トロポニン：特性、構造、機能、テスト - 生物学 - 2024

トロポニンは、脊椎動物の骨格筋と心筋に存在するタンパク質に付​​けられた名前であり、筋線維のフィラメントと関連しており、収縮活動（筋肉の収縮と弛緩）の調節に機能を持っています。

筋線維は、筋組織を構成する細胞であり、その収縮能力は、秩序があり、内部で密接に関連しているフィラメント間の相互作用に基づいており、細胞質の容積の大部分を占めています。

筋繊維の細いフィラメントの要素のグラフィック表現（出典：Raul654、Wikimedia Commons経由）

これらのフィラメントはミオフィラメントとして知られており、2つのクラスがあります：厚いものと薄いものです。太いフィラメントはミオシンII分子で構成され、細いフィラメントは球状アクチンまたはGアクチンと他の2つのタンパク質とのポリマーです。

アクチンとミオシンの両方は、人体や他の生物の他の細胞にも見られますが、割合ははるかに少なく、細胞遊走、エキソサイトーシス、細胞質分裂（細胞分裂中）、さらには細胞内小胞輸送。

トロポニンとトロポミオシンは、筋細胞または繊維の筋原線維の収縮および弛緩プロセスの調節に関与する、薄いアクチンフィラメントに関連する2つのタンパク質です。

これらの2つのタンパク質がそれらの機能を発揮する作用のメカニズムは、カルシウムの細胞内濃度に関連しています。トロポニン調節システムは、骨格筋収縮の生理学および生化学において最もよく知られているシステムの1つです。

これらのタンパク質は、体にとって非常に重要です。現在、いくつかの家族性または先天性心筋症は、2つ（トロポニンまたはトロポミオシン）のいずれかをコードする遺伝子の配列の変異の産物であることが確かに知られています。

特徴

トロポニンは、骨格筋および心筋の筋線維の細いフィラメントのアクチンと化学量論比1〜7で関連付けられています。つまり、7分子のアクチンごとに1分子のトロポニンです。

このタンパク質は、強調されているように、骨格筋および心臓の横紋筋の筋原線維内に含まれるフィラメントにのみ見られ、血管および内臓筋を構成する平滑筋線維には見られません。

それはトロポミオシンの調節タンパク質として何人かの著者によって考えられました。このように、アクチン分子との相互作用のための結合部位があり、太いフィラメントのミオシンとの相互作用を調節する能力を与えます。

筋フィラメントでは、トロポニンとトロポミオシン分子の比率は1対1です。つまり、存在する各トロポニン複合体には、それに関連するトロポミオシン分子があります。

構造

トロポニンは、トロポニンI、トロポニンC、およびトロポニンTとして知られる3つの異なる球状サブユニットで構成されるタンパク質複合体であり、合計すると78 kDaになります。

人体には、これらのサブユニットごとに組織固有のバリアントがあり、遺伝的レベルと分子レベル（それらをコードする遺伝子に関して）と構造レベル（それらのアミノ酸配列に関して）の両方で互いに異なります。

トロポニンサブユニットの1つの表現（出典：ジャワハールスワミナサンとWikimedia Commonsを介したEuropean Bioinformatics InstituteのMSDスタッフ）

トロポニンCまたはTnCは3つのサブユニットの中で最も小さく、おそらく最も重要なものの1つです。分子量は18 kDaで、カルシウム（Ca2 +）と結合する部位があります。

トロポニンTまたはTnTは、3つのサブユニットの複合体をトロポミオシンに固定するための結合部位を持ち、分子量30 kDaのものです。Tサブユニットまたはトロポミオシン結合サブユニットとしても知られています。

トロポニンIまたはTnIは180アミノ酸残基以下で、トロポニンTと同じ分子量を持っていますが、その構造には、アクチンを結合する特別な部位があり、後者とミオシンの間の相互作用をブロックしています。筋線維の収縮の原因となる現象。

多くの教科書は、このサブユニットを阻害サブユニットと呼び、トロポニンの3つのサブユニット間の分子「接着剤」と呼んでいます。アクチンに結合するその能力とその阻害活性は、TnTサブユニットによって媒介されるトロポミオシンとの結合によって強化されます。

サブユニットＩにおいて、阻害に関与する配列の領域は、１０４位と１１５位との間の１２アミノ酸残基の中央ペプチドによって規定されることが示されている。そして、サブユニットのC末端領域も阻害の間に役割を果たす。

特徴

筋収縮におけるトロポニンの主な役割は、カルシウムに結合する能力に依存します。これは、このタンパク質が、この特性を持つ骨格筋の細いフィラメントの唯一の成分だからです。

トロポニンが存在しない場合、細胞内のカルシウム濃度に関係なく、細いフィラメントは太いフィラメントに結合して収縮することができるため、トロポニンの機能は、トロポミオシンとの会合を通じてカルシウムが存在しない場合の収縮を防ぐことです。

したがって、トロポニンは、十分な細胞内カルシウムがない場合は筋肉の弛緩を維持し、電気神経刺激がカルシウムの筋線維への進入を可能にする場合は筋肉の収縮に重要な役割を果たします。

これはどのように起こりますか？

骨格と心臓の横紋筋では、互いに滑る細いフィラメントと太いフィラメントの相互作用により、筋肉の収縮が起こります。

これらの筋肉の細胞では、ミオシンのアクチン結合部位がトロポミオシンとトロポニンは、カルシウムに反応するものです。

筋小胞体（筋線維の小胞体）からのカルシウムイオンは、トロポニンのCサブユニットに結合し、トロポニンを介した阻害を中和し、筋肉の収縮を引き起こします。

サブユニットIによって引き起こされる阻害の「中和」は、カルシウムがサブユニットCに結合した後に発生し、3つのサブユニット間に広がり、アクチン分子とトロポミオシン分子の両方からの解離を可能にするコンフォメーション変化を生成します。 。

トロポニン、トロポミオシン、およびアクチンの間のこの解離は、アクチン上のミオシンの結合部位を明らかにします。後者の球状頭部は、アクチン繊維と相互作用し、一方のフィラメントが他方のフィラメントの上に移動することにより、ATP依存性収縮を開始することができます。

トロポニン検査

トロポニンは、心臓病変の検出に好ましいバイオマーカーです。このため、トロポニン検査は、急性心筋梗塞などのいくつかの心臓の病的状態の生化学的、早期および/または予防診断で広く使用されています。

治療を行う多くの医師は、このテストが胸痛のある患者に何をすべきか、どのような治療を行うべきかを決定するのに役立つと考えています。

トロポニンCアイソフォームは遅収縮性骨格筋にも見られるため、一般的にはトロポニンTおよびIサブユニットの検出に関連しています。つまり、心臓に固有のものではありません。

トロポニン検査は何に基づいていますか？

トロポニン検査は通常、トロポニンのTおよびIサブユニットの心臓アイソフォームを検出する免疫​​学的検査です。したがって、両方のアイソフォーム間に存在する違いに基づいています。

トロポニンIアイソフォーム（cTnI）のアイソフォーム

心筋組織では、トロポニンIサブユニットのアイソフォームが1つだけあり、N末端に32アミノ酸の翻訳後「尾」が存在することを特徴としています。

このアイソフォームは、アミノ酸テールが他のアイソフォームの末端とほぼ50％異なるため、他の非心臓アイソフォームを認識しない特定のモノクローナル抗体の開発のおかげで検出されます。

CTnIは損傷した組織では発現しませんが、成人の心臓組織に特有です。

トロポニンTサブユニット（cTnT）のアイソフォーム

トロポニンTサブユニットの心臓のアイソフォームは3つの異なる遺伝子にコード化されており、そのmRNAは選択的スプライシングを受けて、N末端およびC末端に可変配列を持つアイソフォームが生成されます。

人間の心筋には4つのアイソフォームのTnTが含まれていますが、成人の心臓組織に特徴的なのは1つだけです。これは、そのアミノ酸配列のN末端に対して設計された特定の抗体で検出されます。

心臓アイソフォームのTサブユニットの「次世代」テストでは、一部の損傷した骨格筋組織がこのアイソフォームを再発現できるため、抗体との交差反応が得られるという事実に注意を払います。

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