Титины полной длины имеют высоко изменчивые I-дисковые сегменты, образуемые в результате дифференциального сплайсинга. В сердце транскрипты титина подвергаются процессингу разыными способами, давая N2B титины, содержащие N2B последовательности, и N2BA, содержащие N2B и N2A последовательности. Последние имеют более длинный PEVK сегмент и больше Ig доменов. У крупных животных и человека ко-экспрессируются обе изофцормы на промежуточных уровнях. Пассивная жесткость, определяемая длиной I-дискового сегмента кардиальных миоцитов, много выше у N2B миоцитов, чем у N2BA. Высокая пассивная жесткость делает возможной быструю и стабильную установку конечного диастолического объема при высокой частоте сокращений у малых животных. Титин играет роль в центрироввании А-диска а саркомере, а высокая пассивная жесткость позволяет быстро восстанавливать расположение А-дисков во время каждой диастолы. Сегмент титина вблизи Z-line связывается с тонкой филаментой и м. противостоять сдавливающим силам. Он вместе с растягивающейся областью растягивается в направлении противоположном тому, которое происходит при пассивном растяжении. В результате происходит восстановление сил, отодвигая Z-линии одна от др., и эти силы наиболее значительны в миоцитах N2B. Это м.б. важным для быстрого диастолического наполения.
Co-expression of cardiac titin isiforms
Миокард желудочков ко-экспрессирует изоформы титина на уровне полу-саркомера и это обеспечивает промежуточные (между N2B и N2BA) уровни пассивного натяжения. Такое натяжение должно обеспечиваться варьирующими количествами молекул титина на на толстую филаменту. Оно зависит также от функций нерастяжимых областей титинов, таких как контроль длины толстых филамент, конструкция и поддержание Z-линий и М-линий. Ко-экспрессия в различных соотношениях изоформ является эффективным средством настройки пассивных свойств и любой промежутоный уровень сил м.б. получен.
Post-translational modulation of titin's spring properties
Последовательности N2B кардиального титина м.б. фосфорилированы с помощью протеин киназы А (РКА). Титин содержит РКА-чувствительный домен, экспрессируемый только в кардиальных мышцах. Фосфорилиование титина вызывает снижение пассивного натяжения в кардиальных миоцитах, по-видимому, дестабилизируя нативные структуры внутри N2B элемента, заставляя их растягиваться и уменьшая это фракционное растяжение. РКА-чувствительный элемент кардиального титина м модулировать диастолическую функцию.
Titin-actin interaction modulated titin's stiffness
Установлено, что PEVK элемент N2B титина связывает F-актин при физиологических ионных силах и что F-актин скользит относительно титина, а динамическое взаимодействие между PEVK доменом и F-актином тормозит скольжение филамент. Это взаимодействие вносит существенный вклад в пассивную жесткость саркомера. S100A1, кальций-связывающий белок, обнаруживаемый в высоких конц. в миокарде, ингибирует PEVK-актин взаимодействие кальций-зависимым образом.
Effect titin's passive force on actomyosin interaction
Предполагается, что титинм. играть роль в регуляции активных сил. Титином-опосредованные пассивные силы усиливают зависимую от длины активацию кардиальных миоцитов. Увеличение длины саркомера обусловливает увеличение чувствительности к кальцию.
Деградация титина существенно увеличивает ячейки решетки. Сегмент титина вблизи Z-линии связывается строго с тонкой филаментой, а в А-диске титин прикрепляется к толстой филаменте. Т.о., эластическая область титина идет косо к тонкой и толстой филаментам и титин продуцирует продльную силу (FL) и радиальную (Fr), последняя сдавливает решетку.
Пространства решетки между филаментами широки, т.к. детерминируют возможность актомиозина взаимодействовать при данной конц. кальция, а эффект титина на пространства решетки м. объяснить влияние пассивного натяжения титина на длину в зависимости от чувствительности к кальцию. Однако, есть указания на то, что пространства решетки и чувствительность к кальцию нескоррелированы, в этом случает влияни титина осуществляется скорее всего за счет усиления взаимодействия поперечных связей с помощью пассивных сил, индуцируемых толстой филаменты strain. Этот механизм объясняет зависимый от длины эффект титина на максимальное активное натяжение в кардиальных трабекулах крыс.
Установлено, что фибронектин (fn)-подобные домены в области А-диска у титина м. играть роль в чувствительности к кальцию. Предполагается, что в эндогенном титине fn домены слабо взаимодействуют с головками миозина и это позволяет держать в среднем положение головок вблизи остова (backbone) толстой филаменты, в отдалении от их сайта связывания актина. Такое взаимодействие снижает вероятность взаимодействия актомиозина, особенно в коротких саркомерах, где пространства решетки миофиламент наибольшие и где поперечные связи необходимы для оптимальной подвижности, чтобы достичь сайта связывания на актине. Экзогенные фрагменты м. конкурировать с нативным титином за места связывания миозина и ослаблять ингибирующие эффекты нативного титина на взаимодействия актомиозина в коротких саркомерах.
Association of titin with signalling molecules
По краю Z-линии титиновые N-терминальные домены Z1-Z2 взаимодействуют с белком в 19 кДа белком Tcap, который в свою очередь ассоциирует с minKβ-субъединицей регулируемого натяжением IKs калиевого канала. Т.обр., пассивная сила титина м.б. передана ионным каналам и м., возможно, влиять на их активность. В I-диске novex-3 изоформа титина взаимодействует с obscurin, белком примерно в 720 кДа, содержащим несколько типов сигнальных доменов. Комплекс novex-3 titin/obscurin распространяется в растянутые саркомеры, комплекс м. обладать сигнальными свойствами, отвечающими на растяжение саркомеров и м. участвовать в натяжением индуцировананном реструктуировании саркомеров, которое происходит во время мышечной адаптации и болезней.
Калпаином регулируемая протеаза p94/CAPN3 связывает ближайший С-конец титина и внутри Т2Ф элемента скелетных мышц и в N2BA кардиальных титинах, указывая тем самым на роль титина в обмене белков. Ближайший С-конец титина содержит также серин/треонин киназный домен. Предполагается, что титиновая киназа фосфорилирует с Z-линией ассоциированные белки telethonin/Tcap во время миофибриллогенеза и это м. играть важную роль во взрослых тканях. Вблизи киназного домена с титином ассоциирует мышце-специфический RING finger белок MURF-1, что важно для интеграции решетки М-линий. MURF-1 взаимодействует также с транскрипционным ко-фактором GMEB1. Следовательно, взаимодействие MURF-1 с киназной областью титина м. участвовать в регуляции экспрессии мышечных генов.
(а)Титин - филаментозная молекула длиной более µ:м является связующим сайтом для других миофибриллярных белков таких как α-актинин и Е-сар (телетонин) в Z-диске, актин в I-диске вблизи Z-диска и миозин, миозин-связывающий белок С (MyBP-C) или С-белок, М-белок и миомезин в А-диске. Следовательно, титин является структурным полипептидом, который может содержать молекулярный план для сборки саркомер
(б) I-дисковая область титина является эластичной и отвечает за создание пассивного натяжения после растяжения неактивированой поперечно-полосатой мышцы. Титин, следовательно, можно рассматривать как молекулярную пружину.
(в) Полипептид содержит вблизи своего С-конца в М-линии киназный домен, который может активироваться во время развития мышц, MLCK-подобный киназный домен.
Контроль ферментативной активности протеин-киназ осуществляется с помощью фосфорилирования специфических остатков в активационном сегменте каталитического домена, что иногда сопровождается обратимыми конформационными изменениями С- концевом ауторегуляторном хвосте, он индуцируется эффекторными молекулами такими как Са2+/calmodulin. Эти киназы (RD) содержат законсервированный аргинин, которому предшествует каталитический аспарат. Аргинин взаимодействует с фосфорилированным остатком из активационного сегмента. У не-RD киназ семейства myosin-light-chain kinase (MLCK) подобный паттерн не выявлен.
Титин может также участвовать в пути передачи внутриклеточных сигналов (Linke et al., 1999).
Итак, титин состоит из каталитического домена и ауторегуляторного С-терминального хвоста, который скручивается вокруг нижней доли и активного сайта каталитического домена. N-конец спирали этого хвоста (αR1) в таком же положении находится у твитчина и в кальций/калмодулин зависимой киназе- I (CaMK-I). С-конец этого хвоста соответствует твитчину, но не СаМК-1. Вторая спираль хвоста, αR2, связывается в АТФ-связывающий cайт и сoрпровождается β-нитью (βR1), которая формирует антипараллельный β-слой с нитями βC10 βC11 в нижней доле каталитического домена. Специфические взаимодействия с каталитическим доменом в основном ограничены двумя концами αR1 и βR1 регуляторного хвоста. С-конец регуляторнрпного хвоста титиновой киназы содержит калмодулин-связывающий сайт, который картируется в сегменте, что покрывает спираль αR1 .
У беспозвоночных аналог титина, twitchin, обладает сходной функцией, дифференциальной локализацией киназного домена, С-терминальным регуляторным хвостом и титин-специфическими остатками в активном сайте. Титин киназа активируется в дифференцирующихся миоцитах, где она фосфорилирует мышечный белок telethonin, участвующий в миофибриллогенезе (Maya et al., 1998).
В отличие от других киназ, у которых активационный сегмент переключается с закрытой на открытую конформацию после фосфорилирования серина и/или тирозина, активационный сегмент титиновой киназы в открытой конформации представляет собой аутоингибированую структуру. Важныим ингибирующим остатком титиновой киназы является Y170, он локализован в Р + 1 петле, которая соединяет βC10 и αC4 в нижней доле киназы. Эта область формирует карман, который аккомодирует Р + 1 позицию субстрата.
Фосфорилирование тирозина титин-киназы
Установлено, что титиновая киназа транс-фосфорилируется с помощью с помощью киназной активности в дифференцирующихся мышцах в необычном сайте Р + 1 петли, где основным сайтом фосфорилирования является Y170.
Два различных аутоингибирующих механизма необходимы для полной активации титин киназы: Р + 1 петля должна быть освобождена от субстрат-связывающего сайта с помощью фосфорилирования тирозина (Y170) и конформация С-терминальнорго хвоста должна измениться в результате связывания с Са/калмодулином. Этот двойной ауторегуляторный механизм обеспечивает надежный контроль активности титин киназы во время дифференцировки мышц.
Активированная титин киназа фосфорилирует телетонин. В результате фосфорилирования телетонина происходит реорганизация цитоскелета во время миофибриллогенеза. В течение этого события С-конец титина временно оказывается в тесной близи с титин киназным субстратом телетонина.
Потенциальной функцией фосфорилированного Y170 - долна быть прямая связь с аргинином в Р + 1 позиции титин киназного субстрата (телетонина). Кроме того Q150 в активационном сегменте титин киназы замещается гидрофобным остатком, глютамином, локализованным в кармане...следовательно, он может быть другим лигандом для аргенина в телетонине.
Структура титин киназы обладает двойным ингибированием активного сайта: каталитический аспарат блокируется Y170 из Р + 1 петли, и АТФ-связывающий сайт блокируется спиралью αR2 регулдяторного хвоста. Ингибирование устраняется двойным процессом активации, связанным с фосфорилированием Y170 неизвестной киназой и потенциальными ко-факторами и связыванием Са2+/калмодулина. Предполагается, что при активации титин киназы центральная часть регуляторного хвоста уходит из активного сайта, тогда как фланкирующие взаимодействия αR1 и βR1 остаются в контакте с каталитическим доменом (Maya et al., 1998).
Титин - молекулярная пружина (Linke et al., 1999)
В А-диске титин состоит из мотивов двух типов, иммуноглобулин-подобного (Ig) модуля и фибронектинового домена типа 3, оба ранжированы в виде супер-повторяющихся паттернов. В М-линии титин и Z-диске титин не содержит фибронектиновых молекул, а состоит из Ig доменов, перемешанных с уникальными последовательностями. Основная часть I-дискового участка титина содержит две принципиальные, структурно отличающиеся области, участки тандемно расположенных Ig модулей, которые принимают стабильную β-sheet складчатую форму, и которые разделены уникальными последовательностями вторичной структуры, PEVK домена. Обе области существуют в ткане-специфических вариантах длины, что обусловливает характерные размеры каждой титиновой изоформы. Кроме дифференциально экспрессирующихся Ig-повторов и PEVK домена скелетномышечный титин содержит линкерный сегмент, называемый N2-A областью, тогда как кардиально-мышечный титин ко-экспрессирует две различные линкерные области, N2-A и N2-B, на саркомерном уровне. N2-B область содержит несколько Ig доменов и инсерции послеовательностей, уникальные для этой изоформы, включая немодулярные последовательности длиной в 572 остатка.
В сердечной мышце гигантский белок титин существует в изоформах разной длины, экспрессирующихся в области I-дисков. Обе изоформы (N2-A и N2-B) представлют собой Ig-подобные модули, разделенный PEVK доменом. Титин центрального I-диска содержит также изоформ-специфический Ig-мотивы и немодулируемые последовательности. Было установлено, что кардиальный титин содержит 3 различных эластических элемента: поли-Ig области, PEVK домен и инсерционные последовательности N2-B, которые имеют протяженность примерно в 60 нм при наивысшем физиологическом растяжении. Использование всех 3-х элемнтов позволяет кардиальному титину растягиваться на всю длину саркомера, без привлечения неразвернутых Ig-доменов. Избыточная экспрессия всей N2-B области или NH2 конца существенно нарушает тонкие филаменты в кардиальных миоцитах.
I-дисковый сегмент N2-B титина помимо поли-Ig цепей и PEVK сегмента содержит третий растяжимый элемент, срединные N2-B последовательности. Предполагается, что в обеих изоформах небольшое растяжение саркомеров осуществляется за счет удлиннения тадемных Ig-сегментов и PEVK домена. При растяжении выше 2.15 µм и 572 остатка N2-B области в середине I-дисковой части титина начинает удлинняться и тем самым компенсируется сравнительно короткая длина N2-B-PEVK сегмента (163 остатка). Растяжение кардиального титина до 2.5 микрометров полностью обратимо. Это связано с обратимостью растяжения всех трех эластических элементов, средней N2-B области, PEVK сегмента и поли-Ig цепей (с расправленными доменами). При сильном растяжение N2-A изоформы поли-Ig цепи не только расправляются, но и растягиваются. Правда имеется предположение, что эти цепи в N2-A находятся в более свернутом состоянии и поэтому расправляются на большую длину.
Некоторые части N2-B кардиального титина имеют свойства,необходимые для поддержания структурного ордера тонких филамент. Еще раньше при ЭМ анализе высказывалось предположение, что эластический титин ассоциирует латерально с тонкими филаментами (актином). Показано, что область связанная с N2-B специфическими Ig доменами 116 и 117 важна для стабильности тонких филамент. Интеграция с N2-B титином является пререквизитом особенно для структуры тонких филамент. Предполагается, что нуклеация и сборка I-Z-I телец (содержащих несколько Z-линий, компоненты тонких филамент и титин) происходит независимо от формирования саркомерных толстых филамент в сердечных и скелетных мышцах.
Высказывается также идея, что титин может быть структурным элементом, держащим А-диски связанными (aligned) в отсутствие тонких филамент. Предполагается также, что N2-B титин может прямо или косвенно взаимодействовать с тропомиозином, белком собирающимся головка-хвост и образующего два полимера вдоль боков актиновых филамент и стабилизирующего их. Альтернативно титин N2-B может взаимодействовать прямо или косвенно с nebulette в кардиальной мышце. Nebulette - это белок примерно в 100 кДа неизвестной функции, он сходен с гигантским белком небулином скелетных мышц, контролирующим сборку тонких филамент.
Сайт создан в системе uCoz