TROPONIN: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE A TEST - BIOLOGIE - 2025

Troponin je název daný proteinu přítomnému v kosterním a srdečním svalu obratlovců, který je spojen s vlákny ve svalových vláknech a který má funkce při regulaci kontraktilní aktivity (kontrakce a relaxace svalů).

Svalová vlákna jsou buňky, které tvoří svalovou tkáň, jejichž kontrakční kapacita je založena na interakci mezi vlákny, která jsou uspořádána a těsně spojená uvnitř, zabírající většinu cytoplazmatického objemu.

Grafické znázornění prvků tenkého vlákna ve svalových vláknech (Zdroj: Raul654, přes Wikimedia Commons)

Tato vlákna jsou známá jako myofilamenty a existují dvě třídy: tlustá a tenká. Hustá vlákna jsou složena z molekul myosinu II, zatímco tenká vlákna jsou polymery globulárního aktinu nebo G-aktinu ve spojení s dalšími dvěma proteiny.

Jak aktin, tak myosin se vyskytují také v jiných buňkách lidského těla a jiných organismech, pouze v mnohem menším poměru a podílejících se na různých procesech, jako je buněčná migrace, exocytóza, cytokinéza (při dělení buněk) a dokonce i v intracelulární vezikulární přenos.

Troponin a tropomyosin jsou dva proteiny spojené s tenkými aktinovými vlákny, které se podílejí na regulaci kontrakčních a relaxačních procesů myofibril svalových buněk nebo vláken.

Mechanismy působení, kterými tyto dva proteiny vykonávají svou funkci, souvisí s intracelulární koncentrací vápníku. Troponinový regulační systém je jedním z nejznámějších systémů ve fyziologii a biochemii kontrakce kosterních svalů.

Tyto proteiny jsou pro tělo velmi důležité. V současné době je jisté, že některé familiární nebo vrozené kardiomyopatie jsou produktem mutací v sekvenci genů, které kódují jeden z nich (troponin nebo tropomyosin).

vlastnosti

Troponin je spojen s aktinem v tenkých vláknech svalových vláken v kosterním a srdečním svalu ve stechiometrickém poměru 1 až 7, tj. Jedna molekula troponinu na každých 7 molekul aktinu.

Tento protein, jak bylo zdůrazněno, se nachází výhradně ve vláknech obsažených v myofibrilech kosterních a srdečních pruhovaných svalových vláken, a nikoli ve vláknech hladkého svalstva, které tvoří vaskulární a viscerální svaly.

Někteří autoři ji chápou jako regulační protein tropomyosinu. Podobně má vazebná místa pro interakci s aktinovými molekulami, což mu dává schopnost regulovat jeho interakci s myosinem silných vláken.

V myofilamentech je poměr mezi molekulami troponinu a tropomyosinu 1: 1, což znamená, že pro každý existující komplex troponinů je s ním spojená molekula tropomyosinu.

Struktura

Troponin je proteinový komplex složený ze tří různých globulárních podjednotek známých jako troponin I, troponin C a troponin T, které dohromady tvoří více či méně 78 kDa.

V lidském těle existují tkáňově specifické varianty pro každou z těchto podjednotek, které se od sebe liší jak na genetické, tak na molekulární úrovni (s ohledem na geny, které je kódují), a na strukturální úrovni (s ohledem na jejich aminokyselinové sekvence).

Zastoupení jedné z troponinových podjednotek (Zdroj: Jawahar Swaminathan a pracovníci MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)

Troponin C nebo TnC je nejmenší ze tří podjednotek a možná jednou z nejdůležitějších. Má 18 kDa molekulovou hmotnost a má místa pro vazbu vápníku (Ca2 +).

Troponin T nebo TnT je ten, který má vazebná místa pro ukotvení komplexu tří podjednotek k tropomyosinu a má molekulovou hmotnost 30 kDa; to je také známé jako T podjednotka nebo tropomyosin vázající podjednotka.

Troponin I nebo TnI, s málo více než 180 aminokyselinovými zbytky, má stejnou molekulovou hmotnost jako troponin T, ale ve své struktuře má zvláštní místa pro vazbu k aktinu, blokující interakci mezi posledně uvedeným a myosinem, který je fenomén zodpovědný za kontrakci svalových vláken.

Mnoho učebnic označuje tuto podjednotku jako inhibiční podjednotku a jako molekulární „lepidlo“ mezi třemi podjednotkami troponinu. Jeho schopnost vázat se na aktin a jeho inhibiční aktivita je posílena jeho asociací s tropomyosinem, zprostředkovanou TnT podjednotkou.

Ukázalo se, že v podjednotce I je oblast sekvence zodpovědná za inhibici definována centrálním peptidem 12 aminokyselinových zbytků mezi polohami 104 a 115; a že C-terminální oblast podjednotky také hraje roli během inhibice.

Funkce

Hlavní role Troponinu při kontrakci svalů závisí na jeho schopnosti vázat vápník, protože tento protein je jedinou složkou tenkých vláken v kosterním svalu, která má tuto vlastnost.

V nepřítomnosti troponinu jsou tenká vlákna schopna vázat se na silná vlákna a stahovat se, bez ohledu na intracelulární koncentraci vápníku, takže funkcí troponinu je zabránit kontrakci v nepřítomnosti vápníku prostřednictvím jeho asociace s tropomyosinem.

Troponin tedy hraje důležitou roli při udržování svalové relaxace, když není dostatek intracelulárního vápníku, a při svalové kontrakci, když elektrický nervový stimul umožňuje vápníku vstoupit do svalového vlákna.

Jak se to stane?

U svalů s kostním a srdečním pruhem dochází ke svalové kontrakci v důsledku interakce mezi tenkými a tlustými vlákny, které se klouže po sobě.

V buňkách těchto svalů je vápník nezbytný pro interakci aktin-myosin (tenká a silná vlákna), protože vazebná místa aktinu pro myosin jsou „skrytá“ společným působením tropomyosinu a troponin, který reaguje na vápník.

Vápníkové ionty ze sarkoplazmatického retikula (endoplazmatického retikula svalových vláken) se vážou na podjednotku troponinu C, neutralizují inhibici zprostředkovanou troponinem a spouštějí svalovou kontrakci.

K „neutralizaci“ inhibice způsobené podjednotkou I dochází po navázání vápníku na podjednotku C, což generuje konformační změnu, která se šíří mezi třemi podjednotkami a umožňuje jejich disociaci z aktinových i tropomyosinových molekul.

Tato disociace mezi troponinem, tropomyosinem a aktinem odhaluje vazebná místa pro myosin na aktinu. Je to tak, že kulové hlavice posledně jmenovaných mohou interagovat s aktinovými vlákny a iniciovat kontrakci závislou na ATP přemístěním jednoho vlákna nad druhým.

Troponinový test

Troponin je výhodným biomarkerem pro detekci srdečních lézí. Z tohoto důvodu se troponinový test široce používá při biochemické, včasné a / nebo preventivní diagnostice některých srdečních patologických stavů, jako je akutní infarkt myokardu.

Tento test je zjištěn mnoha ošetřujícími lékaři, kteří pomáhají při rozhodování o tom, co dělat a jaké ošetření podávat pacientům s bolestí na hrudi.

Obecně je spojena s detekcí troponinových T a I podjednotek, protože izoforma troponinu C se také nachází v kosterních svalech s pomalým záškubem; to znamená, že to není specifické pro srdce.

Na čem je založený troponinový test?

Troponinový test je obvykle imunologický test, který detekuje srdeční izoformy T a I podjednotek troponinu. Je tedy založen na rozdílech, které existují mezi oběma izoformami.

Izoforma podjednotky troponinu I (cTnI)

V myokardiální svalové tkáni je pouze jedna izoforma podjednotky troponinu I, charakterizovaná přítomností post-translačního "ocasu" s 32 aminokyselinami na jeho N-terminálním konci.

Tato izoforma je detekována díky vývoji specifických monoklonálních protilátek, které nerozpoznávají jiné nekardiální izoformy, protože aminokyselinový konec je více než 50% odlišný od konců jiných izoforem.

CTnI není exprimován v poškozených tkáních, ale je jedinečný pro dospělou srdeční tkáň.

Izoforma podjednotky T troponinu (cTnT)

Srdeční isoforma T podjednotky troponinu T je kódována ve třech různých genech, jejichž mRNA mohou být podrobeny alternativnímu sestřihu, což vede k produkci isoforem s variabilními sekvencemi na N- a C-koncích.

Ačkoli lidský srdeční sval obsahuje 4 isoformy TnT, pouze jedna je charakteristická pro dospělou srdeční tkáň. To je detekováno specifickými protilátkami navrženými proti N-terminálnímu konci jeho aminokyselinové sekvence.

Testy „nové generace“ pro T podjednotku srdeční izoformy věnují velkou pozornost skutečnosti, že některá poškozená tkáň kosterního svalstva může tuto isoformu znovu exprimovat, takže lze získat křížovou reakci s protilátkami.

Reference

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Troponin: biomarker volby pro detekci srdečního poškození. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003). Multicentrické vyhodnocení diagnostické hodnoty srdečního troponinu T, hmoty CK-MB a myoglobinu pro hodnocení pacientů s podezřením na akutní koronární syndromy v rutinní klinické praxi. Heart, 89, 280–286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Troponinový komplex a regulace svalové kontrakce. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Citlivý test troponinu I při včasné diagnostice akutního infarktu myokardu. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M. a Pawlina, W. (2006). Histologie. Text a atlas s korelovanou buněčnou a molekulární biologií (5. vydání). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mechanismus vápníkové regulace svalové kontrakce. Při sledování svého strukturálního základu. Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 91, 321-350.