Titin er det udtryk, der bruges til at beskrive et par kæmpe polypeptidkæder, der udgør det tredje mest rigelige protein i sarkomererne i en lang række skelet- og hjertemuskler.
Titin er et af de største kendte proteiner med hensyn til antallet af aminosyrerester og derfor med hensyn til molekylvægt. Dette protein er også kendt som connectin og findes i både hvirveldyr og hvirvelløse dyr.
Titina-struktur (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)
Det blev beskrevet med dette navn (connectin) for første gang i 1977, og i 1979 blev det defineret som dobbeltbåndet i den øverste del af en elektroforesegel i polyacrylamidgeler under denaturerende betingelser (med natriumdodecylsulfat). I 1989 blev dens placering etableret ved hjælp af immunoelektronmikroskopi.
Sammen med et andet stort protein, nebulin, er titin en af hovedkomponenterne i det elastiske netværk af muskelcelle-cytoskelettet, der sameksisterer med de tykke filamenter (myosin) og de tynde filamenter (actin) inden i sarkomerer; så meget, at det er kendt som det tredje filamentsystem af muskelfibre.
De tykke og tynde filamenter er ansvarlige for frembringelsen af den aktive kraft, mens titinfilamenterne bestemmer viskoelasticiteten af sarkomerer.
En sarkomere er den gentagne enhed af myofibriller (muskelfibre). Den er cirka 2 um i længden og afgrænses af "plaques" eller linjer kaldet Z-linier, der segmenterer hver myofibril i strierede fragmenter med defineret størrelse.
Titinmolekyler samles i ekstremt lange, fleksible, tynde og strækbare filamentøse tråde. Titin er ansvarlig for elasticiteten af skeletmuskulaturen og antages at fungere som et molekylært stillads, der specificerer den rigtige samling af sarkomerer i myofibriller.
Struktur
I hvirveldyr har titin ca. 27.000 aminosyrerester og en molekylvægt på ca. 3 MDa (3.000 kDa). Det er sammensat af to polypeptidkæder kendt som T1 og T2, som har lignende kemiske sammensætninger og lignende antigene egenskaber.
I hvirvelløse muskler findes der ”minititiner” på mellem 0,7 og 1,2MDa molekylvægt. Denne gruppe proteiner inkluderer proteinet "twitchin" fra Caenorhabditis elegans og proteinet "projektin", der findes i slægten Drosophila.
Vertebrate titin er et modulært protein sammensat primært af immunoglobulin og fibronectin III-lignende (FNIII-lignende) domæner arrangeret i tandem. Det har en elastisk region rig på prolin-, glutaminsyre-, valin- og lysinrester kendt som PEVK-domænet og et andet serinkinasedomæne ved dens carboxylterminale ende.
Hver af domænerne er ca. 100 aminosyrer lang og er kendt som klasse I-titin (det fibronektinlignende domæne III) og klasse II-titin (det immunglobulinlignende domæne). Begge domæner foldes ind i 4 nm lange "sandwich" strukturer sammensat af antiparallelle ß-ark.
Hjertekonninmolekylet indeholder 132 immunoglobulindomæne gentagelsesmotiver og 112 fibronektinlignende domæne III gentagelsesmotiver.
Det kodende gen for disse proteiner (TTN) er "mesteren" af intronerne, da det har næsten 180 af disse inde.
Transkripterne af underenhederne behandles differentielt, især de kodende regioner af immunoglobulin (Ig) og PEVK-lignende domæner, som giver anledning til isoformer med forskellige udvidelige egenskaber.
Funktioner
Funktionen af titin i sarcomerer afhænger af dens tilknytning til forskellige strukturer: dens C-terminale ende er forankret til M-linjen, mens den N-terminale ende af hvert titin er forankret til Z-linjen.
Nebulin- og titinproteinerne fungerer som "molekylære linealer", der regulerer henholdsvis længden af de tykke og tynde filamenter. Titin strækker sig som nævnt fra Z-disken til ud over M-linjen, i midten af sarkomeren, og regulerer dens længde og forhindrer overstrækning af muskelfibre.
Det er vist, at foldning og udfoldelse af titin hjælper med muskelsammenslutningsprocessen, dvs. at det genererer det mekaniske arbejde, der opnår forkortelse eller udvidelse af sarkomerer; mens de tykke og tynde fibre er de molekylære bevægelsesmotorer.
Titin deltager i vedligeholdelsen af de tykke filamenter i midten af sarkomeren, og dens fibre er ansvarlige for genereringen af passiv spænding under strækningen af sarkomerer.
Andre funktioner
Ud over sin deltagelse i frembringelsen af viskoelastisk kraft har titin andre funktioner, herunder:
-Deltagelse i mekano-kemisk signalering begivenheder gennem dets associering med andre sarkomere og ikke-sarkomere proteiner
-Længdeafhængig aktivering af det kontraktile apparat
-Montering af sarkomerer
-Bidrag i cytoskeletets struktur og funktion blandt hvirveldyr.
Visse undersøgelser har vist, at i humane celler og Drosophila-embryoner har titin en anden funktion som et kromosomalt protein. De elastiske egenskaber af det oprensede protein svarer perfekt til kromosomernes elastiske egenskaber fra både levende celler og kromosomer samlet in vitro.
Dette proteins deltagelse i komprimering af kromosomer er blevet vist takket være stedstyret mutageneseeksperimenter af genet, der koder for det, hvilket resulterer i både muskel- og kromosomdefekter.
Lange et al. Påviste i 2005, at titinkinasedomænet har at gøre med det komplekse ekspressionssystem for muskelgener, et faktum demonstreret ved mutationen af dette domæne, der forårsager arvelige muskelsygdomme.
Relaterede patologier
Nogle hjertesygdomme har at gøre med ændringer i titinens elasticitet. Sådanne ændringer påvirker i høj grad myokardiets ekstensibilitet og passive diastoliske stivhed og formodentlig mekanosensitivitet.
TTN-genet er blevet identificeret som en af de vigtigste gener involveret i humane sygdomme, så egenskaberne og funktionerne af hjerteproteinet er blevet grundigt undersøgt i de senere år.
Dilateret kardiomyopati og hypertrofisk kardiomyopati er også produktet af mutationen af flere gener, herunder TTN-genet.
Referencer
- Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Color Atlas of Physiology (5. udg.). New York: Thieme.
- Herman, D., Lam, L., Taylor, M., Wang, L., Teekakirikul, P., Christodoulou, D.,… Seidman, CE (2012). Trunkeringer af titin, der forårsager dilateret kardiomyopati. The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619–628.
- Keller, T. (1995). Struktur og funktion af titin og nebulin. Aktuel udtalelse i biologi, 7, 32-38.
- Lange, S., Lange, S., Xiang, F., Yakovenko, A., Vihola, A., Hackman, P.,… Gautel, M. (2005). Kinase-domænet af titin kontrollerer muskelgenekspression og proteinomsætning. Videnskab, 1599-1603.
- Linke, WA, & Hamdani, N. (2014). Gigantisk forretning: Titinegenskaber og funktion gennem tykt og tyndt. Circulation Research, 114, 1052-1068.
- Machado, C., & Andrew, DJ (2000). D-TITIN: et kæmpeprotein med dobbeltroller i kromosomer og muskler. Journal of Cell Biology, 151 (3), 639–651.
- Maruyama, K. (1997). Kæmpe elastisk protein fra muskler. FASEB-tidsskriftet, 11, 341–345.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).
- Rivas-Pardo, J., Eckels, E., Popa, I., Kosuri, P., Linke, W., & Fernández, J. (2016). Arbejde udført af Titin Protein Folding Assists Muskelkontraktion. Cell Reports, 14, 1339-1347.
- Trinick, J. (1994). Titin og nebulin: protein linealer i muskler? Trends in Biochemical Sciences, 19, 405–410.
- Tskhovrebova, L., & Trinick, J. (2003). Titin: Egenskaber og familieforhold. Nature Reviews, 4, 679-6889.
- Wang, K., Ramirez-Mitchell, R., & Palter, D. (1984). Titin er et ekstraordinært langt, fleksibelt og slankt myofibrillar protein. Proc. Natl. Acad. Sci., 81, 3685-3689.