TROPONIN: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIES EN TEST - BIOLOGIE - 2025

Troponine is de naam die wordt gegeven aan een eiwit dat aanwezig is in de skeletspier en de hartspier van gewervelde dieren, geassocieerd met filamenten in spiervezels en dat functies heeft bij het reguleren van de contractiele activiteit (spiercontractie en ontspanning).

Spiervezels zijn de cellen waaruit spierweefsel bestaat, waarvan het samentrekkingsvermogen is gebaseerd op de interactie tussen filamenten die zijn geordend en nauw met elkaar verbonden zijn en het grootste deel van het cytoplasmatische volume innemen.

Grafische weergave van de elementen van een dun filament in spiervezels (Bron: Raul654, via Wikimedia Commons)

Deze filamenten staan ​​bekend als myofilamenten en er zijn twee klassen: dik en dun. De dikke filamenten zijn samengesteld uit myosine II-moleculen, terwijl de dunne filamenten polymeren zijn van globulair actine of G-actine in combinatie met twee andere eiwitten.

Zowel actine als myosine worden ook aangetroffen in andere cellen van het menselijk lichaam en andere organismen, alleen in een veel kleinere hoeveelheid en nemen deel aan verschillende processen zoals celmigratie, exocytose, bij cytokinese (tijdens celdeling) en zelfs in intracellulair vesiculair verkeer.

Troponine en tropomyosine zijn de twee eiwitten die zijn geassocieerd met de dunne actinefilamenten die deelnemen aan de regulering van de contractie- en relaxatieprocessen van de myofibrillen van spiercellen of vezels.

De werkingsmechanismen waardoor deze twee eiwitten hun functie uitoefenen, zijn gerelateerd aan de intracellulaire concentratie van calcium. Het troponineregulatiesysteem is een van de bekendste systemen in de fysiologie en biochemie van skeletspiercontractie.

Deze eiwitten zijn van groot belang voor het lichaam. Op dit moment is het zeker bekend dat sommige familiale of aangeboren cardiomyopathieën het product zijn van mutaties in de sequentie van de genen die coderen voor een van de twee (troponine of tropomyosine).

kenmerken

Troponine wordt geassocieerd met actine in de dunne filamenten van spiervezels in skelet- en hartspier in een stoichiometrische verhouding van 1 tot 7, dat wil zeggen één molecuul troponine voor elke 7 moleculen actine.

Zoals is benadrukt, wordt dit eiwit uitsluitend aangetroffen in de filamenten in de myofibrillen van skeletspier- en cardiale dwarsgestreepte spiervezels, en niet in de gladde spiervezels die de vasculaire en viscerale spieren vormen.

Het wordt door sommige auteurs opgevat als het regulator-eiwit van tropomyosine. Op deze manier heeft het bindingsplaatsen voor de interactie met actinemoleculen, waardoor het zijn interactie met het myosine van de dikke filamenten kan reguleren.

In myofilamenten is de verhouding tussen troponine- en tropomyosinemoleculen 1 op 1, wat betekent dat er voor elk troponinecomplex dat er bestaat een tropomyosinemolecuul mee geassocieerd is.

Structuur

Troponine is een eiwitcomplex dat bestaat uit drie verschillende bolvormige subeenheden, bekend als troponine I, troponine C en troponine T, die samen ongeveer 78 kDa bedragen.

In het menselijk lichaam zijn er weefselspecifieke varianten voor elk van deze subeenheden, die van elkaar verschillen zowel op genetisch en moleculair niveau (met betrekking tot de genen die ervoor coderen), en op structureel niveau (met betrekking tot hun aminozuursequenties).

Vertegenwoordiging van een van de troponinesubeenheden (Bron: Jawahar Swaminathan en MSD-personeel bij het European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Troponine C of TnC is de kleinste van de drie subeenheden en misschien wel een van de belangrijkste. Het heeft een molecuulgewicht van 18 kDa en heeft plaatsen om calcium (Ca2 +) te binden.

Troponine T of TnT is degene die de bindingsplaatsen heeft om het complex van de drie subeenheden aan tropomyosine te verankeren en heeft een molecuulgewicht van 30 kDa; het is ook bekend als T-subeenheid of tropomyosine-bindende subeenheid.

Troponine I of TnI, met iets meer dan 180 aminozuurresiduen, heeft hetzelfde molecuulgewicht als troponine T, maar in zijn structuur heeft het de speciale plaatsen om actine te binden, waardoor de interactie tussen laatstgenoemde en myosine wordt geblokkeerd. het fenomeen dat verantwoordelijk is voor de samentrekking van spiervezels.

In veel studieboeken wordt naar deze subeenheid verwezen als de remmende subeenheid en als de moleculaire "lijm" tussen de drie subeenheden van troponine. Zijn vermogen om te binden aan actine en zijn remmende activiteit worden versterkt door zijn associatie met tropomyosine, gemedieerd door de TnT-subeenheid.

Aangetoond is dat in subeenheid I het gebied van de sequentie dat verantwoordelijk is voor de remming wordt gedefinieerd door een centraal peptide van 12 aminozuurresiduen tussen posities 104 en 115; en dat het C-terminale gebied van de subeenheid ook een rol speelt tijdens remming.

Kenmerken

De belangrijkste rol van troponine bij spiercontractie hangt af van zijn vermogen om calcium te binden, aangezien dit eiwit het enige bestanddeel is van de dunne filamenten in skeletspieren dat deze eigenschap heeft.

Bij afwezigheid van troponine kunnen dunne filamenten zich binden aan dikke filamenten en samentrekken, ongeacht de intracellulaire calciumconcentratie, dus de functie van troponine is om contractie in afwezigheid van calcium te voorkomen door zijn associatie met tropomyosine.

Troponine speelt dus een belangrijke rol bij het handhaven van spierontspanning wanneer er niet genoeg intracellulair calcium is, en bij spiercontractie wanneer de elektrische zenuwstimulatie calcium in de spiervezel laat binnendringen.

Hoe gebeurde dit?

In skeletale en cardiale dwarsgestreepte spieren treedt spiercontractie op dankzij de interactie tussen dunne en dikke filamenten die over elkaar glijden.

In de cellen van deze spieren is calcium essentieel om de actine-myosine-interactie (dunne en dikke filamenten) te laten plaatsvinden, aangezien de actine-bindingsplaatsen voor myosine 'verborgen' zijn door de gezamenlijke werking van tropomyosine en troponine, dat reageert op calcium.

Calciumionen uit het sarcoplasmatisch reticulum (het endoplasmatisch reticulum van spiervezels) binden aan de C-subeenheid van troponine, neutraliseren troponine-gemedieerde remming en triggeren spiercontractie.

De "neutralisatie" van de remming veroorzaakt door subeenheid I vindt plaats na de binding van calcium aan subeenheid C, die een conformatieverandering genereert die zich verspreidt tussen de drie subeenheden en hun dissociatie van zowel actine- als tropomyosinemoleculen mogelijk maakt. .

Deze dissociatie tussen troponine, tropomyosine en actine onthult de bindingsplaatsen voor myosine op actine. Het is dan dat de bolvormige koppen van de laatste kunnen interageren met actinevezels en ATP-afhankelijke contractie kunnen initiëren door verplaatsing van het ene filament over het andere.

Troponinetest

Troponine is de biomarker die de voorkeur heeft voor de detectie van hartlaesies. Om deze reden wordt de troponinetest veel gebruikt bij de biochemische, vroege en / of preventieve diagnose van sommige hartpathologische aandoeningen zoals een acuut myocardinfarct.

Veel behandelende artsen vinden deze test als hulpmiddel bij het nemen van beslissingen over wat ze moeten doen en welke behandeling ze moeten toedienen aan patiënten met pijn op de borst.

Het wordt over het algemeen geassocieerd met de detectie van troponine T- en I-subeenheden, aangezien de troponine C-isovorm ook wordt aangetroffen in langzame skeletspieren; dat wil zeggen, het is niet specifiek voor het hart.

Waar is de troponinetest op gebaseerd?

De troponinetest is meestal een immunologische test die de cardiale isovormen van de T- en I-subeenheden van troponine detecteert. Het is dus gebaseerd op de verschillen die bestaan ​​tussen beide isovormen.

Isovorm van de troponine I-subeenheid (cTnI)

In myocardspierweefsel is er slechts één isovorm van troponine I-subeenheid, gekenmerkt door de aanwezigheid van een posttranslationele "staart" van 32 aminozuren aan het N-terminale uiteinde.

Deze isovorm wordt gedetecteerd dankzij de ontwikkeling van specifieke monoklonale antilichamen die andere niet-cardiale isovormen niet herkennen, aangezien de aminozuurstaart min of meer 50% verschilt van de uiteinden van andere isovormen.

CTnI komt niet tot expressie in beschadigde weefsels, maar is uniek voor volwassen hartweefsel.

Isovorm van de troponine T-subeenheid (cTnT)

De cardiale isovorm van de troponine T-subeenheid wordt gecodeerd in drie verschillende genen, waarvan de mRNA's een alternatieve splitsing kunnen ondergaan, wat resulteert in de productie van isovormen met variabele sequenties aan de N- en C-termini.

Hoewel de menselijke hartspier 4 isovormen van TnT bevat, is er slechts één kenmerkend voor volwassen hartweefsel. Dit wordt gedetecteerd met specifieke antilichamen die zijn ontworpen tegen het N-terminale uiteinde van zijn aminozuursequentie.

"Volgende generatie" tests voor de T-subeenheid van de cardiale isovorm besteden veel aandacht aan het feit dat sommige beschadigde skeletspierweefsel deze isovorm opnieuw tot expressie kan brengen, waardoor kruisreacties met antilichamen kunnen worden verkregen.

Referenties

1. Babuin, L., en Jaffe, AS (2005). Troponine: de biomarker bij uitstek voor de detectie van hartletsel. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003). Multicenter evaluatie van de diagnostische waarde van cardiaal troponine T, CK-MB-massa en myoglobine voor het beoordelen van patiënten met verdenking op acute coronaire syndromen in de dagelijkse klinische praktijk. Hart, 89, 280-286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Het troponinecomplex en regulering van spiercontractie. FASEB, 9, 755-767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Gevoelige troponine I-test bij vroege diagnose van acuut myocardinfarct. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868-877.
5. Ross, M., en Pawlina, W. (2006). Histologie. Een tekst en atlas met gecorreleerde cel- en moleculaire biologie (5e ed.). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mechanisme van de calciumregulatie van spiercontractie. Op zoek naar zijn structurele basis. Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 91, 321-350.