TNNI3 - TNNI3
Тропонин I, сердечная мышца является белком , который в организме человека кодируется TNNI3 геном . Это тканеспецифический подтип тропонина I , который, в свою очередь, входит в состав тропонинового комплекса .
Ген TNNI3 , кодирующий сердечный тропонин I (cTnI), расположен в 19q13.4 в хромосомном геноме человека. CTnI человека представляет собой белок 24 кДа, состоящий из 210 аминокислот с изоэлектрической точкой (pI) 9,87. cTnI экспрессируется исключительно в сердечной мышце взрослого человека.
Генная эволюция
cTnI отделился от изоформ TnI в скелетных мышцах (медленный TnI и быстрый TnI) в основном за счет уникального N-концевого удлинения. Аминокислотная последовательность cTnI строго консервативна среди видов млекопитающих (рис. 1). С другой стороны, N-концевое удлинение cTnI имеет существенно разные структуры у млекопитающих, амфибий и рыб.
Распределение тканей
TNNI3 экспрессируется как специфический для сердца ген. Раннее эмбриональное сердце экспрессирует только TnI медленных скелетных мышц. cTnI начинает экспрессироваться в сердце мыши примерно на 10-й эмбриональный день, и уровень постепенно увеличивается до половины от общего количества TnI в сердечной мышце при рождении. cTnI полностью заменяет медленный TnI в сердце мыши примерно через 14 дней после рождения
Белковая структура
Основываясь на исследованиях взаимосвязи структура-функция in vitro , структуру cTnI можно разделить на шесть функциональных сегментов: а) специфическое для сердца N-концевое удлинение (остатки 1–30), которое не присутствует в быстром TnI и медленном TnI; б) N-концевой участок (остатки 42–79), который связывает C домен TnC; c) участок связывания TnT (остатки 80–136); г) ингибирующий пептид (остатки 128–147), который взаимодействует с TnC и актин-тропомиозином; e) переключатель или триггерный участок (остатки 148–163), который связывает N-домен TnC; и f) C-концевой мобильный домен (остатки 164-210), который связывает актин-тропомиозин и является наиболее консервативным сегментом, очень сходным среди изоформ и у разных видов. Определена частично кристаллическая структура тропонина человека.
Посттрансляционные модификации
- Фосфорилирование: cTnI был первым саркомерным белком, идентифицированным как субстрат PKA. Фосфорилирование cTnI по Ser 23 / Ser 24 при адренергической стимуляции усиливает расслабление сердечной мышцы, что имеет решающее значение для сердечной функции, особенно при высокой частоте сердечных сокращений. В то время как фосфорилирование Ser 23 / Ser 24 PKA снижает чувствительность миофиламентов к Ca 2+ и увеличивает релаксацию, фосфорилирование Ser 42 / Ser 44 с помощью PKC увеличивает чувствительность к Ca 2+ и снижает расслабление сердечной мышцы. Ser 5 / Ser 6 , Tyr 26 , Thr 31 , Ser 39 , Thr 51 , Ser 77 , Thr 78 , Thr 129 , Thr 143 и Ser 150 также являются сайтами фосфорилирования в cTnI человека.
- О-связанная модификация GlcNAc: исследования изолированных кардиомиоцитов обнаружили повышенные уровни O-GlcNA-цилирования сердечных белков в сердцах с диабетической дисфункцией. Масс-спектрометрия идентифицировала Ser 150 cTnI мыши как сайт O-GlcNAclation, что предполагает потенциальную роль в регуляции сократимости миокарда.
- C-концевое усечение: C-концевой сегмент является наиболее консервативной областью TnI. Как аллостерическая структура, регулируемая Ca 2+ в тропониновом комплексе, она связывает и стабилизирует положение тропомиозина в состоянии с низким содержанием Ca 2+, участвуя в ингибировании актомиозиновой АТФазы. Делеция С-концевых 19 аминокислот была обнаружена во время ишемии-реперфузии миокарда в перфузируемых по Лангендорфу сердцах крыс. Это также наблюдалось при оглушении миокарда у пациентов с коронарным шунтированием. Сверхэкспрессия C-терминального усеченного сердечного TnI (cTnI 1-192 ) в сердце трансгенных мышей приводила к фенотипу оглушения миокарда с систолической и диастолической дисфункциями. Замена интактного cTnI на cTnT 1-192 в миофибриллах и кардиомиоцитах не влияла на развитие максимального напряжения, но снижала скорость восстановления силы и расслабления.
- Ограничительное N-концевое усечение: N-концевое удлинение cTnI примерно из 30 аминокислот представляет собой структуру, специфичную для сердца взрослого человека. N-концевое удлинение содержит сайты фосфорилирования PKA Ser 23 / Ser 24 и играет роль в модуляции общей молекулярной конформации и функции cTnI. Ограничительное N-концевое усечение cTnI происходит на низких уровнях в нормальных сердцах всех исследованных видов позвоночных, включая человека, и значительно увеличивает адаптацию к гемодинамическому стрессу и сердечной недостаточности мышей, вызванной дефицитом G s . В отличие от вредного C-концевого усечения, рестриктивное N-концевое усечение cTnI, избирательно удаляя специфическое для сердца взрослых удлинение, формирует регуляторный механизм адаптации сердца к физиологическим и патологическим стрессовым условиям.
Патологические мутации
Было обнаружено, что множественные мутации в cTnI вызывают кардиомиопатии. Мутации cTnI составляют примерно 5% случаев семейной гипертрофической кардиомиопатии, и на сегодняшний день охарактеризовано более 20 миопатических мутаций cTnI.
Клинические последствия
Период полураспада cTnI в кардиомиоцитах взрослых оценивается примерно в 3,2 дня, и в цитоплазме имеется пул несобранных сердечных TnI. Сердечный TnI экспрессируется исключительно в миокарде и, таким образом, является высокоспецифическим диагностическим маркером повреждений сердечной мышцы, а cTnI повсеместно используется в качестве индикатора инфаркта миокарда. Повышенный уровень cTnI в сыворотке также независимо предсказывает плохой прогноз для тяжелобольных пациентов при отсутствии острого коронарного синдрома.
Примечания
использованная литература
дальнейшее чтение
- Ni CY (2002). «Сердечный тропонин I: биомаркер для обнаружения и стратификации риска незначительного повреждения миокарда». Клиническая лаборатория . 47 (9–10): 483–92. PMID 11596911 .
- Хункелер Н.М., Куллман Дж., Мерфи А.М. (ноябрь 1991 г.). «Экспрессия изоформы тропонина I в сердце человека» . Циркуляционные исследования . 69 (5): 1409–14. DOI : 10.1161 / 01.res.69.5.1409 . PMID 1934363 .
- МакГеоч К., Бартон П.Дж., Валлинс В.Дж., Бхавсар П., Сперр Н.К. (ноябрь 1991 г.). "Локус человеческого сердечного тропонина I: отнесение к хромосоме 19p13.2-19q13.2". Генетика человека . 88 (1): 101–4. DOI : 10.1007 / BF00204938 . PMID 1959915 . S2CID 5850640 .
- Валлинс WJ, Brand NJ, Dabhade N, Butler-Browne G, Yacoub MH, Barton PJ (сентябрь 1990 г.). «Молекулярное клонирование сердечного тропонина I человека с использованием полимеразной цепной реакции» . Письма FEBS . 270 (1–2): 57–61. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (90) 81234-F . PMID 2226790 . S2CID 41606318 .
- Mittmann K, Jaquet K, Heilmeyer LM (октябрь 1990 г.). «Общий мотив двух соседних фосфосеринов в сердечном тропонине I крупного рогатого скота, кролика и человека» . Письма FEBS . 273 (1-2): 41-5. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (90) 81046-Q . PMID 2226863 . S2CID 85405610 .
- Ноланд Т.А., Рейнор Р.Л., Куо Дж.Ф. (декабрь 1989 г.). «Идентификация сайтов, фосфорилированных в бычьем сердечном тропонине I и тропонине T протеинкиназой C, и сравнительная субстратная активность синтетических пептидов, содержащих сайты фосфорилирования» . Журнал биологической химии . 264 (34): 20778–85. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 47130-5 . PMID 2584239 .
- Маруяма К., Сугано С. (январь 1994 г.). «Олиго-кэппинг: простой метод замены кэп-структуры эукариотических мРНК олигорибонуклеотидами». Джин . 138 (1–2): 171–4. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (94) 90802-8 . PMID 8125298 .
- Armor KL, Харрис WJ, Tempest PR (сентябрь 1993 г.). «Клонирование и экспрессия в Escherichia coli кДНК, кодирующей сердечный тропонин I человека». Джин . 131 (2): 287–92. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (93) 90308-P . PMID 8406024 .
- Бхавсар П.К., Брэнд Нью-Джерси, Якуб М.Х., Бартон П.Дж. (июль 1996 г.). «Выделение и характеристика гена сердечного тропонина I человека (TNNI3)». Геномика . 35 (1): 11–23. DOI : 10.1006 / geno.1996.0317 . PMID 8661099 .
- Джидама Н.М., Ноланд Т.А., Рейнор Р.Л., Блоб Г.К., Фаббро Д., Казаньец М.Г., Блумберг П.М., Ханнун Ю.А., Куо Дж.Ф. (сентябрь 1996 г.). «Специфичность фосфорилирования изоферментов протеинкиназы C для бычьего сердечного тропонина I и тропонина T и участков в этих белках и регуляция свойств миофиламентов» . Журнал биологической химии . 271 (38): 23277–83. DOI : 10.1074 / jbc.271.38.23277 . PMID 8798526 . S2CID 43915534 .
- Такеда С., Кобаяси Т., Танигучи Х., Хаяси Х., Маэда Й. (июнь 1997 г.). «Структурные и функциональные домены тропонинового комплекса, выявленные ограниченным перевариванием» . Европейский журнал биохимии / FEBS . 246 (3): 611–7. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1997.00611.x . PMID 9219516 .
- Кин NE, Quirk PG, Gao Y, Patchell VB, Perry SV, Levine BA (сентябрь 1997 г.). «Упорядоченное фосфорилирование сердечного тропонина I цАМФ-зависимой протеинкиназой - структурные последствия и функциональные последствия» . Европейский журнал биохимии / FEBS . 248 (2): 329–37. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1997.00329.x . PMID 9346285 .
- Судзуки Ю., Ёситомо-Накагава К., Маруяма К., Суяма А., Сугано С. (октябрь 1997 г.). «Создание и характеристика полноразмерной библиотеки кДНК, обогащенной по 5'-концу». Джин . 200 (1–2): 149–56. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (97) 00411-3 . PMID 9373149 .
- Васылев Д.Г., Такеда С., Вакацуки С., Маеда К., Маеда Y (апрель 1998 г.). «Кристаллическая структура тропонина C в комплексе с фрагментом тропонина I при разрешении 2.3-A» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (9): 4847–52. DOI : 10.1073 / pnas.95.9.4847 . PMC 2017 6 . PMID 9560191 .
- Бартон П.Дж., Каллен М.Э., Таунсенд П.Дж., Брэнд Нью-Джерси, Маллен А.Дж., Норман Д.А., Бхавсар П.К., Якуб М.Х. (апрель 1999 г.). «Тесная физическая связь генов тропонина человека: организация, последовательность и экспрессия локуса, кодирующего сердечный тропонин I и медленный скелетный тропонин Т». Геномика . 57 (1): 102–9. DOI : 10.1006 / geno.1998.5702 . PMID 10191089 .
- Ли М.Х., Спайракопулос Л., Сайкс Б.Д. (июнь 1999 г.). «Связывание сердечного тропонина-I147-163 вызывает структурное открытие сердечного тропонина-С человека». Биохимия . 38 (26): 8289–98. DOI : 10.1021 / bi9901679 . PMID 10387074 .
- Редвуд С., Ломанн К., Бинг В., Эспозито Г.М., Эллиотт К., Абдулраззак Х., Нотт А., Перселл И., Марстон С., Уоткинс Х. (июнь 2000 г.). «Исследование усеченного сердечного тропонина Т, который вызывает семейную гипертрофическую кардиомиопатию: регуляторные свойства Са (2+) восстановленных тонких филаментов зависят от соотношения мутантного белка к белку дикого типа» . Циркуляционные исследования . 86 (11): 1146–52. DOI : 10.1161 / 01.res.86.11.1146 . PMID 10850966 .
- Ward DG, Ashton PR, Trayer HR, Trayer IP (январь 2001 г.). «Дополнительные сайты фосфорилирования PKA в сердечном тропонине I человека» . Европейский журнал биохимии / FEBS . 268 (1): 179–85. DOI : 10.1046 / j.1432-1327.2001.01871.x . PMID 11121119 .