stringtranslate.com

тропомиозин

Тропомиозин — это двухцепочечный альфа-спиральный , спирально-закрученный белок, обнаруженный во многих клетках животных и грибов . У животных это важный компонент мышечной системы, который работает совместно с тропонином для регуляции сокращения мышц. Он присутствует в гладких и поперечно-полосатых мышечных тканях, которые можно обнаружить в различных органах и системах организма, включая сердце, кровеносные сосуды, дыхательную систему и пищеварительную систему. У грибов тропомиозин находится в клеточных стенках и помогает поддерживать структурную целостность клеток.

Тропомиозин также обнаружен 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. Этот тип органелл в совокупности известен как цитоскелет, и одна из самых древних систем основана на нитевидных полимерах белка актина . Полимер второго белка, тропомиозина, является неотъемлемой частью большинства актиновых нитей у животных.

Тропомиозины — это большое семейство неотъемлемых компонентов актиновых нитей, которые играют важную роль в регуляции функции актиновых нитей как в мышечных, так и в немышечных клетках. Эти белки состоят из стержнеобразных спирально-спиральных гетеро- или гомодимеров, которые лежат вдоль α-спиральной канавки большинства актиновых нитей. Взаимодействие происходит по всей длине актиновой нити, при этом димеры выстраиваются в порядке голова к хвосту.

Тропомиозины часто подразделяются на две группы: изоформы мышечного тропомиозина и изоформы немышечного тропомиозина. Изоформы мышечного тропомиозина участвуют в регуляции взаимодействий между актином и миозином в мышечном саркомере и играют ключевую роль в регулируемом мышечном сокращении . Изоформы немышечного 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 нитей, которая участвует в регуляции этих клеточных путей, более сложна, чем системы актиновых нитей, которые регулируют сокращение мышц. Сократительная система опирается на 4 изоформы актиновых нитей и 5 изоформ тропомиозина, [1] тогда как система актиновых нитей цитоскелета использует две изоформы актиновых нитей и более 40 изоформ тропомиозина. [1] [2]

Изоформы и эволюция

В прямом противоречии с правилом «один ген , один полипептид », теперь известно из комбинации геномного секвенирования , такого как проект «Геном человека» и данные EST по экспрессированным белкам, что многие эукариоты производят ряд белков из одного гена. Это играет решающую роль в функциональности высших эукариот, поскольку люди экспрессируют более чем в 5 раз больше различных белков (изоформ), чем генов посредством альтернативного сплайсинга . С механистической точки зрения организму гораздо проще расширить текущее семейство генов/белков (создавая изоформы белков), чем создать совершенно новый ген. С эволюционной точки зрения тропомиозины у высших эукариот примечательны тем, что сохраняют все 4 потенциальных гена, произведенных в результате события двойной геномной дупликации, которое имело место в ранней эволюции эукариот. [3]

Гены и изоформы (изоформная сложность)

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

Изоформы определяются как высокородственные генные продукты, которые выполняют, по сути, схожие биологические функции, с вариациями, существующими между изоформами с точки зрения биологической активности, регуляторных свойств, временной и пространственной экспрессии и/или межклеточного расположения. Изоформы производятся двумя различными механизмами: дупликацией гена и альтернативным сплайсингом. Первый механизм представляет собой процесс, посредством которого генерируются множественные копии гена посредством неравного кроссинговера, посредством тандемной дупликации или путем транслокации. Альтернативный сплайсинг представляет собой 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 множество изоформ тропомиозина генерируется 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 начального экзона, изоформы тропомиозина можно разделить на категории с высокой молекулярной массой (HMW, 284 аминокислоты) или с низкой молекулярной массой (LMW, 248). [1] [9] Изоформы HMW экспрессируют экзон 1a и либо 2a, либо 2b, в то время 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 c-конце транскрипт снова сплайсируется в экзоне 9, с выбором экзона 9a, 9b, 9c или 9d. [10]

Эволюция образования изоформ

С точки зрения структуры гены очень похожи, что позволяет предположить, что они возникли в результате дупликации гена предка. Наиболее тесно связаны гены α- и γ-генов, использующих два промотора и отличающихся только наличием уникального экзона 2a в α-гене. [11] [12] Хотя существенные различия между альтернативными экзонами одного и того же гена были выявлены путем сравнения последовательностей (1a и 1b, 6a и 6b и экзон 9s), большинство экзонов, тем не менее, высококонсервативны между различными генами. [1] [8] [13] [14] Например, экзоны 1a и 1b из α-гена значительно различаются по последовательности; однако последовательность из экзона 1a из α-, β-, γ- и δ-генов высококонсервативна.

Из-за консервативной природы генов считается, что гены произошли от общего предкового гена, что дало начало более чем 40 функционально различным изоформам. Экспрессия этих изоформ строго регулируется и варьируется на протяжении всего развития. Разнообразие экспрессии тропомиозина, как в пространстве, так и во времени, обеспечивает потенциал не только для регулирования функции актиновых нитей, но и для создания специализированных популяций актиновых нитей. [3]

Пространственная сортировка изоформ тропомиозина

Многочисленные отчеты подробно описывают, что изоформы тропомиозина сортируются по разным внутриклеточным локациям, часто связываясь с популяциями актиновых филаментов, которые участвуют в определенных процессах. [15] [16] [17] [18] Прямая визуализация пространственной сегрегации изоформ была первоначально обнаружена Бергойном и Норманом, а вскоре после этого Лином и его коллегами. [18] [19] [20] Они наблюдали, что определенные изоформы были 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, только LMW изоформы были обнаружены в рябящих мембранах . [18]

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

Регулирование сортировки

Сортировка изоформ тропомиозина в дискретных внутриклеточных местах регулируется в процессе развития. Первоначальные исследования показали, что сортировка изоформ изменилась в ходе развития, где тропомиозин 4 изначально был локализован в конусе роста растущих нейронов, но в зрелых нейронах он был перемещен в соматодендритный отсек. [25] Эти наблюдения были подтверждены исследованиями различных изоформ тропомиозина, показывающими, как популяции тропомиозина перемещались во время созревания нейронов. Эти данные подтверждают идею о том, что изоформы тропомиозина подвержены временной регуляции.

Дополнительные исследования выявили роль клеточного цикла в сортировке изоформ. Исследование, в котором был проведен скрининг ряда продуктов HMW из α- и β-генов и сравнили локализацию с продуктами LMW из γ-гена, обнаружило, что продукты HMW и LMW взаимно исключают друг друга во время ранней фазы G1 клеточного цикла. [17]

Механизм сортировки

Хотя исследования показывают, что сортировка тропомиозина может зависеть от сортировки мРНК, [21] не существует абсолютной корреляции между расположением мРНК и белка. В нейронах было обнаружено, что мРНК тропомиозина 5NM1 сортируется к полюсу нейрона, формируя аксон до морфологической дифференциации. [26] Сортировка мРНК тропомиозина 5NM1/2 к этому месту коррелировала с экспрессией белка тропомиозина 5NM1/2. Напротив, мРНК, кодирующая белок тропомиозина 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, что кодирующие области тропомиозина 5NM1/2 и тропомиозина 3 были экспрессированы под контролем промотора β-актина с β-актин 3'-нетранслируемой областью, не имеющей целевой информации. [27] Исследование показало, что тропомиозин 3, изоформа, которая обычно не экспрессируется в нейрональных клетках, была широко распространена по всему нейрону, в то время как было обнаружено, что экзогенная экспрессия нейрональной изоформы тропомиозин 5NM1/2 сортируется к конусу роста нейронов, как и эндогенный тропомиозин 5NM1/2. Поскольку эти два трансгена отличаются только кодирующей областью тропомиозин, но локализуются в двух различных областях, результаты показывают, что, в дополнение к сортировке мРНК, сами белки содержат информацию о сортировке.

Исследования показывают, что на сортировку изоформ тропомиозина также может влиять состав изоформ актина микрофиламентов. [27] В миобластах повышенная экспрессия γ-актина привела к снижению регуляции β-актина и удалению тропомиозина 2, но не тропомиозина 5 из стрессовых волокон. [28] Позднее было обнаружено, что когда клетки подвергались воздействию цитохалазина D, химического вещества, которое приводит к дезорганизации актиновых филаментов, сортировка изоформ тропомиозина нарушалась. После вымывания цитохалазина D сортировка изоформ тропомиозина восстанавливалась. [29] Это свидетельствует о сильной связи между процессом сортировки изоформ тропомиозина и включением изоформ тропомиозина в организованные массивы актиновых филаментов. Нет никаких доказательств активного транспорта изоформ тропомиозина в определенные места. Скорее, кажется, что сортировка является результатом локальной сборки предпочтительных изоформ в определенном внутриклеточном месте. Механизмы, лежащие в основе сортировки изоформ тропомиозина, по-видимому, изначально гибкие и динамичные по своей природе.

Изоформы не являются функционально избыточными

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

Существенная роль тропомиозинов была обнаружена в лаборатории Бретшера, где исследователи обнаружили, что при удалении гена TPM1 почкующихся дрожжей темпы роста снижались, исчезало наличие актиновых кабелей, наблюдались дефекты везикулярного транспорта, а спаривание дрожжей было плохим. [30] Когда был удален второй ген дрожжей, TPM2, не было зафиксировано никаких наблюдаемых изменений в фенотипе; однако, когда он был удален в сочетании с TPM1, это приводило к летальности. Это говорит о том, что гены TPM1 и -2 имеют перекрывающиеся функции; однако TPM2 не может полностью компенсировать потерю TPM1, что указывает на то, что некоторые функции TPM1 уникальны. Аналогичные результаты были получены у мух, червей, амфибий и млекопитающих, что подтверждает предыдущие результаты и свидетельствует о том, что тропомиозин участвует в широком спектре клеточных функций. Однако три коэкспрессируемых гена TMP1, 2 и 4 не могут компенсировать делецию гена TPM3 в эмбриональных стволовых клетках и преимплантационных эмбрионах мышей.

Результаты экспериментов по нокауту генов могут быть неоднозначными и должны быть тщательно изучены. В исследованиях, в которых удаление гена приводит к летальности, на первый взгляд может показаться, что продукт гена играет действительно уникальную роль. Однако летальность может быть также результатом неспособности скомпрометированной клетки экспрессировать другие изоформы для спасения фенотипа, поскольку требуемая изоформа естественным образом не экспрессируется в клетке.

Конкретные роли и функции

Влияние на связывание актин-связывающих 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 людей существует всего шесть изоформ актина, и эти изоформы отвечают за множество уникальных и сложных клеточных структур и ключевых клеточных взаимодействий. Считается, что функция и форма актинового цитоскелета в значительной степени контролируются актин-связывающими белками (ABP), которые связаны с полимером актина. ABP — это группа белков, которые связываются с актином. Хотя тропомиозин иногда включают в качестве ABP, он не является истинным ABP. Димер тропомиозина имеет очень низкое сродство к актиновой нити и не образует ван-дер-ваальсовых контактов с актином. Только образование обмотки тропомиозина полимером вокруг актиновой нити обеспечивает стабильность взаимодействия тропомиозин-актиновая нить.

Многие исследования предполагают, что связывание изоформ тропомиозина с актиновым филаментом может влиять на связывание других ABP, которые вместе изменяют структуру и передают специфические свойства и, в конечном счете, специфические функции актиновому филаменту. Это продемонстрировано в нейроэпителиальных клетках, где повышенная экспрессия тропомиозина 5NM1 увеличивает привлечение миозина IIB, моторного белка миозина, в область конуса роста. [31] Однако повышенная экспрессия тропомиозина Br3 имела противоположный эффект, снижая активность миозина в той же области.

В пионерском исследовании Бернстайна и Бамбурга было отмечено, что связывающий актин белок фактор деполимеризации актина (ADF)/ кофилин , фактор, способствующий деполимеризации актиновых филаментов, конкурирует с тропомиозином за связывание с актиновыми филаментами. [32] Экспрессия тропомиозина 5NM1 в нейрональных клетках устраняет ADF/кофилин из области конуса роста, что приводит к более стабильным актиновым филаментам. [31] Однако было отмечено, что повышенная экспрессия тропомиозина Br3 привлекает ADF/кофилин к актиновым филаментам, связанным с изоформой тропомиозина Br3 внутри ламеллиподия, что приводит к разборке актиновых филаментов. [31] Это явление, при котором определенная изоформа тропомиозина направляет определенные взаимодействия между актин-связывающими белками и актиновым филаментом, наблюдалось в различных модельных системах с рядом различных связывающих белков (обзор в Gunning et al., 2008 [10] ). Эти взаимодействия под влиянием изоформ тропомиозина позволяют актиновым филаментам участвовать в разнообразном спектре клеточных функций.

Функция в сокращении скелетных мышц

Скелетная мышца состоит из крупных многоядерных клеток ( мышечных волокон ). Каждое мышечное волокно упаковано продольными массивами миофибрилл . Миофибриллы состоят из повторяющихся белковых структур или саркомеров , основной функциональной единицы скелетной мышцы. Саркомер представляет собой высокоструктурированный белковый массив, состоящий из переплетающихся толстых и тонких нитей, где тонкие нити привязаны к белковой структуре, Z-линии . Динамическое взаимодействие между толстыми и тонкими нитями приводит к сокращению мышцы.

Миозин принадлежит к семейству моторных белков, и мышечные изоформы этого семейства составляют толстую нить. Тонкая нить состоит из скелетных мышечных изоформ актина. Каждый белок миозина «гребет» вдоль тонкой нити актина, многократно связываясь с участками связывания миозина вдоль нити актина, храповиком и отпуская. По сути, толстая нить движется или скользит вдоль тонкой нити, что приводит к сокращению мышцы . Этот процесс известен как модель скользящей нити .

Связывание головок миозина с мышечным актином является строго регулируемым процессом. Тонкая нить состоит из актина, тропомиозина и тропонина. Сокращение скелетных мышц запускается нервными импульсами, которые в свою очередь стимулируют высвобождение Ca 2+ . Высвобождение Ca 2+ из саркоплазматического ретикулума вызывает увеличение концентрации Ca 2+ в цитозоле. Затем ионы кальция связываются с тропонином, который связан с тропомиозином. Связывание вызывает изменения в форме 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 сайтами связывания на актине тонкой нити. Рентгеновская дифракция и криоэлектронная микроскопия показывают, что тропомиозин стерически блокирует доступ миозина к актиновой нити.

Хотя эта модель хорошо известна, неясно, заставляет ли движение тропомиозина напрямую головку миозина взаимодействовать с актиновым филаментом. Таким образом, появилась альтернативная модель, в которой движение тропомиозина в филаменте функционирует как аллостерический переключатель, который модулируется активацией связывания миозина, но не функционирует исключительно путем регулирования связывания миозина.

Регуляция сокращения гладких мышц

Гладкая мышца — это тип неполосатой мышцы, и, в отличие от поперечнополосатой мышцы, сокращение гладкой мышцы не находится под сознательным контролем. Гладкая мышца может сокращаться спонтанно или ритмично и вызываться рядом физико-химических агентов (гормонов, лекарств, нейротрансмиттеров). Гладкая мышца находится в стенках различных органов и трубок в организме, 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 все еще происходит из-за того же механизма скользящих нитей, контролируемого миозиновыми поперечными мостиками, взаимодействующими с актиновыми нитями. Тонкая нить гладких мышц состоит из актина, тропомиозина, кальдесмона и кальмодулина . В этом типе мышц кальдесмон и кальмодулин контролируют переход между состояниями активности, опосредованный тропомиозином и выключенными состояниями. Кальдесмон связывается с актином, тропомиозином, кальмодулином и миозином, из которых его взаимодействие с актином является наиболее важным. Связывание кальдесмона сильно зависит от 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 Ca 2+ . Ca 2+ связывается с кальмодулином и активирует его, который затем связывается с кальдесмоном. Это связывание заставляет белок кальдесмон отсоединяться от актиновой нити, обнажая участки связывания миозина на актиновой нити. Головки моторов миозина фосфорилируются киназой легкой цепи миозина , что позволяет головке миозина взаимодействовать с актиновой нитью и вызывать сокращение.

Роль в функционировании цитоскелета

Цитоскелет представляет собой сложную сеть филаментов, необходимых для правильного функционирования ряда клеточных процессов, включая подвижность клеток, деление клеток, внутриклеточный транспорт и поддержание формы клеток. Цитоскелет состоит из трех отдельных систем филаментов: микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов (также известных как актиновый цитоскелет). Именно динамические взаимодействия между этими филаментами обеспечивают клетки уникальными структурами и функциями.

Ряд регуляторных механизмов, использующих множество актин-связывающих белков, развились для управления динамикой системы актиновых филаментов. Считается, что тропомиозины играют ключевую роль в этой регуляторной системе, влияя на ассоциации актиновых филаментов с другими ABP. Вместе эти ассоциации придают филаменту особые свойства, позволяя этим структурам участвовать в широком спектре клеточных процессов, а также быстро реагировать на клеточные стимулы.

Роль в болезнях

Рак

Многие исследования показали, что существуют специфические изменения в репертуаре тропомиозинов, экспрессируемых в клетках, которые подвергаются клеточной трансформации. Эти высоковоспроизводимые результаты предполагают, что в процессе клеточной трансформации, процесса, при котором нормальная клетка становится злокачественной, происходит снижение синтеза изоформ тропомиозина HMW. В первоначальных исследованиях трансформация линии клеток эмбриональных фибробластов крысы REF-52 и нормальных клеток почек крысы привела к снижению синтеза тропомиозинов HMW. [33] [34] [35] В обеих этих системах подавление способствовало снижению уровней мРНК. Эти ранние результаты предполагают, что тропомиозины играют решающую роль в содействии определенным процессам, которые происходят во время клеточной трансформации, таким как реорганизация актиновых филаментов и изменение формы клеток. Эти исследования были воспроизведены в других лабораториях и на других клеточных линиях со схожими результатами (обзор в Gunning et al., 2008 [10] ).

Кроме того, исследования выявили связь между экспрессией изоформ тропомиозина и приобретением метастатических свойств. Исследование сравнило экспрессию изоформ между низко- и высокометастатической клеточной линией карциномы легких Льюис. [36] [37] Исследование показало, что по мере того, как клетки становятся более метастатическими, наблюдается заметное снижение экспрессии белка тропомиозина 2 HMW и уровней мРНК.

Эти результаты были подтверждены в первичных опухолях и моделях человека. Исследования рака толстой кишки и мочевого пузыря обнаружили повышенную экспрессию низкомолекулярных тропомиозинов Tropomyosin 5NM1 . [38] [39] Повышенная экспрессия этой изоформы также наблюдалась в трансформированных фибробластах крысы, и считается, что эта изоформа необходима для подвижности сильно метастатической меланомы. [40] Кроме того, повышенная экспрессия тропомиозина 4 была связана с метастазами в лимфатические узлы при раке молочной железы.

Все эти исследования предполагают, что изменения в экспрессии и комплементе изоформ тропомиозина являются неотъемлемой частью рака и прогрессирования рака. Консенсус заключается в том, что в целом раковые клетки становятся более зависимыми от LMW тропомиозинов, поскольку HMW тропомиозины исчезают с ростом злокачественности. [10] Это открытие привело к разработке новых антитропомиозиновых соединений в качестве потенциальных противораковых агентов.

Аутоиммунитет

Тропомиозины были вовлечены в аутоиммунное заболевание язвенный колит , заболевание толстой кишки, которое характеризуется язвами или открытыми ранами. Связь между этим заболеванием и тропомиозином была впервые признана в исследовании, которое обнаружило, что сыворотка крови, взятая у 95% пациентов с язвенным колитом, содержала антитела, которые положительно реагировали на тропомиозин. [41] Дополнительные исследования подтвердили эти результаты, но также идентифицировали тропомиозин 5 и тропомиозин 1 как основные тропомиозины, участвующие в патогенезе язвенного колита. [42] [43] Тропомиозин 5 был связан с развитием резервуарита в подвздошной кишке после операции по поводу язвенного колита. Повышенное количество клеток, продуцирующих IgG, в слизистой оболочке толстой кишки пациентов с язвенным колитом в значительной степени направлено на выработку IgG против эпитопов, связанных с тропомиозином 5. Таким образом, тропомиозин 5 способен вызывать значительный ответ Т-клеток. [44] Физико-химический анализ общих структурных мотивов, присутствующих в 109 человеческих аутоантигенах, показал, что тропомиозины имеют наибольшее количество таких мотивов и, следовательно, очень высокую склонность действовать как аутоантигены. [45]

Помимо роли тропомиозинов в язвенном колите, антитела к тропомиозину также были зарегистрированы 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 — это мышечное заболевание, которое характеризуется наличием электронно-плотных палочковых телец в скелетных мышечных волокнах. Эти электронно-плотные палочковые тела состоят в основном из α-актинина и актина. Расстройство часто клинически классифицируется на несколько групп, включая легкую (типичную), промежуточную, тяжелую и взрослую; 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. Мутации в гене α-тропомиозина при этом состоянии у людей не были выявлены.

Аллергии

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

Тропомиозин также вызывает некоторые случаи аллергии на тараканов . [52]

Инструменты и технологии для изучения тропомиозинов

Антитела

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

Один из способов, с помощью которого можно подробно изучить конкретные изоформы этого белка, — это использование антител. Эти специфические антитела можно использовать в экспериментах по блоттингу белков и применять к клеткам или срезам тканей и наблюдать под микроскопом. Это позволяет исследователям не только определять уровень или концентрацию изоформы или группы изоформ, но и идентифицировать 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, используемом для повышения антитела и, следовательно, специфичности изоформы; поэтому некоторые исследовательские группы разрабатывают свои собственные антитела. Перед тем, как эти антитела можно будет использовать, их необходимо подробно охарактеризовать, процесс, в ходе которого проверяется специфичность антитела, чтобы убедиться, что антитело не вступает в перекрестную реакцию с другими тропомиозинами или другими белками.

Ссылки

  1. ^ abcd Pittenger, MF; Kazzaz, JA; Helfman, DM (1994). "Функциональные свойства немышечного тропомиозина". Curr Opin Cell Biol . 6 (1): 96–104. doi :10.1016/0955-0674(94)90122-8. PMID  8167032.
  2. ^ abc Gunning, PW; Schevzov, G; Kee, AJ; Hardeman, EC (2005). «Изоформы тропомиозина: гадальные стержни для функции актинового цитоскелета». Trends Cell Biol . 15 (6): 333–341. doi :10.1016/j.tcb.2005.04.007. PMID  15953552.
  3. ^ ab Gunning, PW; Ghoshdastider, U; Whitaker, S; Popp, D; Robinson, RC (2015). «Эволюция композиционно и функционально различных актиновых филаментов». Journal of Cell Science . 128 (11): 2009–19. doi : 10.1242/jcs.165563 . PMID  25788699.
  4. ^ Эйр, Х.; Аккари, ПА; Уилтон, С.Д.; Каллен, Д.К.; Бейкер, Э.; Лэйнг, Н.Г. (1995). «Присвоение гена альфа-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM1) полосе 15q22 с помощью флуоресцентной гибридизации in situ». Cytogenet Cell Genet . 69 (1–2): 15–17. doi :10.1159/000133928. PMID  7835079.
  5. ^ Хант, CC; Эйр, HJ; Аккари, PA; Мередит, C; Дорош, SM; Уилтон, SD; Каллен, DF; Лэйнг, NG; Бейкер, E (1995). «Присвоение гена бета-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM2) полосе 9p13 с помощью флуоресцентной гибридизации in situ». Cytogenet Cell Genet . 71 (1): 94–95. doi :10.1159/000134070. PMID  7606936.
  6. ^ Wilton, SD; Eyre, H; Akkari, PA; Watkins, HC; MacRae, C; Laing, NG; Callen, DC (1995). «Присвоение гена α-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM3) участку 1q22 --> q23 методом флуоресцентной гибридизации in situ». Cytogenet Cell Genet . 68 (1–2): 122–124. doi :10.1159/000133905. PMID  7956350.
  7. ^ Wilton, SD; Lim, L; Dorosz, SD; Gunn, HC; Eyre, HJ; Callen, DF; Laing, NG (1996). «Присвоение гена альфа-тропомиозина скелетных мышц человека (TPM4) полосе 19p13.1 с помощью флуоресцентной гибридизации in situ». Cytogenet Cell Genet . 72 (4): 294–296. doi :10.1159/000134206. PMID  8641132.
  8. ^ ab Lees-Miller, JP; Helfman, DM (1991). «Молекулярная основа разнообразия изоформ тропомиозина». BioEssays . 13 (9): 429–437. doi :10.1002/bies.950130902. PMID  1796905. S2CID  7958541.
  9. ^ ab Martin, C; Schevzov, G; Gunning, P (2009). «Альтернативно сплайсированные N-концевые экзоны в изоформах тропомиозина не действуют как автономные сигналы нацеливания». J Struct Biol . 170 (2): 286–293. doi :10.1016/j.jsb.2009.12.016. PMID  20026406.
  10. ^ abcde Ганнинг, П.; О'Нил, Г.; Хардеман, Э. (2008). «Регуляция актинового цитоскелета во времени и пространстве на основе тропомиозиновой активности». Physiol Rev. 88 ( 1): 1–35. doi :10.1152/physrev.00001.2007. PMID  18195081.
  11. ^ Руис-Опазо, Н; Вайнбергер, Дж; Надаль-Жинард, Б (1985). «Сравнение последовательностей альфа-тропомиозина из гладких и поперечно-полосатых мышц». Nature . 315 (6014): 67–70. Bibcode :1985Natur.315...67R. doi :10.1038/315067a0. PMID  3838802. S2CID  4322475.
  12. ^ Руис-Опазо, Н; Надаль-Жинард, Б (1987). «Организация гена альфа-тропомиозина. Альтернативный сплайсинг дублированных изотип-специфичных экзонов объясняет образование изоформ гладких и поперечно-полосатых мышц». J Biol Chem . 262 (10): 4755–4765. doi : 10.1016/S0021-9258(18)61260-8 . PMID  3558368.
  13. ^ Бейзел, Г.; Кеннеди, Дж. Э. (1994). «Идентификация новых альтернативно сплайсированных изоформ гена, кодирующего тропомиозин, TMnm, в улитке крысы». Gene . 143 (2): 251–256. doi :10.1016/0378-1119(94)90105-8. PMID  8206382.
  14. ^ Лис-Миллер, Дж. П.; Гудвин, ЛО; Хельфман, Д. М. (1990). «Три новых изоформы тропомиозина мозга экспрессируются из гена альфа-тропомиозина крысы посредством использования альтернативных промоторов и альтернативной обработки РНК». Mol Cell Biol . 10 (4): 1729–1742. doi :10.1128/MCB.10.4.1729. PMC 362279. PMID  2320008 . 
  15. ^ Heimann, K; Percival, JM; Weinberger, R; Gunning, P; Stow, JL (1999). «Специфические изоформы актин-связывающих белков в различных популяциях везикул, полученных из аппарата Гольджи» (PDF) . J Biol Chem . 274 (16): 10743–10750. doi : 10.1074/jbc.274.16.10743 . PMID  10196146.
  16. ^ ab Percival, JM; Hughes, JA; Brown, DL; Schevzov, G; Heimann, K; Vrhovski, B; Bryce, N; Stow, JL; Gunning, P (2004). «Нацеливание изоформы тропомиозина на короткие микрофиламенты, связанные с комплексом Гольджи». Mol Biol Cell . 15 (1): 268–280. doi :10.1091/mbc.E03-03-0176. PMC 307546. PMID  14528022 . 
  17. ^ abc Percival, JM; Thomas, G; Cock, TA; Gardiner, EM; Jeffrey, PL; Lin, JJ; Weinberger, RP; Gunning, P (2000). «Сортировка изоформ тропомиозина в синхронизированных фибробластах NIH 3T3: доказательства существования отдельных популяций микрофиламентов». Cell Motil Cytoskeleton . 47 (3): 189–208. doi :10.1002/1097-0169(200011)47:3<189::aid-cm3>3.0.co;2-c. PMID  11056521.
  18. ^ abcd Lin, JJ; Hegmann, TE; Lin, JL (1988). «Дифференциальная локализация изоформ тропомиозина в культивируемых немышечных клетках». J Cell Biol . 107 (2): 563–572. doi :10.1083/jcb.107.2.563. PMC 2115218. PMID  3047141 . 
  19. ^ Burgoyne, RD; Norman, KM (1985). «Иммуноцитохимическая локализация тропомиозина в мозжечке крысы». Brain Res . 361 (1–2): 178–184. doi :10.1016/0006-8993(85)91287-9. PMID  4084791. S2CID  46237654.
  20. ^ Burgoyne, RD; Norman, KM (1985). «Присутствие тропомиозина в хромаффинных клетках надпочечников и его связь с мембранами хромаффинных гранул». FEBS Lett . 179 (1): 25–28. doi : 10.1016/0014-5793(85)80183-6 . PMID  3880708. S2CID  21592895.
  21. ^ ab Ганнинг, П.; Хардеман, Э.; Джеффри, П.; Вайнбергер, Р. (1998). «Создание внутриклеточных структурных доменов: пространственная сегрегация изоформ актина и тропомиозина в нейронах». BioEssays . 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. ^ Schevzov, G; Vrhovski, B; Bryce, NS; Elmir, S; Qiu, MR; O'neill, GM; Yang, N; Verrills, NM; et al. (2005). "Тканеспецифический состав изоформ тропомиозина". J Histochem Cytochem . 53 (5): 557–570. doi : 10.1369/jhc.4A6505.2005 . PMID  15872049.
  23. ^ Lin, JJ; Lin, JL (1986). «Создание сборки различных изоформ актина и тропомиозина в микрофиламентах, обогащенных тропомиозином, в ходе дифференциации мышечных клеток in vitro». J Cell Biol . 103 (6): 2173–2182. CiteSeerX 10.1.1.336.5976 . doi :10.1083/jcb.103.6.2173. PMC 2114574. PMID  3536961.  
  24. ^ Kee, AJ; Schevzov, G; Nair-Shalliker, V; Robinson, CS; Vrhovski, B; Ghoddusi, M; Qui, MR; Lin, JJ; et al. (2004). «Сортировка немышечного тропомиозина в новый цитоскелетный отсек скелетных мышц приводит к мышечной дистрофии». J Cell Biol . 166 (5): 685–696. doi :10.1083/jcb.200406181. PMC 2172434. PMID 15337777  . 
  25. ^ Хад, Л.; Фэвр-Саррай, К.; Легран, К.; Мери, Дж.; Бругиду, Дж.; Раби, А. (2005). «Изоформы тропомиозина в нейронах крысы: различные профили развития и распределения TM-4 и TMBr-3 согласуются с различными функциями». J Cell Sci . 107 (10): 2961–2973. doi :10.1242/jcs.107.10.2961. PMID  7876361.
  26. ^ ab Ханнан, А. Дж.; Ганнинг, П.; Джеффри, ПЛ; Вайнбергер, Р. П.; Вайнбергер, Р. П. (1995). «Внутриклеточная локализация мРНК и белка тропомиозина связана с развитием нейрональной полярности». Mol Cell Neurosci . 6 (5): 397–412. doi :10.1006/mcne.1995.1030. PMID  8581312. S2CID  2905249.
  27. ^ ab Schevzov, G; Bryce, NS; Almonte-Baldonado, R; Joya, J; Lin, JJ; Hardeman, E; Weinberger, R; Gunning, P (2005). «Особенности размера и формы нейронов регулируются изоформами тропомиозина». Mol Biol Cell . 16 (7): 3425–3437. doi :10.1091/mbc.E04-10-0951. PMC 1165423 . PMID  15888546. 
  28. ^ Шевзов, Г.; Ллойд, К.; Хейлстоунс, Д.; Ганнинг, П. (1993). «Дифференциальная регуляция организации изоформ тропомиозина и экспрессии генов в ответ на измененную экспрессию генов актина». J Cell Biol . 121 (4): 811–821. doi :10.1083/jcb.121.4.811. PMC 2119789. PMID 8491774  . 
  29. ^ Шевзов, Г.; Ганнинг, П.; Джеффри, ПЛ.; Темм-Гроув, К.; Хельфман, Д.М.; Лин, Дж.Дж.; Вайнбергер, РП. (1997). «Локализация тропомиозина выявляет различные популяции микрофиламентов в невритах и ​​конусах роста». Mol Cell Neurosci . 8 (6): 439–454. doi :10.1006/mcne.1997.0599. PMID  9143561. S2CID  45114010.
  30. ^ Луи, Х.; Бретшер, А. (1992). «Характеристика дрожжевых клеток с нарушенным TPM1 указывает на участие тропомиозина в направленном везикулярном транспорте». J Cell Biol . 118 (2): 285–299. doi : 10.1083/jcb.118.2.285. PMC 2290051. PMID  1629236. 
  31. ^ abc Bryce, NS; Schevzov, G; Ferguson, V; Percival, JM; Lin, JJ; Matsumura, F; Bamburg, JR; Jeffrey, PL; et al. (2003). «Спецификация функции актинового филамента и молекулярного состава по изоформе тропомиозина». Mol Biol Cell . 14 (3): 1002–1016. doi :10.1091/mbc.E02-04-0244. PMC 151575. PMID  12631719 . 
  32. ^ Бернстайн, Б. В.; Бамбург, Дж. Р. (1982). «Связывание тропомиозина с F-актином защищает F-актин от разборки мозговым актин-деполимеризующим фактором (ADF)». Cell Motil . 2 (1): 1–8. doi :10.1002/cm.970020102. PMID  6890875.
  33. ^ Хендрикс, М.; Вайнтрауб, Х. (1981). «Тропомиозин уменьшается в трансформированных клетках». Proc Natl Acad Sci USA . 78 (9): 5633–5637. Bibcode : 1981PNAS...78.5633H. doi : 10.1073/pnas.78.9.5633 . PMC 348810. PMID  6272310 . 
  34. ^ Хендрикс, М.; Вайнтрауб, Х. (1984). «Множественные полипептиды тропомиозина в фибробластах куриных эмбрионов: дифференциальная репрессия транскрипции при трансформации вирусом саркомы Рауса». Mol Cell Biol . 4 (9): 1823–1833. doi :10.1128/MCB.4.9.1823. PMC 368992. PMID  6208481 . 
  35. ^ Lin, JJ; Helfman, DM; Hughes, SH; Chou, CS (1985). «Изоформы тропомиозина в фибробластах куриного эмбриона: очистка, характеристика, изменения в клетках, трансформированных вирусом саркомы Рауса». J Cell Biol . 100 (3): 692–703. doi :10.1083/jcb.100.3.692. PMC 2113520. PMID  2982883 . 
  36. ^ Takenaga, K; Nakamura, Y; Sakiyama, S (1988). «Дифференциальная экспрессия изоформы тропомиозина в клетках карциномы легких Льюис с низкой и высокой степенью метастазирования». Mol Cell Biol . 8 (9): 3934–3937. doi :10.1128/MCB.8.9.3934. PMC 365453. PMID  3221870 . 
  37. ^ Takenaga, K; Nakamura, Y; Tokunaga, K; Kageyama, H; Sakiyama, S (1988). «Выделение и характеристика кДНК, кодирующей изоформу тропомиозина 2 фибробластов мыши». Mol Cell Biol . 8 (12): 5561–5565. doi :10.1128/MCB.8.12.5561. PMC 365662. PMID  3244365 . 
  38. ^ Lin, JL; Geng, X; Bhattacharya, SD; Yu, JR; Reiter, RS; Sastri, B; Glazier, KD; Mirza, ZK; et al. (2002). «Выделение и секвенирование новой изоформы тропомиозина, преимущественно связанной с раком толстой кишки». Гастроэнтерология . 123 (1): 152–162. doi : 10.1053/gast.2002.34154 . PMID  12105844.
  39. ^ Pawlak, G; McGarvey, TW; Nguyen, TB; Tomaszewski, JE; Puthiyaveettil, R; Malkowicz, SB; Helfman, DM (2004). «Изменения в экспрессии изоформ тропомиозина при переходно-клеточной карциноме мочевого пузыря человека». Int J Cancer . 110 (3): 368–373. doi :10.1002/ijc.20151. PMID  15095301. S2CID  875146.
  40. ^ Миядо, К; Кимура, М; Танигучи, С (1996). «Снижение экспрессии единственной изоформы тропомиозина, TM5/TM30nm, приводит к снижению подвижности высокометастатических клеток меланомы мышей B16-F10». Biochem Biophys Res Commun . 225 (2): 427–435. doi :10.1006/bbrc.1996.1190. hdl : 2324/24778 . PMID  8753779.
  41. ^ Das, KM; Dasgupta, A; Mandal, A; Geng, X (1993). «Аутоиммунитет к цитоскелетному белку тропомиозину. Ключ к патогенетическому механизму язвенного колита». J Immunol . 150 (6): 2487–2493. doi : 10.4049/jimmunol.150.6.2487 . PMID  8450225. S2CID  6427952.
  42. ^ biancone, L; Monteleone, G; Marasco, R; Pallone, F (1998). «Аутоиммунитет к тропомиозинизоформам у пациентов с язвенным колитом (ЯК) и их здоровых родственников». Clin Exp Immunol . 113 (2): 198–205. doi :10.1046/j.1365-2249.1998.00610.x. PMC 1905040. PMID  9717968 . 
  43. ^ Geng, X; Biancone, L; Dai, HH; Lin, JJ; Yoshizaki, N; Dasgupta, A; Pallone, F; Das, KM (1998). «Изоформа тропомиозина в слизистой оболочке кишечника: выработка аутоантител к изоформе тропомиозина при язвенном колите». Гастроэнтерология . 114 (5): 912–922. doi :10.1016/S0016-5085(98)70310-5. PMID  9558279.
  44. ^ Biancone, L; Palmieri, G; Lombardi, A; Colantoni, A; Tonelli, F; Das, KM; Pallone, F (2003). «экспрессия тропомиозина в подвздошной кишке: связь с развитием резервуарита при язвенном колите». Am J Gastroenterol . 98 (12): 2719–2726. doi :10.1111/j.1572-0241.2003.08719.x. PMID  14687823. S2CID  26102510.
  45. ^ Дохлам, Дж. Г.; Лупас, А.; Карсон, М. (1993). «Длинные альфа-спирали с высоким зарядом в системных аутоантигенах». Biochem Biophys Res Commun . 195 (2): 686–696. doi :10.1006/bbrc.1993.2100. PMID  8373407.
  46. ^ Ханна, АК; Номура, И; Фишетти, ВА; Забриски, Дж. Б. (1997). «Антитела в сыворотке пациентов с острой ревматической лихорадкой связываются с человеческим сердечным тропомиозином». J Autoimmun . 10 (1): 99–106. doi :10.1006/jaut.1996.0107. PMID  9080304.
  47. ^ Мор, Ф.; Вайнбергер, А.; Коэн, ИР (2002). «Идентификация альфа-тропомиозина как целевого аутоантигена при синдроме Бехчета». Eur J Immunol . 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. ^ Tong WS, Yuen AW, Wai CY, Leung NY, Chu KH, Leung PS (2018). «Диагностика аллергии на рыбу и моллюсков». J Asthma Allergy . 11 : 247–60. doi : 10.2147/JAA.S142476 . PMC 6181092. PMID  30323632 . 
  49. ^ Ruethers T, Taki AC, Johnston EB, Nugraha R, Le TT, Kalic T, McLean TR, Kamath SD, Lopata AL (август 2018 г.). «Аллергия на морепродукты: всесторонний обзор аллергенов рыбы и моллюсков». Mol. Immunol . 100 : 28–57. doi :10.1016/j.molimm.2018.04.008. PMID  29858102.
  50. ^ Thalayasingam M, Lee BW (2015). «Аллергия на рыбу и моллюсков». Chem Immunol Allergy . Химическая иммунология и аллергия. 101 : 152–61. doi :10.1159/000375508. ISBN 978-3-318-02340-4. PMID  26022875.
  51. ^ Lopata AL, Kleine-Tebbe J, Kamath SD (2016). «Аллергены и молекулярная диагностика аллергии на моллюсков: Часть 22 серии «Молекулярная аллергология»». Allergo J Int . 25 (7): 210–218. doi :10.1007/s40629-016-0124-2. PMC 5306157. PMID  28239537 . 
  52. ^ Сантос, AB; Чапман, MD; Аалберсе, RC; Вейлс, LD; Ферриани, VP; Оливер, C.; Риццо, MC; Наспиц, CK; и др. (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. doi :10.1016/S0091-6749(99)70375-1. PMID  10452753.

Внешние ссылки