ลักษณะ TROPONIN โครงสร้างหน้าที่และการทดสอบ - ชีววิทยา - 2025

Troponinเป็นชื่อที่กำหนดให้กับโปรตีนที่มีอยู่ในโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจของสัตว์มีกระดูกสันหลังซึ่งเกี่ยวข้องกับเส้นใยในเส้นใยกล้ามเนื้อและมีหน้าที่ในการควบคุมกิจกรรมหดตัว (การหดตัวของกล้ามเนื้อและการผ่อนคลาย)

เส้นใยกล้ามเนื้อเป็นเซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็นเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อซึ่งความสามารถในการหดตัวจะขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างเส้นใยที่ได้รับคำสั่งและสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดโดยครอบครองปริมาตรไซโตพลาสซึมส่วนใหญ่

การแสดงกราฟิกขององค์ประกอบของเส้นใยบาง ๆ ในเส้นใยกล้ามเนื้อ (ที่มา: Raul654 ผ่าน Wikimedia Commons)

เส้นใยเหล่านี้เรียกว่า myofilaments และมีสองชั้น: หนาและบาง เส้นใยหนาประกอบด้วยโมเลกุลของไมโอซิน II ในขณะที่เส้นใยบางเป็นโพลีเมอร์ของแอกตินทรงกลมหรือ G-actin ร่วมกับโปรตีนอีกสองชนิด

ทั้งแอกตินและไมโอซินยังพบในเซลล์อื่น ๆ ของร่างกายมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในสัดส่วนที่น้อยกว่ามากและมีส่วนร่วมในกระบวนการต่างๆเช่นการย้ายเซลล์การเอ็กโซไซโทซิสในไซโตไคนิส (ระหว่างการแบ่งเซลล์) และแม้แต่ใน การจราจรภายในเซลล์

Troponin และ Tropomyosin เป็นโปรตีนสองชนิดที่เกี่ยวข้องกับเส้นใยแอกตินบาง ๆ ที่มีส่วนร่วมในการควบคุมกระบวนการหดตัวและคลายตัวของไมโอไฟบริลของเซลล์กล้ามเนื้อหรือเส้นใย

กลไกการออกฤทธิ์ที่โปรตีนทั้งสองนี้ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์ ระบบควบคุมโทรโปนินเป็นหนึ่งในระบบที่รู้จักกันดีที่สุดในด้านสรีรวิทยาและชีวเคมีของการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง

โปรตีนเหล่านี้มีความสำคัญต่อร่างกายมาก ในปัจจุบันเป็นที่ทราบแน่ชัดแล้วว่า cardiomyopathies ในครอบครัวหรือที่มีมา แต่กำเนิดเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ในลำดับของยีนที่เป็นรหัสของทั้งสอง (troponin หรือ tropomyosin)

ลักษณะเฉพาะ

โทรโปนินเกี่ยวข้องกับแอกตินในเส้นใยบาง ๆ ของเส้นใยกล้ามเนื้อในกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจในอัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริกที่ 1 ถึง 7 นั่นคือโทรโปนินหนึ่งโมเลกุลสำหรับทุก ๆ 7 โมเลกุลของแอกติน

โปรตีนนี้ตามที่ได้รับการเน้นจะพบได้เฉพาะในเส้นใยที่มีอยู่ภายใน myofibrils ของเส้นใยกล้ามเนื้อโครงร่างและการเต้นของหัวใจและไม่ได้อยู่ในเส้นใยกล้ามเนื้อเรียบที่ประกอบเป็นหลอดเลือดและกล้ามเนื้ออวัยวะภายใน

ผู้เขียนบางคนคิดว่าเป็นโปรตีนควบคุมของโทรโมโอซิน ด้วยเหตุนี้จึงมีไซต์ที่มีผลผูกพันสำหรับการมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลของแอกตินซึ่งทำให้สามารถควบคุมการมีปฏิสัมพันธ์กับไมโอซินของเส้นใยหนาได้

ใน myofilaments อัตราส่วนระหว่างโมเลกุลของโทรโปนินและโทรโปมิโอซินคือ 1 ต่อ 1 ซึ่งหมายความว่าสำหรับคอมเพล็กซ์โทรโปนินแต่ละตัวที่มีอยู่จะมีโมเลกุลของโทรโปนินเกี่ยวข้อง

โครงสร้าง

Troponin เป็นโปรตีนเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยทรงกลมสามหน่วยที่แตกต่างกันซึ่งเรียกว่า troponin I, troponin C และ troponin T ซึ่งรวมกันได้มากหรือน้อย 78 kDa

ในร่างกายมนุษย์มีสายพันธุ์ที่จำเพาะต่อเนื้อเยื่อสำหรับแต่ละหน่วยย่อยเหล่านี้ซึ่งแตกต่างกันไปทั้งในระดับพันธุกรรมและระดับโมเลกุล (เกี่ยวกับยีนที่เข้ารหัส) และในระดับโครงสร้าง (ตามลำดับกรดอะมิโน)

การเป็นตัวแทนของหนึ่งในหน่วยย่อย Troponin (ที่มา: Jawahar Swaminathan และเจ้าหน้าที่ MSD ที่ European Bioinformatics Institute ผ่าน Wikimedia Commons)

Troponin C หรือ TnC เป็นหน่วยย่อยที่เล็กที่สุดในสามหน่วยและอาจเป็นหนึ่งในหน่วยที่สำคัญที่สุด มีน้ำหนักโมเลกุล 18 kDa และมีจุดยึดแคลเซียม (Ca2 +)

Troponin T หรือ TnT เป็นไซต์ที่มีจุดเชื่อมต่อเพื่อยึดคอมเพล็กซ์ของหน่วยย่อยทั้งสามเข้ากับ tropomyosin และมีน้ำหนักโมเลกุล 30 kDa เป็นที่รู้จักกันในชื่อ T subunit หรือ tropomyosin binding subunit

Troponin I หรือ TnI ซึ่งมีกรดอะมิโนตกค้างมากกว่า 180 เพียงเล็กน้อยมีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากับโทรโปนิน T แต่ในโครงสร้างของมันมีไซต์พิเศษที่จะจับกับแอกตินปิดกั้นการทำงานร่วมกันระหว่างไมโอซินหลังและไมโอซินซึ่งก็คือ ปรากฏการณ์ที่รับผิดชอบต่อการหดตัวของเส้นใยกล้ามเนื้อ

หนังสือเรียนหลายเล่มเรียกหน่วยย่อยนี้ว่าหน่วยย่อยที่ยับยั้งและเป็น "กาว" ระดับโมเลกุลระหว่างหน่วยย่อยทั้งสามของโทรโปนิน ความสามารถในการจับกับแอกตินและกิจกรรมการยับยั้งของมันได้รับการปรับปรุงโดยการเชื่อมโยงกับโทรไมโอซินซึ่งเป็นสื่อกลางโดยหน่วยย่อย TnT

แสดงให้เห็นว่าในหน่วยย่อย I พื้นที่ของลำดับที่รับผิดชอบในการยับยั้งถูกกำหนดโดยเปปไทด์กลางของ 12 กรดอะมิโนตกค้างระหว่างตำแหน่ง 104 และ 115; และบริเวณขั้ว C ของหน่วยย่อยก็มีส่วนในการยับยั้งเช่นกัน

คุณสมบัติ

บทบาทหลักของ Troponin ในการหดตัวของกล้ามเนื้อขึ้นอยู่กับความสามารถในการจับแคลเซียมเนื่องจากโปรตีนนี้เป็นส่วนประกอบเดียวของเส้นใยบาง ๆ ในกล้ามเนื้อโครงร่างที่มีคุณสมบัตินี้

ในกรณีที่ไม่มีโทรโปนินเส้นใยบาง ๆ สามารถจับกับเส้นใยหนาและหดตัวได้โดยไม่คำนึงถึงความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์ดังนั้นหน้าที่ของโทรโปนินคือการป้องกันการหดตัวในกรณีที่ไม่มีแคลเซียมผ่านการเชื่อมโยงกับโทรไมโอซิน

ดังนั้นโทรโปนินจึงมีบทบาทสำคัญในการรักษาความผ่อนคลายของกล้ามเนื้อเมื่อมีแคลเซียมภายในเซลล์ไม่เพียงพอและในการหดตัวของกล้ามเนื้อเมื่อกระแสประสาทไฟฟ้ากระตุ้นให้แคลเซียมเข้าสู่เส้นใยกล้ามเนื้อ

สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ในกล้ามเนื้อโครงร่างและการเต้นของหัวใจการหดตัวของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานร่วมกันระหว่างเส้นใยบางและหนาที่เลื่อนเข้าหากัน

ในเซลล์ของกล้ามเนื้อเหล่านี้แคลเซียมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานร่วมกันของแอกติน - ไมโอซิน (เส้นใยบางและหนา) ที่จะเกิดขึ้นเนื่องจากไซต์ที่จับกับแอกตินสำหรับไมโอซินนั้น "ซ่อน" โดยการกระทำร่วมกันของโทรไมโอซินและ โทรโปนินซึ่งเป็นสารที่ตอบสนองต่อแคลเซียม

แคลเซียมไอออนจากเรติคูลัม sarcoplasmic (เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมของเส้นใยกล้ามเนื้อ) จับกับหน่วยย่อย C ของโทรโปนินทำให้เป็นกลางในการยับยั้งโทรโปนินที่เป็นสื่อกลางและกระตุ้นการหดตัวของกล้ามเนื้อ

"การทำให้เป็นกลาง" ของการยับยั้งที่เกิดจากหน่วยย่อย I เกิดขึ้นหลังจากการจับแคลเซียมกับหน่วยย่อย C ซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่แพร่กระจายระหว่างหน่วยย่อยทั้งสามและทำให้เกิดการแยกตัวออกจากโมเลกุลของทั้งแอกตินและโทรไมโอซิน .

ความแตกต่างระหว่างโทรโปนินโทรโปมิโอซินและแอกตินนี้เผยให้เห็นไซต์ที่จับกับไมโอซินกับแอกติน จากนั้นหัวทรงกลมของส่วนหลังสามารถโต้ตอบกับเส้นใยแอกตินและเริ่มต้นการหดตัวขึ้นอยู่กับ ATP โดยการกระจัดของเส้นใยหนึ่งไปทับอีกเส้นหนึ่ง

การทดสอบ Troponin

Troponin เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่ต้องการสำหรับการตรวจหารอยโรคหัวใจ ด้วยเหตุนี้การทดสอบโทรโปนินจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวินิจฉัยทางชีวเคมีในระยะเริ่มต้นและ / หรือการป้องกันโรคหัวใจบางชนิดเช่นกล้ามเนื้อหัวใจตายเฉียบพลัน

การทดสอบนี้พบโดยแพทย์ผู้ทำการรักษาหลายคนเพื่อช่วยในการตัดสินใจว่าจะทำอย่างไรและจะให้การรักษาอย่างไรกับผู้ป่วยที่มีอาการเจ็บหน้าอก

โดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับการตรวจหาหน่วยย่อยของโทรโปนิน T และ I เนื่องจากไอโซฟอร์มของโทรโปนินซียังพบในกล้ามเนื้อโครงร่างที่กระตุกช้า นั่นคือมันไม่ได้เจาะจงไปที่หัวใจ

การทดสอบโทรโปนินขึ้นอยู่กับอะไร?

การทดสอบโทรโปนินมักเป็นการทดสอบภูมิคุ้มกันที่ตรวจพบไอโซฟอร์มการเต้นของหัวใจของหน่วยย่อย T และ I ของโทรโปนิน ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับความแตกต่างที่มีอยู่ระหว่างไอโซฟอร์มทั้งสอง

ไอโซฟอร์มของหน่วยย่อยโทรโปนิน I (cTnI)

ในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อกล้ามเนื้อหัวใจมีหน่วยย่อยของโทรโปนิน I เพียงไอโซฟอร์มเดียวโดยมีลักษณะเป็น "หาง" หลังการแปลของกรดอะมิโน 32 ตัวที่ปลายขั้ว N

ตรวจพบไอโซฟอร์มนี้เนื่องจากการพัฒนาของโมโนโคลนอลแอนติบอดีจำเพาะที่ไม่รู้จักไอโซฟอร์มอื่นที่ไม่ใช่หัวใจเนื่องจากกรดอะมิโนหางแตกต่างจากส่วนปลายของไอโซฟอร์มอื่น ๆ ไม่มากก็น้อย 50%

CTnI ไม่แสดงออกในเนื้อเยื่อที่เสียหาย แต่เป็นลักษณะเฉพาะของเนื้อเยื่อหัวใจของผู้ใหญ่

ไอโซฟอร์มของหน่วยย่อยโทรโปนิน T (cTnT)

ไอโซฟอร์มการเต้นของหัวใจของหน่วยย่อยโทรโปนิน T ถูกเข้ารหัสในยีนที่แตกต่างกันสามยีนซึ่ง mRNAs สามารถผ่านการประกบแบบอื่นซึ่งส่งผลให้เกิดการผลิตไอโซฟอร์มที่มีลำดับตัวแปรที่ N- และ C-termini

แม้ว่ากล้ามเนื้อหัวใจของมนุษย์จะมี TnT 4 isoforms แต่มีเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่เป็นลักษณะของเนื้อเยื่อหัวใจของผู้ใหญ่ สิ่งนี้ตรวจพบด้วยแอนติบอดีจำเพาะที่ออกแบบมาโดยเทียบกับปลายขั้ว N ของลำดับกรดอะมิโน

การทดสอบ "รุ่นต่อไป" สำหรับหน่วยย่อย T ของไอโซฟอร์มการเต้นของหัวใจให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดกับข้อเท็จจริงที่ว่าเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อโครงร่างที่ได้รับบาดเจ็บบางส่วนสามารถแสดงไอโซฟอร์มนี้ใหม่ได้ดังนั้นจึงสามารถทำปฏิกิริยาข้ามกับแอนติบอดีได้

อ้างอิง

1. Babuin, L. และ Jaffe, AS (2005) Troponin: biomarker ทางเลือกสำหรับการตรวจหาการบาดเจ็บของหัวใจ CMAJ, 173 (10), 1191-1202
2. Collinson, P. , Stubbs, P. , & Kessler, A.-C. (2003) การประเมินค่าการวินิจฉัยหลายศูนย์ของค่าการวินิจฉัยของ cardiac troponin T, CK-MB mass และ myoglobin สำหรับการประเมินผู้ป่วยที่มีอาการของโรคหลอดเลือดหัวใจเฉียบพลันที่สงสัยในการปฏิบัติทางคลินิกตามปกติ หัวใจ 89, 280–286
3. Farah, C. , & Reinach, F. (1995). ความซับซ้อนของโทรโปนินและการควบคุมการหดตัวของกล้ามเนื้อ FASEB, 9, 755–767
4. เคลเลอร์, T. , Peetz, D. , Tzikas, S. , Roth, A. , Czyz, E. , Bickel, C. , … Blankenberg, S. (2009) การทดสอบ Troponin ที่มีความรู้สึกไวในการวินิจฉัยภาวะกล้ามเนื้อหัวใจตายเฉียบพลันในระยะเริ่มต้น วารสารการแพทย์นิวอิงแลนด์, 361 (9), 868–877
5. Ross, M. , & Pawlina, W. (2006). จุลกายวิภาคศาสตร์เนื้อเยื่อ ข้อความและแผนที่ที่มีความสัมพันธ์ของเซลล์และอณูชีววิทยา (ฉบับที่ 5) Lippincott Williams และ Wilkins
6. วากาบายาชิ, T. (2015). กลไกการควบคุมแคลเซียมของการหดตัวของกล้ามเนื้อ ในการแสวงหาโครงสร้างพื้นฐาน Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 91, 321-350