stringtranslate.com

Тропомиозин

Тропомиозин представляет собой двухцепочечный альфа-спиральный белок , имеющий спиральную спираль, обнаруженный во многих клетках животных и грибов . У животных это важный компонент мышечной системы, который вместе с тропонином регулирует сокращение мышц. Он присутствует в гладких и поперечно-полосатых мышечных тканях, которые можно найти в различных органах и системах организма, включая сердце, кровеносные сосуды, дыхательную и пищеварительную системы. У грибов тропомиозин содержится в клеточных стенках и помогает поддерживать структурную целостность клеток.

Тропомиозин обнаружен и у других эукариот , но не у растений. В целом, тропомиозин является важным белком, который играет жизненно важную роль в правильном функционировании многих различных организмов.

Тропомиозин и актиновый скелет

Структура сердечного саркомера с тропомиозином

Все организмы содержат органеллы, которые обеспечивают физическую целостность их клеток. Органеллы этого типа известны под общим названием цитоскелет, и одна из самых древних систем основана на нитевидных полимерах белка актина . Полимер второго белка, тропомиозина, является неотъемлемой частью большинства актиновых филаментов животных.

Тропомиозины представляют собой большое семейство неотъемлемых компонентов актиновых филаментов, которые играют решающую роль в регуляции функции актиновых филаментов как в мышечных, так и в немышечных клетках. Эти белки состоят из стержнеобразных гетеро- или гомодимеров , расположенных вдоль α-спиральной бороздки большинства актиновых филаментов. Взаимодействие происходит по всей длине актиновой нити, при этом димеры выравниваются по принципу «голова к хвосту».

Тропомиозины часто делят на две группы: мышечные изоформы тропомиозина и немышечные изоформы тропомиозина. Изоформы мышечного тропомиозина участвуют в регуляции взаимодействий между актином и миозином в мышечном саркомере и играют ключевую роль в регулируемом мышечном сокращении . Немышечные изоформы тропомиозина функционируют как в мышечных, так и в немышечных клетках и участвуют в ряде клеточных путей, которые контролируют и регулируют цитоскелет клетки и другие ключевые клеточные функции.

Система актиновых филаментов, которая участвует в регуляции этих клеточных путей, более сложна, чем системы актиновых филаментов, которые регулируют мышечные сокращения. Сократительная система опирается на 4 изоформы актиновых филаментов и 5 изоформ тропомиозина, [1] тогда как система актиновых филаментов цитоскелета использует две изоформы актиновых филаментов и более 40 изоформ тропомиозина. [1] [2]

Изоформы и эволюция

В отличие от правила «один ген — один полипептид », теперь благодаря сочетанию геномного секвенирования , такого как проект «Геном человека», и данным EST экспрессируемых белков, теперь известно, что многие эукариоты производят ряд белков из одного гена. . Это играет решающую роль в функционировании высших эукариот: люди посредством альтернативного сплайсинга экспрессируют в 5 раз больше различных белков (изоформ), чем гены . С механистической точки зрения организму гораздо легче расширить существующее семейство генов/белков (создавая изоформы белка), чем создать совершенно новый ген. С эволюционной точки зрения тропомиозины у высших эукариот примечательны тем, что сохраняют все четыре потенциальных гена, образующихся в результате двойной геномной дупликации, которая имела место в ранней эволюции эукариот. [3]

Гены и изоформы (сложность изоформ)

У млекопитающих четыре гена ответственны за создание более 40 различных изоформ тропомиозина. С точки зрения структуры гены очень похожи, что позволяет предположить, что они возникли в результате дупликации предкового гена. У человека эти гены больше не связаны и широко рассредоточены. У человека гены α1-, β-, α3- и α4 формально известны как TPM1 , TPM2 , TPM3 и TPM4 и расположены в точках 15q22, [4] 9p13, [5] 1q22 [6] и 19p13. [7] соответственно. Альтернативная номенклатура называет четыре гена (α,β,γ,δ). [2]

Изоформы определяются как очень родственные генные продукты, которые выполняют, по сути, сходные биологические функции, при этом между изоформами существуют различия с точки зрения биологической активности, регуляторных свойств, временной и пространственной экспрессии и/или межклеточного расположения. Изоформы производятся с помощью двух различных механизмов: дупликации генов и альтернативного сплайсинга. Первый механизм представляет собой процесс, при котором множественные копии гена создаются посредством неравного кроссинговера, тандемной дупликации или транслокации. Альтернативный сплайсинг — это механизм, при котором экзоны либо сохраняются в мРНК, либо направляются на удаление в различных комбинациях для создания разнообразного массива мРНК из одной пре-мРНК.

Сращивание

Огромное количество изоформ тропомиозина создается с помощью комбинации различных генов и альтернативного сплайсинга. [8] У млекопитающих, независимо от гена, транскрипция инициируется в начале экзона 1a или экзона 1b. В зависимости от используемого промотора и исходного экзона изоформы тропомиозина можно разделить на высокомолекулярные ( HMW, 284 аминокислоты) и низкомолекулярные (LMW, 248). [1] [9] Изоформы HMW экспрессируют экзон 1a и либо 2a, либо 2b, тогда как изоформы LMW экспрессируют экзон 1b. [9] На сегодняшний день все известные тропомиозины содержат экзоны 3-9. Альтернативный сплайсинг может происходить в экзоне 6 с взаимоисключающим выбором экзона 6a или 6b. [10] На С-конце транскрипт снова сплайсируется в экзоне 9 с выбором экзона 9a, 9b, 9c или 9d. [10]

Эволюция поколения изоформ

С точки зрения структуры гены очень похожи, что позволяет предположить, что они возникли в результате дупликации предкового гена. Наиболее родственными генами являются α- и γ-гены, использующие два промотора и отличающиеся только наличием уникального экзона 2a в α-гене. [11] [12] Хотя при сравнении последовательностей были выявлены существенные различия между альтернативными экзонами одного и того же гена (1a и 1b, 6a и 6b, а также экзоны 9), однако большинство экзонов высококонсервативны между разными генами. [1] [8] [13] [14] Например, экзоны 1a и 1b α-гена значительно различаются по последовательности; однако последовательность экзона 1а α-, β-, γ- и δ-генов высококонсервативна.

Из-за консервативной природы генов считается, что они произошли от общего предкового гена, дав начало более 40 функционально различным изоформам. Экспрессия этих изоформ строго регулируется и варьируется на протяжении развития. Разнообразие экспрессии тропомиозина как в пространстве, так и во времени обеспечивает возможность не только регулировать функцию актиновых филаментов, но и создавать специализированные популяции актиновых филаментов. [3]

Пространственная сортировка изоформ тропомиозина

В многочисленных сообщениях подробно описано, что изоформы тропомиозина распределяются по разным внутриклеточным местам, часто связываясь с популяциями актиновых филаментов, которые участвуют в определенных процессах. [15] [16] [17] [18] Прямая визуализация пространственного разделения изоформ первоначально наблюдалась Бургойном и Норманом, а вскоре после этого Лин и его коллеги. [18] [19] [20] Они заметили, что определенные изоформы связаны с различными клеточными структурами. [18] Используя специфические антитела, они смогли идентифицировать присутствие как HMW, так и LMW изоформ γ-гена в стрессовых волокнах; однако в взъерошенных мембранах были обнаружены только изоформы LMW . [18]

Эти исследования были распространены на ряд типов клеток с аналогичными результатами. Обширные исследования нейрональных клеток, [21] фибробластов , [16] [17] [22] скелетных мышц [23] [24] и клеток остеокластов еще раз подчеркнули сложную связь изоформ тропомиозина с клеточными структурами. Эти исследования привели к осознанию того, что регуляция сортировки изоформ чрезвычайно сложна и строго регламентирована.

Регулирование сортировки

Сортировка изоформ тропомиозина в отдельных внутриклеточных местах регулируется в процессе развития. Первоначальные исследования показали, что сортировка изоформ изменилась в процессе развития: тропомиозин 4 первоначально локализовался в конусе роста растущих нейронов, но в зрелых нейронах он перемещался в соматодендритный компартмент. [25] Эти наблюдения были подтверждены исследованиями различных изоформ тропомиозина, показывающими, как популяции тропомиозина перемещались во время созревания нейронов. Эти данные подтверждают представление о том, что изоформы тропомиозина подвержены временной регуляции.

Дополнительные исследования выявили роль клеточного цикла в сортировке изоформ. Исследование, в ходе которого проверялся ряд продуктов HMW из α- и β-генов и сравнивалась локализация с продуктами LMW из γ-гена, обнаружило, что продукты HMW и LMW взаимоисключающе сегрегируются во время ранней фазы G1 клеточного цикла. [17]

Механизм сортировки

Хотя исследования показывают, что на сортировку тропомиозина может влиять сортировка мРНК [21] не существует абсолютной корреляции между мРНК и расположением белка. Было обнаружено, что в нейронах мРНК тропомиозина 5NM1 сортируется к полюсу нейрона, вырабатывающего аксон, до морфологической дифференцировки. [26] Сортировка мРНК тропомиозина 5NM1/2 в этом месте коррелировала с экспрессией белка тропомиозина 5NM1/2. Напротив, мРНК, кодирующая белок тропомиозин Br2, была исключена из полюса нейрона. [26]

Связь между сортировкой мРНК и расположением белка была проверена на моделях трансгенных мышей. Модели были созданы таким образом, чтобы кодирующие области тропомиозина 5NM1/2 и тропомиозина 3 экспрессировались под контролем промотора β-актина, при этом 3'-нетранслируемая область β-актина лишена информации о нацеливании. [27] Исследование показало, что тропомиозин 3, изоформа, которая обычно не экспрессируется в нейрональных клетках, широко распространена по всему нейрону, в то время как было обнаружено, что экзогенная экспрессия нейрональной изоформы тропомиозина 5NM1/2 сортируется по конусу роста нейронов как эндогенный тропомиозин 5NM1/2. Поскольку эти два трансгена различаются только областью, кодирующей тропомиозин, но локализованы в двух различных областях, результаты показывают, что, помимо сортировки мРНК, сами белки содержат информацию о сортировке.

Исследования показывают, что на сортировку изоформ тропомиозина также может влиять состав изоформ актина в микрофиламентах. [27] В миобластах сверхэкспрессия γ-актина приводила к снижению регуляции β-актина и удалению тропомиозина 2, но не тропомиозина 5, из стрессовых волокон. [28] Позже было обнаружено, что когда клетки подвергались воздействию цитохалазина D, химического вещества, которое приводит к дезорганизации актиновых филаментов, сортировка изоформ тропомиозина нарушалась. После отмывания цитохалазина D сортировка изоформ тропомиозина восстанавливалась. [29] Это наводит на мысль о сильной взаимосвязи между процессом сортировки изоформ тропомиозина и включением изоформ тропомиозина в организованные массивы актиновых филаментов. Нет доказательств активного транспорта изоформ тропомиозина в определенные места. Скорее, похоже, что сортировка является результатом локальной сборки предпочтительных изоформ в определенном внутриклеточном сайте. Механизмы, лежащие в основе сортировки изоформ тропомиозина, по своей природе являются гибкими и динамичными.

Изоформы не являются функционально избыточными.

Многие исследования привели к пониманию того, что тропомиозины выполняют важные функции и необходимы самым различным видам: от дрожжей, червей и мух до сложных млекопитающих.

Существенная роль тропомиозинов была обнаружена в лаборатории Бретшера, где исследователи обнаружили, что при элиминации гена TPM1 у почкующихся дрожжей снижается скорость роста, исчезает наличие актиновых кабелей, наблюдаются дефекты везикулярного транспорта и спаривание дрожжей. был беден. [30] Когда был удален второй дрожжевой ген, TPM2, никаких заметных изменений в фенотипе не было зарегистрировано; однако удаление в сочетании с TPM1 приводило к летальному исходу. Это предполагает, что гены TPM1 и -2 имеют перекрывающуюся функцию; однако TPM2 не может полностью компенсировать потерю TPM1, что указывает на то, что некоторые функции TPM1 уникальны. Аналогичные результаты наблюдались у мух, червей, амфибий и млекопитающих, что подтверждает предыдущие результаты и позволяет предположить участие тропомиозина в широком спектре клеточных функций. Однако три совместно экспрессируемых гена TMP1, 2 и 4 не могут компенсировать делецию гена TPM3 в эмбриональных стволовых клетках и предимплантационных эмбрионах мыши.

Результаты экспериментов по нокауту генов могут быть неоднозначными и требуют тщательного изучения. В исследованиях, в которых делеция гена приводит к летальному исходу, на первый взгляд может показаться, что продукт гена играет поистине уникальную роль. Однако летальность также может быть результатом неспособности пораженной клетки экспрессировать другие изоформы для спасения фенотипа, поскольку необходимая изоформа естественным образом не экспрессируется в клетке.

Конкретные роли и функции

Влияние на связывание актинсвязывающих белков с актиновыми нитями

Система актиновых микрофиламентов является фундаментальной системой цитоскелета, участвующей в развитии и поддержании морфологии клеток. Способность этой системы легко реагировать на клеточные сигналы и подвергаться структурной реорганизации привела к убеждению, что эта система регулирует специфические структурные изменения в различных клеточных регионах.

У человека существует только шесть изоформ актина, и эти изоформы ответственны за множество уникальных и сложных клеточных структур и ключевых клеточных взаимодействий. Считается, что функция и форма актинового цитоскелета контролируются в основном актин-связывающими белками (ABP), которые связаны с актиновым полимером. АБФ — это группа белков, которые связываются с актином. Хотя тропомиозин иногда включают в состав АБП, он не является настоящим АД. Димер тропомиозина имеет очень низкое сродство к актиновой нити и не образует с актином ван-дер-ваальсовых контактов. Только образование полимерной обмотки тропомиозина вокруг актиновой нити обеспечивает стабильность взаимодействия тропомиозина и актиновой нити.

Многие исследования показывают, что связывание изоформ тропомиозина с актиновой нитью может влиять на связывание других ABP, которые вместе изменяют структуру и передают специфические свойства и, в конечном итоге, специфические функции актиновой нити. Это продемонстрировано на нейроэпителиальных клетках, где повышенная экспрессия тропомиозина 5NM1 увеличивает рекрутирование миозина IIB, моторного белка миозина, в область конуса роста. [31] Однако сверхэкспрессия тропомиозина Br3 имела противоположный эффект, снижая активность миозина в той же области.

В новаторском исследовании Бернштейна и Бамбурга было обнаружено, что актин-связывающий белок, фактор деполимеризации актина (ADF)/ кофилин , фактор, который способствует деполимеризации актиновых нитей, конкурирует с тропомиозином за связывание с актиновой нитью. [32] Экспрессия тропомиозина 5NM1 в нейрональных клетках устраняет ADF/кофилин из области конуса роста, что приводит к образованию более стабильных актиновых филаментов. [31] Однако наблюдалось, что повышенная экспрессия тропомиозина Br3 привлекает ADF/кофилин к актиновым нитям, связанным с изоформой тропомиозина Br3 внутри ламеллиподия, что приводит к разборке актиновых нитей. [31] Это явление, при котором специфическая изоформа тропомиозина управляет специфическими взаимодействиями между актин-связывающими белками и актиновой нитью, наблюдалось во множестве модельных систем с рядом различных связывающих белков (обзор в Gunning et al., 2008 [31 ] 10] ). Эти взаимодействия под влиянием изоформ тропомиозина позволяют актиновым нитям участвовать в разнообразных клеточных функциях.

Функция сокращения скелетных мышц

Скелетные мышцы состоят из крупных многоядерных клеток ( мышечных волокон ). Каждое мышечное волокно заполнено продольными рядами миофибрилл . Миофибриллы состоят из повторяющихся белковых структур или саркомеров , основной функциональной единицы скелетных мышц. Саркомер представляет собой высокоструктурированную белковую структуру, состоящую из переплетающихся толстых и тонких нитей, причем тонкие нити связаны с белковой структурой, Z -линией . Динамическое взаимодействие между толстыми и тонкими нитями приводит к сокращению мышц.

Миозин принадлежит к семейству моторных белков, и мышечные изоформы этого семейства составляют толстую нить. Тонкая нить состоит из изоформ актина скелетных мышц. Каждый миозиновый белок «движется» вдоль тонкой актиновой нити, неоднократно связываясь с участками связывания миозина вдоль актиновой нити, щелкая и отпуская ее. Фактически, толстая нить движется или скользит вдоль тонкой нити, что приводит к сокращению мышц . Этот процесс известен как модель скользящей нити .

Связывание головок миозина с мышечным актином представляет собой строго регулируемый процесс. Тонкая нить состоит из актина, тропомиозина и тропонина. Сокращение скелетных мышц запускается нервными импульсами, которые, в свою очередь, стимулируют высвобождение Ca 2+ . Высвобождение Са 2+ из саркоплазматической сети вызывает повышение концентрации Са 2+ в цитозоле. Ионы кальция затем связываются с тропонином, который связан с тропомиозином. Связывание вызывает изменения формы тропонина и впоследствии заставляет изоформу тропомиозина смещать свое положение на актиновой нити. Это смещение положения обнажает участки связывания миозина на актиновой нити, позволяя головкам миозина толстой нити связываться с тонкой нитью.

Структурные и биохимические исследования показывают, что положение тропомиозина и тропонина на тонкой нити регулирует взаимодействия между головками миозина толстой нити и местами связывания актина тонкой нити. Рентгеновская дифракция и криоэлектронная микроскопия позволяют предположить, что тропомиозин стерически блокирует доступ миозина к актиновой нити.

Хотя эта модель хорошо известна, неясно, вызывает ли движение тропомиозина прямую связь головки миозина с актиновой нитью. Таким образом, возникла альтернативная модель, согласно которой движение тропомиозина в нити функционирует как аллостерический переключатель, который модулируется путем активации связывания миозина, но не функционирует исключительно за счет регуляции связывания миозина.

Регуляция сокращения гладких мышц

Гладкая мускулатура — это разновидность поперечно-полосатых мышц, и, в отличие от поперечно-полосатых мышц, сокращение гладких мышц не находится под сознательным контролем. Гладкие мышцы могут сокращаться спонтанно или ритмично и индуцироваться рядом физико-химических агентов (гормонов, лекарств, нейротрансмиттеров). Гладкая мускулатура находится в стенках различных органов и трубок организма, таких как пищевод, желудок, кишечник, бронхи, уретра, мочевой пузырь и кровеносные сосуды.

Хотя гладкие мышцы не образуют регулярных массивов толстых и тонких нитей, как саркомеры поперечно-полосатых мышц, сокращение по-прежнему происходит за счет того же механизма скольжения нитей, контролируемого миозиновыми поперечными мостиками, взаимодействующими с актиновыми нитями. Тонкие нити гладких мышц состоят из актина, тропомиозина, кальдесмона и кальмодулина . В этом типе мышц кальдесмон и кальмодулин контролируют опосредованный тропомиозином переход между состояниями активности и выключения. Кальдесмон связывается с актином, тропомиозином, кальмодулином и миозином, из которых его взаимодействие с актином является наиболее важным. На связывание кальдесмона сильно влияет тропомиозин. Кальдесмон является ингибитором актиномиозиновой АТФазы и подвижности, и как связывание актина, так и ингибирование кальдесмона значительно усиливаются в присутствии тропомиозина.

Сокращение гладких мышц инициируется высвобождением Са 2+ . Ca 2+ связывается и активирует кальмодулин, который затем связывается с кальдесмоном. Это связывание приводит к отделению белка кальдесмона от актиновой нити, обнажая участки связывания миозина на актиновой нити. Миозиновые моторные головки фосфорилируются киназой легкой цепи миозина , что позволяет миозиновой головке взаимодействовать с актиновой нитью и вызывать сокращение.

Роль в функции цитоскелета

Цитоскелет представляет собой сложную сеть нитей, необходимых для правильного функционирования ряда клеточных процессов, включая подвижность клеток, деление клеток, внутриклеточный транспорт и поддержание формы клеток. Цитоскелет состоит из трех различных систем филаментов: микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов (также известных как актиновый цитоскелет). Именно динамические взаимодействия между этими нитями обеспечивают клеткам уникальные структуры и функции.

Ряд регуляторных механизмов, в которых используются многие актин-связывающие белки, развился для контроля динамики системы актиновых филаментов. Считается, что тропомиозины играют ключевую роль в этой регуляторной системе, влияя на ассоциации актиновой нити с другими ABP. Вместе эти ассоциации придают филаментам специфические свойства, позволяя этим структурам участвовать в широком спектре клеточных процессов, а также быстро реагировать на клеточные стимулы.

Роль в заболеваниях

Рак

Многие исследования показали, что существуют специфические изменения в репертуаре тропомиозинов, экспрессируемых в клетках, подвергающихся клеточной трансформации. Эти высоковоспроизводимые результаты позволяют предположить, что в процессе клеточной трансформации, процесса, при котором нормальная клетка становится злокачественной, происходит снижение синтеза изоформ HMW-тропомиозина. В первоначальных исследованиях трансформация клеточной линии фибробластов эмбриона крысы REF-52 и нормальных клеток почек крысы приводила к снижению синтеза HMW-тропомиозинов. [33] [34] [35] В обеих этих системах понижающая регуляция способствовала снижению уровней мРНК. Эти ранние результаты позволили предположить, что тропомиозины играют решающую роль в облегчении определенных процессов, происходящих во время трансформации клеток, таких как реорганизация актиновых нитей и изменения формы клеток. Эти исследования были воспроизведены в других лабораториях и на других клеточных линиях с аналогичными результатами (обзор Gunning et al., 2008 [10] ).

Кроме того, исследования выявили связь между экспрессией изоформы тропомиозина и приобретением метастатических свойств. В исследовании сравнивалась экспрессия изоформ между линиями клеток карциномы легких Льюиса с низким и высоким уровнем метастазов. [36] [37] Исследование показало, что по мере того, как клетки становятся более метастатическими, наблюдается заметное снижение экспрессии белка HMW тропомиозина 2 и уровней мРНК.

Эти результаты были подтверждены на первичных опухолях и на человеческих моделях. Исследования рака толстой кишки и мочевого пузыря выявили повышенную экспрессию низкомолекулярного тропомиозина тропомиозина 5NM1 . [38] [39] Повышенная экспрессия этой изоформы также наблюдалась в трансформированных фибробластах крыс, и считается, что эта изоформа необходима для подвижности высокометастатической меланомы. [40] Кроме того, повышенная экспрессия тропомиозина 4 связана с метастазами в лимфатические узлы при раке молочной железы.

Все эти исследования показывают, что изменения в экспрессии и наборе изоформ тропомиозина являются неотъемлемой частью рака и его прогрессирования. Общее мнение состоит в том, что в целом раковые клетки становятся более зависимыми от тропомиозинов низкой молекулярной массы, поскольку тропомиозины высокой молекулярной массы исчезают с ростом злокачественности. [10] Это открытие привело к разработке новых соединений антитропомиозина в качестве потенциальных противораковых агентов.

Аутоиммунитет

Тропомиозины участвуют в аутоиммунном заболевании язвенном колите , заболевании толстой кишки, которое характеризуется язвами или открытыми язвами. Связь между этим заболеванием и тропомиозином была впервые подтверждена в исследовании, которое обнаружило, что сыворотка крови, взятая у 95% пациентов с язвенным колитом, содержала антитела, положительно реагирующие на тропомиозин. [41] Дополнительные исследования подтвердили эти результаты, а также идентифицировали тропомиозин 5 и тропомиозин 1 как основные тропомиозины, участвующие в патогенезе язвенного колита. [42] [43] Тропомиозин 5 связан с развитием резервуара подвздошной кишки после операции по поводу язвенного колита. Повышенное количество клеток, продуцирующих IgG, в слизистой оболочке толстой кишки у пациентов с язвенным колитом в основном связано с выработкой IgG против эпитопов, связанных с тропомиозином 5. Таким образом, тропомиозин 5 способен индуцировать значительный Т-клеточный ответ. [44] Физико-химический анализ общих структурных мотивов, присутствующих в 109 аутоантигенах человека, показал, что тропомиозины имеют наибольшее количество таких мотивов и, следовательно, очень высокую склонность действовать как аутоантигены. [45]

Помимо роли тропомиозинов при язвенном колите, антитела к тропомиозину также были обнаружены при острой ревматической лихорадке [46] и воспалительном заболевании, синдроме Бехчета . [47] В обоих случаях неясно, играют ли эти антитела прямую роль в патогенезе этих состояний человека или отражают высокую антигенность тропомиозинов, высвобождаемых из пораженных клеток.

Мышечные заболевания

Немалиновая миопатия — мышечное заболевание, характеризующееся наличием электронно-плотных стержневых тел в волокнах скелетных мышц. Эти электронно-плотные стержневые тела состоят в основном из α-актинина и актина. Расстройство часто клинически подразделяют на несколько групп, включая легкое (типичное), промежуточное, тяжелое и начало у взрослых; однако эти различия несколько неоднозначны, поскольку категории часто пересекаются. Причинные мутации были обнаружены в скелетном α-актинине, тропомиозине, небулине и тропонине. У людей были выявлены мутации как в генах γ-тропомиозина, так и в генах β-тропомиозина. Никаких мутаций в гене α-тропомиозина при этом состоянии у людей не выявлено.

Аллергия

Тропомиозин является основным белком, ответственным за аллергию на моллюсков, включая ракообразных и моллюсков . [48] ​​[49] [50] [51]

Тропомиозин также вызывает в некоторых случаях аллергию на тараканов . [52]

Инструменты и технологии для изучения тропомиозинов

Антитела

Учитывая широкий спектр процессов, в которых, как сообщается, участвует этот белок, в научном сообществе существует большой интерес к изоформам тропомиозина.

Одним из способов детального изучения конкретных изоформ этого белка является использование антител. Эти специфические антитела можно использовать в экспериментах по блоттингу белков, наносить на клетки или срезы тканей и наблюдать под микроскопом. Это позволяет исследователям не только определить уровень или концентрацию изоформы или группы изоформ, но также определить клеточное расположение конкретной изоформы и ассоциации с другими клеточными структурами или белками.

В настоящее время существует множество коммерчески доступных антител; однако многие из этих антител продаются с минимальной информацией об антигене, использованном для получения антитела, и, следовательно, о специфичности изоформы; поэтому некоторые исследовательские группы разрабатывают свои собственные антитела. Прежде чем эти антитела можно будет использовать, их необходимо тщательно охарактеризовать - процесс, в ходе которого исследуется специфичность антитела, чтобы гарантировать, что антитело не вступает в перекрестную реакцию с другими тропомиозинами или другими белками.

Рекомендации

  1. ^ abcd Питтенджер, МФ; Каззаз, Дж.А.; Хельфман, DM (1994). «Функциональные свойства немышечного тропомиозина». Curr Opin Cell Biol . 6 (1): 96–104. дои : 10.1016/0955-0674(94)90122-8. ПМИД  8167032.
  2. ^ abc Ганнинг, PW; Щевзов Г; Ки, Эй Джей; Хардеман, ЕС (2005). «Изоформы тропомиозина: палочки для определения функции актинового цитоскелета». Тенденции клеточной биологии . 15 (6): 333–341. doi :10.1016/j.tcb.2005.04.007. ПМИД  15953552.
  3. ^ аб Ганнинг, PW; Гошдастидер, У; Уитакер, С; Попп, Д; Робинсон, Р.К. (2015). «Эволюция композиционно и функционально различных актиновых нитей». Журнал клеточной науки . 128 (11): 2009–19. дои : 10.1242/jcs.165563 . ПМИД  25788699.
  4. ^ Эйр, Х; Аккари, Пенсильвания; Уилтон, SD; Каллен, округ Колумбия; Бейкер, Э; Лэнг, Н.Г. (1995). «Отнесение гена альфа-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM1) к полосе 15q22 методом флуоресцентной гибридизации in situ». Цитогенетический клеточный генетик . 69 (1–2): 15–17. дои : 10.1159/000133928. ПМИД  7835079.
  5. ^ Хант, CC; Эйр, HJ; Аккари, Пенсильвания; Мередит, К; Дорош, С.М.; Уилтон, SD; Каллен, Д.Ф.; Лэнг, штат Нью-Йорк; Бейкер, Э. (1995). «Отнесение гена бета-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM2) к полосе 9p13 путем флуоресцентной гибридизации in situ». Цитогенетический клеточный генетик . 71 (1): 94–95. дои : 10.1159/000134070. ПМИД  7606936.
  6. ^ Уилтон, SD; Эйр, Х; Аккари, Пенсильвания; Уоткинс, ХК; Макрей, К; Лэнг, штат Нью-Йорк; Каллен, округ Колумбия (1995). «Присвоение гена α-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM3) 1q22 -> q23 методом флуоресцентной гибридизации in situ». Цитогенетический клеточный генетик . 68 (1–2): 122–124. дои : 10.1159/000133905. ПМИД  7956350.
  7. ^ Уилтон, SD; Лим, Л; Дорош, С.Д.; Ганн, ХК; Эйр, HJ; Каллен, Д.Ф.; Лэнг, Н.Г. (1996). «Отнесение гена альфа-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM4) к полосе 19p13.1 путем флуоресцентной гибридизации in situ». Цитогенетический клеточный генетик . 72 (4): 294–296. дои : 10.1159/000134206. ПМИД  8641132.
  8. ^ аб Лис-Миллер, JP; Хельфман, DM (1991). «Молекулярная основа разнообразия изоформ тропомиозина». Биоэссе . 13 (9): 429–437. дои : 10.1002/bies.950130902. PMID  1796905. S2CID  7958541.
  9. ^ аб Мартин, C; Щевзов Г; Ганнинг, П. (2009). «Альтернативно сплайсированные N-концевые экзоны в изоформах тропомиозина не действуют как автономные сигналы нацеливания». J Структур Биол . 170 (2): 286–293. дои : 10.1016/j.jsb.2009.12.016. ПМИД  20026406.
  10. ^ abcde Ганнинг, П; О'Нил, Дж; Хардеман, Э. (2008). «Регуляция актинового цитоскелета на основе тропомиозина во времени и пространстве». Физиол преп . 88 (1): 1–35. doi :10.1152/physrev.00001.2007. ПМИД  18195081.
  11. ^ Руис-Опазо, Н.; Вайнбергер, Дж; Надаль-Жинар, Б (1985). «Сравнение последовательностей альфа-тропомиозина из гладких и поперечнополосатых мышц». Природа . 315 (6014): 67–70. Бибкод : 1985Natur.315...67R. дои : 10.1038/315067a0. PMID  3838802. S2CID  4322475.
  12. ^ Руис-Опазо, Н.; Надаль-Жинар, Б (1987). «Организация гена альфа-тропомиозина. Альтернативный сплайсинг дублированных изотип-специфичных экзонов обеспечивает образование иоформ гладких и поперечно-полосатых мышц». J Биол Хим . 262 (10): 4755–4765. дои : 10.1016/S0021-9258(18)61260-8 . ПМИД  3558368.
  13. ^ Бейзель, Г; Кеннеди, Дж. Э. (1994). «Идентификация новых альтернативно сплайсированных изоформ гена, кодирующего тропомиозин, TMnm, в улитке крысы». Джин . 143 (2): 251–256. дои : 10.1016/0378-1119(94)90105-8. ПМИД  8206382.
  14. ^ Лис-Миллер, JP; Гудвин, Луизиана; Хельфман, DM (1990). «Три новые изоформы тропомиозина головного мозга экспрессируются из гена альфа-тропомиозина крысы посредством использования альтернативных промоторов и альтернативной обработки РНК». Мол Клеточная Биол . 10 (4): 1729–1742. дои : 10.1128/MCB.10.4.1729. ПМЦ 362279 . ПМИД  2320008. 
  15. ^ Хейманн, К; Персиваль, Дж. М.; Вайнбергер, Р; Ганнинг, П; Стоу, Дж. Л. (1999). «Специфические изоформы актин-связывающих белков в различных популяциях везикул, происходящих из аппарата Гольджи» (PDF) . J Биол Хим . 274 (16): 10743–10750. дои : 10.1074/jbc.274.16.10743 . ПМИД  10196146.
  16. ^ аб Персиваль, Дж. М.; Хьюз, Дж.А.; Браун, Д.Л.; Щевзов Г; Хейманн, К; Врховский, Б; Брайс, Н.; Стоу, Дж.Л.; Ганнинг, П. (2004). «Нацеливание изоформы тропомиозина на короткие микрофиламенты, связанные с комплексом Гольджи». Мол Биол Клетка . 15 (1): 268–280. doi :10.1091/mbc.E03-03-0176. ПМК 307546 . ПМИД  14528022. 
  17. ^ abc Персиваль, Дж. М.; Томас, Дж; Кок, штат Калифорния; Гардинер, Э.М.; Джеффри, Польша; Лин, Джей-Джей; Вайнбергер, Р.П.; Ганнинг, П. (2000). «Сортировка изоформ тропомиозина в синхронизированных фибробластах NIH 3T3: свидетельства существования различных популяций микрофиламентов». Цитоскелет клеточного мотора . 47 (3): 189–208. doi :10.1002/1097-0169(200011)47:3<189::aid-cm3>3.0.co;2-c. ПМИД  11056521.
  18. ^ abcd Лин, Джей Джей; Хегманн, TE; Лин, Дж.Л. (1988). «Дифференциальная локализация изоформ тропомиозина в культивируемых немышечных клетках». J Клеточная Биол . 107 (2): 563–572. дои : 10.1083/jcb.107.2.563. ПМК 2115218 . ПМИД  3047141. 
  19. ^ Бургойн, РД; Норман, К.М. (1985). «Иммуноцитохимическая локализация тропомиозина в мозжечке крысы». Мозговой Рес . 361 (1–2): 178–184. дои : 10.1016/0006-8993(85)91287-9. PMID  4084791. S2CID  46237654.
  20. ^ Бургойн, РД; Норман, К.М. (1985). «Присутствие тропомиозина в хромаффинных клетках надпочечников и его связь с мембранами хромаффинных гранул». ФЭБС Летт . 179 (1): 25–28. дои : 10.1016/0014-5793(85)80183-6 . PMID  3880708. S2CID  21592895.
  21. ^ аб Ганнинг, П; Хардеман, Э; Джеффри, П; Вайнбергер, Р. (1998). «Создание внутриклеточных структурных доменов: пространственная сегрегация изоформ актина и тропомиозина в нейронах». Биоэссе . 20 (11): 892–900. doi : 10.1002/(SICI)1521-1878(199811)20:11<892::AID-BIES4>3.0.CO;2-D . PMID  9872055. S2CID  39808838.
  22. ^ Щевзов, Г; Врховский, Б; Брайс, Н.С.; Эльмир, С; Цю, MR; О'Нил, генеральный директор; Ян, Н; Верриллс, Нью-Мексико; и другие. (2005). «Состав тканеспецифических изоформ тропомиозина». J Histochem Cytochem . 53 (5): 557–570. дои : 10.1369/jhc.4A6505.2005 . ПМИД  15872049.
  23. ^ Лин, Джей-Джей; Лин, Дж.Л. (1986). «Создание сборки различных изоформ актина и тропомиозина в скелетные микрофиламенты, обогащенные тропомиозином, во время дифференцировки мышечных клеток in vitro». J Клеточная Биол . 103 (6): 2173–2182. CiteSeerX 10.1.1.336.5976 . дои : 10.1083/jcb.103.6.2173. ПМК 2114574 . ПМИД  3536961.  
  24. ^ Ки, Эй Джей; Щевзов Г; Наир-Шаликер, В; Робинсон, CS; Врховский, Б; Годдуси, М; Куи, MR; Лин, Джей-Джей; и другие. (2004). «Сортировка немышечного тропомиозина в новый цитоскелетный отдел скелетных мышц приводит к мышечной дистрофии». J Клеточная Биол . 166 (5): 685–696. дои : 10.1083/jcb.200406181. ПМК 2172434 . ПМИД  15337777. 
  25. ^ Хад, Л; Февр-Саррай, К; Легран, К; Мери, Дж; Бругиду, Дж; Раби, А. (2005). «Изоформы тропомиозина в нейронах крыс: различные профили развития и распределение TM-4 и TMBr-3 соответствуют различным функциям». J Cell Sci . 107 (10): 2961–2973. дои : 10.1242/jcs.107.10.2961. ПМИД  7876361.
  26. ^ Аб Ханнан, AJ; Ганнинг, П; Джеффри, Польша; Вайнбергер, Р.П.; Вайнбергер, Р.П. (1995). «Внутриклеточная локализация мРНК и белка тропомиозина связана с развитием нейрональной полярности». Мол клеточные нейроны . 6 (5): 397–412. дои : 10.1006/mcne.1995.1030. PMID  8581312. S2CID  2905249.
  27. ^ аб Шевзов, Г; Брайс, Н.С.; Альмонте-Бальдонадо, Р; Джойя, Дж; Лин, Джей-Джей; Хардеман, Э; Вайнбергер, Р; Ганнинг, П. (2005). «Особенности размера и формы нейронов регулируются изоформами тропомиозина». Мол Биол Клетка . 16 (7): 3425–3437. doi :10.1091/mbc.E04-10-0951. ПМЦ 1165423 . ПМИД  15888546. 
  28. ^ Щевзов, Г; Ллойд, К; Град, Д; Ганнинг, П. (1993). «Дифференциальная регуляция организации изоформ тропомиозина и экспрессии генов в ответ на измененную экспрессию гена актина». J Клеточная Биол . 121 (4): 811–821. дои : 10.1083/jcb.121.4.811. ПМК 2119789 . ПМИД  8491774. 
  29. ^ Щевзов, Г; Ганнинг, П; Джеффри, Польша; Темм-Гроув, К; Хельфман, DM; Лин, Джей-Джей; Вайнбергер, Р.П. (1997). «Локализация тропомиозина выявляет отдельные популяции микрофиламентов в нейритах и ​​конусах роста». Мол клеточные нейроны . 8 (6): 439–454. дои : 10.1006/mcne.1997.0599. PMID  9143561. S2CID  45114010.
  30. ^ Луи, Х; Бретчер, А (1992). «Характеристика дрожжевых клеток с разрушенным TPM1 указывает на участие тропомиозина в направленном везикулярном транспорте». J Клеточная Биол . 118 (2): 285–299. дои : 10.1083/jcb.118.2.285. ПМК 2290051 . ПМИД  1629236. 
  31. ^ abc Брайс, Н.С.; Щевзов Г; Фергюсон, В; Персиваль, Дж. М.; Лин, Джей-Джей; Мацумура, Ф; Бамбург-младший; Джеффри, Польша; и другие. (2003). «Спецификация функции актиновых нитей и молекулярного состава по изоформе тропомиозина». Мол Биол Клетка . 14 (3): 1002–1016. doi :10.1091/mbc.E02-04-0244. ПМК 151575 . ПМИД  12631719. 
  32. ^ Бернштейн, BW; Бамбург, младший (1982). «Связывание тропомиозина с F-актином защищает F-актин от разборки фактором деполимеризации актина мозга (ADF)». Сотовый Мотиль . 2 (1): 1–8. дои : 10.1002/см.970020102. ПМИД  6890875.
  33. ^ Хендрикс, М; Вайнтрауб, Х (1981). «Тропомиозин снижается в трансформированных клетках». Proc Natl Acad Sci США . 78 (9): 5633–5637. Бибкод : 1981PNAS...78.5633H. дои : 10.1073/pnas.78.9.5633 . ПМК 348810 . ПМИД  6272310. 
  34. ^ Хендрикс, М; Вайнтрауб, Х (1984). «Множественные полипептиды тропомиозина в фибробластах куриных эмбрионов: дифференциальная репрессия транскрипции трансформацией вируса саркомы Рауса». Мол Клеточная Биол . 4 (9): 1823–1833. дои : 10.1128/MCB.4.9.1823. ПМК 368992 . ПМИД  6208481. 
  35. ^ Лин, Джей-Джей; Хельфман, DM; Хьюз, Ш.; Чоу, CS (1985). «Изоформы тропомиозина в фибробластах куриных эмбрионов: очистка, характеристика, изменения в клетках, трансформированных вирусом саркомы Рауса». J Клеточная Биол . 100 (3): 692–703. дои : 10.1083/jcb.100.3.692. ПМК 2113520 . ПМИД  2982883. 
  36. ^ Такенага, К; Накамура, Ю; Сакияма, С. (1988). «Дифференциальная экспрессия изоформы тропомиозина в клетках карциномы легких Льюиса с низким и высоким уровнем метастазов». Мол Клеточная Биол . 8 (9): 3934–3937. дои : 10.1128/MCB.8.9.3934. ПМЦ 365453 . ПМИД  3221870. 
  37. ^ Такенага, К; Накамура, Ю; Токунага, К; Кагеяма, Х; Сакияма, С. (1988). «Выделение и характеристика кДНК, которая кодирует изоформу 2 тропомиозина фибробластов мыши». Мол Клеточная Биол . 8 (12): 5561–5565. дои : 10.1128/MCB.8.12.5561. ПМК 365662 . ПМИД  3244365. 
  38. ^ Лин, Дж.Л.; Гэн, X; Бхаттачарья, SD; Ю, младший; Рейтер, РС; Шастри, Б; Стекольщик, К.Д.; Мирза, ЗК; и другие. (2002). «Выделение и секвенирование новой изоформы тропомиозина, преимущественно связанной с раком толстой кишки». Гастроэнтерология . 123 (1): 152–162. дои : 10.1053/gast.2002.34154 . ПМИД  12105844.
  39. ^ Павляк, Г; МакГарви, ТВ; Нгуен, ТБ; Томашевский, Дж. Э.; Путияветтил, Р.; Малкович, С.Б.; Хельфман, DM (2004). «Изменения в экспрессии изоформ тропомиозина при переходно-клеточной карциноме мочевого пузыря человека». Инт Дж Рак . 110 (3): 368–373. doi : 10.1002/ijc.20151. PMID  15095301. S2CID  875146.
  40. ^ Миядо, К; Кимура, М; Танигучи, С (1996). «Снижение экспрессии одной изоформы тропомиозина, TM5/TM30nm, приводит к снижению подвижности высокометастатических клеток меланома мыши B16-F10». Биохимия Биофиз Рес Коммьюнити . 225 (2): 427–435. дои : 10.1006/bbrc.1996.1190. hdl : 2324/24778 . ПМИД  8753779.
  41. ^ Дас, К.М.; Дасгупта, А; Мандал, А; Гэн, X (1993). «Аутоиммунитет к цитоскелетному белку тропомиозину. Ключ к разгадке патогенетического механизма язвенного колита». Дж Иммунол . 150 (6): 2487–2493. дои : 10.4049/jimmunol.150.6.2487 . PMID  8450225. S2CID  6427952.
  42. ^ бьянконус, L; Монтелеоне, Дж; Мараско, Р; Паллоне, Ф (1998). «Аутоиммунитет к тропомиозиноформам у пациентов с язвенным колитом (ЯК) и незараженных родственников». Клин Эксп Иммунол . 113 (2): 198–205. дои : 10.1046/j.1365-2249.1998.00610.x. ПМК 1905040 . ПМИД  9717968. 
  43. ^ Гэн, X; Бьянконе, Л; Дай, ХХ; Лин, Джей-Джей; Ёсидзаки, Н; Дасгупта, А; Паллоне, Ф; Дас, К.М. (1998). «Изоформа тропомиозина в слизистой оболочке кишечника: продукция аутоантител к изоформе тропомиозина при язвенном колите». Гастроэнтерология . 114 (5): 912–922. дои : 10.1016/S0016-5085(98)70310-5. ПМИД  9558279.
  44. ^ Бьянконе, Л; Пальмьери, Дж; Ломбарди, А; Колантони, А; Тонелли, Ф; Дас, К.М.; Паллоне, Ф (2003). «Экспрессия тропомиозина в подвздошном мешке: связь с развитием резервуара при язвенном колите». Am J Гастроэнтерол . 98 (12): 2719–2726. дои : 10.1111/j.1572-0241.2003.08719.x. PMID  14687823. S2CID  26102510.
  45. ^ Долам, Дж.Г.; Лупас, А; Карсон, М. (1993). «Длинные альфа-спирали с высоким зарядом в системных аутоантигенах». Биохимия Биофиз Рес Коммьюнити . 195 (2): 686–696. дои : 10.1006/bbrc.1993.2100. ПМИД  8373407.
  46. ^ Ханна, АК; Номура, Ю; Фишетти, Вирджиния; Забриски, Дж. Б. (1997). «Антитела в сыворотке больных острой ревматической лихорадкой связываются с сердечным тропомиозином человека». Дж. Аутоиммун . 10 (1): 99–106. дои : 10.1006/jaut.1996.0107. ПМИД  9080304.
  47. ^ Мор, Ф; Вайнбергер, А; Коэн, ИК (2002). «Идентификация альфа-тропомиозина как целевого аутоантигена при синдроме Бехчета». Эур Дж Иммунол . 32 (2): 356–365. doi :10.1002/1521-4141(200202)32:2<356::AID-IMMU356>3.0.CO;2-9. PMID  11807775. S2CID  21686726.
  48. ^ Тонг WS, Юэнь AW, Вай CY, Люн Нью-Йорк, Чу К.Х., Люн PS (2018). «Диагностика аллергии на рыбу и моллюсков». J Аллергия на астму . 11 : 247–60. дои : 10.2147/JAA.S142476 . ПМК 6181092 . ПМИД  30323632. 
  49. ^ Рютерс Т., Таки А.С., Джонстон Э.Б., Нуграха Р., Ле Т.Т., Калич Т., Маклин Т.Р., Камат С.Д., Лопата А.Л. (август 2018 г.). «Аллергия на морепродукты: всесторонний обзор аллергенов рыбы и моллюсков». Мол. Иммунол . 100 : 28–57. doi :10.1016/j.molimm.2018.04.008. ПМИД  29858102.
  50. ^ Талаясингам М., Ли Б.В. (2015). «Аллергия на рыбу и моллюсков». Хим-иммунол Аллергия . Химическая иммунология и аллергия. 101 : 152–61. дои : 10.1159/000375508. ISBN 978-3-318-02340-4. ПМИД  26022875.
  51. ^ Лопата А.Л., Кляйне-Теббе Дж., Камат С.Д. (2016). «Аллергены и молекулярная диагностика аллергии на моллюсков: Часть 22 серии «Молекулярная аллергология». Аллерго J Int . 25 (7): 210–218. дои : 10.1007/s40629-016-0124-2. ПМК 5306157 . ПМИД  28239537. 
  52. ^ Сантос, AB; Чепмен, доктор медицины; Альберсе, Колорадо; Вейлс, LD; Ферриани, вице-президент; Оливер, К.; Риццо, MC; Наспитц, КК; и другие. (1999). «Аллергены тараканов и астма в Бразилии: идентификация тропомиозина как основного аллергена с потенциальной перекрестной реактивностью с аллергенами клещей и креветок». Журнал аллергии и клинической иммунологии . 104 (2): 329–337. дои : 10.1016/S0091-6749(99)70375-1. ПМИД  10452753.

Внешние ссылки