Het eiwit Tropomyosine komt voornamelijk voor in de dwarsgestreepte spieren en neemt deel aan spiercontractie. Genetische mutaties kunnen de structuur van de geproduceerde tropomyosinemoleculen beïnvloeden en daardoor een aantal ziekten veroorzaken, waaronder verschillende vormen van cardiomyopathie, evenals arthrogryposis multiplex congenita en nemaline-myopathie.
Wat is tropomyosine?
Tropomyosine is een eiwit dat in het menselijk lichaam wordt aangetroffen, voornamelijk in de skeletspieren. De biochemicus Kenneth Bailey beschreef het eiwit voor het eerst in 1946. Een enkele spier bestaat uit vele spiervezelbundels, die op hun beurt weer bestaan uit de spiervezels.
Elke vezel is niet samengesteld uit een enkele, duidelijk gedefinieerde spiercel, maar uit een weefsel met veel celkernen. Binnen deze eenheden vertegenwoordigen de myofibrillen fijnere vezels; hun dwarsdoorsneden worden sarcomeren genoemd. Een sarcomeer bestaat uit twee soorten strengen die afwisselend in elkaar worden geduwd, zoals een versnelling of ritssluiting. Sommige van deze strengen zijn myosine, de andere zijn een complex van actine en tropomyosine. In dit complex vormen actinemoleculen een dikke ketting waar twee strengen tropomyosine omheen zijn gewikkeld.
Anatomie en structuur
Tropomyosine bestaat uit twee delen: α en β. De twee bouwstenen hebben in totaal 568 aminozuren, waarvan 284 α-tropomyosine en 284 β-tropomyosine. Deze aminozuren staan in een rij en vormen lange ketens voordat ze uiteindelijk samenkomen om een staafvormig macromolecuul te vormen.
De volgorde van de aminozuren en de structuur van het eiwit zijn genetisch bepaald; bij de mens zijn de volgende genen hiervoor verantwoordelijk: TPM1 op het 15e chromosoom, TPM2 op het 9e chromosoom, TPM3 op het eerste chromosoom en TMP4 op het 19e chromosoom. De streng tropomyosine (met beide subeenheden) slingert zich rond de dikkere actinefilamenten in de dwarsgestreepte skeletspieren. Troponine, een ander eiwit, zit er ook aan vast.
Functie en taken
Tropomyosine is nodig om de skeletspier samen te laten trekken. Wanneer een zenuwimpuls de spier bereikt, verspreidt de elektrische stimulus zich aanvankelijk door het sarcolemma en de T-tubuli en leidt uiteindelijk tot het vrijkomen van calciumionen in het sarcoplasmatisch reticulum.
De ionen binden zich tijdelijk aan het troponine, dat zich op de tropomyosinestreng bevindt. Als gevolg hiervan veranderen de calciumionen de fysische eigenschappen van het molecuul. Het troponine verschuift iets op het oppervlak en beweegt zich zo weg van de plaatsen waar myosine zich ook aan kan binden. Myosine vormt de complementaire vezels van het actine / tropomyosinecomplex. Aan het einde van het myosinefilament bevinden zich twee zogenaamde koppen. De myosinekoppen kunnen zich binden aan de gebieden van het actinefilament die niet langer door troponine worden ingenomen.
Nadat ze aan de vezel zijn gekoppeld, vouwen de myosinekoppen zich om en duwen ze zichzelf tussen de actine / tropomyosinefilamenten, waardoor het sarcomeer wordt verkort. Tegelijkertijd vindt dit proces niet alleen plaats in één sarcomeer, maar in vele. De talrijke samengetrokken sarcomeren zorgen er daarom voor dat de spiervezel en dus de spier als geheel samentrekt. Een zenuwsignaal stimuleert vaak enkele honderden spiervezels. Door de weekmakende werking van adenosinetrifosfaat (ATP) kan de myosinekop zich losmaken van het actine.
De samentrekking van de gladde spieren is enigszins anders. Gladde spieren omringen organen bij mensen of worden aangetroffen in de wanden van bloedvaten. Het kan meer samentrekken dan dwarsgestreepte spieren. Terwijl de skeletspieren een dwarsgestreepte structuur hebben, vormen de gladde spieren een plat oppervlak dat bestaat uit individuele cellen. Naast actine en tropomyosine hebben de gladde spieren caldesmon en calmoduline, twee andere eiwitten, waarvan de interactie de spanning in de spieren beïnvloedt. Tropomyosine werkt voornamelijk op calmoduline.
Bovendien speelt tropomyosine ook een rol bij andere biologische processen. Het lijkt bijvoorbeeld de binding van actine in het cytoskelet te beïnvloeden en effect te hebben op de celdeling.
Ziekten
Een ziekte die mogelijk verband houdt met tropomyosine is hypertrofische cardiomyopathie. Dit is een hartaandoening waarbij de sarcomeren (delen van de spiervezels) verdikt zijn, wat ook de dikte van de spiervezels als geheel beïnvloedt.
Als gevolg hiervan kunnen symptomen optreden zoals een gevoel van druk op de borst, duizeligheid, kortademigheid, syncope en aanvallen van angina pectoris. In dit geval gaan ze terug naar functionele problemen van de hartspier. De meest voorkomende oorzaak (40-60%) van hypertrofische cardiomyopathie ligt in de genen: veranderingen (mutaties) leiden tot fouten in de genetische code en daarmee tot een verkeerde synthese van eiwitten. Dit kan ook invloed hebben op de verschillende eiwitten waaruit spiervezels bestaan.
Bij restrictieve cardiomyopathie wordt de hartspier verhard. De oorzaak is een teveel aan bindweefsel. Restrictieve cardiomyopathie leidt tot hartfalen, dat doorgaans wordt gekenmerkt door ademhalingsstoornissen, oedeem, droge hoest, vermoeidheid, uitputting, duizeligheid, syncope, hartkloppingen en verschillende spijsverteringsstoornissen. De getroffenen zijn minder snel in de war, hebben minder geheugenproblemen of verminderde cognitieve prestaties. Verwijde cardiomyopathie kan ook het gevolg zijn van een fout in de tropomyosinegenen.
Wanneer deze hartziekte zich manifesteert, wordt deze vaak geassocieerd met wereldwijd hartfalen en / of progressief linkerhartfalen. Bovendien kunnen ademhalingsstoornissen, embolieën en hartritmestoornissen optreden. Twee andere ziekten die verband kunnen houden met tropomyosine en deels gebaseerd zijn op mutaties, zijn nemaline-myopathie, waarbij de spieren op vele manieren kunnen worden aangetast, en arthrogryposis multiplex congenita, waarbij de gewrichten verstijven. Al deze ziekten kunnen echter ook andere oorzaken hebben; mutaties in de tropomyosinegenen zijn slechts één mogelijkheid.
