La Titine

La Titine2017-11-14T10:24:57+00:00

INTRODUCTION

En 1979 déjà de nombreuses études concernaient le Muscle. Parmi les protéines du muscle comme la Myosine (chaînes lourde de 200 kDa) et la Filamine (protéine de 280 kDa)  étaient déjà découvertes mais des protéines de poids moléculaire avoisinant les 1000 kDa furent alors détectée et comme cela apparaissait comme la découverte d’une protéine géante  dont le nom dérivé du mot Titan( = de grande taille) fut choisi comme étant la Titine. Ainsi la mise en place d’un sarcomère (sarcomérogénèse) demandait  la participation de protéines dites géantes et parmi celles-ci, au nombre de 3 principales il fut établi que  la plus grande était bien  la Titine. Cette protéine est considérée comme importante pour l’assemblage et la stabilité du sarcomère et son organisation qui est indiquée dans une plus récente revue (2009).

La Titine

tableau des séquences de la TitineComme cela est résumé ci-dessous la Titine possède différents types de modules et des zones de contacts multiples avec des protéines du sarcomère. Les informations de séquences concernant cette protéine géante sont réunies dans le tableau ci-dessous. Un lien SwissProt permet de consulter des informations supplémentaires pour plus de détails :  Q8WZ42.

portrait-robot de la TitineIl existe au moins 8 isoformes de Titine obtenues par  épissage alternatif du gène. Le sigle abrévié de la Titine est TTN. Un portrait-robot de la Titine, déduit de la revue précédente, illustre la taille « géante de la protéine » comme indiqué ci-contre. On va distinguer sur cette illustration de nombreux motifs colorés qui sont, soit des domaines, soit des séquences répétitives, et que l’on a indiqué sur le schéma et répertoriés dans  la liste suivante:

*152 Domaines de type-Immunoglobuline. (Petits rectangles Brun Clair =Motif Ig)

*132 Domaines fibronectine de type III . (Petits rectangles Bleu Clair = Domaine FN)

*31 Répétition PEVK. Séquences répétitives d’environ 27 résidus riches en proline(P) aide glutamique (E) et lysine (K) formant un bloc dit PEVK. (Grand rectangle vert fonce = Région PEVK)

*19 Répétition KELCH. Distribuées au long de la séquence on trouve ici et là une zone recouvrant approximativement 50 répétitions d’acides aminés et contenant certains résidus conservés. Cette séquence se replie en une structure secondaire Bêta-hélicoïdale, que l’on trouve dans plusieurs protéines ayant la capacité de se lier à l’Actine. L’identification d’une telle zone porte le nom de la première protéine la possédant = la protéine KELCH (En 1993 pour la première fois on parle du motif KELCH qui est présent dans la séquence de la protéine baptisée kelch ORF1 découverte chez la Drosophile).

*17 Répétitions RCC1 RCC1. Zones dites  RCC1 d’environ une cinquantaine de résidus distribués dans la séquence de la Titine qui vont favoriser une structure en hélice-Bêta.

*15 Répétitions WD. Zones dites  WD d’environ 40 résidus formant des séquences répétitives, qui se terminent généralement par un tryptophane (W) et un acide aspartique (D), Distribués dans la séquence de la Titine de telles répétitions WD vont également favoriser une structure en hélice-Bêta. Cependant ces répétions WD ont un.  rôle encore à décrypter mais qui apparaît proche de celui des zones dites KELCH.

*14 Répétitions TPR. Zones dites  TPR d’environ 35 résidus distribués dans la séquence de la Titine et qui sont des motifs qui favorisent une structure en hélice suivie d’un coude permettant d’induire une association avec d’autres structures hélicoïdales.

*1 Domaine protéine kinase (Grands rectangles Bleu foncé = Domaine Kinase).

Les autres légendes figurants dans ce schéma sont directement issues de  l’article original et on pourra le consulter pour plus de détails.

codes couleurs pour les divers motifs qui cmposent la structure de la TitineLes régions N2B, N2A, Super répétition type 1, type 2s, sont indiquées dans les légendes Fig2 et 3 de  l’article original . On pourra y trouver des informations supplémentaires qui selon les types d’isoformes de Titine reflètent les différences entre les divers muscles. Tout au long de la structure allongée de la Titine, il y a des zones de contacts avec différentes protéines du muscle qui furent bien identifiées et dont le détail est présenté dans la suite de cette fiche informative sur la Titine. L’ensemble des couleurs et des motifs choisis pour indiquer sur cette longue séquence de 3450 résidus sont résumée dans un schéma récapitulatif qui est présenté ci-contre.

Les partenaires de la Titine

Partenaires de la Titine associés à la portion N-terminale.Sans surprise on va donc retrouver la plupart des protéines du disque Z et au fur et à mesure que l’on progresse le long du sarcomère les protéines décrites dans les zones I et A comme indiqué dans le chapitre « Les protéines spécifiques du Sarcomère.  La revue sur ce sujet en fait le répertoire et en scindant la structure de la Titine en plusieurs morceaux une description de ces zones d’association peut-être illustrée. Ci-dessous une reprise de ces illustrations est donnée dans une version française. Le premier motif est le Motif N-terminal de la Titine et ses associations comme cela est indiqué dans la figure présentée ci-contre. Dans cette partie N-terminale de la Titine des zones de contacts sont faiblement établies pour une association avec des protéines de structure : La Téléthonine O15273 / L’ Ankyrine P16157/ L’ Alpha-Actinine P35609/ La Nébuline P20929 / La Filamine-C Q14315.

Partenaires de la Titine associés à la portion interne de la protéinePuis une représentation de la partie centrale de la Titine présente des associations spécifiques qui impliquent des protéines musculaires ayant des fonctions plus diverses. On trouve en particulier : La Tropomyosine P09493 mais également l’Actine, toujours la Nébuline  P20929, la S100 P23297 des Calpaïnes P07384 dont la Calpaïne-3 P20807, la PKA P17612, la PKG P22612, La FHL-1 Q13642 et FHL-2 Q14192, l’Alpha/Bêta-Crystalline P02511 et des protéines de la famille des MARP mais également le Calcium. Une représentation schématique indique en français parfois plusieurs zones de contacts pour une même entité (détails dans cette revue).

C-terminal de la Titine et ses principaux partenairesEnfin la zone C-terminale de la Titine révèle des associations avec de nouveaux partenaires avec parmi eux bien sur la Myosine (en effet cette zone de la Titine chevauche alors la bande M du sarcomère qui se trouve constitué par des parties bâtonnet de molécules de myosines assemblées tête-bêche). Mais on va avoir également la MyBPC (selon les muscles : de type rapides, Q14324, lents Q00872 où cardiaque Q14896) , la MuRF-1 Q969Q1 et la MuRF-2 Q9BYV6, la Calmoduline P62158, la M-protéine P54296 (en fait on parle maintenant de la la Myomésine Q5VTT5), l’ Obscurine Q5VST9, et l’Obsl1 O75147, de nouveau la calpaïne-3P20807, et la FHL-2 Q14192, la Nbr1 Q14596. Le schéma ci-dessous donne les zones de contacts avec les différentes protéines citées dans le texte. Pour de plus larges références sur ces contacts voir  la revue ici indiquée .

Rôle de la Titine

La Titine et ses protéines associées sont responsables de la stabilité du sarcomère. La Titine participe à l’assemblage des sarcomères naissants durant le  développement de cellules musculaires. Dans les muscles squelettiques et cardiaques de vertébrés, chaque  molécule de Titine adhère à la Myosine des filaments épais sur presque toute sa longueur, et participe à l’élasticité de chaque demi-sarcomère de la ligne-M à la ligne Z.

distribution des contacts entre Titine et NébulineUn schéma récapitulatif est présenté ci-dessous en français et on y retrouve les principaux éléments du sarcomère ce qui permet de mieux montrer les rapports entre la Titine (en bleu sur ce schéma), et l’ancrage sur les lignes Z du filament épais dont le composant majeur est la myosine. Des détails sur le schéma original peuvent être obtenus dans la revue suivante. ,

On trouvera une définition relativement détaillée sur la relation structure-fonction de la Titine dans le muscle squelettique  en consultant le lien ici indiqué  .

Pour conclure ce chapitre, une revue sur le sujet rédigée par un spécialiste du domaine illustre bien que la  Titine est une protéine monstrueuse qui contrôle le sarcomère. Ainsi réalisant la colonne vertébrale d’un nouveau type de filament on va parler de la Titine comme le  constituant majeur du filament du 3éme type.

La Titine et les pathologies associées

Au cours du séquençage du génome humain la protéine géante que l’on nomma Titine fut un candidat du  locus 2q31 pour être responsable de pathologies familiales, de cardiomyopathies dilatées, qui furent désignées sous le sigle     CMD1G . Les  mutations trouvées sur la Titine furent rapportées en grand nombre dès 2002 , et la taille de la protéine implique que de nombre    CMD1G uses mutations sont encore à découvrir comme l’indique en 2010   ce récent travail.

Pour autant on va trouver des informations sur les défauts de la Titine impliquant des pathologies dans des revues moins ciblées et donc relatives également à des défauts sur d’’autres protéines musculaires. Ainsi on aura des défauts de la Titine qui seront responsables d’un type de Dystrophie des ceinture bien défini sous le sigle LGMD 2J (Voir les LGMD2s: Fiche récapitulative).

On parlera alors, dès 2005 de  pathologies du sarcomère dans les cardiomyopathies dilatées ou plus largement de  protéines du sarcomère impliquées dans des cardiomyopathies , ou même de  myopathies liées au  Filament fin ou au  Filament épais .

Avancées depuis  2013

 Le rôle de la Titine est mis en avant dans le processus de  la contraction musculaire. Cela conduit à une remise en cause du concept de l’unité fonctionnelle du muscle basée sur le sarcomère et uniquement les 2 types de filament, l’Actine et la Myosine.  En particulier l’article démontre comment  la Titine est un participant actif dans la régulation de la force musculaire en modifiant sa rigidité d’une manière activation / force dépendante et en se liant à l’actine, de manière à ajuster la longueur libre du ressort qui constitue la propriété principale de cette protéine. Un autre rapport présente la Titine comme une protéine responsable,  si elle est altérée, de nombreuses pathologies.

Chez une famille répertoriée comme atteinte d’une myopathie héréditaire avec insuffisance respiratoire précoce, ce travail rapporte l’identification d’une nouvelle mutation au niveau de la Titine (TTN). L’analyse détaillée du gene codant pour la Titine présente la zone de mutation majeure (dite fondatrice) qui est considérée comme  une cause fréquente de myopathie myofibrillaire avec insuffisance respiratoire précoce.

De nouvelles familles d’origines ethniques diverses sont identifiées comme porteuses de mutations au sein de la Titine.  Le séquençage systématique de tous les exons permet de mettre directement ces  mutations avec la pathologie de type  myopathie héréditaire avec insuffisance respiratoire précoce (HMERF).

Plus récemment une étude apporte de nouvelles données sur ce type de pathologie nommée : Myopathie héréditaire avec insuffisance respiratoire précoce:. Ce rapport défini clairement que l’apparition dans diverses populations de la pathologie est en relation directe avec la Titine. Ce résultat fut établi dans  tous les échantillons de biopsie musculaire étudiés parmi les  protéines myofibrillaires analysées toutes étaient présentes mais il y avait absence de Titine.

Dans un Muscle,  une amélioration de la force résiduelle a fait l’objet d’un examen sous la forme d’une brève revue. Son mécanisme reste incertain, à ce jour, mais il y a trois hypothèses généralement admises: 1) la non-uniformité  de la Longueur des fibres composantes, 2) l’engagement au niveau du sarcomère d’éléments passifs, et 3) une augmentation du nombre de ponts transversaux. La deuxième hypothèse suggère que des éléments passifs dans les sarcomères (c.-à-d.,  La  Titine) pourraient,  lors de l’activation par le  calcium suivie par l’étirement, avoir perdu leur propriété d’élasticité.

En 2014 , une suppression de l’action de la Titine au niveau de la junction entre les Bandes A et I du sarcomère  (élimination de la zone codée par les exons 251 à 269, voir détail dans la référence indiquée), va entraîner une altération du rôle critique qu’exerce la Titine dans la détection biomécanique des contractions plus particulièrement au niveau cardiaque. La Titine est étudiée dans ce travail pour ses propriétés de viscoélasticité dans myofibrilles musculaires squelettiques .

La forme Alpha de la Synémine est identifiée comme se localisant dans la bande M du sarcomère grâce à une ‘interaction spécifique avec la région de M10 qui correspond à la dernière région Ig de la  Titine située en C-terminal. Ce travail révèle qu’au cours d’un exercice d’intensité  aiguë il y a modification de la Phosphorylation de la Titine ce qui va provoquer une rigidité accrue des myofilaments cardiaques.

Contact entre la portion M10 de la Titine et ObscurineEn 2015, il y a également augmentation de la rigidité du myocarde chez un modèle murin  due à un changement d’expression d’isoforme de Titine suite à un remodelage musculaire après des exercices excentriques intenses (Voir plus de détails dans l’article original). Il est ainsi  progressivement établit que la Titine en particulier dans le coeur est un acteur principal pour renforcer les ponts  (connexion entre Myosine et Actine),  au sein des fibres musculaires. La structure cristalline de la Titine humaine par son motif M10 forme un complexe avec l’:Obscurine qui se révèle être le module de la bande M capable de réaliser une fermeture à glissière spécifique et conservée dans le Muscle. Un schéma récapitulatif montre  la représentation spatiale des séquences respectives de la Titine  (résidus 34252 à 34350) et de l’Obscurine qui sont impliquée dans cette fermeture à glissière et sont présentées ci-contre en référence à l’analyse présentée dans l’article indiqué.

Un autre travail sur l’arrangement spatial particulier  analyse également le complexe entre Titine et Obscurine dont les hélices en épingles à cheveux permettent une association spécifique et démontre l’existence d’un nouveau rôle pour un tel sous-ensemble de domaine Ig .Ce rapport  indique un nouvelle allèle de la maladie suite à une mutation de novo ce qui indique la vulnérabilité mutationnel de la Titine sur son exon 343. Cela conduit à une  myopathie héréditaire avec une insuffisance respiratoire précoce et des mutations concernant des changements tels  P30091I ou C30071R. .

Les fréquences de tremblements musculaires  chez les patients possédant une Titine altérée sont  inférieures à la normale. Ce constat est compatible avec une  rigidité musculaire plus  réduite et ces résultats suggèrent que la Titine affecte le réglage de la fréquence des frissons. Les effets cardiaques de la  troncature de la Titine ont été enregistrés et cette analyse est rapportée dans ce travail sur diverses versions variantes de la séquence de la Titine (TTNtv). La rigidité du myocarde chez les patients présentant une insuffisance cardiaque est analysée en détails en particulier en relation avec la distribution du Collagène et de la Titine.

Une revue indique et commente les connaissances actuelles sur  la distribution de la Titine par rapport aux bandes A, I et M ainsi que ses relations avec les filaments d’Actine et de Myosine. Ce travail se concentre sur les mutations concernant plus particulièrement les mutations dans la portion M10 de la Titine et en donne la caractérisation sur les propriétés biophysiques de cette extrémité C-terminale de la protéine.

pliage et dépliage d'un domaine Ig de la TitineLa dynamique de l’équilibre au cours des transitions imposées par le du pliage et le dépliage d’un  domaine d’immunoglobuline  (Ig127) est analysée en détail dans ce travail et une illustration indique les performances élastiques de cette zone prise comme modèle pour mieux comprendre l’élasticité de la Titine dans son ensemble. Une illustration montre le domaine et son maximum d’extension possiblecorrespondant à la séquence 26322-26410

Une nouvelle stratégie thérapeutique de la cardiomyopathie dilatée provoquée par des mutations sur la Titine consiste à utiliser des antisens spécifiques dédiés à la réalisation d’épissage d’ un exon ciblé sur le gène codant pour la protéine. Possibilité d’éliminer le codon stop de l’exon 326 en réalisant une jonction via des oligonucléotides spécifique de l’exon 325 avec l’exon 327 en gardant la portion codante de l’exon 326 avant la mutation. Cette stratégie permet de convertir une Titine mutée non fonctionnelle (C. 43628msAT) contenant un codon stop prématuré en une Titine avec un épissage fonctionnel.

On parle de pathologie affectant la Titine comme d’une Titinopathie et en particulier dans le cas où la pathologie est provoquée par un clivage spécifique C-terminal de la Titine par la Calpaïne-3 ce qui altère la fonction de la Titine (Voir détails dans l’article en référence et la distribution de plusieurs mutations concernant cette zone C-terminale altérée dans les pathologies de types LGMD2J).

Dans cette revue on va trouver un bilan des connaissances sur la Titine qui est relativement récent (2015) et qui fait la compilation de l’ensemble des mutations enregistrées sur la Titine en fonction des pathologies conmutations-sur-la-titinecernées. Une illustration reprend les informations contenues dans l’article en référence et indique la distribution sur le portrait-robot de la Titine de ces diverses mutations ainsi que les pathologies observées chez l’homme.

Les mutations de la Titines qui se traduisent par une cardiomyopathie dilatée concernent en fait une organisation insuffisante du sarcomère. Des cas particuliers de  plusieurs mutations ciblées comme par exemple W954Ret/ou plusieurs cas de faux sens (voir détails dans l’article original) qui se trouvent distribuées tout au long de la séquence de la Titine concernent  dans ce travail une mise au point d’une stratégie avec des cellules dites « iPS » permet d’envisager une nouvelle technique thérapeutique

Identification d’une nouvelle mutation dans le gène codant pour la  Titine (Trp 35930Arg) chez  une famille chinoise avec une pathologie de type  Limb-Ceinturon Dystrophie musculaire 2J. Cette mutation est intégrée dans la compilation des mutations illustrée plus haut. Le  rôle de la phosphorylation de la  Titine  est étudiée dans ce travail en relation avec le développement de l’amyotrophie.

détails sur l'arrangement spatial de la TitineDes progrès structurels sur l’organisation de la Titine sont annoncés dans ce travail qui donne plus d’information pour une compréhension atomique des fonctions des  multi-domaines la constituant  et les relations mécaniques avec les  myofilaments et leurs architectures. Un schéma structurel de la  Titine redonne l’identification des diverses structures répétitives constituant la protéine avec les références sur les zones du sarcomère couverte par la Titine ainsi qu’une identification des sigles pour diversifier les séquences selon leurs localisations. Quelques structures spatiales illustrent également ce schéma (Voir détails dans l’article original).

Principales isoformes de la TitineL’étude présentée dans ce travail rapporte l’évolution du rôle de la Titine dans la physiologie cardiaque et dans la cardiomyopathie associée. Dans ce travail une mise à jour des diverses isoformes de la Titine au niveau du muscle squelettique mais aussi du muscle cardiaque est extraite de l’article original et figure dans le schéma suivant présenté ci-contre.

En 2016, un étude démontre que l’augmentation des forces sans relation avec les pont entre Actine et Myosine (Crossbridge)  après un étirement du muscle strié se trouve activé et lié aux types d’  isoformes spécifique de Titine au sein du muscle considéré. Un tel résultat est confirmé par les analyses et commentaires sur ce type de rôle passif de la protéine géante qu’est la Titine. Ainsi la présente investigation reflète le travail accompli par la Titine qui assiste le muscle et en particulier le repliement fonctionnel des filaments et les rapports entre l’Actine et la Myosine au sein d’un sarcomère au cours de la contraction musculaire. Ainsi,  il est admis que la Titine contribue à la loi de Frank-Starling au niveau du cœur par les réarrangements structuraux des deux protéines majeurs du muscle constituantes des filaments fin  et épais.

Un modèle de continuum multi-échelle est alors proposé sur  la mécanique du muscle squelettique prédisant une amélioration de la force basée sur l’interaction entre Actine et Titine. Par ailleurs il est observé une diminution de l’amélioration de la force dans les sarcomères du muscle squelettique avec une délétion au niveau de la Titine. La Titine, est à considérer comme un médiateur central pour hypertrophique. Cette protéine géante est impliquée dans le remodelage et la signalisation du Muscle. On retrouvera dans ce travial une illustration de la longueur totale de la Titine avec des détails à jour sur les divers partenaires distribués sur toute la longueur de cette séquence comme cela à déjà été illustré plus haut (Voir détail dans cette référence)

Profils d'étirement de la Titine au sein du muscleLa Titine est également un générateur de force au sein du sarcomère à la fois par son élasticité mais aussi par sa relative raideur en particulier pour ce qui concerne la distance contrôlée entre chaque filament de Myosine par rapport aux filaments d’Actine au sein des fibres musculaires. Au sein des fibres musculaires on va découvrir le rôle exact et la participation de la Titine par son élasticité et sa capacité à se stabiliser sous l’influence d’une liaison avec la calcium dans un état étiré. Cette situation est résumée en 3 étapes dans un schéma directement issu de l’article en référence, qui indique la situation au repos et au cours des étirements suite aux cycles de contractions relaxation du muscle au niveau d’un sarcomère.

Associations de la Titine au niveau des disques ZDans cet article du début de l’année 2016 une situation précise de l’organisation du Disque-Z est mise en focus dans une analyse de la distribution de la Titine et de ses principaux partenaires dans cette zones en reprenant les informations les plus récentes acquises par les toujours très nombreuses études concernant la Titine. Un schéma donne une indication sur cette organisation précise de la zone du Disque-Z en regard de la présence de plusieurs Titines et sur l’architecture contrôlée de la distribution des filaments de Myosine qui en resulte.

En 2017, dans ce chapitre en évolution permanente il est bon de considérer aussi cette dernière revue, qui basée sur une approche en  microscopie électronique conduit à l’émergence de ce qui est maintenant connu et accepté sous le terme de  Titine, comme un élément élastique classé comme un composant des filaments de troisième type .

Une nouvelle publication rapporte l’existence d’une «seconde troncature» dans la séquence de la TTN ce qui va entrainer une dystrophie musculaire récessive précoce. Il est ainsi analysé dans cette étude la somme de six variants rares dans le TTN, dont quatre étaient des faux variants et deux ont été prédits comme pouvant être très dommageables. Il s’agit d’une part d’une substitution de nucléotides dans l’intron 362 (c.107377 + 1G> A) qui est susceptible de perturber le site d’épissage consensus, et d’autre part d’une nouvelle mutation non-sens dans l’exon 352 (c.97863G> A p (Trp32621 *)). Une nouvelle délétion est analysée dans ce travail qui conduit à un décalage du cadre dans l’exon 353 (c.98603delT p. (Phe32868Serfs * 11)). Par ailleurs une une nouvelle séquence variante non-sens est également décrite pour  l’exon 329 (c.87529A> T p. (Lys29177 *)).

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur La Titine il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)     La Titine avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

Protéine :  TITIN; TTN

Pathologies associées: CARDIOMYOPATHY, DILATED, 1G; CMD1G : CARDIOMYOPATHY, FAMILIAL HYPERTROPHIC, 9; CMH9 ; MUSCULAR DYSTROPHY, LIMB-GIRDLE, TYPE 2J; LGMD2J ; MYOPATHY, EARLY-ONSET, WITH FATAL CARDIOMYOPATHY ; HEREDITARY MYOPATHY WITH EARLY RESPIRATORY FAILURE; HMERF ; TIBIAL MUSCULAR DYSTROPHY, TARDIVE.