Titin je izraz, ki se uporablja za opis para velikanskih polipeptidnih verig, ki sestavljajo tretji najpogostejši protein v sarkomerah širokega spektra skeletnih in srčnih mišic.
Titin je eden največjih znanih beljakovin po številu aminokislinskih ostankov in s tem tudi po molekulski masi. Ta beljakovina je znana tudi kot kotenin in je prisotna tako pri vretenčarjih kot nevretenčarjih.
Struktura Titine (Vir: Jawahar Swaminathan in osebje MSD na Evropskem inštitutu za bioinformatiko prek Wikimedia Commons)
Prvič je bil opisan s tem imenom (connectin) leta 1977, leta 1979 pa je bil definiran kot dvopasovni pas v zgornjem delu gela za elektroforezo v poliakrilamidnih gelih pod denaturiranjem (z natrijevim dodecil sulfatom). Leta 1989 je bila z imunoelektronsko mikroskopijo ugotovljena njegova lokacija.
Skupaj z drugim velikim beljakovinam, nebulinom, titinom, je eden glavnih sestavnih delov elastične mreže citoskeleta mišične celice, ki skupaj s debelimi nitkami (miozinom) in tankimi nitkami (aktinom) znotraj sarkomerov; toliko, da je znan kot tretji filamentni sistem mišičnih vlaken.
Debele in tanke nitke so odgovorne za nastanek aktivne sile, titinske nitke pa določajo viskoelastičnost sarcomerov.
Sarkomera je ponavljajoča se enota miofibrilov (mišičnih vlaken). Dolga je približno 2 µm in je omejena s „plaki“ ali črtami, imenovanimi Z-črte, ki segmentirajo vsako miofibrilo v progaste fragmente določene velikosti.
Molekule titina se sestavljajo v izjemno dolge, prožne, tanke in raztegljive nitaste niti. Titin je odgovoren za elastičnost skeletnih mišic in verjame, da deluje kot molekularno ogrodje, ki določa pravilno sestavljanje sarkomerov v miofibrilih.
Struktura
V vretenčarjih ima titin približno 27.000 aminokislinskih ostankov in molekulsko maso približno 3 MDa (3.000 kDa). Sestavljen je iz dveh polipeptidnih verig, znanih kot T1 in T2, ki imata podobne kemične sestave in podobne antigene lastnosti.
V mišicah nevretenčarjev so "mini titini" molekulske mase med 0,7 in 1,2 MDa. V to skupino beljakovin spadajo beljakovine "twitchin" iz Caenorhabditis elegans in beljakovine "projektin", ki jih najdemo v rodu Drosophila.
Vretenčarski titin je modularni protein, sestavljen predvsem iz imunoglobulinskih in fibronektinom III podobnih (FNIII podobnih) domen, razporejenih v tandemu. Ima elastično območje, bogato z ostanki prolina, glutaminske kisline, valina in lizina, znanih kot domena PEVK, in na koncu karboksilnega terminala drugo domeno serin kinaze.
Vsaka od domen je dolga približno 100 aminokislin in je znana kot titin I razreda (fibronektinu podobna domena III) in titin razreda II (imunoglobulinu podobna domena). Obe domeni se zložita v 4 nm dolge "sendvič" strukture, sestavljene iz protiparalnih β-listov.
Srčna molekula connectin vsebuje 132 motivov ponovitve imunoglobulinske domene in 112 fibronektinom podobnih ponovitev motivov domene III.
Gen za kodiranje teh beljakovin (TTN) je "prvak" intronov, saj jih ima skoraj 180 teh v notranjosti.
Prepisi podenot so različno obdelani, zlasti kodirajoča področja imunoglobulinskih (Ig) in PEVK podobnih domen, ki povzročajo izoforme z različnimi razširljivimi lastnostmi.
Lastnosti
Funkcija titina v sarkomerah je odvisna od njegove povezanosti z različnimi strukturami: njegov C-terminalni konec je zasidran na črto M, medtem ko je N-končni konec vsakega titina zasidran v linijo Z.
Proteini nebulin in titin delujejo kot "molekulski vladarji", ki uravnavajo dolžino debelih in tankih nitk. Titin se, kot rečeno, razprostira od diska Z do onkraj črte M, na sredini sarkomera, in uravnava njegovo dolžino, preprečuje prekomerno raztezanje mišičnih vlaken.
Pokazalo se je, da zlaganje in odvijanje titina pomaga procesu krčenja mišic, to pomeni, da ustvarja mehansko delo, s katerim dosežemo skrajšanje ali podaljšanje sarkomerov; medtem ko so debela in tanka vlakna molekularni motorji gibanja.
Titin sodeluje pri vzdrževanju debelih nitk v središču sarcomera, njegova vlakna pa so odgovorna za ustvarjanje pasivne napetosti med raztezanjem sarkomerov.
Druge funkcije
Titin je poleg svojega sodelovanja pri ustvarjanju viskoelastične sile še druge funkcije, med katerimi so:
-Sodelovanje v mehano-kemijskih signalnih dogodkih s povezavo z drugimi sarkomernimi in ne-sarkomernimi proteini
- Aktiviranje kontraktilnih aparatov od dolžine
-Sestavljanje sarkomerov
-Podelitev v strukturi in funkciji citoskeleta pri vretenčarjih.
Določene študije so pokazale, da ima v človeških celicah in zarodkih Drosophila titin še eno funkcijo kot kromosomski protein. Elastične lastnosti očiščenega proteina popolnoma ustrezajo elastičnim lastnostim kromosomov iz živih celic in kromosomov, sestavljenih in vitro.
Udeležba tega proteina v zbijanju kromosomov je bila dokazana s poskusi na mestu usmerjene mutageneze gena, ki ga kodira, kar ima za posledico mišične in kromosomske okvare.
Lange in sod. So leta 2005 dokazali, da ima domena titin kinaze povezavo s kompleksnim ekspresijskim sistemom mišičnih genov, kar je dokazano z mutacijo tega področja, ki povzroča dedne mišične bolezni.
Sorodne patologije
Nekatere bolezni srca so povezane s spremembami elastičnosti titina. Takšne spremembe močno vplivajo na razširljivost in pasivno diastolično togost miokarda in, predvidoma, na mehanosenzibilnost.
Gen TTN je bil opredeljen kot eden glavnih genov, ki sodelujejo pri človeških boleznih, zato so bile lastnosti in funkcije srčnega proteina v zadnjih letih temeljito proučene.
Dilatirana kardiomiopatija in hipertrofična kardiomiopatija sta tudi produkt mutacije več genov, vključno z genom TTN.
Reference
- Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Barvni atlas fiziologije (5. izd.). New York: Thieme.
- Herman, D., Lam, L., Taylor, M., Wang, L., Teekakirikul, P., Christodoulou, D.,… Seidman, CE (2012). Odrezki titina, ki povzročajo dilatirano kardiomiopatijo. The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619–628.
- Keller, T. (1995). Struktura in funkcija titina in nebulina. Trenutno mnenje iz biologije, 7, 32–38.
- Lange, S., Lange, S., Xiang, F., Yakovenko, A., Vihola, A., Hackman, P.,… Gautel, M. (2005). Kinazna domena titina nadzira izražanje mišičnega gena in promet beljakovin. Znanost, 1599-1603.
- Linke, WA, & Hamdani, N. (2014). Gigantski posel: Lastnosti in delovanje Titina skozi debele in tanke. Circulation Research, 114, 1052–1068.
- Machado, C., in Andrew, DJ (2000). D-TITIN: velikanski protein z dvojnimi vlogami v kromosomih in mišicah. The Journal of Cell Biology, 151 (3), 639–651.
- Maruyama, K. (1997). Velikanska elastična beljakovina mišic. Časopis FASEB, 11, 341–345.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.).
- Rivas-Pardo, J., Eckels, E., Popa, I., Kosuri, P., Linke, W., & Fernández, J. (2016). Delo, opravljeno z zvijanjem beljakovin Titin, pomaga krčenju mišic. Poročila o celicah, 14, 1339-1347.
- Trinick, J. (1994). Titin in nebulin: vladarski proteini v mišicah? Trendi v biokemijskih znanostih, 19, 405–410.
- Tskhovrebova, L., & Trinick, J. (2003). Titin: Lastnosti in družinske zveze. Nature Reviews, 4, 679–6889.
- Wang, K., Ramirez-Mitchell, R., & Palter, D. (1984). Titin je izjemno dolg, prožen in vitki miofibrilarni protein. Proc. Natl. Acad. Sci., 81, 3685-3689.