Tropomiozyna
 <a i=2>Identyfikatory
| |||||||||
| tropomiozyny | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifiers | |||||||||
| Symbol | Tropomiozyna | ||||||||
| Pfam | PF00261 | ||||||||
| InterPro | IPR000533 | ||||||||
| PROZYTA | PDOC00290 | ||||||||
| SCOP2 | 2tma / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Tropomiozyna jest dwuniciowym alfa-helikalnym , zwiniętym białkiem występującym w wielu komórkach zwierzęcych i grzybowych . U zwierząt jest ważnym składnikiem układu mięśniowego, który w połączeniu z troponiną reguluje skurcze mięśni. Występuje w tkankach mięśni gładkich i prążkowanych, które można znaleźć w różnych narządach i układach organizmu, w tym w sercu, naczyniach krwionośnych, układzie oddechowym i pokarmowym. U grzybów tropomiozyna znajduje się w ścianach komórkowych i pomaga w utrzymaniu strukturalnej integralności komórek.
Tropomiozyna występuje również u innych eukariotów , ale nie u roślin. Ogólnie rzecz biorąc, tropomiozyna jest ważnym białkiem, które odgrywa istotną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu wielu różnych organizmów.
Tropomiozyna i szkielet aktyny
Wszystkie organizmy zawierają organelle, które zapewniają integralność fizyczną ich komórkom. Ten typ organelli jest wspólnie określany jako cytoszkielet, a jeden z najstarszych systemów oparty jest na włóknistych polimerach białka aktyny . Polimer drugiego białka, tropomiozyny, jest integralną częścią większości włókien aktynowych u zwierząt.
Tropomiozyny to duża rodzina integralnych składników włókien aktynowych, które odgrywają kluczową rolę w regulacji funkcji włókien aktynowych zarówno w komórkach mięśniowych, jak i niemięśniowych. Białka te składają się z hetero- lub homodimerów o zwiniętych cewkach w kształcie pręcików, które leżą wzdłuż α-helikalnego rowka większości włókien aktynowych. Interakcja zachodzi wzdłuż włókna aktynowego, a dimery ustawiają się w linii od głowy do ogona.
Tropomiozyny często dzieli się na dwie grupy: izoformy tropomiozyny mięśniowej i niemięśniowe izoformy tropomiozyny. Mięśniowe izoformy tropomiozyny są zaangażowane w regulację interakcji między aktyną i miozyną w sarkomerach mięśniowych i odgrywają kluczową rolę w regulowanym skurczu mięśni . Niemięśniowe izoformy tropomiozyny działają zarówno w komórkach mięśniowych, jak i niemięśniowych i biorą udział w szeregu szlaków komórkowych, które kontrolują i regulują cytoszkielet komórki oraz inne kluczowe funkcje komórkowe.
System filamentów aktynowych, który bierze udział w regulacji tych szlaków komórkowych, jest bardziej złożony niż system filamentów aktynowych, który reguluje skurcze mięśni. Układ kurczliwy opiera się na 4 izoformach filamentów aktynowych i 5 izoformach tropomiozyny, podczas gdy system włókien aktynowych cytoszkieletu wykorzystuje dwie izoformy filamentów aktynowych i ponad 40 izoform tropomiozyny.
Izoformy i ewolucja
W przeciwieństwie do zasady „jeden gen , jeden polipeptyd ”, obecnie wiadomo z połączenia sekwencjonowania genomu , takiego jak Human Genome Project i danych EST eksprymowanych białek, że wiele organizmów eukariotycznych wytwarza szereg białek z pojedynczego genu . Odgrywa to kluczową rolę w funkcjonowaniu wyższych eukariotów, przy czym ludzie wyrażają ponad 5 razy więcej różnych białek (izoform) niż genów poprzez alternatywne składanie . Z mechanistycznego punktu widzenia organizmowi znacznie łatwiej jest rozszerzyć istniejącą rodzinę genów/białek (tworząc izoformy białek) niż stworzyć zupełnie nowy gen. Z ewolucyjnego punktu widzenia tropomiozyny u wyższych eukariontów wyróżniają się zachowaniem wszystkich 4 potencjalnych genów wytwarzanych w wyniku duplikacji podwójnego genomu, która miała miejsce we wczesnej ewolucji eukariotycznej.
Geny i izoformy (złożoność izoform)
| Obraz zewnętrzny | |
|---|---|
 Gunning i in. 2005 , rysunek 1. Alternatywny splicing generuje wiele produktów dzięki zastosowaniu alternatywnych promotorów, co skutkuje różnymi końcami aminowymi, wzajemnie wykluczającym się wewnętrznym splicingiem 6a w porównaniu z 6b i alternatywnymi końcami karboksylowymi. Kodowanie kolorami służy do wskazania, że ekson 1a, na przykład, z genu α-tropomiozyny jest bardziej podobny do egzonu 1a z genów β-tropomiozyny i α3-tropomiozyny niż do alternatywnego N-końcowego eksonu 1b z genu gen α-tropomiozyny. Nie pokazano wszystkich izoform generowanych z tych genów, chociaż istnienie tych pokazanych zostało potwierdzone metodą Northern blot. W większości przypadków izoformy powstające w wyniku alternatywnego składania nie zawierają eksonu unikalnego tylko dla jednej izoformy. Raczej izoformy zyskują swoją indywidualność dzięki unikalnej kombinacji eksonów. |
U ssaków cztery geny są odpowiedzialne za generowanie ponad 40 różnych izoform tropomiozyny. Pod względem struktury geny są bardzo podobne, co sugeruje, że powstały w wyniku duplikacji genu przodka. U ludzi te geny nie są już połączone i są szeroko rozproszone. U ludzi geny α1-, β-, α3- i α4 są formalnie znane jako TPM1 , TPM2 , TPM3 i TPM4 i znajdują się odpowiednio w 15q22, 9p13, 1q22 i 19p13. Alternatywna nomenklatura nazywa cztery geny (α, β, γ, δ).
Izoformy definiuje się jako wysoce spokrewnione produkty genów, które zasadniczo pełnią podobne funkcje biologiczne, z różnicami między izoformami pod względem aktywności biologicznej, właściwości regulacyjnych, ekspresji czasowej i przestrzennej i/lub lokalizacji międzykomórkowej. Izoformy są wytwarzane przez dwa różne mechanizmy, duplikację genów i alternatywny splicing. Pierwszy mechanizm to proces, w którym generowane są liczne kopie genu poprzez nierówne krzyżowanie, duplikację tandemową lub translokację. Alternatywny splicing to mechanizm, w którym eksony są albo zatrzymywane w mRNA, albo kierowane do usunięcia w różnych kombinacjach, aby stworzyć różnorodną macierz mRNA z pojedynczego pre-mRNA.
Łączenie
Szeroka gama izoform tropomiozyny jest generowana przy użyciu kombinacji różnych genów i alternatywnego składania. U ssaków, niezależnie od genu, transkrypcja jest inicjowana na początku eksonu 1a lub eksonu 1b. W zależności od promotora i eksonu początkowego, izoformy tropomiozyny można podzielić na te o dużej masie cząsteczkowej. (HMW, 284 aminokwasów) lub niskocząsteczkowe (LMW, 248). Izoformy HMW wyrażają ekson 1a i 2a lub 2b, podczas gdy izoformy LMW wyrażają ekson 1b. Do tej pory wszystkie znane tropomiozyny zawierają eksony 3-9. Alternatywny splicing może wystąpić w eksonie 6, z wzajemnie wykluczającym się wyborem egzonu 6a lub 6b. Na końcu c transkrypt jest ponownie składany w eksonie 9, z wyborem eksonu 9a, 9b, 9c lub 9d.
Ewolucja generacji izoform
Pod względem struktury geny są bardzo podobne, co sugeruje, że powstały w wyniku duplikacji genu przodka. Najbardziej spokrewnionymi genami są geny α i γ, wykorzystujące dwa promotory i różniące się jedynie obecnością unikalnego eksonu 2a w genie α. Chociaż przez porównanie sekwencji ujawniono znaczne różnice między alternatywnymi eksonami tego samego genu (1a i 1b, 6a i 6b oraz ekson 9s), większość eksonów jest jednak wysoce konserwatywna między różnymi genami. Na przykład eksony 1a i 1b z genu α różnią się znacznie pod względem sekwencji; jednakże sekwencja z eksonu 1a z genów α, β, γ i δ jest wysoce konserwatywna.
Ze względu na konserwatywny charakter genów uważa się, że geny wyewoluowały ze wspólnego genu przodka, dając początek ponad 40 funkcjonalnie odrębnym izoformom. Ekspresja tych izoform jest wysoce regulowana i zmienna w trakcie rozwoju. Różnorodność ekspresji tropomiozyny, zarówno w przestrzeni, jak iw czasie, zapewnia potencjał nie tylko do regulowania funkcji filamentów aktynowych, ale także do tworzenia wyspecjalizowanych populacji filamentów aktynowych.
Sortowanie przestrzenne izoform tropomiozyny
Liczne doniesienia szczegółowo opisują, że izoformy tropomiozyny są sortowane do różnych lokalizacji wewnątrzkomórkowych, często wiążąc się z populacjami włókien aktynowych, które są zaangażowane w określone procesy. Bezpośrednią wizualizację przestrzennej segregacji izoform zaobserwowali początkowo Burgoyne i Norman, a wkrótce potem Lin i współpracownicy. Zaobserwowali, że określone izoformy były powiązane z odrębnymi strukturami komórkowymi. Używając swoistych przeciwciał, byli w stanie zidentyfikować obecność zarówno izoform HMW, jak i LMW genu γ we włóknach stresowych; jednak tylko izoformy LMW wykryto w marszczonych błonach .
Badania te zostały rozszerzone na wiele typów komórek z podobnymi wynikami. Szeroko zakrojone badania na komórkach nerwowych, fibroblastach , mięśniach szkieletowych i komórkach osteoklastów dodatkowo podkreśliły złożony związek izoform tropomiozyny ze strukturami komórkowymi. Badania te doprowadziły do wniosku, że regulacja sortowania izoform jest niezwykle złożona i wysoce regulowana.
Regulacja sortowania
Sortowanie izoform tropomiozyny w odrębnych lokalizacjach wewnątrzkomórkowych jest regulowane rozwojowo. Wstępne badania wykazały, że sortowanie izoform zmieniało się w miarę rozwoju, gdzie tropomiozyna 4 była początkowo zlokalizowana w stożku wzrostu rosnących neuronów, ale w dojrzałych neuronach została przeniesiona do przedziału somatodendrytycznego. Obserwacje te zostały poparte badaniami nad różnymi izoformami tropomiozyny, pokazującymi, w jaki sposób populacje tropomiozyny przemieszczały się podczas dojrzewania neuronów. Dowody te potwierdzają pogląd, że izoformy tropomiozyny podlegają regulacji czasowej.
Dodatkowe badania wykazały rolę cyklu komórkowego w sortowaniu izoform. Badanie, w którym przeszukano szereg produktów HMW z genów α i β i porównano lokalizację z produktami LMW z genu γ, wykazało, że produkty HMW i LMW są wzajemnie wykluczające się podczas wczesnej fazy G1 cyklu komórkowego .
Mechanizm sortowania
Chociaż badania sugerują, że sortowanie mRNA może wpływać na sortowanie tropomiozyny, nie ma bezwzględnej korelacji między mRNA a lokalizacją białka. Stwierdzono, że w neuronach mRNA tropomiozyny 5NM1 sortuje się do bieguna neuronu, tworząc akson przed zróżnicowaniem morfologicznym. Sortowanie mRNA tropomiozyny 5NM1/2 do tego miejsca korelowało z ekspresją białka tropomiozyny 5NM1/2. Natomiast mRNA kodujący białko Tropomiozyna Br2 zostało wykluczone z bieguna neuronu.
Związek między sortowaniem mRNA a lokalizacją białek przetestowano na modelach myszy transgenicznych. Modele stworzono w taki sposób, aby regiony kodujące tropomiozynę 5NM1/2 i tropomiozynę 3 ulegały ekspresji pod kontrolą promotora β-aktyny z nieulegającym translacji regionem 3' β-aktyny bez informacji o ukierunkowaniu. Badanie wykazało, że tropomiozyna 3, izoforma, która normalnie nie ulega ekspresji w komórkach nerwowych, była szeroko rozpowszechniona w neuronie, podczas gdy stwierdzono, że egzogenna ekspresja neuronalnej izoformy tropomiozyny 5NM1/2 sortuje się do stożka wzrostu neuronów, podobnie jak endogenna Tropomiozyna 5NM1/2. Ponieważ te dwa transgeny różnią się tylko regionem kodującym tropomiozynę, ale są zlokalizowane w dwóch różnych obszarach, odkrycia sugerują, że oprócz sortowania mRNA same białka zawierają informacje o sortowaniu.
Badania sugerują, że na sortowanie izoform tropomiozyny może również wpływać skład mikrofilamentów izoform aktyny. W mioblastach nadekspresja γ-aktyny spowodowała obniżenie poziomu β-aktyny i usunięcie tropomiozyny 2, ale nie tropomiozyny 5 z włókien stresowych. Później odkryto, że kiedy komórki były wystawione na działanie cytochalazyny D, substancji chemicznej, która powoduje dezorganizację włókien aktynowych, sortowanie izoform tropomiozyny zostało zakłócone. Po wypłukaniu cytochalazyny D przywrócono sortowanie izoform tropomiozyny. Sugeruje to silny związek między procesem sortowania izoform tropomiozyny a włączaniem izoform tropomiozyny do zorganizowanych układów włókien aktynowych. Nie ma dowodów na aktywny transport izoform tropomiozyny do określonych miejsc. Wydaje się raczej, że sortowanie jest wynikiem lokalnego składania preferowanych izoform w określonym miejscu wewnątrzkomórkowym. Wydaje się, że mechanizmy leżące u podstaw sortowania izoform tropomiozyny są z natury elastyczne i dynamiczne.
Izoformy nie są funkcjonalnie zbędne
Wiele badań doprowadziło do zrozumienia, że tropomiozyny pełnią podstawowe funkcje i są wymagane u różnych gatunków, od drożdży, robaków i much po złożone ssaki.
Zasadniczą rolę tropomiozyn odkryto w laboratorium Bretschera, gdzie badacze stwierdzili, że eliminacja genu TPM1 pączkujących drożdży spowodowała zmniejszenie tempa wzrostu, zniknięcie kabli aktynowych, zaobserwowano defekty w transporcie pęcherzykowym i kojarzenie drożdży był biedny. Kiedy usunięto drugi gen drożdży, TPM2, nie zarejestrowano żadnych obserwowalnych zmian w fenotypie; jednak usunięcie w połączeniu z TPM1 spowodowało śmiertelność. Sugeruje to, że geny TPM1 i -2 mają nakładające się funkcje; jednak TPM2 nie może w pełni zrekompensować utraty TPM1, co wskazuje, że niektóre funkcje TPM1 są unikalne. Podobne wyniki zaobserwowano u much, robaków, płazów i ssaków, potwierdzając wcześniejsze wyniki i sugerując udział tropomiozyny w szerokim zakresie funkcji komórkowych. Jednak trzy koeksprymowane geny TMP1, 2 i 4 nie mogą kompensować delecji genu TPM3 w zarodkowych komórkach macierzystych i zarodkach myszy przed implantacją.
Wyniki eksperymentów z nokautem genów mogą być niejednoznaczne i muszą być dokładnie zbadane. W badaniach, w których delecja genu prowadzi do śmierci, na pierwszy rzut oka może się wydawać, że produkt genu odgrywał naprawdę wyjątkową rolę. Jednak śmiertelność może również wynikać z niezdolności uszkodzonej komórki do ekspresji innych izoform w celu uratowania fenotypu, ponieważ wymagana izoforma nie ulega naturalnej ekspresji w komórce.
Konkretne role i funkcje
Wpływanie na wiązanie białek wiążących aktynę z filamentami aktynowymi
System mikrofilamentów aktynowych jest podstawowym układem cytoszkieletu zaangażowanym w rozwój i utrzymanie morfologii komórek. Zdolność tego systemu do szybkiego reagowania na sygnały komórkowe i przechodzenia strukturalnej reorganizacji doprowadziła do przekonania, że system ten reguluje określone zmiany strukturalne w różnych regionach komórkowych.
U ludzi istnieje tylko sześć izoform aktyny, a te izoformy są odpowiedzialne za szereg unikalnych i złożonych struktur komórkowych oraz kluczowych interakcji komórkowych. Uważa się, że funkcja i forma cytoszkieletu aktyny jest kontrolowana głównie przez białka wiążące aktynę (ABP), które są związane z polimerem aktyny. ABP to grupa białek, które wiążą się z aktyną. Chociaż tropomiozyna jest czasami zaliczana do ABP, nie jest to prawdziwy ABP. Dimer tropomiozyny ma bardzo niskie powinowactwo do filamentu aktynowego i nie tworzy kontaktów van der waalsa z aktyną. Dopiero utworzenie uzwojenia polimeru tropomiozyny wokół włókna aktynowego zapewnia stabilność oddziaływania włókna tropomiozyna-aktyna.
Wiele badań sugeruje, że wiązanie izoform tropomiozyny z włóknem aktynowym może wpływać na wiązanie innych ABP, które razem zmieniają strukturę i przenoszą określone właściwości, a ostatecznie określone funkcje na włókno aktynowe. Wykazano to w komórkach neuroepitelialnych, gdzie zwiększona ekspresja tropomiozyny 5NM1 zwiększa rekrutację miozyny IIB, białka motorycznego miozyny do obszaru stożka wzrostu. Jednak nadekspresja tropomiozyny Br3 miała odwrotny skutek, zmniejszając aktywność miozyny w tym samym regionie.
W pionierskim badaniu Bernsteina i Bamburga zaobserwowano, że białko wiążące aktynę, czynnik depolimeryzacji aktyny (ADF)/ kofilina , czynnik promujący depolimeryzację filamentu aktynowego, konkurował z tropomiozyną o wiązanie z filamentem aktynowym. Ekspresja tropomiozyny 5NM1 w komórkach nerwowych wyeliminowała ADF/kofilinę z regionu stożka wzrostu, prowadząc do bardziej stabilnych włókien aktynowych. Jednak zaobserwowano, że zwiększona ekspresja tropomiozyny Br3 rekrutuje ADF / kofilinę do włókien aktynowych związanych z izoformą tropomiozyny Br3 w lamellipodium, co prowadzi do demontażu włókien aktynowych. Zjawisko to, w którym specyficzna izoforma tropomiozyny kieruje specyficznymi interakcjami między białkami wiążącymi aktynę, a włóknem aktynowym, zaobserwowano w różnych układach modelowych z szeregiem różnych białek wiążących (przegląd w Gunning i in., 2008). Te interakcje, pod wpływem izoform tropomiozyny, pozwalają na udział włókien aktynowych w różnorodnych funkcjach komórkowych.
Funkcja w skurczu mięśni szkieletowych
Mięsień szkieletowy składa się z dużych, wielojądrzastych komórek ( włókien mięśniowych ). Każde włókno mięśniowe jest wypełnione podłużnymi układami miofibryli . Miofibryle składają się z powtarzających się struktur białkowych lub sarkomerów , podstawowych jednostek funkcjonalnych mięśni szkieletowych. Sarkomer jest wysoce ustrukturyzowanym układem białkowym, składającym się z przeplatających się grubych i cienkich włókien, gdzie cienkie włókna są przywiązane do struktury białkowej, linii Z. Dynamiczna interakcja między grubymi i cienkimi włóknami powoduje skurcz mięśni.
Miozyna należy do rodziny białek motorycznych, a izoformy mięśniowe tej rodziny obejmują włókno grube. Cienkie włókno jest zbudowane z izoform aktyny mięśni szkieletowych. Każde białko miozyny „unosi się” wzdłuż cienkiego włókna aktynowego, wielokrotnie wiążąc się z miejscami wiązania miozyny wzdłuż włókna aktynowego, zapadając się i puszczając. W efekcie grube włókno porusza się lub ślizga wzdłuż cienkiego włókna, powodując skurcz mięśni . Ten proces jest znany jako model przesuwającego się włókna .
Wiązanie głów miozyny z aktyną mięśniową jest procesem wysoce regulowanym. Cienkie włókno zbudowane jest z aktyny, tropomiozyny i troponiny. Skurcz mięśni szkieletowych jest wyzwalany przez impulsy nerwowe, które z kolei stymulują uwalnianie Ca 2+ . Uwolnienie Ca 2+ z retikulum sarkoplazmatycznego powoduje wzrost stężenia Ca 2+ w cytosolu. Jony wapnia wiążą się następnie z troponiną, która jest związana z tropomiozyną. Wiązanie powoduje zmiany kształtu troponiny, a następnie powoduje zmianę pozycji izoformy tropomiozyny na filamencie aktynowym. To przesunięcie pozycji odsłania miejsca wiązania miozyny na włóknie aktynowym, umożliwiając główkom miozyny grubego włókna związanie się z cienkim włóknem.
Badania strukturalne i biochemiczne sugerują, że pozycja tropomiozyny i troponiny na cienkim włóknie reguluje interakcje między głowami miozyny grubego włókna a miejscami wiązania na aktynie cienkiego włókna. Dyfrakcja rentgenowska i mikroskopia krioelektronowa sugerują, że tropomiozyna sterycznie blokuje dostęp miozyny do włókna aktynowego.
Chociaż ten model jest dobrze ugruntowany, nie jest jasne, czy ruch tropomiozyny bezpośrednio powoduje, że głowa miozyny angażuje włókno aktynowe. W związku z tym pojawił się alternatywny model, w którym ruch tropomiozyny we włóknie działa jak allosteryczny , który jest modulowany przez aktywację wiązania miozyny, ale nie działa wyłącznie poprzez regulację wiązania miozyny.
Regulacja skurczu mięśni gładkich
Mięśnie gładkie to rodzaj mięśni nieprążkowanych iw przeciwieństwie do mięśni prążkowanych, skurcz mięśni gładkich nie podlega świadomej kontroli. Mięśnie gładkie mogą kurczyć się spontanicznie lub rytmicznie i być indukowane przez szereg czynników fizykochemicznych (hormony, leki, neuroprzekaźniki). Mięśnie gładkie znajdują się w ścianach różnych narządów i przewodów w ciele, takich jak przełyk, żołądek, jelita, oskrzela, cewka moczowa, pęcherz moczowy i naczynia krwionośne.
Chociaż mięśnie gładkie nie tworzą regularnych układów grubych i cienkich włókien, takich jak sarkomery mięśni poprzecznie prążkowanych, skurcz jest nadal spowodowany tym samym mechanizmem przesuwania włókien kontrolowanym przez mostki krzyżowe miozyny oddziałujące z włóknami aktynowymi. Cienkie włókno mięśni gładkich jest zbudowane z aktyny, tropomiozyny, kaldesmonu i kalmoduliny . W obrębie tego typu mięśni kaldesmon i kalmodulina kontrolują zależne od tropomiozyny przejście między stanami włączenia i wyłączenia. Caldesmon wiąże się z aktyną, tropomiozyną, kalmoduliną i miozyną, z których najważniejsze są jego interakcje z aktyną. Tropomiozyna silnie wpływa na wiązanie kaldesmona. Caldesmon jest inhibitorem ATPazy aktynomiozyny i ruchliwości, a zarówno wiązanie aktyny, jak i hamowanie kaldesmona są znacznie wzmocnione w obecności tropomiozyny.
Skurcz mięśni gładkich jest inicjowany przez uwolnienie Ca 2+ . Ca 2+ wiąże się i aktywuje kalmodulinę, która następnie wiąże się z caldesmonem. To wiązanie powoduje, że białko kaldesmona odłącza się od filamentu aktynowego, odsłaniając miejsca wiązania miozyny na filamencie aktynowym. Głowy motoryczne miozyny są fosforylowane przez kinazę lekkiego łańcucha miozyny , umożliwiając główce miozyny interakcję z włóknem aktynowym i powodowanie skurczu.
Rola w funkcji cytoszkieletu
Cytoszkielet to rozbudowana sieć włókien wymaganych do prawidłowego funkcjonowania szeregu procesów komórkowych, w tym ruchliwości komórek, podziałów komórkowych, transportu wewnątrzkomórkowego i utrzymania kształtu komórki. Cytoszkielet składa się z trzech odrębnych układów włókien: mikrotubul, włókien pośrednich i mikrofilamentów (znanych również jako cytoszkielet aktynowy). To dynamiczne interakcje między tymi włóknami zapewniają komórkom unikalne struktury i funkcje.
Szereg mechanizmów regulacyjnych, wykorzystujących wiele białek wiążących aktynę, wyewoluowało w celu kontrolowania dynamiki systemu filamentów aktynowych. Uważa się, że tropomiozyny odgrywają kluczową rolę w tym systemie regulacyjnym, wpływając na powiązania filamentu aktynowego z innymi ABP. Łącznie te powiązania nadają włóknu określone właściwości, umożliwiając tym strukturom udział w szerokim zakresie procesów komórkowych, ale także szybką reakcję na bodźce komórkowe.
Rola w chorobach
Rak
Wiele badań wykazało, że istnieją specyficzne zmiany w repertuarze tropomiozyn wyrażanych w komórkach przechodzących transformację komórkową. Te wysoce powtarzalne wyniki sugerują, że podczas procesu transformacji komórkowej, procesu, w którym normalna komórka staje się złośliwa, następuje zmniejszona synteza izoform tropomiozyny HMW. We wstępnych badaniach transformacja linii komórkowej fibroblastów zarodka szczura REF-52 i prawidłowych komórek nerki szczura doprowadziła do zmniejszenia syntezy tropomiozyn HMW. W obu tych systemach regulacja w dół przyczyniła się do obniżenia poziomów mRNA. Te wczesne wyniki sugerują, że tropomiozyny odgrywają kluczową rolę w ułatwianiu pewnych procesów zachodzących podczas transformacji komórek, takich jak reorganizacja włókien aktynowych i zmiany kształtu komórki. Badania te zostały powtórzone w innych laboratoriach i na innych liniach komórkowych, z podobnymi wynikami (przegląd w Gunning i in., 2008).
Ponadto badania wykazały związek między ekspresją izoformy tropomiozyny a nabywaniem właściwości przerzutowych. W badaniu porównano ekspresję izoform między linią komórkową raka płuca Lewisa o niskim i wysokim stopniu przerzutów. Badanie wykazało, że gdy komórki stają się bardziej przerzutowe, następuje wyraźny spadek ekspresji białka HMW tropomiozyny 2 i poziomów mRNA.
Wyniki te zostały potwierdzone w guzach pierwotnych i modelach ludzkich. Badania nad rakiem okrężnicy i pęcherza moczowego wykazały zwiększoną ekspresję tropomiozyny LMW Tropomiozyny 5NM1 . Podwyższoną ekspresję tej izoformy obserwowano również w transformowanych fibroblastach szczura i uważa się, że ta izoforma jest wymagana do ruchliwości wysoce przerzutowego czerniaka. Ponadto podwyższona ekspresja tropomiozyny 4 została powiązana z przerzutami do węzłów chłonnych w raku piersi.
Wszystkie te badania sugerują, że zmiany w ekspresji i dopełnianiu izoform tropomiozyny są integralną częścią raka i progresji raka. Konsensus jest taki, że ogólnie komórki rakowe stają się bardziej zależne od tropomiozyn LMW, ponieważ tropomiozyny HMW zanikają wraz ze wzrostem złośliwości. Odkrycie to doprowadziło do opracowania nowych związków przeciw tropomiozynie jako potencjalnych środków przeciwnowotworowych.
Autoimmunizacja
Tropomiozyny są zaangażowane w chorobę autoimmunologiczną wrzodziejące zapalenie jelita grubego , chorobę okrężnicy, która charakteryzuje się wrzodami lub otwartymi ranami. Związek między tą chorobą a tropomiozyną został po raz pierwszy potwierdzony w badaniu, w którym stwierdzono, że surowica krwi pobrana od 95% pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego zawierała przeciwciała, które pozytywnie reagowały na tropomiozynę. Dodatkowe badania potwierdziły te wyniki, ale także zidentyfikowały tropomiozynę 5 i tropomiozynę 1 jako główne tropomiozyny zaangażowane w patogenezę wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Tropomiozyna 5 została powiązana z rozwojem zapalenia jelita krętego po operacji wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Podwyższona liczba komórek wytwarzających IgG w błonie śluzowej okrężnicy u pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego jest w dużej mierze zaangażowana w wytwarzanie IgG przeciwko epitopom związanym z tropomiozyną 5. Tropomiozyna 5 jest zatem zdolna do indukowania znaczącej odpowiedzi komórek T. Analiza fizykochemiczna wspólnych motywów strukturalnych obecnych w 109 ludzkich autoantygenach wykazała, że tropomiozyny mają największą liczbę takich motywów, a tym samym bardzo dużą skłonność do działania jako autoantygeny.
Oprócz roli, jaką tropomiozyny odgrywają we wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego, przeciwciała przeciw tropomiozynie zgłaszano również w ostrej gorączce reumatycznej i zapalnej chorobie zespołu Behceta . W obu przypadkach nie jest jasne, czy te przeciwciała odgrywają bezpośrednią rolę w patogenezie tych chorób u ludzi, czy też odzwierciedlają wysoką antygenowość tropomiozyn uwalnianych z uszkodzonych komórek.
Choroby mięśni
Miopatia nemalinowa jest chorobą mięśni, która charakteryzuje się obecnością gęstych elektronowo pręcików we włóknach mięśni szkieletowych. Te gęste elektronowo pręciki składają się głównie z α-aktyniny i aktyny. Zaburzenie jest często klinicznie podzielone na kilka grup, w tym łagodne (typowe), pośrednie, ciężkie i rozpoczynające się w wieku dorosłym; jednak te rozróżnienia są nieco niejednoznaczne, ponieważ kategorie często się pokrywają. Mutacje sprawcze wykryto w α-aktyninie szkieletowej, tropomiozynie, nebulinie i troponinie. U ludzi zidentyfikowano mutacje zarówno w genach γ-tropomiozyny, jak i β-tropomiozyny. Nie zidentyfikowano mutacji w genie α-tropomiozyny w tym stanie u ludzi.
Alergie
Tropomiozyna jest głównym białkiem odpowiedzialnym za alergie na skorupiaki, w tym skorupiaki i mięczaki .
Tropomiozyna powoduje również niektóre przypadki alergii na karaluchy .
Narzędzia i technologie do badania tropomiozyn
przeciwciała
Biorąc pod uwagę szeroki wachlarz procesów, w których bierze udział to białko, w społeczności naukowej istnieje duże zainteresowanie izoformami tropomiozyny.
Jednym ze sposobów szczegółowego badania określonych izoform tego białka jest zastosowanie przeciwciał. Te specyficzne przeciwciała można stosować w eksperymentach z blottingiem białkowym i nakładać na komórki lub skrawki tkanek i obserwować pod mikroskopem. Pozwala to naukowcom nie tylko określić poziom lub stężenie izoformy lub grupy izoform, ale także zidentyfikować lokalizację komórkową określonej izoformy i powiązania z innymi strukturami komórkowymi lub białkami.
W chwili obecnej istnieje wiele dostępnych w handlu przeciwciał; jednak wiele z tych przeciwciał jest sprzedawanych z minimalnymi informacjami dotyczącymi antygenu użytego do wytworzenia przeciwciała, a zatem specyficzności izoformy; w związku z tym niektóre grupy badawcze opracowują własne przeciwciała. Zanim przeciwciała te będą mogły być użyte, muszą zostać dokładnie scharakteryzowane, w procesie, w którym badana jest specyficzność przeciwciała, aby upewnić się, że przeciwciało nie reaguje krzyżowo z innymi tropomiozynami lub innymi białkami.