Triadine

INTRODUCTION

Dans les années 1990 les recherches chez le lapin, animal modèle de choix pour les études sur le muscle,  permettaient des avancées significatives sur  nos connaissances au niveau de  la jonction Triadique.  En particulier on venait d’isoler de nouvelles protéines. On parle alors plus précisément de protéines localisées dans la zone dite  «junctional foot protein ; (=JFP) ».  Diverses techniques sont mises en œuvre comme les colonnes d’immuno affinité ou l’overlay. On va ainsi isoler en particulier une nouvelle protéine dont le poids moléculaire est d’environ 95 kDa qui sera alors authentifiée comme un partenaire intégral du domaine de jonction des citernes terminales (TC) du Réticulum Sarcoplasmique.

Comme un anticorps spécifique monoclonal avait été produit contre cette protéine, (codifié : GE 4.90), il a été possible de mieux localiser cette protéine. On va ainsi la  baptiser Triadine, et définir sa présence précisément au niveau des Citernes Terminales, au niveau des structures nommées triades et cela dans des conditions non-dénaturantes.

La Triadine

Cette protéine avec un poids moléculaire apparent de  95 kDa est d’écrite comme susceptible de former des homo-oligomères qui se stabilisent via des ponts dissulfures. On parle alors de la Triadine non pas au sein des T-tubules ou de la partie longitudinale du Réticulum Sarcoplasmique mais seulement au niveau des Citernes Terminales (TC) du Réticulum Sarcoplasmique. Puis toujours en utilisant cet anticorps monoclonal, c’est au niveau de la Dyade  qu’une protéine similaire va être clairement identifiée au sein du muscle cardiaque

En 1993 un travail de nouveau au niveau du muscle de lapin permet de publier la séquence primaire de la Triadine. Peu de temps plus tard, en 1995, on va identifier chez l’homme une protéine de taille similaire dont le gène se trouve localisé sur le chromosome 6.

Enfin des études chez le lapin permirent de comparer la Triadine de muscle squelettique  (référencée SKM de 95 kDa) avec des séquences de protéines isolées à partir du muscle cardiaque du même animal mais ayant approximativement des poids moléculaires de  32,  35, et  75 kDa pour les formes dites   CT1, CT2, et CT3 respectivement.  La divergence de ces structures fut établie à partir du résidu 264 de la séquence de la Triadine du muscle squelettique de lapin.

Cette étape démontrait que chez le lapin il existait bien des Triadines longues dans le muscle squelettique et des Triadines plus courtes dans le muscle cardiaque mais que les séquences primaires de ces dernières étaient légèrement divergentes. On va alors cloner et caractériser les Triadines de muscle cardiaque de lapin. Mais cependant c’est la protéine référencée comme la Triadine 1 qui apparaît comme étant la forme prédominante dans les cœurs de mammifères.

Puis en 2000 on va identifier dans le muscle squelettique de Rat  une forme courte légèrement différente avec  seulement  51 kDa mais cependant très similaire à la Triadine de 95 kDa. La nomenclature proposée va alors  indiquer le poids moléculaire apparent de l’isoforme de Triadine. On parle alors  de Trisk 95 et Trisk 51, signifiant en fait (TRIadin, SKeletal muscle), ceci notamment en ce qui concerne le muscle squelettique. Par ailleurs dans le muscle cardiaque on va privilégier la nomenclature suivante avec  CT (Cardiac Triadin) C’est en 2001 que chez la souris des formes plus courtes de Triadines  (environ 40 kDa), sont clonées avec une terminologie correspondant à  Triadine 1, 2 et 3.
Chez l’homme on va identifier une première séquence de la Triadine avec seulement 729 résidus pour un poids moléculaire de 81 kDa. On adopte alors la terminologie Trisk pour les Triadines.   Elle est donc codifiée comme la forme Trisk 95. Puis chez l’homme on va identifier une autre forme de Triadine référencée actuellement comme la forme majeure de Triadine  du muscle. C’est la  « Trisk 51 », tout en indiquant que chez l’homme les formes Trisk 95 et Trisk 51 proviennent du même gène mais avec des épissages alternatifs différents Le C-terminal de la Trisk 51 humaine est unique et possède  la séquence C-terminale GKKK.

Ainsi ces 2 isoformes de Triadine semblent être  exclusivement exprimées dans le muscle squelettique chez l’homme.Cependant, chez le rat il y aura des formes plus courtes qui seront identifiées comme Trisk 49, Trisk 32 (cette dernière étant  associée comme similaire à la forme codifiée CT1) .Chez l’homme cette forme  Trisk 32 va être identifiée comme exprimée dans le muscle cardiaque.  Ainsi comme attendu avec les données de ces diverses séquences de Triadines,  tous les anticorps dirigés contre la partie N-terminale des Triadines reconnaitra toutes les isoformes, tandis qu’un anticorps dirigé contre une séquence C-terminale sera spécifique pour l’isoforme  considérée.

tableau de séquences des traidinesLes données de séquences sur les Triadines humaines sont réunies dans le tableau ci-dessous avec comme abréviation TRDN. On trouvera également divers lien direct pour plus d détails sur la base SwissProt avec les codes respectivement de : Q13O61 ; Q81VK2 ; A5D6W5.

 

Il existe par ailleurs dans les banques de données concernant la famille des Triadines chez  l’homme, quelques séquences prédictives qui ont parfois été identifiées sous formes de transcrits courts avec un poids Moléculaire apparent d’environ  20 à 40 kDa.  (voir lien indiqué)

Portrait robot des diverses formes de TriadinesUn portrait-robot des 3 majeurs isoformes de Triadine est présenté ci-dessous avec les informations suivantes : Le résidu Méthionine en première position est éliminé au cours de la maturation de la protéine. Les Triadines sont des glycoprotéines.  Les 2 sites majeurs de glycosylation sont indiqués et concernent des résidus asparagines (N=colorés en vert).

Des sites de phosphorylations concernant des résidus Sérine (S)  et des Thréonine (T) sont également identifiés (Colorés en bleu). Il existe un seul segment transmembranaire qui va diviser la protéine en 2 segments inégaux. Un court  segment N-terminal d’environ 50 résidus, et une large portion C-terminale qui constitue le corps de la protéine. C’est cette portion C-terminale plus ou moins longue qui va différencier les diverses isoformes de Triadine.

Les résidus Cystéine potentiellement impliqués dans des ponts dissulfures inter chaînes sont colorés en rouge. Les zones violettes concernent une séquence bien particulière composée des résidus KKEEK,  (avec une possibilité de substitution permise), que l’on va trouver de manière répétitive tout au long de ces séquences. Les 2 zones en feuillet bêta sont colorées sous forme de flèches en jaune.

 disposition de la tridine à la membraneLa localisation au niveau de la membrane du réticulum sarcoplasmique et la position des segments N- et C-terminaux par rapport à la partie transmembranaire, et vis-à-vis de la partie cytoplasmique versus la partie interne du réticulum a été relativement exhaustivement étudiée.  Toutes ces données figurent dans l’article en référence en adaptant les données déjà acquises par Knudson dans ses travaux pionniers sur le sujet Un schéma montre la disposition des feuillet bêta comportant des résidus Cystéine disponibles pour un pont dissulfure et la présence d’un asparagine susceptible d’être glycosylée comme dans le schéma ci-contre.

Une image précise de la distribution de la Triadine de muscle squelettique comme étant une glycoprotéine associée au Réticulum Sarcoplasmique est donnée dans l’article en référence. On va ainsi progressivement déterminer que, dans la séquence de la Triadine,  il existe des ponts  dissulfures qui vont stabiliser la formation d’homo-oligomère de Triadine. Les  Oligomérisation des Triadines à la membranefeuillets bêta étaient proposés comme transmembranaires avec les cystéines susceptibles de réaliser ainsi des pont dissulfures inter chaînes voisines de différentes Triadines, tandis que la glycosylation de l’Asparagine en position  647 serait positionnée dans la lumière du réticulum sarcoplasmique. L’illustration ci-dessous propose un arrangement potentiel au niveau des formes longues de Triadine comme Trisk95 (consulter l’article en référence dans l’illustration pour avoir la disposition des Triadines initialement proposée.) Un assemblage Oligomérique est schématisé dans la figure présentée ci-contre.

Les partenaires de la Triadine

La Triadine est capable de se lier avec le récepteur à la dihydropyridine (DHPr). Des expériences, utilisant différentes protéines de fusion pour divers segments de Triadine, mettent en évidence une association pour la zone DHPr-644-799. Toujours en utilisant divers segments de Triadine,  sous forme de divers peptides de synthèse bactérienne, il est mis en évidence une association avec le récepteur à la Ryanodine. Cette association avec le récepteur à la Ryanodine fut progressivement affinée et la participation d’une portion du récepteur possédant des résidus chargés négativement,  (RyR1,  zone  4860-4917), est définie comme impliquée dans la zone d’interaction avec une structure en boucle de la Triadine.

Puis, si la liaison avec le récepteur à la Ryanodine est bien confirmée,  un autre travail rapporte une association avec une protéine musculaire différente, la Calséquestrine Des feuillets bêta, sont en fait les acteurs principaux de l’association entre la Calséquestrine et la Triadine. Il y a mise en évidence de l’existence d’une association polaire entre les 2 partenaires. Pour cela il y a  participation d’une zone d’environ 15 résidus de la Triadine  (séquence 210-224), contenant  la séquence KKEEK (ou une substitution est possible) avec probablement la région C-terminale riche en résidus acides de la Calséquestrine (zone 356-399).

On  identifie alors un complexe macromoléculaire autour de la Calséquestrine. Au niveau de la partie interne du Réticulum Sarcoplasmique (lumière), il existe une association entre la protéine dite « HRC =Histidine-Rich  Ca-binding protein)  et la Triadine. Cette association fait participer la région riche en Histidine de la protéine HRC (zone 199-470),avec la région 204-260 de la Triadine. Le domaine cytoplasmique de la Triadine du muscle rapide de lapin est phosphorylable au niveau de résidus Tyrosines via la protéine kinase spécifique dite « CaM protein kinase ». La région N-terminale de la Triadine (zone 34-37) participe à l’association avec cette kinase.

La cavéoline-3 est décrite comme une protéine qui fait partie du complexe de protéines impliquées dans la régulation calcique dans la zone membranaire proche de la région d’ancrage de la  Triadine. Enfin un partenaire supplémentaire,  la Junctine , va être mis en avant pour son implication dans la relation avec la Calséquestrine. Ainsi on parle vraiment de la Triadine et de la Junctine comme des protéines, faisant partie intégrante des protéines membranaires du Réticulum Sarcoplasmique et pouvant participer, entre autre, à une interaction avec la Calséquestrine.

Les Triadines sont ainsi conçues comme des protéines capables de moduler l’activité de la RyR, de sorte que toutes les modifications capables de changer son niveau d’expression permettront de réduire la libération de Calcium au sein du réticulum Sarcoplasmique. Une récente revue présente la liste des organelles cellulaires en relation avec l’homéostasie calcique ainsi que les différentes protéines que l’on a identifiées à ce jour dans ces divers compartiments cellulaires.

Principaux partenaires de la TriadineOn peut donc par ailleurs considérer  que la structure membranaire du Réticulum membranaire abrite le canal tétramèrique dit Ryr mais se trouve également en interaction directe et / ou indirecte avec les ions calcium/ magnésium,  mais aussi avec les protéines suivantes : la kinase PKA, la protéine de liaison FK506 (=FKBP12 and 12.6), la Calmoduline (CaM), la kinase de type II, Calcium/CaM-dépendante, la Calséquestrine (CSQ), la Triadine et la Junctine. Une illustration simplifiée donne une idée de l’éventail varié de partenaires autour de la Triadine.

Rôle de la Triadine

Devant la multiplicité des formes de Triadine, il  se pose alors la question : « Pourquoi ces multiples formes de Triadine ? » On va alors progressivement bien identifier la distribution des Triadines au niveau du muscle squelettique Puis on va réaliser la topographie des diverses versions de Triadine au niveau du muscle cardiaque. Des informations indiquent que le couplage fonctionnel entre d’une part la protéine dite « TRPC3 » et le récepteur spécifique «  RyR1 » est impliqué dans le processus de régulation de l’expression de l’ensemble des protéines clés de la Triade.

Il existe un rôle régulateur pour la protéine référencée  comme “Histidine-rich Ca binding protein » pour permettre la séquestration du calcium dans le Réticulum Sarcoplasmique au niveau de son implication dans la fonction cardiaque avec la Triadine et/ou la Junctine. On va également constater qu’une mauvaise glycosylation de la Triadine provoquera un processus de dégradation de la Triadine cardiaque.
Puis au fil de nos connaissances, si la Triadine n’est pas remise en cause pour sa participation à l’architecture de la membrane du réticulum sarcoplasmique,  une controverse apparaît quant à son identification comme une protéine appartenant strictement à la triade proprement dite.

compartimentalisation des diverses Triadines dans le muscle squelettiqueChez le rat, la distribution musculaire des divers types de Triadine va ainsi être proposée comme cela est présenté dans l’illustration ci-dessous. Selon l’isoforme de Triadine concernée,  on identifie bien des localisations différentes pour les diverses Triadines (Trsk). On  aura aussi bien les formes longues au sein de la zone des protéines dites Triadiques,  tandis que des formes plus courtes sont localisées dans des zones bien précises de la fibre musculaire,  (voir illustration et détails indiqués dans l’article en référence

Progressivement la Triadine va s’imposer comme un nouvel acteur important dans le processus du couplage entre excitation et contraction d’un muscle. Ces avancées sur la fonction précise des Triadines seront obtenues par l’analyse de 2 types de souris KO (knock-out) pour le gène de la Triadine. On va en déduire un rôle essentiel de la Triadine dans le processus de l’arythmie cardiaque ou dans l’établissement d’une faiblesse musculaire. Cela confère donc  à la Triadine,  une importance majeure au niveau du muscle cardiaque mais également au niveau  du muscle squelettique.

Triadine et Pathologies

Des premiers résultats indiquèrent que dans le cas de cardiomyopathies familiales dilatées un tel défaut pouvait être en relation avec un gène dont le locus se situait sur le chromosome 6 en position 6q23.Chez le rat,  une surexpression de la Triadine va stimuler le couplage entre le processus d’excitation-contraction. Ce processus va conférer au muscle cardiaque une prédisposition à une fréquence plus élevée d’arythmie.

Des études comparatives entre des muscles normaux et des muscles dysgéniques montrent l’importance des Triadines dans l’organisation et la fonction des canaux calciques au niveau du Réticulum Sarcoplasmique. Puis le cas particulier de la souris sur exprimant la Triadine cardiaque, les analyses  montrent un impact de l’abondance de Triadine sur l’hypertrophie du Cœur. Pour le muscle squelettique c’est l’altération de l’expression de la Triadine 95 qui dans le cas d’une culture cellulaire, va permettre de détecter  des perturbations dans les flux calciques au niveau de la cellule musculaire. On va également observer dans le cas de Cardiomyopathie dilatée,  une relative baisse de l’abondance de la Triadine et de la Calstabine-2  chez le chien de race « Great Dane ».

Une mauvaise glycosylation de la Triadine semblait indiquer que ce défaut contribuait à une dégradation plus rapide de la Triadine cardiaque. Progressivement les données obtenues par de nombreux travaux de recherches indiquaient que la Triadine semblait nécessaire, mais pourtant pas indispensable,  à une fonction normale du muscle.

environement des triadines dans le coeurCependant chez l’homme le récent travail sur la Triadine démontre que l’on a bien des mutations spécifiques qui affectent une isoforme courte de la Triadine.  Les conséquences sont décrites dans le détail dans la référence indiquée. Une illustration permet de mieux localiser l’impact potentiel des 2 mutations référencées sur la Triadine Humaine de type Trisk32 (voir article en référence sur les mutations  de la Triadine .) Les plus récentes mutations sont également intégrées sur ce schéma de la Triadine au sein de la membrane.

Les dernières découvertes sur ce sujet  montrent  en effet l’existence d’un impact relativement important de l’absence de Triadine, mais également de la Junctine, comme facteur d’une augmentation de la  lésion cardiaque suite à un processus d ’ischémie-reperfusion. Par ailleurs il paraît aujourd’hui évident que le rapport  « Triadine / Calséquestrine »  est un facteur modulateur critique de la signalisation calcique au sein du réticulum Sarcoplasmique.

De nombreux détails figurant dans le travail présenté sur l’organisation de la Triade au niveau du muscle squelettique et sur le rôle de la Triadine dans l’organisation du Réticulum. L’absence conjointe de la Triadine et de la Junctine chez la souris indique le rôle particulier et spécifique de chacune de ces 2 protéines pour ce qui concerne l’ancrage des Calséquestrine sur le Réiculum Sarcoplasmique dit « de jonction »(jSR) et plus largement sur l’homéostasie du calcium. Des détails et des illustrations permettent de mieux illustrer l’exacte zone d’interaction entre le récepteur de la Ryanodine et la Triadine en particulier avec la séquence des résidus 200 à 232 de la Triadine (voir schéma des partenaires).

Avancées depuis 2013

Une approche plus précise des arythmies ventriculaires. Mise en avant du rôle majeur de la Triadine dans la signalisation autour du calcium dans le cœur. Des travaux antérieurs ont suggérés un rôle possible de la protéolyse calcium-dépendant e dans le processus de découplage des dihydropyridine récepteurs (RyRs) ou de la  Triadine au sein des structures impliquées dans le muscle. Cependant ni les RyRs ni la Triadine ne furent trouvées susceptible d’être protéolysées. La Junctophiline-1 (JP1; MW=90 kDa) stabilise le système tubulaire transversal de manière étroite  avec les membranes du SR dans le muscle squelettique adulte. L’extrémité C-terminale de la Junctophiline-1  est encastrée dans la membrane du système tubulaire transversal  du SR. La distribution de l’ensemble de ces protéines est illustrée dans le schéma ci-contre au niveau d’un cardiomyocyte normal.

Cet autre  travail démontre une protéolyse calcium-dépendante qui a pour cible la  Junctophiline-1 et la Junctophiline-2 dans le muscle squelettique et dans le muscle cardiaque. La Microarchitecture de la structure que l’on désigne par le terme « la Dyade »  est ici dans l’article en référence, étudiée en détails. En particulier il y est montré qu’il existe un rôle essentiel pour les protéines suivantes, telles que la Junctophiline-2, la Calséquestrine, la Triadine et la  Junctine pour maintenir à la fois l’intégrité fonctionnelle et structurelle de la Dyade. Cela permet d’élucider le rôle de chaque partenaire et d’apporter  une nouvelle compréhension des mécanismes des maladies cardiaques, tels que les arytarrangement comparatif des triadines dans le muscle et dans le coeurhmies, l’hypertension, l’insuffisance, et la mort subite au niveau du cœur.

En 2014, encore plus d’informations concernent dans cette approche la définition des zones précises de la Triadine qui sont nécessaire à un ciblage et un accrochage spécifique au sein du réticulum Sarcoplasmique. De même la zone en relation avec une association entre Triadine et Ryr est mieux définie dans le travail en référence . Un schéma général résume la situation dans un muscle squelettique et dans un muscle cardiaque et une version en français figure dans le schéma ci-contre. De plus la situation dans un muscle déficient est également illustrée dans l’article original en référence.

En 2015, une nouvelle donnée figure dans l’étude en référence et permet de mieux appréhender comment d’une part la Triadine mais également d’autre part la Junctine se distribuent un rôle spécifique au sein du réticulum Sarcoplasmique de type (jSR). Une étude porte sur les mutations sur la Triadine associées en pédiatrie avec un  arrêt cardiaque soudain et la pathologie autosomique récessive liée au Syndrome du QT long. Une étude porte sur l’analyse des conséquences de l’absence de Triadine (Voir détails de la technique dite « Triadin Knockout Syndrome« ).  Par ailleurs toujours en relation avec la Triadine, une nouvelle Famille qui présente  une Tachycardie Ventriculaire catécholaminergique polymorphe est découverte en corrélation avec une altération du gène codant pour la  Triadine. Ce nouveau travail présente des avancées sur la régulation du complexe entre le  récepteur de la Ryanodine et la Triadine. De plus il est encore mieux compris avec cette étude l’organisation des  protéines au sein du réticulum sarcoplasmique  (zone de jonction) dans les fibres musculaires squelettiques.

nfluence de la concentration en calcium sur les associations impliquant la TriadineEn 2016, la caractérisation dépendante du calcium  des diverses possibilités d’interactions protéine-protéine au niveau du  réticulum sarcoplasmique cardiaque, ce qui implique aussi bien le récepteur RyR2 que l’association avec la Triadine, la Calséquestrine et/ou la protéine HRC. Les études à concentration en calcium faible, moyenne et/ou forte permettent de mettre en évidence différents types de complexes. En particulier comme le montre le schéma issu de ce travail, en présence d’une forte concentration de calcium il y a détachement de la protéine HRC par rapport au complexe entre Triadine et RyR2 et alors l’activité du récepteur RyR2 est accrue ce qui conduit à une libération du calcium 

Compilation des mutations sur les triadinesUne récente étude indique qu’ un arrêt cardiaque chez deux frères et sœurs est directement à mettre en corrélation avec la présence d’un composé hétérozygote résultant d’une mutation de la Triadine. Ainsi, depuis les premières études sur les Triadines diverses mutations ont été rapportée en association avec une pathologie cardiaque et dans la compilation présentée ci-contre l’ensemble des sites de mutations publiés dans la littérature  sont indiqués sur le portrait robot de la forme longue de Triadine même si certaines mutations (indiquées en rouge) sont décrites comme concernant la version courte de cette protéine.

En conclusion

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

A)     La Triadine 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 : TRIADIN; TRDN

Pathologies associées: VENTRICULAR TACHYCARDIA, CATECHOLAMINERGIC POLYMORPHIC, 5, WITH OR WITHOUT MUSCLE WEAKNESS; CPVT5