkripty podjednotek jsou zpracovávány odlišně, zejména kódující oblasti imunoglobulinových (Ig) a domén podobných PEVK, což vede k vzniku izoforem s různými rozšiřitelnými vlastnostmi.
Funkce
Funkce titinu u sarkomů závisí na jeho asociaci s různými strukturami: jeho C-terminální konec je ukotven k M linii, zatímco N-terminální konec každého titinu je ukotven k Z line.
Nebulinové a titinové proteiny fungují jako „molekulární pravítka“, která regulují délku silných a tenkých vláken. Titin, jak bylo zmíněno, sahá od Z disku k za linii M, ve středu sarkomery, a reguluje jeho délku, čímž zabraňuje přetížení svalového vlákna.
Ukázalo se, že skládání a rozkládání titinu napomáhá procesu svalové kontrakce, to znamená, že vytváří mechanickou práci, která dosahuje zkrácení nebo prodloužení sarkomery; zatímco tlustá a tenká vlákna jsou molekulárními motory pohybu.
Titin se podílí na údržbě silných vláken ve středu sarkomeru a jeho vlákna jsou zodpovědná za vytváření pasivního napětí během natahování sarkomů.
Další funkce
Kromě účasti na vytváření viskoelastické síly má titin další funkce, mezi něž patří:
- Účast na mechanicko-chemických signálních událostech prostřednictvím spojení s jinými sarkomerními a nesarkomickými proteiny
- Aktivace kontraktivního aparátu závislá na délce
-Sestavení sarcomerů
-Přidávání ve struktuře a funkci cytoskeletu u obratlovců, mimo jiné.
Některé studie ukázaly, že v lidských buňkách a embryích Drosophila má titin další funkci jako chromozomální protein. Elastické vlastnosti čištěného proteinu dokonale korespondují s elastickými vlastnostmi chromozomů jak ze živých buněk, tak z chromosomů sestavených in vitro.
Účast tohoto proteinu na zhutňování chromozomů byla prokázána díky místně zaměřeným mutagenezním experimentům genu, který ho kóduje, což má za následek svalové i chromozomální defekty.
Lange et al. V roce 2005 prokázalo, že doména titinové kinázy má co do činění s komplexním expresním systémem svalových genů, což je prokázáno mutací této domény, která způsobuje dědičné svalové choroby.
Související patologie
Některá srdeční onemocnění jsou spojena se změnami elasticity titinu. Takové změny velmi ovlivňují roztažitelnost a pasivní diastolickou tuhost myokardu a pravděpodobně i mechanosenzitivitu.
Gen TTN byl identifikován jako jeden z hlavních genů zapojených do lidských chorob, takže vlastnosti a funkce srdečního proteinu byly v posledních letech rozsáhle studovány.
Dilatační kardiomyopatie a hypertrofická kardiomyopatie jsou také produktem mutace několika genů, včetně genu TTN.
Reference
- Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Barevný atlas fyziologie (5. vydání). New York: Thieme.
- Herman, D., Lam, L., Taylor, M., Wang, L., Teekakirikul, P., Christodoulou, D.,… Seidman, CE (2012). Zkrácení titinu způsobující dilatační kardiomyopatii. The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619–628.
- Keller, T. (1995). Struktura a funkce titinu a nebulinu. Current Opinion in Biology, 7, 32–38.
- Lange, S., Lange, S., Xiang, F., Jakovenko, A., Vihola, A., Hackman, P.,… Gautel, M. (2005). Kinázová doména titinu řídí expresi svalového genu a obrat proteinu. Science, 1599 - 1603.
- Linke, WA, a Hamdani, N. (2014). Gigantické podnikání: Vlastnosti a funkce titinů prostřednictvím silných a tenkých. Circulation Research, 114, 1052-1068.
- Machado, C., and Andrew, DJ (2000). D-TITIN: Obří protein s dvojí rolí v chromozomech a svalech. The Journal of Cell Biology, 151 (3), 639–651.
- Maruyama, K. (1997). Obrovský elastický protein svalu. The FASEB Journal, 11, 341–345.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
- Rivas-Pardo, J., Eckels, E., Popa, I., Kosuri, P., Linke, W., & Fernández, J. (2016). Práce, kterou dělá Titin Protein Folding, pomáhá při svalové kontrakci. Cell Reports, 14, 1339-1347.
- Trinick, J. (1994). Titin a nebulin: proteinová pravítka ve svalu? Trends in Biochemical Sciences, 19, 405–410.
- Tskhovrebova, L., & Trinick, J. (2003). Titin: Vlastnosti a rodinné vztahy. Nature Reviews, 4, 679-6889.
- Wang, K., Ramirez-Mitchell, R., & Palter, D. (1984). Titin je mimořádně dlouhý, flexibilní a tenký myofibrilární protein. Proc. Natl. Acad. Sci., 81, 3685-3689.