Titina è il termine usato per descrivere una coppia di catene polipeptidiche giganti che costituiscono la terza proteina più abbondante nei sarcomeri di un'ampia gamma di muscoli scheletrici e cardiaci.
La titina è una delle più grandi proteine conosciute in termini di numero di residui amminoacidici, e quindi in termini di peso molecolare. Questa proteina è anche nota come connettina ed è presente sia nei vertebrati che negli invertebrati.
Struttura di Titina (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)
Fu descritta con questo nome (connectin) per la prima volta nel 1977 e nel 1979 fu definita come la doppia banda nella parte superiore di un gel per elettroforesi in gel di poliacrilammide in condizioni denaturanti (con sodio dodecil solfato). Nel 1989 la sua posizione è stata stabilita mediante microscopia immunoelettronica.
Insieme ad un'altra grande proteina, la nebulina, la titina è uno dei componenti principali della rete elastica del citoscheletro delle cellule muscolari che coesiste con i filamenti spessi (miosina) e i filamenti sottili (actina) all'interno dei sarcomeri; tanto da essere conosciuto come il terzo sistema di filamenti delle fibre muscolari.
I filamenti spessi e sottili sono responsabili della generazione della forza attiva, mentre i filamenti di titina determinano la viscoelasticità dei sarcomeri.
Un sarcomero è l'unità ripetitiva delle miofibrille (fibre muscolari). È lungo circa 2 µm ed è delimitato da "placche" o linee chiamate linee Z, che segmentano ciascuna miofibrilla in frammenti striati di dimensioni definite.
Le molecole di titina si assemblano in filamenti filamentosi estremamente lunghi, flessibili, sottili ed estensibili. La titina è responsabile dell'elasticità del muscolo scheletrico e si ritiene che funzioni come un'impalcatura molecolare che specifica il corretto assemblaggio dei sarcomeri nelle miofibrille.
Struttura
Nei vertebrati, la titina ha circa 27.000 residui di amminoacidi e un peso molecolare di circa 3 MDa (3.000 kDa). È composto da due catene polipeptidiche note come T1 e T2, che hanno composizioni chimiche simili e proprietà antigeniche simili.
Nel muscolo degli invertebrati sono presenti “mini-titine” di peso molecolare compreso tra 0,7 e 1,2MDa. Questo gruppo di proteine include la proteina "twitchin" da Caenorhabditis elegans e la proteina "projectin" che si trova nel genere Drosophila.
La titina dei vertebrati è una proteina modulare composta principalmente da domini di immunoglobulina e fibronectina III (simile a FNIII) disposti in tandem. Ha una regione elastica ricca di residui di prolina, acido glutammico, valina e lisina nota come dominio PEVK e un altro dominio della serina chinasi all'estremità terminale carbossilica.
Ciascuno dei domini è lungo circa 100 amminoacidi e sono noti come titina di classe I (dominio III simile alla fibronectina) e titina di classe II (dominio simile all'immunoglobulina). Entrambi i domini si piegano in strutture "sandwich" lunghe 4 nm composte da fogli β antiparalleli.
La molecola di connettina cardiaca contiene 132 motivi di ripetizione del dominio immunoglobulinico e 112 motivi di ripetizione del dominio III di fibronectina.
Il gene codificante per queste proteine (TTN) è il "campione" degli introni poiché ne ha quasi 180 al suo interno.
Le trascrizioni delle subunità vengono elaborate in modo differenziale, in particolare le regioni codificanti dei domini immunoglobuline (Ig) e PEVK-simili, che danno origine a isoforme con diverse proprietà estensibili.
Caratteristiche
La funzione della titina nei sarcomeri dipende dalla sua associazione con diverse strutture: la sua estremità C-terminale è ancorata alla linea M, mentre l'estremità N-terminale di ciascuna titina è ancorata alla linea Z.
Le proteine nebulina e titina agiscono come "governanti molecolari" che regolano la lunghezza dei filamenti spessi e sottili, rispettivamente. Il titino, come detto, si estende dal disco Z fin oltre la linea M, al centro del sarcomero, e ne regola la lunghezza, prevenendo lo stiramento eccessivo della fibra muscolare.
È stato dimostrato che il ripiegamento e il dispiegamento della titina aiutano il processo di contrazione muscolare, cioè genera il lavoro meccanico che realizza l'accorciamento o l'estensione dei sarcomeri; mentre le fibre spesse e sottili sono i motori molecolari del movimento.
La titina partecipa al mantenimento dei filamenti spessi al centro del sarcomero e le sue fibre sono responsabili della generazione di tensione passiva durante lo stiramento dei sarcomeri.
Altre funzioni
Oltre alla sua partecipazione alla generazione di forza viscoelastica, la titina ha altre funzioni, tra cui:
-Partecipazione a eventi di segnalazione meccanochimica attraverso la sua associazione con altre proteine sarcomeriche e non sarcomeriche
-Attivazione dipendente dalla lunghezza dell'apparato contrattile
-Assemblaggio dei sarcomeri
-Contributo nella struttura e funzione del citoscheletro nei vertebrati, tra gli altri.
Alcuni studi hanno dimostrato che nelle cellule umane e negli embrioni di Drosophila, la titina ha un'altra funzione come proteina cromosomica. Le proprietà elastiche della proteina purificata corrispondono perfettamente alle proprietà elastiche dei cromosomi sia delle cellule viventi che dei cromosomi assemblati in vitro.
La partecipazione di questa proteina alla compattazione dei cromosomi è stata dimostrata grazie a esperimenti di mutagenesi sito-diretta del gene che la codifica, che si traduce in difetti sia muscolari che cromosomici.
Lange et al.Nel 2005, hanno dimostrato che il dominio della titina chinasi ha a che fare con il complesso sistema di espressione dei geni muscolari, un fatto dimostrato dalla mutazione di questo dominio che causa malattie muscolari ereditarie.
Patologie correlate
Alcune malattie cardiache sono associate ad alterazioni dell'elasticità della titina. Tali alterazioni influenzano notevolmente l'estensibilità e la rigidità diastolica passiva del miocardio e, presumibilmente, la meccanosensibilità.
Il gene TTN è stato identificato come uno dei principali geni coinvolti nelle malattie umane, quindi le proprietà e le funzioni della proteina cardiaca sono state ampiamente studiate negli ultimi anni.
La cardiomiopatia dilatativa e la cardiomiopatia ipertrofica sono anche il prodotto della mutazione di diversi geni, incluso il gene TTN.
Riferimenti
- Despopoulos, A. e Silbernagl, S. (2003). Color Atlas of Physiology (5a ed.). New York: Thieme.
- Herman, D., Lam, L., Taylor, M., Wang, L., Teekakirikul, P., Christodoulou, D.,… Seidman, CE (2012). Troncamenti di titina che causano cardiomiopatia dilatativa. The New England Journal of Medicine, 366 (7), 619–628.
- Keller, T. (1995). Struttura e funzione di titina e nebulina. Current Opinion in Biology, 7, 32-38.
- Lange, S., Lange, S., Xiang, F., Yakovenko, A., Vihola, A., Hackman, P.,… Gautel, M. (2005). Il dominio chinasi della titina controlla l'espressione genica muscolare e il turnover delle proteine. Scienza, 1599-1603.
- Linke, WA e Hamdani, N. (2014). Affari giganteschi: proprietà e funzione di titina attraverso spesso e sottili Ricerca sulla circolazione, 114, 1052-1068.
- Machado, C. e Andrew, DJ (2000). D-TITIN: una proteina gigante con doppi ruoli nei cromosomi e nei muscoli. The Journal of Cell Biology, 151 (3), 639-651.
- Maruyama, K. (1997). Gigante proteina elastica del muscolo. The FASEB Journal, 11, 341–345.
- Nelson, DL e Cox, MM (2009). Principi di biochimica di Lehninger. Omega Editions (5a ed.).
- Rivas-Pardo, J., Eckels, E., Popa, I., Kosuri, P., Linke, W. e Fernández, J. (2016). Il lavoro svolto da Titin Protein Folding aiuta la contrazione muscolare. Rapporti sulle celle, 14, 1339-1347.
- Trinick, J. (1994). Titina e nebulina: dominatori delle proteine nei muscoli? Trends in Biochemical Sciences, 19, 405–410.
- Tskhovrebova, L. e Trinick, J. (2003). Titin: proprietà e relazioni familiari. Nature Reviews, 4, 679-6889.
- Wang, K., Ramirez-Mitchell, R. e Palter, D. (1984). La titina è una proteina miofibrillare straordinariamente lunga, flessibile e snella. Proc. Natl. Acad. Sci., 81, 3685-3689.