Tropomiosina

miniatura|250px| Cadea de tropomiosinas A,B,C,D.
A **tropomiosina** é unha proteína formada por dúas cadeas en hélice alfa superenroladas que se encontra no citoesqueleto das células. Está asociada aos filamentos de actina das fibras musculares, onde regula a contracción muscular. Tamén se encontra en células non musculares, onde regula o citoesqueleto.

## Citoesqueleto de actina e miosina 
Todos os organismos posúen estruturas que lles proporcionan integridade física ás súas células. Estas estruturas forman en conxunto o citoesqueleto, e un dos sistemas máis antigos está baseado en polímeros filamentosos da proteína actina. Un segundo polímero proteico é a tropomiosina, que forma parte integral dos filamentos de actina dos animais.

As tropomiosinas son unha gran familia de compoñentes integrais dos filamentos de actina que exercen unha función fundamental na regulación da función dos filamentos de actina tanto en células musculares coma non musculares. Estas proteínas consisten nun hetero- ou homodímero con forma de bastón que se sitúa sobre o suco da hélice alfa da maioría dos filamentos de actina. A interacción ocorre en toda a lonxitude do filamento de actina, e os dímeros están aliñados cabeza con cola.

As tropomiosinas categorízanse a miúdo en dous grupos: isoformas de tropomiosina muscular e de tropomiosina non muscular. As isoformas da tropomiosina muscular están implicadas na regulación das interaccións entre as proteínas actina e miosina no sarcómero do músculo, e xogan un papel central na regulación da contracción muscular. As isoformas de tropomiosina de células non musculares funcionan en todas as células (nas non musculares e tamén nas musculares) e están implicadas en diversas vías celulares que controlan e regulan o citoesqueleto da célula o outras funcións celulares importantes.

O sistema de filamentos de actina que está implicado na regulación destas vías celulares é máis complexo que os sistemas de filamentos de actina que regulan a contracción muscular. O sistema contráctil depende de catro isoformas de filamentos de actina e de cinco isoformas de tropomiosina, mentres que o sistema de filamentos de actina do citosqueleto utiliza dúas isoformas de filamentos de actina e unhas 40 isoformas de tropomiosina.

## Funcións 
### Influencia sobre a unión das "proteínas que se unen á actina" cos filamentos de actina 
O sistema de microfilamentos de actina é o sistema citoesquelético fundamental implicado no desenvolvemento e mantemento da morfoloxía da célula. Debido á capacidade deste sistema para responder rapidamente aos estímulos celulares e de sufrir reorganizacións estruturais crese que este sistema regula cambios estruturais específicos en diversas rexións celulares.

Nos humanos, só hai seis isoformas da actina, e estas isoformas son responsables de formar un conxunto de estruturas celulares complexas e únicas que interveñen en interaccións celulares. Pénsase que o funcionamento e a forma do citoesqueleto de actina están controladas en gran medida por proteínas que se unen á actina (ABP, *actin-binding proteins*) que están asociadas co polímero de actina. As ABP son un grupo de proteínas que se unen á actina. Aínda que a tropomiosina se inclúe ás veces entre as ABP, en realidade non é unha verdadeira ABP. O dímero de tropomiosina ten moi pouca afinidade polo filamento de actina e non forma enlaces de van der Waals coa actina. Só a formación dun polímero de tropomiosina envolto arredor do filamento de actina proporciona a estabilidade necesaria para a interacción tropomiosina-filamento de actina.

Moitos estudos indican que a unión das isoformas de tropomiosina ao filamento de actina pode influír na unión doutras ABPs, as cales en conxunto alteran a estrutura e danlle propiedades e funcións específicas aos filamentos de actina. Isto foi demostrado en células neuroepiteliais, nas que o incremento da expresión da tropomiosina 5NM1 aumenta o recrutamento da miosina IIB, unha proteína motora, na área do cono de crecemento da neurona. Porén, a sobreexpresión da tropomiosina Br3 ten o efecto oposto, xa que causa a diminución da actividade da miosina na mesma rexión.

Nun estudo pioneiro feito por Bernstein e Bamburg, observouse que a proteína que se une á actina chamada *factor de despolimerización da actina (ADF)/cofilina*, que, como indica o seu nome, é un factor que promove a despolimerización do filamento de actina, competía coa tropomiosina pola súa unión ao filamento de actina. A expresión da tropomiosina 5NM1 nas células neuronais eliminaba o ADF/cofilina da rexión do cono de crecemento, facendo que os filamentos de actina fosen máis estables. 9p13, 1q22 e 19p13, respectivamente.

## Splicing 
Ao utilizar diferentes xenes e splicing alternativo xéranse un gran número de isoformas. Nos mamíferos, en todos estes xenes, a transcrición iníciase no inicio dos exóns 1a ou 1b. Dependendo do promotor e do exón que se utilice, as isoformas da tropomiosina poden clasificarse como de alto peso molecular (HMW, 284 aminoácidos) e de baixo peso molecular (LMW, 248 aminoácidos). As isoformas de alto peso molecular expresan o exón 1a e tamén o 2a ou 2b, mentres que as de baixo peso molecular expresan o exón 1b. No C-terminal, o transcrito empálmase outra vez ao exón 9, elixindo os exóns 9a, 9b, 9c, ou 9d. Aínda que se descubriron por comparación de secuencias diferenzas substanciais entre os exóns alternativos dun mesmo xene (1a e 1b, 6a e 6b, e o exón 9s), a maioría dos exóns están moi conservados entre os diferentes xenes. Por exemplo, os exóns 1a e 1b do xene α varían considerablemente en secuencia, malia que a secuencia do exón 1a dos xenes α-, β-, γ-, e δ está moi conservada.

Debido á natureza conservadora dos xenes, crese que os xenes evolucionaron a partir dun xene ancestral común, dando lugar a unhas 40 isoformas funcionalmente distintas. A expresión destas isoformas está moi regulada e é variable ao longo do desenvolvemento. A diversidade da expresión da tropomiosina, tanto no espazo (en distintos tecidos) coma no tempo (en distintas fases do desenvolvemento), ten a potencialidade non só de servir para regular o funcionamento dos filamentos de actina senón tamén a de crear poboacións de filamentos de actina especializados.

## Distribución espacial na célula das isoformas da tropomiosina 
Numerosos informes indican que as isoformas da tropomiosina están distribuídas espacialmente en diferentes localizacións intracelulares, a miúdo asociadas con poboacións de filamentos de actina que interveñen en procesos específicos. A visualización directa da segregación espacial das isoformas foi conseguida inicialmente por Burgoyne e Norman e pouco despois por Lin e colaboradores. Todos eles observaron que isoformas específicas estaban asociadas con estruturas celulares determinadas. fibroblastos, no músculo esquelético e nos osteoclastos puxeron en evidencia a complexa asociación que teñen as isoformas da tropomiosina coas estruturas celulares. Estes estudos levaron a pensar que a regulación da distribución das isoformas é extremadamente complexa e está moi regulada.

### Regulación da distribución 
A distribución das isoformas da tropomiosina en localizacións intracelulares determinadas está regulada no desenvolvemento. Os estudos iniciais informaron que a distribución das isoformas cambiaba durante o desenvolvemento, e que a tropomiosina 4 estaba localizada inicialmente no cono de crecemento das neuronas en crecemento, pero que nas neuronas maduras estaba situado no compartimento somatodendrítico. Estas observacións están apoiadas por estudos sobre as diferentes isoformas da tropomiosina, que mostran como as poboacións de tropomiosina son recolocadas durante a maduración neuronal. Esta evidencia apoia tamén a noción de que as isoformas da tropomiosina están suxeitas a unha regulación temporal.

Outros estudos identificaron o papel que xoga o ciclo celular na distribución de isoformas. Un estudo que examinou un conxunto de produtos de tropomiosinas de alto peso molecular (HMW) producidos nos xenes α e β e comparou a localización con produtos de tropomiosinas de baixo peso molecular (LMW) do xene γ atopou que os produtos HMW e LMW segréganse de forma mutuamente excluínte durante a fase G1 temperá do ciclo celular. A distribución do ARNm da tropomiosina 5NM1/2 con esta localización correlaciónase coa expresión da proteína tropomiosina 5NM1/2. En contraposición, o ARNm que codifica a tropomiosina Br2 nunca se presentaba no polo da neurona. O estudo encontrou que a tropomiosina 3, unha isoforma que normalmente se expresa en neuronas, estaba amplamente distribuída a través da neurona, mentres que a expresión exóxena da isoforma neuronal tropomiosina 5NM1/2 estaba distribuída no cono de crecemento das neuronas igual que a tropomiosina 5NM1/2 endóxena. Dado que estes dous transxenes difiren só na rexión codificante da tropomiosina aínda que localizadas en distintas áreas, os descubrimentos suxiren que, ademais da distribución dos ARNm, as propias proteínas conteñen información sobre a súa distribución.

Algúns estudos suxiren que a distribución na célula das isoformas da tropomiosina pode tamén ser influída pola composición da isoforma da actina dos microfilamentos. Posteriormente atopouse que, cando as células eran expostas á citocalasina D, un composto que produce a desorganización dos filamentos de actina, quedaba alterada a distribución das isoformas da tropomiosina. Unha vez realizado o lavado da citocalasina D, a distribución das isoformas da tropomiosina quedaba restablecida. Isto indica a forte relación entre o proceso da distribución das isoformas e a incorporación das isoformas da tropomiosina en conxuntos organizados de filamentos de actina. Non hai probas de que exista un transporte activo de isoformas da tropomiosina ás localizacións específicas. Máis ben o que parece que ocorre é que a distribución das isoformas é o resultado da ensamblaxe local de isoformas preferidas en sitios intracelulares específicos. Os mecanismos que subxacen na distribución na célula das distintas isoformas da tropomiosina parecen ser de natureza inherentemente flexible e dinámica.

## As isoformas non son funcionalmente redundantes 
As tropomiosinas realizan funcións esenciais e son necesarias en moitas especies desde lévedos a vermes, e moscas e en animais máis complexos.

O papel esencial das tropomiosinas foi descuberto nos laboratorios Bretscher, onde se descubriu que eliminando o xene TPM1 dos lévedos de xemación, as taxas de crecemento reducíanse, a presenza dos filamentos de actina desaparecía, observábanse defectos no transporte vesicular, e o apareamento dos lévedos era escaso. Ao eliminar un segundo xene neses lévedos, o xene TPM2, non houbo cambios observables no fenotipo; porén, cando se eliminaba en combinación co TPM1, esta deleción dobre era letal. Isto indica que os xenes TPM1 e TPM2 teñen unha función solapada, aínda que o TPM2 non pode compensar completamente a perda de TPM1, o que indica que algunhas funcións de TPM1 son exclusivas. Atopáronse resultados similares en moscas, vermes, anfibios, e mamíferos, que confirmaban os resultados previos e suxerían a implicación da tropomiosina nunha gran variedade de funcións celulares. Con todo, os tres xenes coexpresados TMP1, TMP2, e TMP4 non poden compensar a deleción do xene TPM3 en células nai embrionais e en embrións de rato preimplantación.

Os resultados dos experimentos de knockout de xenes poden ser ambiguos e deben ser examinados coidadosamente. En estudos nos cales a deleción dun xene produce letalidade, pode ao principio parecer que o produto do xene ten unha función verdadeiramente exclusiva. Porén, a letalidade tamén pode ser o resultado da incapacidade da célula comprometida de expresar outras isoformas para recuperar o fenotipo porque a isoforma requirida non se expresa naturalmente na célula.

## Papel en enfermidades 
### Cancro 
Moitos estudos mostran que nas células que están sufrindo transformación celular hai cambios específicos no repertorio de tropomiosinas expresadas. Estes resultados doadamente reproducibles indican que durante o proceso de transformación celular, un proceso no que unha célula normal se converte en maligna, hai unha diminución da síntese das isoformas de tropomiosina de alto peso molecular. Nos estudos iniciais, a transformación de fibroblastos de embrión de rata da liña celular REF-52 e de células de ril de rato normais causa unha diminución da síntese de tropomiosinas de alto peso molecular. Nestes dous sistemas, a regulación á baixa contribuía ao descenso dos niveis de ARNm. Estes resultados iniciais sinalan que as tropomiosinas xogan un papel esencial para facilitar certos procesos que ocorren durante a transformación celular, como a reorganización dos filamentos de actina e cambios na forma celular. Estes estudos foron reproducidos noutros laboratorios e noutras liñas celulares, con similares resultados (revisado en Gunning et al., 2008 O estudo atopou que, a medida que as células se volvían metastáticas, había un marcado descenso na expresión de tropomiosina 2 de alto peso molecular e dos niveis dos seus ARNm.

Estes resultados confirmáronse en tumores primarios e modelos humanos. Os estudos feitos en cancros de colon e vexiga urinaria atoparon un incremento na expresión da tropomiosina de baixo peso molecular 5NM1. O aumento da expresión desta isoforma tamén se observou en fibroblastos de rata, e crese que esta isoforma é necesaria para a motilidade do melanoma moi metastático. Ademais, a expresión elevada de tropomiosina 4 foi asociada coa metástase de ganglio linfático no cancro de mama.

Todos estes estudos suxiren que os cambios na expresión e complemento de isoformas de tropomiosinas forman parte integral do proceso do cancro e da súa progresión. O consenso é que, en xeral, as células de cancro fanse máis dependentes das tropomiosinas de baixo peso molecular a medida que as tropomiosinas de alto peso molecular desaparecen cun incremento da malignidade do cancro. Estudos posteriores confirmaron estes resultados, pero tamén identificaron a tropomiosina 5 e a tropomiosina 1 como as tropomiosinas principais implicadas na patoxénese da colite ulcerativa. A tropomiosina 5 foi relacionada coa pouchite na bolsa ileal formada na cirurxía da colite ulcerativa. O elevado número de células produtoras de IgG na mucosa do colon dos pacientes de colite ulcerativa é estimulada a producir IgG contra epitopos relacionados coa tropomiosina 5. A tropomiosina 5 pode, por tanto, inducir unha resposta significativa das células T. Unha análise fisicoquímica de motivos estruturais comúns presentes en 109 autoantíxenos humanos revelou que as tropomiosinas teñen o maior número de ditos motivos, e así unha gran propensión a actuar como autoantíxenos.

Ademais do papel exercido polas tropomiosinas na colite ulcerativa, tamén se atoparon anticorpos antitropomiosina na febre reumática aguda  e no trastorno inflamatorio síndrome de Behcet. En ambos os casos, non está claro se estes anticorpos teñen un papel directo na patoxénese destas doenzas ou reflicten a alta antixenicidade das tropomiosinas liberadas das células afectadas.

### Doenzas musculares 
A miopatía nemalínica é unha doenza muscular que se caracteriza pola presenza de corpos con forma de bastón electrodensos nas fibras musculares esqueléticas. Estes corpos electrodensos están compostos principalmente de α-actinina e actina. O trastorno é clasificado a miúdo clinicamente en varios grupos, como leve (típico), intermedio, grave, e de comezo na idade adulta; porén, estas distincións son algo ambiguas, xa que as categorías con frecuencia se solapan. As mutacións que as causan detectáronse na α-actinina esquelética, tropomiosina, nebulina, e troponina. Nos humanos, identificáronse mutacións tanto nos xenes da γ-tropomiosina coma nos da β, pero non se identificaron mutacións no xene da α-tropomiosina.

## Uso de anticorpos no estudo das tropomiosinas 
Na comunidade científica hai un grande interese nas isoformas da tropomiosina debido á gran cantidade de procesos nos que están implicadas estas proteínas.

Unha forma de estudar estas proteínas e as súas isoformas específicas é utilizando anticorpos. Estes anticorpos específicos poden usarse en experimentos de *blotting* de proteínas e aplicarse ás células ou cortes de tecidos e observadas co microscopio. Isto permite aos investigadores non só determinar o nivel de concentración dunha isoforma ou un grupo de isoformas senón tamén identificar a localización celular dunha isoforma determinada e as asociacións con outras estruturas celulares.

Actualmente hai moitos anticorpos dispoñibles comercialmente, aínda que os grupos de investigación adoitan preferir desenvolver os seus propios anticorpos específicos para isoformas específicas. Antes de que se poidan usar, estes anticorpos deben ser caracterizados detalladamente, un proceso no que a especificidade do anticorpo se examina para asegurar que o anticorpo non ten reaccións cruzadas con outras formas de tropomiosina ou con outras proteínas.

## Notas