Titinเป็นคำที่ใช้อธิบายโซ่โพลีเปปไทด์ขนาดยักษ์คู่หนึ่งซึ่งประกอบขึ้นเป็นโปรตีนที่มีมากเป็นอันดับสามในเซลล์ของกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจ
ไทตินเป็นโปรตีนที่รู้จักกันมากที่สุดชนิดหนึ่งในแง่ของจำนวนกรดอะมิโนตกค้างดังนั้นในแง่ของน้ำหนักโมเลกุล โปรตีนนี้เรียกอีกอย่างว่าคอนเน็กตินและมีอยู่ทั้งในสัตว์มีกระดูกสันหลังและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง
โครงสร้าง Titina (ที่มา: Jawahar Swaminathan และเจ้าหน้าที่ MSD ที่ European Bioinformatics Institute ผ่าน Wikimedia Commons)
ได้รับการอธิบายด้วยชื่อนี้ (connectin) เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2520 และในปี พ.ศ. 2522 ได้มีการกำหนดให้เป็นแถบสองแถบที่ส่วนบนของเจลอิเล็กโทรโฟเรซิสในเจลโพลีอะคริลาไมด์ภายใต้เงื่อนไขการทำให้เสีย (ด้วยโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต) ในปีพ. ศ. 2532 มีการจัดตั้งสถานที่ตั้งโดยกล้องจุลทรรศน์อิมมูโนอิเล็กตรอน
ร่วมกับโปรตีนขนาดใหญ่อีกชนิดหนึ่งคือเนบิวลินไทตินเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของเครือข่ายยืดหยุ่นของโครงกระดูกเซลล์กล้ามเนื้อซึ่งอยู่ร่วมกับเส้นใยหนา (ไมโอซิน) และเส้นใยบาง ๆ (แอกติน) ภายในเนื้อเยื่อ มากจนเรียกได้ว่าเป็นระบบเส้นใยที่สามของเส้นใยกล้ามเนื้อ
เส้นใยที่หนาและบางมีหน้าที่ในการสร้างแรงที่ใช้งานอยู่ในขณะที่เส้นใยไทตินเป็นตัวกำหนดความหนืดของ sarcomeres
sarcomere เป็นหน่วยการทำซ้ำของ myofibrils (เส้นใยกล้ามเนื้อ) มีความยาวประมาณ 2 µm และคั่นด้วย "โล่" หรือเส้นที่เรียกว่าเส้น Z ซึ่งแบ่งไมโอไฟบริลแต่ละเส้นออกเป็นชิ้นส่วนที่มีขนาดที่กำหนดไว้
โมเลกุลของไทตินรวมตัวกันเป็นเส้นเส้นใยที่ยาวยืดหยุ่นบางและขยายได้ ไทตินรับผิดชอบต่อความยืดหยุ่นของกล้ามเนื้อโครงร่างและเชื่อว่าทำหน้าที่เป็นโครงร่างโมเลกุลที่ระบุการประกอบของ sarcomeres ในไมโอไฟบริลที่ถูกต้อง
โครงสร้าง
ในสัตว์มีกระดูกสันหลังไทตินมีกรดอะมิโนตกค้างประมาณ 27,000 ตัวและมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 3 MDa (3,000 kDa) ประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์สองสายที่เรียกว่า T1 และ T2 ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีที่คล้ายกันและคุณสมบัติของแอนติเจนที่คล้ายคลึงกัน
ในกล้ามเนื้อของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังมี "มินิไทติน" ระหว่าง 0.7 ถึง 1.2MDa น้ำหนักโมเลกุล โปรตีนกลุ่มนี้ ได้แก่ โปรตีน "twitchin" จาก Caenorhabditis elegans และโปรตีน "projectin" ที่พบในสกุลแมลงหวี่
Vertebrate titin เป็นโปรตีนแบบแยกส่วนที่ประกอบด้วยอิมมูโนโกลบูลินและโดเมน fibronectin III-like (FNIII-like) ที่จัดเรียงควบคู่กันเป็นหลัก มีบริเวณที่ยืดหยุ่นซึ่งอุดมไปด้วยสารตกค้างของโพรลีนกรดกลูตามิกวาลีนและไลซีนที่เรียกว่าโดเมน PEVK และโดเมนซีรีนไคเนสอื่นที่ปลายขั้วคาร์บอกซิล
แต่ละโดเมนมีความยาวประมาณ 100 กรดอะมิโนและรู้จักกันในชื่อ class I titin (โดเมนคล้าย fibronectin III) และ class II titin (โดเมนคล้ายอิมมูโนโกลบูลิน) โดเมนทั้งสองพับเป็นโครงสร้าง "แซนวิช" ยาว 4 นาโนเมตรซึ่งประกอบด้วยแผ่นβแบบขนานกัน
โมเลกุลคอนเน็กตินของการเต้นของหัวใจประกอบด้วยลวดลายซ้ำของอิมมูโนโกลบูลิน 132 รายการและรูปแบบการทำซ้ำของโดเมน III 112 รายการ
ยีนการเข้ารหัสสำหรับโปรตีนเหล่านี้ (TTN) เป็น "แชมป์" ของอินตรอนเนื่องจากมียีนเหล่านี้อยู่ภายในเกือบ 180 ชนิด
การถอดเสียงของหน่วยย่อยได้รับการประมวลผลที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณการเข้ารหัสของโดเมนอิมมูโนโกลบูลิน (Ig) และโดเมนที่มีลักษณะคล้าย PEVK ซึ่งก่อให้เกิดไอโซฟอร์มที่มีคุณสมบัติในการขยายที่แตกต่างกัน
คุณสมบัติ
การทำงานของ titin ใน sarcomeres ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์กับโครงสร้างที่แตกต่างกัน: ปลาย C-terminal ยึดกับสาย M ในขณะที่ปลาย N-terminal ของแต่ละ titin จะยึดกับสาย Z
โปรตีนเนบูลินและไทตินทำหน้าที่เป็น "โมหะ" ที่ควบคุมความยาวของเส้นใยที่หนาและบางตามลำดับ ไทตินตามที่กล่าวไว้จะขยายจากดิสก์ Z ไปเกินเส้น M ตรงกลางของ sarcomere และควบคุมความยาวของมันเพื่อป้องกันการยืดกล้ามเนื้อมากเกินไป
แสดงให้เห็นว่าการพับและการคลี่ของไทตินช่วยในกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อนั่นคือทำให้เกิดการทำงานเชิงกลที่ทำให้เกิดการย่อหรือขยายของ sarcomeres ในขณะที่เส้นใยที่หนาและบางเป็นมอเตอร์โมเลกุลของการเคลื่อนไหว
Titin มีส่วนร่วมในการบำรุงรักษาเส้นใยหนาที่อยู่ตรงกลางของ sarcomere และเส้นใยของมันมีหน้าที่สร้างความตึงเครียดแบบพาสซีฟระหว่างการยืดของ sarcomeres
ฟังก์ชั่นอื่น ๆ
นอกเหนือจากการมีส่วนร่วมในการสร้างแรงหนืดแล้วไทตินยังมีหน้าที่อื่น ๆ อีกด้วยซึ่ง ได้แก่ :
- การมีส่วนร่วมในเหตุการณ์การส่งสัญญาณทางกลศาสตร์ - เคมีผ่านการเชื่อมโยงกับโปรตีน sarcomeric และ non-sarcomeric อื่น ๆ
- การเปิดใช้งานตามความยาวของอุปกรณ์ที่ทำสัญญา
- การประกอบ sarcomeres
- การมีส่วนร่วมในโครงสร้างและหน้าที่ของโครงร่างเซลล์ในสัตว์มีกระดูกสันหลังและอื่น ๆ
การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าในเซลล์ของมนุษย์และเอ็มบริโอของแมลงหวี่ไทตินมีหน้าที่เป็นโปรตีนโครโมโซม คุณสมบัติยืดหยุ่นของโปรตีนบริสุทธิ์สอดคล้องกับคุณสมบัติยืดหยุ่นของโครโมโซมของทั้งเซลล์ที่มีชีวิตและโครโมโซมที่ประกอบในหลอดทดลอง
การมีส่วนร่วมของโปรตีนนี้ในการบดอัดโครโมโซมได้แสดงให้เห็นจากการทดลองการกลายพันธุ์ของยีนที่เข้ารหัสไซต์ซึ่งส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องทั้งของกล้ามเนื้อและโครโมโซม
Lange et al. ในปี 2548 แสดงให้เห็นว่าโดเมนของไทตินไคเนสเกี่ยวข้องกับระบบการแสดงออกที่ซับซ้อนของยีนของกล้ามเนื้อซึ่งเป็นความจริงที่แสดงให้เห็นจากการกลายพันธุ์ของโดเมนนี้ที่ทำให้เกิดโรคกล้ามเนื้อจากกรรมพันธุ์
โรคที่เกี่ยวข้อง
โรคหัวใจบางชนิดเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความยืดหยุ่นของไทติน การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวส่งผลอย่างมากต่อความสามารถในการขยายตัวและความแข็งของไดแอสโตลิกแบบพาสซีฟของกล้ามเนื้อหัวใจและสันนิษฐานว่าเป็นความไวต่อกลไก
ยีน TTN ถูกระบุว่าเป็นยีนหลักชนิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับโรคของมนุษย์ดังนั้นจึงมีการศึกษาคุณสมบัติและหน้าที่ของโปรตีนหัวใจอย่างกว้างขวางในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
คาร์ดิโอไมโอแพทีที่ขยายตัวและคาร์ดิโอไมโอแพทีที่ขยายตัวมากเกินไปเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ของยีนหลายตัวรวมถึงยีน TTN
อ้างอิง
- Despopoulos, A. , & Silbernagl, S. (2003). แผนที่สีของสรีรวิทยา (ฉบับที่ 5) นิวยอร์ก: Thieme
- Herman, D. , Lam, L. , Taylor, M. , Wang, L. , Teekakirikul, P. , Christodoulou, D. , … Seidman, CE (2012). การตัดทอนของ Titin ทำให้เกิด Cardiomyopathy ที่ขยายตัว The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619–628
- เคลเลอร์, T. (1995). โครงสร้างและหน้าที่ของไทตินและเนบิวลิน ความคิดเห็นปัจจุบันทางชีววิทยา, 7, 32–38
- Lange, S. , Lange, S. , Xiang, F. , Yakovenko, A. , Vihola, A. , Hackman, P. , … Gautel, M. (2005). Kinase Domain ของ Titin ควบคุมการแสดงออกของยีนในกล้ามเนื้อและการหมุนเวียนของโปรตีน วิทยาศาสตร์ 1599-1603
- Linke, WA, & Hamdani, N. (2014). ธุรกิจขนาดมหึมา: คุณสมบัติและการทำงานของ Titin ผ่านความหนาและบาง การวิจัยการไหลเวียน, 114, 1052-1068
- Machado, C. , & Andrew, DJ (2000). D-TITIN: โปรตีนยักษ์ที่มีบทบาทสองอย่างในโครโมโซมและกล้ามเนื้อ วารสารชีววิทยาของเซลล์, 151 (3), 639–651
- มารุยามะ, K. (1997). โปรตีนยืดหยุ่นของกล้ามเนื้อขนาดยักษ์ FASEB Journal, 11, 341–345
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 5)
- Rivas-Pardo, J. , Eckels, E. , Popa, I. , Kosuri, P. , Linke, W. , & Fernández, J. (2016). งานที่ทำโดยการพับโปรตีนไทตินช่วยให้กล้ามเนื้อหดตัว รายงานเซลล์, 14, 1339-1347
- Trinick, J. (1994). Titin และ Nebulin: โปรตีนในกล้ามเนื้อ? Trends in Biochemical Sciences, 19, 405–410
- Tskhovrebova, L. และ Trinick, J. (2003) Titin: คุณสมบัติและความสัมพันธ์ในครอบครัว. รีวิวธรรมชาติ, 4, 679-6889
- Wang, K. , Ramirez-Mitchell, R. , & Palter, D. (1984). ไทตินเป็นโปรตีนไมโอไฟบริลลาร์ที่ยาวยืดหยุ่นและเรียวยาวเป็นพิเศษ Proc. Natl. Acad. วิทย์, 81, 3685-3689