Тропонин: строение, функции и диагностика¶

Тропонин — это комплекс регуляторных белков, входящий в состав тонких (актиновых) миофиламентов поперечно-полосатых мышц и обеспечивающий кальций-зависимую регуляцию мышечного сокращения. У позвоночных животных и человека тропонин состоит из трёх субъединиц — тропонина C (TnC), тропонина I (TnI) и тропонина T (TnT), — которые в совокупности управляют доступом миозина к актину. Благодаря высокой тканевой специфичности изоформ тропонин широко используется в медицине как биохимический маркер повреждения миокарда.

¶История изучения

Существование белкового фактора, необходимого для взаимодействия актина и миозина в присутствии ионов кальция, было предсказано в 1960-х годах. В 1965 году японский биохимик Сэцуро Эбаси и его сотрудники выделили из скелетных мышц кролика белковый комплекс, который они назвали «нативным тропомиозином». Дальнейшее разделение этого комплекса показало, что он состоит из собственно тропомиозина и трёх дополнительных белков, получивших общее название «тропонин».

Терминология сложилась к началу 1970-х годов: субъединицы обозначили по их функциональным свойствам — C (от англ. calcium-binding), I (inhibitory, ингибирующая) и T (tropomyosin-binding). В 1970-х годах были определены аминокислотные последовательности отдельных субъединиц, а позднее — расшифрована их пространственная структура методами рентгеновской кристаллографии и ядерного магнитного резонанса. Работы по тропонину стали одной из основ современной молекулярной теории мышечного сокращения.

¶Строение и субъединицы

Молекулярная масса комплекса тропонина составляет около 80 кДа. Каждая субъединица выполняет свою функцию:

Тропонин C по структуре близок к кальмодулину и содержит несколько кальций-связывающих участков типа «EF-hand». Тропонин I имеет подвижный «переключающий» участок, который меняет положение при связывании кальция. Тропонин T отличается наибольшей вариабельностью: в результате альтернативного сплайсинга образуются множественные изоформы, специфичные для разных типов мышц и стадий развития организма.

¶Механизм действия

Регуляция сокращения происходит следующим образом. В состоянии покоя комплекс тропонин–тропомиозин блокирует участки связывания миозина на молекуле актина. При повышении концентрации ионов кальция в цитоплазме они связываются с тропонином C, что вызывает смещение тропонина I и перемещение тропомиозина в бороздку актиновой спирали. В результате открываются активные центры актина, становится возможным образование поперечных мостиков с миозином и происходит сокращение. При снижении концентрации кальция комплекс возвращается в исходное положение, и мышца расслабляется.

¶Изоформы и тканевая специфичность

Разные типы мышц содержат различные изоформы тропонинов. В скелетных мышцах взрослого человека экспрессируются «медленная» и «быстрая» изоформы, тогда как в сердечной мышце присутствуют уникальные кардиальные формы — cTnI и cTnT, кодируемые отдельными генами (TNNI3 и TNNT2 соответственно). Именно эта специфичность лежит в основе клинического применения тропонинов: появление кардиальных изоформ в крови указывает на повреждение миокарда, а не скелетной мускулатуры.

В период эмбрионального развития в сердце экспрессируются «скелетные» изоформы, которые постепенно замещаются кардиальными. Возврат к эмбриональному профилю наблюдается при некоторых патологических состояниях, например при гипертрофии миокарда.

¶Клиническое значение

Определение концентрации кардиальных тропонинов — ключевой лабораторный тест в кардиологии. Повышение уровня cTnI и cTnT в крови свидетельствует о некрозе кардиомиоцитов и является основным критерием диагностики инфаркта миокарда. Современные высокочувствительные методы (hs-cTn) позволяют выявлять концентрации в диапазоне нанограммов на литр, что даёт возможность диагностировать повреждение на ранних стадиях.

Тропонины повышаются не только при инфаркте: причиной могут быть миокардит, тромбоэмболия лёгочной артерии, сердечная недостаточность, почечная недостаточность, тяжёлая тахикардия и интенсивная физическая нагрузка. Поэтому результат всегда оценивается в совокупности с клинической картиной и данными электрокардиографии.

¶Тропонин в биологии и биотехнологии

Помимо медицины, тропонин изучается в сравнительной физиологии и биофизике. Исследования изоформ тропонина у разных видов животных и рыб помогают понять адаптацию мышц к температуре и нагрузкам. В биотехнологии рекомбинантные тропонины применяются как компоненты тест-систем, а также как модельные объекты для изучения белок-белковых взаимодействий и аллостерической регуляции.

Мутации в генах тропонинов связаны с наследственными заболеваниями — гипертрофической и дилатационной кардиомиопатией, а также с некоторыми формами мышечных дистрофий. Это делает тропонины объектом генетических исследований и мишенью для разработки лекарственных препаратов, модулирующих сократимость миокарда.

Источники: учебники по биохимии и физиологии человека; обзоры по структуре и функции тропонинового комплекса; руководства по лабораторной диагностике сердечных маркеров; публикации по молекулярной биологии мышечного сокращения.