TROPONINE: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, FONCTIONS ET TEST - LA BIOLOGIE - 2025

La troponine est le nom donné à une protéine présente dans le muscle squelettique et cardiaque des vertébrés, associée aux filaments des fibres musculaires et qui a des fonctions dans la régulation de l'activité contractile (contraction et relaxation musculaires).

Les fibres musculaires sont les cellules qui composent le tissu musculaire, dont la capacité de contraction est basée sur l'interaction entre des filaments qui sont ordonnés et étroitement associés à l'intérieur, occupant la majeure partie du volume cytoplasmique.

Représentation graphique des éléments d'un filament fin dans les fibres musculaires (Source: Raul654, via Wikimedia Commons)

Ces filaments sont connus sous le nom de myofilaments et il existe deux classes: épais et minces. Les filaments épais sont composés de molécules de myosine II, tandis que les filaments minces sont des polymères d'actine globulaire ou G-actine en association avec deux autres protéines.

L'actine et la myosine se trouvent également dans d'autres cellules du corps humain et d'autres organismes, seulement dans une proportion beaucoup plus petite et participant à différents processus tels que la migration cellulaire, l'exocytose, la cytokinèse (pendant la division cellulaire) et même dans trafic vésiculaire intracellulaire.

La troponine et la tropomyosine sont les deux protéines associées aux fins filaments d'actine qui participent à la régulation des processus de contraction et de relaxation des myofibrilles des cellules ou fibres musculaires.

Les mécanismes d'action par lesquels ces deux protéines exercent leur fonction sont liés à la concentration intracellulaire de calcium. Le système de régulation de la troponine est l'un des systèmes les plus connus dans la physiologie et la biochimie de la contraction des muscles squelettiques.

Ces protéines sont d'une grande importance pour l'organisme. À l'heure actuelle, il est connu avec certitude que certaines cardiomyopathies familiales ou congénitales sont le produit de mutations dans la séquence des gènes qui codent pour l'un ou l'autre des deux (troponine ou tropomyosine).

caractéristiques

La troponine est associée à l'actine dans les filaments minces des fibres musculaires du muscle squelettique et cardiaque dans un rapport stoechiométrique de 1 à 7, soit une molécule de troponine pour 7 molécules d'actine.

Cette protéine, comme on l'a mis en évidence, se trouve exclusivement dans les filaments contenus dans les myofibrilles des fibres musculaires striées squelettiques et cardiaques, et non dans les fibres musculaires lisses qui composent les muscles vasculaires et viscéraux.

Elle est conçue par certains auteurs comme la protéine régulatrice de la tropomyosine. Comme ça, il possède des sites de liaison pour l'interaction avec les molécules d'actine, ce qui lui donne la capacité de réguler son interaction avec la myosine des filaments épais.

Dans les myofilaments, le rapport entre les molécules de troponine et de tropomyosine est de 1 à 1, ce qui signifie que pour chaque complexe de troponine existant, une molécule de tropomyosine lui est associée.

Structure

La troponine est un complexe protéique composé de trois sous-unités globulaires différentes appelées troponine I, troponine C et troponine T, qui totalisent ensemble plus ou moins 78 kDa.

Dans le corps humain, il existe des variantes spécifiques aux tissus pour chacune de ces sous-unités, qui diffèrent les unes des autres à la fois au niveau génétique et moléculaire (en ce qui concerne les gènes qui les codent) et au niveau structurel (en ce qui concerne leurs séquences d'acides aminés).

Représentation de l'une des sous-unités de la troponine (Source: Jawahar Swaminathan et personnel MSD de l'Institut européen de bioinformatique via Wikimedia Commons)

La troponine C ou TnC est la plus petite des trois sous-unités et peut-être l'une des plus importantes. Il a un poids moléculaire de 18 kDa et possède des sites pour lier le calcium (Ca2 +).

La troponine T ou TnT est celle qui a les sites de liaison pour ancrer le complexe des trois sous-unités à la tropomyosine et a un poids moléculaire de 30 kDa; il est également connu sous le nom de sous-unité T ou sous-unité de liaison à la tropomyosine.

La troponine I ou TnI, avec un peu plus de 180 résidus d'acides aminés, a le même poids moléculaire que la troponine T, mais dans sa structure, elle a des sites spéciaux pour se lier à l'actine, bloquant l'interaction entre cette dernière et la myosine, qui est le phénomène responsable de la contraction des fibres musculaires.

De nombreux manuels se réfèrent à cette sous-unité comme la sous-unité inhibitrice et comme la "colle" moléculaire entre les trois sous-unités de la troponine. Sa capacité à se lier à l'actine et son activité inhibitrice sont renforcées par son association avec la tropomyosine, médiée par la sous-unité TnT.

Il a été montré que, dans la sous-unité I, la région de la séquence responsable de l'inhibition est définie par un peptide central de 12 résidus d'acides aminés entre les positions 104 et 115; et que la région C-terminale de la sous-unité a également un rôle lors de l'inhibition.

Caractéristiques

Le rôle principal de la troponine dans la contraction musculaire dépend de sa capacité à lier le calcium, puisque cette protéine est le seul composant des filaments minces du muscle squelettique qui possède cette propriété.

En l'absence de troponine, les filaments minces sont capables de se lier à des filaments épais et de se contracter, quelle que soit la concentration intracellulaire de calcium, de sorte que la fonction de la troponine est d'empêcher la contraction en l'absence de calcium grâce à son association avec la tropomyosine.

Ainsi, la troponine joue un rôle important dans le maintien de la relaxation musculaire lorsqu'il n'y a pas assez de calcium intracellulaire, et dans la contraction musculaire lorsque le stimulus nerveux électrique permet au calcium de pénétrer dans la fibre musculaire.

Comment cela peut-il arriver?

Dans les muscles striés squelettiques et cardiaques, la contraction musculaire se produit grâce à l'interaction entre des filaments fins et épais qui glissent les uns sur les autres.

Dans les cellules de ces muscles, le calcium est essentiel à l’interaction actine-myosine (filaments fins et épais), car les sites de liaison de l’actine pour la myosine sont «cachés» par l’action conjointe de la tropomyosine et troponine, qui est celle qui répond au calcium.

Les ions calcium du réticulum sarcoplasmique (le réticulum endoplasmique des fibres musculaires) se lient à la sous-unité C de la troponine, neutralisant l'inhibition médiée par la troponine et déclenchant la contraction musculaire.

La «neutralisation» de l'inhibition provoquée par la sous-unité I se produit après la liaison du calcium à la sous-unité C, ce qui génère un changement de conformation qui se propage entre les trois sous-unités et permet leur dissociation des molécules d'actine et de tropomyosine.

Cette dissociation entre la troponine, la tropomyosine et l'actine révèle les sites de liaison de la myosine sur l'actine. C'est alors que les têtes globulaires de ce dernier peuvent interagir avec les fibres d'actine et initier une contraction ATP-dépendante par déplacement d'un filament sur l'autre.

Test de troponine

La troponine est le biomarqueur préféré pour la détection des lésions cardiaques. Pour cette raison, le test de la troponine est largement utilisé dans le diagnostic biochimique, précoce et / ou préventif de certaines pathologies cardiaques telles que l'infarctus aigu du myocarde.

Ce test est trouvé par de nombreux médecins traitants pour aider à prendre des décisions sur ce qu'il faut faire et le traitement à administrer aux patients souffrant de douleurs thoraciques.

Elle est généralement associée à la détection des sous-unités de la troponine T et I, puisque l'isoforme de la troponine C se trouve également dans les muscles squelettiques à contraction lente; c'est-à-dire qu'il n'est pas spécifique au cœur.

Sur quoi repose le test de la troponine?

Le test de la troponine est généralement un test immunologique qui détecte les isoformes cardiaques des sous-unités T et I de la troponine. Donc, il est basé sur les différences qui existent entre les deux isoformes.

Isoforme de la sous-unité troponine I (cTnI)

Dans le tissu musculaire myocardique, il n'y a qu'une seule isoforme de la sous-unité troponine I, caractérisée par la présence d'une «queue» post-traductionnelle de 32 acides aminés à son extrémité N-terminale.

Cette isoforme est détectée grâce au développement d'anticorps monoclonaux spécifiques qui ne reconnaissent pas d'autres isoformes non cardiaques, puisque la queue d'acides aminés est plus ou moins 50% différente des extrémités des autres isoformes.

CTnI n'est pas exprimé dans les tissus endommagés, mais est unique au tissu cardiaque adulte.

Isoforme de la sous-unité troponine T (cTnT)

L'isoforme cardiaque de la sous-unité troponine T est codée dans trois gènes différents, dont les ARNm peuvent subir un épissage alternatif entraînant la production d'isoformes avec des séquences variables aux extrémités N et C.

Bien que le muscle cardiaque humain contienne 4 isoformes de TnT, une seule est caractéristique du tissu cardiaque adulte. Ceci est détecté avec des anticorps spécifiques conçus contre l'extrémité N-terminale de sa séquence d'acides aminés.

Les tests de "nouvelle génération" pour la sous-unité T de l'isoforme cardiaque accordent une attention particulière au fait que certains tissus musculaires squelettiques lésés peuvent ré-exprimer cette isoforme, ainsi une réaction croisée avec des anticorps peut être obtenue.

Références

1. Babuin, L. et Jaffe, AS (2005). Troponine: le biomarqueur de choix pour la détection des lésions cardiaques. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P. et Kessler, A.-C. (2003). Évaluation multicentrique de la valeur diagnostique de la troponine T cardiaque, de la masse de CK-MB et de la myoglobine pour évaluer les patients avec suspicion de syndromes coronariens aigus dans la pratique clinique de routine. Heart, 89, 280-286.
3. Farah, C. et Reinach, F. (1995). Le complexe de troponine et la régulation de la contraction musculaire. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Dosage de la troponine sensible I dans le diagnostic précoce de l'infarctus aigu du myocarde. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M. et Pawlina, W. (2006). Histologie. Un texte et un atlas avec la biologie cellulaire et moléculaire corrélée (5e éd.). Lippincott Williams et Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mécanisme de la régulation calcique de la contraction musculaire. À la poursuite de sa base structurelle. Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 91, 321-350.