Titin je pojam koji se koristi da opiše par ogromnih polipeptidnih lanaca koji čine treći najobilniji protein u sarkomerama širokog raspona skeletnih i srčanih mišića.
Titin je jedan od najvećih poznatih proteina po broju aminokiselinskih ostataka, a samim tim i po molekularnoj težini. Ovaj protein je također poznat i kao konektin, a prisutan je i u kralježnjaka i beskralježnjaka.
Titina struktura (Izvor: Jawahar Swaminathan i osoblje MSD-a u Europskom institutu za bioinformatiku putem Wikimedia Commonsa)
Prvi put je opisano s tim nazivom (connectin) 1977. godine, a 1979. godine definirano je kao dvostruka vrpca u gornjem dijelu gela za elektroforezu u poliakrilamidnim gelovima u uvjetima denaturiranja (s natrijevim dodecil sulfatom). 1989. godine njegovo mjesto je utvrđeno imunoelektronskom mikroskopijom.
Zajedno s još jednim velikim bjelančevinom, nebulinom, titin je jedna od glavnih komponenti elastične mreže citoskeleta mišićne stanice koja koegzistira s gustim vlaknima (miozinom) i tankim vlaknima (aktinom) unutar sarcomera; toliko da je poznat kao treći vlaknasti sustav mišićnih vlakana.
Debela i tanka vlakna odgovorna su za stvaranje aktivne sile, dok titinska vlakna određuju viskoelastičnost sarcomera.
Sarkomera je jedinica miofibrila koja se ponavlja (mišićna vlakna). Duga je približno 2 µm i ograničena je „plakovima“ ili linijama zvanim Z-linije, koje odvoze svaku miofibrilu u prugaste fragmente definirane veličine.
Molekuli titina skupljaju se u izuzetno duge, fleksibilne, tanke i proširive vlaknaste niti. Titin je odgovoran za elastičnost skeletnih mišića i vjeruje se da djeluje kao molekularni skelet koji određuje pravilno sastavljanje sarcomera u miofibrilima.
Struktura
Kod kralješnjaka, titin ima oko 27.000 aminokiselinskih ostataka i molekulska masa oko 3 MDa (3.000 kDa). Sastoji se od dva polipeptidna lanca poznata kao T1 i T2, koji imaju slične kemijske sastave i slična antigena svojstva.
U mišićima beskralješnjaka postoje "mini-titini" molekularne težine između 0,7 i 1,2MDa. Ova skupina proteina uključuje protein "twitchin" iz Caenorhabditis elegans i protein "projektin" koji se nalazi u rodu Drosophila.
Vertebrate titin je modularni protein sastavljen uglavnom od imunoglobulina i fibronektina III (FNIII sličnih) domena raspoređenih u tandemu. Ima elastičnu regiju bogatu ostacima prolina, glutaminske kiseline, valina i lizina poznate kao PEVK domena i još jednog domena serin kinaze na svom karboksilnom terminalnom kraju.
Svaka domena dugačka je oko 100 aminokiselina i poznata je kao titin klase I (fibronektinom slična domena III) i titin klase II (domena slična imunoglobulinu). Obje domene savijaju se u "sendvič" strukture dužine 4 nm sastavljene od antiparalelnih β-listova.
Srčana molekula konektora sadrži 132 motiva ponavljanja domene imunoglobulina i 112 motiva fibronektina sličnih domena III.
Gen za kodiranje tih proteina (TTN) "je prvak" introna s obzirom da ih ima gotovo 180.
Transkripti podjedinica su različito obrađeni, posebno kodirajuća područja imunoglobulina (Ig) i PEVK-sličnih domena, koji stvaraju izoformu s različitim svojstvima proširivanja.
Značajke
Funkcija titina u sarkomerima ovisi o njegovoj povezanosti s različitim strukturama: njegov kraj C-kraja usidren je na M liniju, dok je N-terminalni kraj svakog titina usidren na liniju Z.
Proteini nebulin i titin djeluju kao "molekularni vladari" koji reguliraju dužinu gustih i tankih niti. Titin se, kao što je spomenuto, proteže od Z diska do M linije, u središtu sarcomera, i regulira njegovu dužinu, sprječavajući prekomjerno istezanje mišićnog vlakna.
Pokazano je da savijanje i razvijanje titina potpomaže proces kontrakcije mišića, to jest stvara mehanički rad kojim se postiže skraćivanje ili produženje sarkomera; dok su debela i tanka vlakna molekularni motori pokreta.
Titin sudjeluje u održavanju gustih niti u središtu sarcomera, a njegova vlakna odgovorna su za stvaranje pasivne napetosti tijekom istezanja sarcomera.
Ostale funkcije
Pored sudjelovanja u stvaranju viskoelastične sile, titin ima i druge funkcije, među kojima su:
- Sudjelovanje u mehano-kemijskim signalnim događajima kroz povezanost s drugim sarkomernim i ne sarkomernim proteinima
- Aktivacija kontraktilnog aparata o dužini
-Sastavljanje sarcomera
- Udio u strukturi i funkciji citoskeleta u kralježnjaka, između ostalog.
Određena istraživanja pokazala su da u ljudskim stanicama i embriju Drosophila titin ima drugu funkciju kao kromosomski protein. Elastična svojstva pročišćenog proteina savršeno odgovaraju elastičnim svojstvima kromosoma živih stanica i kromosoma sastavljenih in vitro.
Sudjelovanje ovog proteina u sabijanju kromosoma dokazano je zahvaljujući eksperimentima mutageneze gena koji ga kodira na mjestu i rezultira defektima mišića i kromosoma.
Lange i suradnici su 2005. pokazali da domena titin kinaze ima veze sa složenim sustavom ekspresije mišićnih gena, što je dokazano mutacijom ovog domena koja izaziva nasljedne mišićne bolesti.
Srodne patologije
Neke bolesti srca povezane su s promjenama elastičnosti titina. Takve promjene u velikoj mjeri utječu na proširivost i pasivnu dijastoličku krutost miokarda i, pretpostavlja se, na mehanosenzibilnost.
TTN gen identificiran je kao jedan od glavnih gena koji sudjeluju u ljudskim bolestima, pa su svojstva i funkcije srčanog proteina posljednjih godina temeljito proučavani.
Dilatirana kardiomiopatija i hipertrofična kardiomiopatija također su proizvod mutacije nekoliko gena, uključujući TTN gen.
Reference
- Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Atlas fiziologije u boji (5. izd.). New York: Thieme.
- Herman, D., Lam, L., Taylor, M., Wang, L., Teekakirikul, P., Christodoulou, D.,… Seidman, CE (2012). Oduzimanje titina uzrokujući razrijeđenu kardiomiopatiju. The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619–628.
- Keller, T. (1995). Struktura i funkcija titina i nebulina. Trenutno mišljenje iz biologije, 7, 32–38.
- Lange, S., Lange, S., Xiang, F., Yakovenko, A., Vihola, A., Hackman, P.,… Gautel, M. (2005). Kinazna domena titina kontrolira ekspresiju mišićnog gena i promet proteina. Znanost, 1599-1603.
- Linke, WA, & Hamdani, N. (2014). Gigantski posao: svojstva i funkcioniranje Titina kroz debele i tanke. Circulation Research, 114, 1052-1068.
- Machado, C., i Andrew, DJ (2000). D-TITIN: divovski protein s dvostrukim ulogama u kromosomima i mišićima. Časopis za staničnu biologiju, 151 (3), 639–651.
- Maruyama, K. (1997). Ogroman elastični protein mišića. Časopis FASEB, 11, 341–345.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovi principi biokemije. Omega izdanja (5. izd.).
- Rivas-Pardo, J., Eckels, E., Popa, I., Kosuri, P., Linke, W., i Fernández, J. (2016). Rad izveden titin proteinskim previjanjem pomaže kontrakciji mišića. Izvješća o stanicama, 14, 1339-1347.
- Trinick, J. (1994). Titin i nebulin: vladara proteina u mišićima? Trendovi u biokemijskim znanostima, 19, 405–410.
- Tskhovrebova, L., i Trinick, J. (2003). Titin: Svojstva i obiteljski odnosi. Priroda recenzije, 4, 679-6889.
- Wang, K., Ramirez-Mitchell, R., i Palter, D. (1984). Titin je izuzetno dug, fleksibilan i vitak miofibrilarni protein. Proc. Nat. Acad. Sci., 81, 3685-3689.