Titina és el terme emprat per descriure un parell de cadenes polipeptídiques gegants que conformen la tercera proteïna més abundant en els sarcòmers d'un gran rang de músculs esquelètics i cardíacs.
La titina és una de les proteïnes més grans conegudes en termes de nombre de residus aminoacídics i, per tant, en termes de pes molecular. Aquesta proteïna també es coneix com conectina i està present tant en vertebrats com en invertebrats.
Estructura de la Titina (Font: Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Va ser descrita amb aquest nom (conectina) per primera vegada l'any 1977 i el 1979 va ser definida com la doble-banda a la part superior d'un gel d'electroforesi en gels de poliacrilamida en condicions desnaturalitzants (amb dodecil sulfat de sodi). L'any 1989 es va establir la seva ubicació per microscòpia inmunoelectrónica.
Juntament amb una altra proteïna de grans dimensions, la nebulina, la titina és un dels principals components de l'entramat elàstic de l'citoesquelet de les cèl·lules musculars que coexisteix amb els filaments gruixuts (miosina) i els filaments prims (actina) dins dels sarcòmers; tant així que es coneix com el tercer sistema de filaments de les fibres musculars.
Els filaments gruixuts i prims són els responsables de la generació de la força activa, mentre que els filaments de titina determinen la viscoelasticitat dels sarcòmers.
Un sarcòmer és la unitat repetitiva de les miofibril·les (fibres musculars). Té aproximadament 2μm de longitud i està delimitat per unes "plaques" o línies denominades línies Z, que segmenten cada miofibrilla en fragments estriats de mida definit.
Les molècules de titina s'acoblen en brins filamentoses extremadament llargues, flexibles, primes i extensibles. La titina és responsable de l'elasticitat de l'múscul estriat i es creu que funciona com una bastida molecular que especifica el correcte acoblament dels sarcòmers en les miofibril.
estructura
En els vertebrats, la titina posseeix prop de 27.000 residus aminoacídics i un pes molecular que ronda els 3 MDa (3.000 kDa). Està composta per dues cadenes polipeptídiques conegudes com T1 i T2, que posseeixen similars composicions químiques i propietats antigèniques semblants.
En el múscul dels invertebrats es troben les "mini-titinas" d'entre 0.7 i 1.2MDa de pes molecular. En aquest grup de proteïnes s'inclouen la proteïna "twitchina" de Caenorhabditis elegans i la proteïna "proyectina" trobada en el gènere Drosophila.
La titina dels vertebrats és una proteïna modular composta primordialment per dominis tipus immunoglobulina i fibronectina III (FNIII- like) arreglats en tanda. Posseeix una regió elàstica rica en residus de prolina, àcid glutàmic, valina i lisina coneguda com el domini PEVK, i un altre domini serín-cinasa en el seu extrem carboxil terminal.
Cadascun dels dominis té aproximadament 100 aminoàcids de longitud i es coneixen com titina de classe I (el domini tipus fibronectina III) i titina de classe II (el domini tipus immunoglobulina). Tots dos dominis es pleguen en estructures tipus "sandvitx" de 4 nm de longitud compostes de làmines β antiparal·leles.
La molècula d'conectina cardíaca conté 132 motius repetits de l'domini immunoglobulina i 112 motius repetits de l'domini tipus fibronectina III.
El gen codificant per a aquestes proteïnes (TTN) és el "campió" dels introns ja que posseeix gairebé 180 d'aquests al seu interior.
Els transcrits de les subunitats són processats diferencialment, especialment les regions codificants dels dominis tipus immunoglobulina (Ig) i PEVK, que donen lloc a isoformes amb diferents propietats extensibles.
funcions
La funció de la titina en els sarcòmers depèn de la seva associació amb diferents estructures: el seu extrem C-terminal està ancorat a la línia M, mentre que l'extrem N-terminal de cada titina està ancorat a la línia Z.
Les proteïnes nebulina i titina actuen com a "regles moleculars" que regulen la longitud dels filaments gruixuts i prims, respectivament. La titina, com es va esmentar, s'estén des del disc Z fins més enllà de la línia M, al centre de l'sarcòmer, i regula la longitud d'aquest, prevenint el sobre estirament de la fibra muscular.
S'ha demostrat que el plegament i desdoblament de la titina assisteix el procés contracció muscular, és a dir, genera el treball mecànic que aconsegueix l'escurçament o l'extensió dels sarcòmers; mentre que les fibres gruixudes i primes són els motors moleculars de el moviment.
La titina participa en el manteniment dels filaments gruixuts al centre de l'sarcòmer i les seves fibres són les responsables de la generació de la tensió passiva durant l'estirament dels sarcòmers.
altres funcions
Addicional a la seva participació en la generació de la força viscoelàstica, la titina té altres funcions, entre les que destaquen:
Participació en els esdeveniments de senyalització mecano-química a través de la seva associació amb altres proteïnes sarcoméricas i no sarcoméricas
-Activació longitud-depenent de l'aparell contràctil
-Ensamblaje de sarcòmers
-Contribució en l'estructura i la funció de l'citoesquelet en els vertebrats, entre d'altres.
Certs estudis han demostrat que en cèl·lules humanes i embrions de Drosophila, la titina té una altra funció com a proteïna cromosòmica. Les propietats elàstiques de la proteïna purificada corresponen perfectament amb les propietats elàstiques dels cromosomes tant de cèl·lules vives com de cromosomes acoblats in vitro.
La participació d'aquesta proteïna en la compactació dels cromosomes ha estat demostrada gràcies a experiments de mutagènesi lloc-dirigida de el gen que la codifica, que resulta en defectes tant musculars com cromosòmics.
Lange i col·laboradors en l'any 2005, van demostrar que el domini quinasa de la titina té a veure amb el complex sistema d'expressió dels gens musculars, fet demostrat per la mutació d'aquest domini que causa malalties musculars hereditàries.
patologies relacionades
Algunes malalties cardíaques tenen a veure amb alteracions en l'elasticitat de la titina. Tals alteracions afecten en gran manera l'extensibilitat i la rigidesa passiva diastòlica de l'miocardi i, presumiblement, la mecanosensibilidad.
El gen TTN ha estat identificat com un dels principals gens involucrats en malalties humanes, de manera que les propietats i funcions de la proteïna cardíaca han estat molt estudiades en els últims anys.
La cardiomiopatia dilatada i la cardiomiopatia hipertròfica són també producte de la mutació de diversos gens, entre ells el gen TTN.
referències
- Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Color Atlas of Physiology (5th ed.). New York: Thieme.
- Herman, D., Lam, L., Taylor, M., Wang, L., Teekakirikul, P., Christodoulou, D.,… Seidman, CE (2012). Truncations of Titin Causing Dilated Cardiomyopathy. The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619-628.
- Keller, T. (1995). Structure and function of Titin and nebulin. Current Opinion in Biology, 7, 32-38.
- Lange, S., Lange, S., Xiang, F., Yakovenko, A., Vihola, A., Hackman, P.,… Gautel, M. (2005). The Kinase Domain of Titin Controls Muscle Gene Expression and Protein Turnover. Science, 1599-1603.
- Linke, WA, & Hamdani, N. (2014). Gigantic Business: Titin Properties and Function Through Thick and Thin. Circulation Research, 114, 1052-1068.
- Machado, C., & Andrew, DJ (2000). D-TITIN: a Giant Protein with Dual Rols in Chromosomes and Muscles. The Journal of Cell Biology, 151 (3), 639-651.
- Maruyama, K. (1997). Giant elastic protein of muscle. The FASEB Journal, 11, 341-345.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Principis de Bioquímica. Edicions Omega (5th ed.).
- Rivas-Pardo, J., Eckels, E., Popa, I., Kosuri, P., Linke, W., & Fernández, J. (2016). Work Done by Titin Protein Folding assists Muscle contraction. Cell Reports, 14, 1339-1347.
- Trinick, J. (1994). Titin and nebulin: protein rulers in muscle? Trends in Biochemical Sciences, 19, 405-410.
- Tskhovrebova, L., & Trinick, J. (2003). Titin: Properties and Family Relationships. Nature Reviews, 4, 679-6889.
- Wang, K., Ramirez-Mitchell, R., & Palter, D. (1984). Titin is an extraordinarily llarg, flexible, and Slender myofibrillar protein. Proc. Natl. Acad. Sci., 81, 3685-3689.