Роль полиморфизма тайтина в регуляции структурно-функциональных свойств миокарда в норме и при патологии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат биологических наук Макаренко, Ирина Викторовна

• Макаренко, Ирина Викторовна
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Макаренко, Ирина Викторовна

Список использованных сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава 1. НОВАЯ, ТРЕХНИТЕВАЯ МОДЕЛЬ САРКОМЕРА.

Глава 2. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ МОЛЕКУЛЫ ТАЙТИНА.

2.1. Структура и функции области молекулы тайтина, расположенной в Z-диске саркомера.

2.2. Структура и функции области молекулы тайтина, расположенной в I-зоне саркомера.

2.2.1. Изоформы сердечного тайтина в I-зоне саркомера.

2.2.2. Взаимодействие тайтина с тонкими нитями в I-зоне саркомера.

2.3. Структура и функции области молекулы тайтина, расположенной в А-диске саркомера.

2.4. Структура и функции области молекулы тайтина, расположенной в М-линии саркомера.

Глава 3. РОЛЬ ТАЙТИНА В МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ

МИОКАРДА.

3.1. Молекулярная основа эластичности сердечного тайтина.

3.2. Тайтин и сократительные свойства миокарда.

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЯ В ТАЙТИНЕ ПРИ ПАТОЛОГИИ

МИОКАРДА.

4.1. Ремоделирование миокарда при ДКМП.

4.2. Изменения в тайтине миокарда при ДКМП.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль полиморфизма тайтина в регуляции структурно-функциональных свойств миокарда в норме и при патологии»

Первичные кардиомиопатии как заболевания были описаны в 1957 году (Brigden, 1957). Среди них наиболее часто встречается кардиомиопатия неизвестной этиологии - идиопатическая дилатационная кардиомиопатия (ДКМП). Клинические проявления заболевания возникают в различных возрастных группах, включая детский и пожилой возраст, но наиболее часто ДКМП развивается в возрасте 30-50 лет. В настоящее время для сохранения жизни больных безальтернативным методом лечения является ортотопическая трансплантации сердца (Шумаков и др., 1999, 2003).

ДКМП характеризуется дилатацией камер сердца, истончением стенок и снижением насосной функции сердца (Амосова, 1999). Основным клиническим проявлением кардиомиопатии является хроническая сердечная недостаточность, которая сопровождается ремоделированием сердца и проходит в своем развитии стадии компенсации и декомпенсации (Моисеев, 2000). Это заболевание с неопределенной этиологией и недостаточно изученным патогенезом. В связи с отсутствием полного понимания молекулярных механизмов развития и компенсации ДКМП, эта патология, как правило, выявляется уже на последней стадии развития. Несмотря на то, что из всех случаев ДКМП наследственные формы составляют более 20%, их изучение и попытки оценить значимость генетического фактора в их развитии не привели к выяснению природы этого заболевания. Однако подавляющее большинство исследователей приходит к заключению, что причины развития идиопатической ДКМП лежат непосредственно в нарушениях сократительной способности миокарда, обусловленной гибелью кардиомиоцитов и развитием обширного фиброза, что приводит к возрастанию жесткости сердечной мышцы (Амосова, 1999; Капелько, 2000). В молекулярном патогенезе ДКМП преимущественно обнаружены нарушения в экстраклеточных компонентах цитоскелета кардиомиоцитов (Franz et al., 2001; Towbin & Bowles, 2002).

Предполагают, что открытый сравнительно недавно саркомерный цитоскелетный эластичный высокомолекулярный белок тайтин может вносить значительный вклад в перестройку миокарда при патологии. Изучение структуры и функций этого белка показало, что тайтин играет важную роль не только в физиологии мышц, но также и в патофизиологии (Labeit et al., 1997). За последнее время в литературе представлены результаты о структурных изменениях в тайтине при ДКМП, полученные на основе генетического анализа семейных форм ДКМП и исследований, проводимых на экспериментальных моделях сердечной патологии у животных. Однако, несмотря на интенсивные исследования в этой области, имеющиеся данные разрознены и не дают возможности определить направленность молекулярных изменений тайтина при развитии ДКМП и роль тайтина в адаптационных процессах в миокарде.

Поэтому, сохраняется актуальность поиска закономерностей молекулярных изменений в миокарде, ведущих к развитию ДКМП, а также необходимость разработки тестов ранней диагностики этого заболевания. В настоящей работе исследован изоформный состав тайтина миокарда в норме и при ДКМП. Для объяснения вклада обнаруженных изменений тайтина в ремоделирование миокарда больных ДКМП была изучена роль этого эластичного саркомерного белка в сокращении нормального миокарда в контексте особенностей механических свойств разных отделов сердца млекопитающих, а также был исследован изоформный состав тайтина в эмбриональном миокарде.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Макаренко, Ирина Викторовна

ВЫВОДЫ

1. Для миокарда эмбриона крысы и новорожденной свиньи характерна экспрессия изоформ тайтина, молекулярный вес которых значительно выше по сравнению с таковым в миокарде взрослых животных.

2. В процессе перинатального развития в миокарде крысы происходит поэтапная трансформация изоформ тайтина в сторону уменьшения их молекулярного веса и его стабилизация в миокарде взрослого животного.

3. Экспрессия высокомолекулярных изоформ тайтина в эмбриональном миокарде крысы приводит к снижению его пассивного напряжения в 15-20 раз, по сравнению с миокардом взрослого животного, что отвечает высоким нагрузкам, характерным для эмбрионального сердца.

4. Обнаруженное повышенное содержание Т2 фрагмента молекулы тайтина в развивающемся миокарде крысы по сравнению с миокардом взрослого животного подтверждает предположение о важности роли Т2 для формирования саркомеров и реорганизации изоформ тайтина.

5. Различное содержание длинной и короткой изоформ тайтина в левом желудочке у разных видов млекопитающих, в разных отделах сердца одного животного и в разных зонах стенки левого желудочка свидетельствует о том, что тайтин является частью тонко настроенного механизма регуляции жесткости сердечной мышцы, обеспечивающего её адекватный механический ответ в процессе сокращения.

6. В миокарде левого желудочка человека при ДКМП зарегистрировано появление более длинных изоформ тайтина и увеличение их доли в среднем на 10%, что приводит к снижению уровня пассивного напряжения одиночных миофибрилл в среднем на 25% и снижению уровня пассивного напряжения, развиваемого пучками волокон на 10%.

7. Установленная направленность изменений в изоформном составе тайтина имеет адаптационную природу и на молекулярном уровне обеспечивает реализацию компенсаторных механизмов.

БЛАГОДАРНОСТИ

Выражаю глубокую признательность руководителю работы профессору Подлубной З.А, заведующему отделением Клинической Анатомии НИИТиИО профессору Ильинскому И.М. за активное сотрудничество, доктору Линке В.А. за предоставленную возможность проведения исследований на базе его лаборатории (Гейдельберг, Германия) и участие в обсуждении работы.

А также искренне благодарю моих коллег из лаборатории структуры и функции мышечных белков ИТЭБ РАН: Вихлянцева И.М., Малышева С.Л, Удальцова С.Н., Шпагину М.Д., Халину Я.Н. и группы механики мышечных клеток (Гейдельберг, Германия): Лике М., Кулке М., Неаго С., Опиц К.

Макаренко И. В.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установление молекулярной структуры тайтина и достаточно интенсивное изучение его функциональных свойств, таких как ответственность тайтина за развитие пассивного напряжения в миокарде и сборку саркомера в процессе миофибриллогенеза, поставило тайтин на одно из первых мест по важности в ряду саркомерных белков. Тем не менее, понимание определяющей роли тайтина в мышечной регуляции только формируется в настоящее время. Изучение структуры и функций этого саркомерного белка в интактной мышце и при патологии имеет большое значение. Такой двусторонний подход позволяет получить более широкое представление о диапазоне возможностей структурно-функциональных переходов изучаемого белка и установить важность данной структурной единицы для мышечного сокращения.

Результаты, представленные в первой части настоящего исследования, демонстрируют, что вариабельность изоформного состава тайтина в сердце, выражающаяся в различном соотношении длинной и короткой изоформ, во многом определяет механические свойства пассивного и активного миокарда. Это, в свою очередь, подтверждает важность вклада гигантского эластичного белка тайтина в насосную функцию сердца. Более того, установленные последовательные замены в изоформном составе тайтина в развивающемся миокарде полностью отражают поэтапно сменяющиеся механические свойства формирующейся сердечной мышцы. Таким образом, весь комплекс полученных данных о вариабельности изоформного состава тайтина в нормальном миокарде определяет тайтин как ключевой компонент, определяющий механические свойства сердечной мышцы.

Во второй части исследования представлены результаты о направленности качественных и количественных изменений в тайтине миокарда больных ДКМП и влиянии этих изменений на механические свойства пассивного миокарда. Как было отмечено выше, сократительная способность сердца в значительной мере зависит от механического поведения миокарда в стадии диастолы, которое, в свою очередь, в значительной степени определяется механическими свойствами тайтина. Анализируя роль обнаруженных нами изменений тайтина в развитии данной сердечной патологии, мы пришли к следующему заключению. Появление в миокарде больных ДКМП более длинных изоформ тайтина, по сравнению с нормальным миокардом, является адаптационным механизмом, направленным на увеличение податливости миокарда в диастоле с целью реализации механизмов компенсации.

Известно, что в основе морфогенеза ДКМП лежит распространенное необратимое повреждение КМЦ, что влечет за собой развитие обширных процессов склероза и фиброза (Амосова, 1999). Это, в свою очередь, нарушает эластические свойства миокарда, вызывая повышение его жесткости и ухудшение расслабления. Результатом этих изменений является значительное снижение конечно-диастолической податливости камер желудочков и их наполнения. Как известно, ремоделирование на начальных этапах патологии представляет собой компенсаторный процесс, направленный на поддержание сократительной функции ЛЖ за счет гипертрофии миокарда и расширения камер сердца. Увеличение размера ЛЖ приводит к объёмной перегрузке сердца, что сопровождается развитием адаптационной тоногенной дилатации и нарастанием мышечной массы без утолщения стенки ЛЖ (эксцентрическая гипертрофия миокарда).

При патологии часто наблюдается реактивация эмбриональных генов (Chien et al., 1993; Hunter & Chien, 1999; Капелько, 2000; Моисеев, 2000). В частности, наблюдается реэкспрессия сократительных белков и белков, ответственных за рост сердца в процессе эмбрионального развития. Предполагают, что их реэкспрессия во взрослом миокарде может способствовать дилатации. На клеточном уровне при ДКМП отмечается удлинение КМЦ, обусловленное удлинением волокон. Естественно, источником этих трансформаций прежде всего будут изменения в цитоскелетных белках, т.к. именно цитоскелет в основном определяет форму клеток. При ДКМП отмечается изменение экстраклеточных компонентов цитоскелета - появление форм коллагена, характерных для эмбрионального и растущего сердца (Капелько, 2000). Показано также, что начальная стадия ДКМП протекает в условиях снижения общего содержания коллагена и увеличения растяжимости сердечной мышцы (Maisch, 1996). Установленное нами изменение во внутриклеточном компоненте цитоскелета - тайтине, а именно появление более длинных его изоформ при ДКМП отражает трансформацию его изоформного состава к таковому в развивающемся, растущем сердце. Суммируя имеющиеся данные, можно предположить, что тайтин активно вовлечен в ремоделирование миокарда, направленное на развитие компенсаторной (тоногенной) дилатации для увеличения сердечного выброса. Повышение растяжимости камер является предпосылкой увеличения преднагрузки, т.е. увеличения конечно-диастолического напряжения стенки за счет увеличения объема крови. Этот процесс развивается в соответствии с компенсаторным механизмом Франка-Старлинга во избежание критического падения сердечного выброса. Как было отмечено в главе 3.2, увеличение степени растяжения сердечной мышцы сопровождается увеличением силы её сокращения. Следовательно, экспрессия более длинных изоформ тайтина в мйокарде больных ДКМП может обуславливать реализацию компенсаторного механизма Франка-Старлинга, направленного на оптимизацию сокращения сердечной мышцы.

Заметим, что адаптационная перестройка сократительного аппарата затрагивает как тайтин, так и миозин - важные белки, которые в саркомере находятся в тесном структурном и функциональном сопряжении друг с другом. В частности, была показана адаптационная роль структурной реорганизации основного сократительного белка миозина при ДКМП (Khalina et al., 2003; Подлубная и др., 2003). Авторы показали, что на стадии компенсации ДКМП в миозине желудочков до 30% желудочковых легких цепей-1 заменяется предсердными легкими цепями-1, не характерными для этого отдела взрослого сердца, но характерными для периода эмбрионального развития. Эти замены приводят к значительной активации ферментативных свойств миозина и как следствие к увеличению сократительной способности миокарда. В качестве подтверждения значительной роли адаптационных перестроек в саркомерных белках, и в частности рассматриваемого нами тайтина, можно также привести данные о функционировании механизма Франка-Старлинга даже на последней стадии ДКМП (Holubarsch et al., 1996; Weil et al., 1998).

Настоящее исследование вносит вклад в понимание молекулярных основ механизмов сердечной адаптации и выявляет роль эластичного саркомерного белка тайтина в ремоделировании миокарда, направленного на поддержание сократительной функции левого желудочка при ДКМП. Полученные данные об изменениях тайтина в миокарде больных ДКМП наряду с изменениями в миозине могут быть использованы при разработке диагностического теста, и способствовать повышению его объективности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Макаренко, Ирина Викторовна, 2004 год

1. Амосова Е.Н. (1999) Кардиомиопатии // К: Книга плюс, 425с.

2. Бляхман Ф.А. (1996) Асинхронизм как модулятор сократимости миокарда и насосной функции левого желудочка // Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук, Москва, 53с.

3. Вихлянцев И.М., Подлубная З.А. (2003) Фосфорилирование саркомерных цитоскелетных белков адаптационный фактор ингибирования сократительной активности мышц при зимней спячке II Биофизика, т. 48, № 3: 499-504.

4. Кантор Б.Я., Яблучанский Н.И., Шляховер В.Е. (1991) Нелинейнаякардиобиомеханика левого желудочка // Киев: Наукова думка, 212 с.

5. Капелько В.И. (2000) Внеклеточный матрикс миокарда и его изменения при заболеваниях сердца // Кардиология 9: 78-90.

6. Макаренко И.В., Шпагина М.Д., Вишневская З.И., Подлубная З.А. (2002) Изменение структурно-функциональных свойств цитоскелетного эластичного белка тайтина при дилатационной кардиомиопатии И Биофизика, т.47, № 4: 706-710.

7. Мархасин B.C., Изаков В.Я., Шумаков В.И. (1994) Физиологические основы нарушения сократительной функции миокарда// СПб: Наука, 256с.

8. Моисеев B.C. (2000) Сердечная недостаточность и достижения генетики. Достижения в изучении генома человека делают все более и более значимой оценку различных генетических аспектов при конкретных видах патологии //

9. Consilium Mudicum. T.l,№4: 121-131.

10. Морман Д., Хеллер Л. (2000) Физиология сердечно-сосудистой системы // пер. с англ. СПб: Питер, 256с.

11. Подлубная З.А., Халина Я.Н., Шпагина М.Д., Малышев С.Л. (2003) Изменение состава лёгких цепей миозина миокарда: влияние на функциональные свойства и связь с кардиомиопатиями // В кн. Горизонты биофизики: от теории к практике, Пущино, с. 126-130.

12. Пузик В.И., Харьков А.А. (1948) Возрастная морфология сердечно-сосудистой системы человека // М.: Академия Педагогических Наук РСФСР, 224 с.

13. Терещенко С.Н., Джаниани Н.А. (2001) Дилатационная кардиомиопатия сегодня // Consilium Medicum. Т.З, №2.

14. Фатенков B.II. (1990) Биомеханика сердца в эксперименте и клинике // М: Медицина, 160с.

15. Черныш A.M. (1993) Биомеханика неоднородностей сердечной мышцы // М.: Наука, 151с.

16. Шумаков В.И. и Толпекин В.Е. (1999) Искусственное сердце состояние проблемы и перспективы // Вестник трансплантологии и искусственных органов №1: 29-32.

17. Шумаков В.И., Хубутия М.Ш., Ильинский И.М. (2003) Дилатационная кардиомиопатия // ООО « Издательство Триада» 448 с.

18. Хубутия М.Ш. (2001) Дилатационная кардиомиопатия // Вестник трансплантологии и искусственных органов, № 3-4: 32-40.

19. Allen D.G. & Kentish J.C. (1985) The cellular basis of the length-tension relation in . cardiac muscle II J. Mol. Cell Cardiol. 17: 821-840.

20. Arber S., Hunter J.J., Ross J.J., Hongo M., Sansig G. et al. (1997) MLP-deficient mice exhibit a disruption of cardiac cytoarchitectural organization, dilated cardiomyopathy, and heart failure // Cell 88:393-403.

21. Ayme-Southgate A., Vigoreaux J., Benian G., Pardue M.L. (1991). Drosophila has a twitchin/titin-related gene that appears to encode projectin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:7973-77.

22. Ayoob J.C., Turnacioglu K.K., Mittal В., Sanger J.M., Sanger J.W. (2000) Targeting of cardiac muscle titin fragments to the Z-bands and dense bodies of living muscle and non-muscle cells // Cell. Motil. Cytoskeleton 45:67-82.

23. Bartoo M.L., Popov V.I., Fearn L.A. and Pollack G.H. (1993) Active tension generation in isolated skeletal myofibrils // J. Muscle Res. Cell Motil. 14:498-510.

24. Bell S.P., Nyland L., Tischler M.D., McNabb M., Granzier H., LeWinter M.M. (2000) Alteration in the determinants of diastolic suction during pacing tachycardia // Circ. Res. 87: 235-240.

25. Benian G.M., Kiff J.E., Neckelmann N. Moerman D.G., Waterston R.H. (1989) Sequence of an unusually large protein implicated in regulation of myosin activity in C. elegans II Nature 342:45-50.

26. Bennett P.M., Hodkin Т.Е. & Hawkins C. (1997) Evidence that the tandem Ig domains near the end of the muscle thick filament form an inelastic section of the I-band titin IIJ. Struct. Biol. 120: 93-104.

27. Bonne G. & Muchir A. (1999) Spectrum of mutation in laminin A/C gene implicated in a new form of DCM with conduction defects and muscular dystrophy // Circulation 100, 18: 255.

28. Brigden W (1957) Uncommon myocardial diseases. The non-coronary cardiomyopathies // Lancet. 2: 1179-1184, 1243-1249.

29. Burlew B.S. & Weber K.T. (2002) Cardiac Fibrosis as a Cause of Diastolic Dysfunction IIHerz 27:92-98.

30. Carlsson L. & Thornell L.E. {2001) Desmin-related myopathies in mice and man // Acta Physiol. Scand. 171:341-48.

31. Carrier L., Boheler K.R., Chassagne C., de la Bastie D., Wisnevsky C. et al. (1992) Expression of sarcomeric actin isogenes in rat heart with development and senescence // Circ. Res. 70: 999-1005.

32. Cazorla O., Pascarel C., Gamier D., Le Guennec J.Y. (1997) Resting tension participates in the modulation of active tension in isolated guinea pig ventricular myocytes II J. Mol. Cell Cardiol. 29: 1629-1637.

33. Cazorla O., Vassort G., Gamier D., Le Guennec J.Y (1999) Lenght modulation of active force in rat cardiac myocytes: is titin the sensor? // J. Mol. Cell Cardiol. 31: 1215-1227.

34. Cazorla О., Freiburg A., Helmes M., Centner Т., McNabb M., et al. (2000) Differential expression of cardiac titin isoforms and modulation of cellular stiffness // Circ. Res. 86:59-67.

35. Cazorla O., Wu Y., Irving T.C., Granzier H. (2001) Titin-based modulation of calcium sensitivity of active tension in mouse skinned cardiac myocytes // Circ. Res. 88: 10281035.

36. Centner Т., Yano J., Kimura E., McElhinny A.S., Pelin K., et al. (2001) Identification of muscle specific ring finger proteins as potential regulators of the titin kinase domain II J. Mol. Biol. 306:717-26.

37. Cox G.F. & Kunkel L.M. (1997) Dystrophies and heart disease // Curr. Opin. Cardiol. 12: 329-43.

38. Davies M. J. (1975) The cardiomyopaties. In: The pathology of the heart// Ed. Pomerance A., Davies M.J. Oxford: Blackwell, 211-250.

39. Erickson H.P. (1997) Stretching single protein molecules: titin is a weird spring // Science 276: 1090-1092.

40. Fahrmann M., Fonk I., Beinbrech G. (20026) The kinase acrivity of the giant protein projectin of the flight muscle of Locusta migratoria // Insect. Biochem. Mol. Biol. 11:140-17.

41. Franz W-M., Miiller O.J., Katus H.A. (2001) Cardiomyophathies: from genetics to the prospect of treatment // The Lancet vol.358, 10:1627-1637.

42. Freiburg A. & Gautel M. (1996) A molecular map of the interactions between titin and myosinbinding protein C. Implications for sarcomeric assembly in familial hypertrophic cardiomyopathy II Eur. J. Biochem. 235:317-23.

43. Freiburg A., Trombitas K., Hell W., Cazorla O., Fougerousse F., et al. (2000) Series of exonskipping events in the elastic spring region of titin as the structural basis for myofibrillar elastic diversity // Circ. Res. 86:1114-21.

44. Fukuda N., Sasaki D., Ishiwata S., Kurihara S. (2001) Length dependence of tension generation in rat skinned cardiac muscle // Circulation 104: 1639-1645.

45. Funatsu Т., Higuchi H., Ishiwata S. (1990) Elastic filaments in skeletal muscle revealed by selective removal of thin filaments with plasma gelsolin//./. Cell Biol. 110: 53-62.

46. Funatsu Т., Kono E., Higuchi H., Kimura S., Ishiwata S., et al. (1993) Elastic filaments in situ in cardiac muscle: deep-etch replica analysis in combination with selective removal of actin and myosin filaments // J. Cell Biol. 120:711-24.

47. Furukawa Т., Ono Y., Tsuchiya H., Katayama Y., Bang M. et al. (2001) Specific interaction of the potassium channel P-subunit mink with the sarcomeric protein T-cap suggests a T-tubule-myofibril linking system II J. Mol. Biol. 313: 775-784.

48. Gajdosik R.L. (2001) Passive extensibility of skeletal muscle: review of the literature with clinical implications // Clin. Biomech. 16, 87-101.

49. Gao M., Wilmanns M., Schulten K. (2002) Steered molecular dynamics of titin II domain unfolding // Biophys J. 83(6): 3435-45.

50. Gautel M., Leonard K., Labeit S. (1993) Phosphorylation of KSP motifs in the C-terminal region of titin in differentiating myoblasts // EMBOJ. 12: 3827-3834.

51. Gerull В., Gramlich M., Atherton J., McNabb M., Trombitas K., et al. (2002) Mutations of TTN, encoding the giant muscle filament titin, cause familial dilated cardiomyopathy // Nat. Genet. 30:201-204.

52. Gornall A.G., Bardawill C.J., David M.M. (1949) Determination of serum proteins by • means of the biuret reaction // J. Biol. Chem., v. 177, № 2: 751-766.

53. Granzier H.L. & Irving T.C. (1995) Passive tension in cardiac muscle: contribution of collagen, titin, microtubules, and intermediate filaments // BiophysJ. 68: 1027-1044.

54. Granzier H., Kellermayer M., Helmes M., Trombitas K. (1997)Titin elasticity and mechanism of passive force development in rat cardiac myocytes probed by thin-filament extraction // Biophys. J. 73: 2043-2053.

55. Granzier H. & Labeit S. (2002) Cardiac titin: an adjustable multi-functional spring II J. Physiol. 541:335-342.

56. Greaser M. (2001) Identification of new repeating motifs in titin // Proteins 43: 145149.

57. Gregorio C.C., Trombitas K., Centner Т., Kolmerer В., Stier G., et al. (1998) The NH2 terminus of titin spans the Z-disc: its interaction with a novel 19-kD ligand (T-cap) isrequired for sarcomeric integrity // J. Cell Biol. 143:1013-27.

58. Gregorio C.C., Granzier H., Sorimachi H., Labeit S. (1999) Muscle assembly: a titanic achievement? // Curr. Opin. Cell Biol. 11:18-25.

59. Gutierrez-Cruz G., Van Heerden A.H., Wang K. (2001) Modular motif, structural folds and affinity profiles of the PEVK segment of human fetal skeletal muscle titin // J. Biol. Chem. 276:7442-49.

60. Hattori A., Ishii Т., Tatsumi R., Takahashi K. (1995) Changes in the molecular types of connectin and nebulin during development of chicken skeletal muscle // Biochimica et Biophysica Acta 1244, 179-184.

61. Heierhorst J., Probst W.C., Kohanski R.A., Buku A., Weiss K.R. (1995) Phosphorylation of myosin regulatory light chains by the molluscan twitchin kinase // Eur. J. Biochem. 233:426-31.

62. Hein S., Scholz D., Fujitani N., Rennollet H., Brand Т., Friedl A., Schaper J. (1994) Altered expression of titin and contractile proteins in failing human myocardium // J. Mol. Cell Cardiol 10: 1291-306.

63. Hein S., Kostin S., Heling A., Maeno Y., Schaper J. (2000) The role of the cytoskeleton in heart failure // Cardiovasc. Res. 45:273-78.

64. Helmes M., Trombitas K., Granzier H. (1996) Titin develops restoring force in rat cardiac myocytes // Circ. Res. 79: 619-626.

65. Helmes M., Trombitas K., Centner Т., Kellermayer M., Labeit S., Linke W., Granzier H. (1999) Mechanically driven contour-length adjustment in rat cardiac titin's unique N2B sequence: titin is an adjustable spring // Circulation Research 84, 1339-1352.

66. Higuchi H. (1992) Changes in contractile properties with selective digestion of connectin (titin) in skinned fibers of grog skeletal muscle II J. Biochem. Ill: 291-295.

67. Hofman P.A. & Fuchs F. (1988) Bound calcium and force development in skinned cardiac muscle bundles: effect of sarcomere length II J.Mol. Cell Cardiol. 20:667-677.

68. Hoh J.F., McGrath P.A., Hale P.T. (1978) Electrophoretic analysis of multiple forms of rat cardiac myosin: effects of hypophysectomy and thyroxine replacement // J. Mol. Cell Cardiol. 10: 1053-1076.

69. Holubarsch C„ Goldstein D.J., Ashton R.C., Nickl W., Pieske B. et al. (1996) Existence of the Frank-Starling mechanism in the failing human heart. Investigation on the organ, tissue and sarcomere levels // Circulation 94 (4): 683-9.

70. Horovvits R., Kempner E.S., Bisher M.E., Podolsky R.J. (1986) A physiological role for titin and nebulin in skeletal muscle // Nature 323: 160-164.

71. Houmeida A., Holt J., Tskhovrebova L., Trinick J. (1995) Studies of the interaction between titin and myosin // J. Cell Biol. 131:1471-81.

72. Hunter J.J. & Chien K.R. (1999) Signaling pathways for cardiac hypertrophy and failure // The New England Journal of Medicine vol. 341, 17:1276-1283.

73. Huxley H.E. & Hanson J. (1954) Changes in the cross-striations of muscle during contraction and stretch and their structural interpretation II Nature 173, 973-976.

74. Huxley A.F. & Niedergerke R. (1954) Structural changes in muscle during contraction. Interference microscopy of living muscle cells II Nature, 173: 971-973.

75. Huxley H.E. (1969) The mechanism of muscular contraction // Science, 164: 13561366.

76. Improta S., Politou A.S., Pastore A. (1996) Immunoglobulin-like modules from titin I-band: extensible components of muscle elasticity // Structure 4: 323-337.

77. Itoh-Satoh M., Hayashi Т., Nishi H., Koga Y., Arimura Т., et al. (2002) Titin mutations as the molecular basis for dilated cardiomyopathy // Biochem. Biophys. Res. Commun. 291:385-93.

78. Jin J-P. (1995) Cloned rat cardiac titin class I and class II motifs II J. Biol. Chem. 270:6908-16.

79. Jewell B.R. (1977) A reexamination of the influence of muscle length on myocardial performance // Circulat. Res., v.40: 221-229.

80. Kamisago M., Sharma S.D., DePalma S.R. et al. (2000) Mutation in Sarcomere Protein Genes as a Cause of Dilated Cardiomyopathy // N.Engl. J. Med. 343:1688-96,

81. Kasper E. K., Agema W.R., Hutchins G.M., Deckers J.W., Hare J.M., Baughman K.L. (1994) The causes of dilated cardiomyopathy: a clinicopathologic review of 673 consecutive patients II J. Am. Coll. Cardiol., v. 23, № 3: 586-590.

82. Kawaguchi N., Fujitani N., Schaper J., Onishi S. (1995) Pathological changes of myocardial cytoskeleton in cardiomyopathic hamster IIMol.CellBiochem. 144:75-79.

83. Kellermayer M.S., Smith S.B., Granzier H.L., Bustamante C. (1997) Folding-unfolding transitions in single titin molecules characterized with laser tweezers // Science 276: 1113-1116.

84. Kimura S., Maruyama K., Huang Y.P. (1984) Interactions of Muscle P-Connectin with Myosin, Actin, and Actomyosin at Low Ionic Strengths // Biochem. J. 96: 499-506.

85. КпбИ R., Hoshijima M., Hoffman H.M., Person V. et al. (2002) The cardiac mechanical stretch sensor machinery involves a Z disc complex that is defective in a subset of human dilated cardiomyopathy // Cell v. Ill: 943-955.

86. Kolmerer В., Olivieri N., Witt C.C., Herrmann B.G., Labeit S. (1996) Genomic organization of the M-line titin and its tissue-specific expression in two distinct isoforms // J. Mol. Biol. 256:556-63.

87. Konhilas J.P., Irving T.C., de Tombe P.P. (2002) Myofilament calcium sensitivity in skinned rat cardiac trabeculae: role of interfilament spacing // Circ.Res. 90:59-65.

88. Kulke M„ Fujita-Becker S., Rostkova E., Neagoe C., Labeit D., et al. (2001). Interaction between PEVK-titin and actin filaments: origin of a viscous force component in cardiac myofibrils // Circ. Res. 89:874-81.

89. Labeit S., Gautel M., Lakey A., Trinick J. (1992) Towards a molecular understanding . of titin // EMBO J. 11:1711-16.

90. Labeit S. & Kolmerer B. (1995a) The complete primary structure of human nebulin and its correlation to muscle structure II J. Mol. Biol. 248:308-15.

91. Labeit S. & Kolmerer B. (19956) Titins, giant proteins in charge of muscle ultrastructure and elasticity // Science 270:293-96.

92. Labeit S., Kolmerer В., Linke W.A. (1997) The giant protein titin. Emerging roles in physiology and pathophysiology // Circ. Res. 80: 290-4.

93. Laemmli H. (1970) Clevage of structural proteins during the assembly of the head of bacterophage T4 //Nature v. 227, № 5259: 680-685.

94. Li D., Tapscoft Т., Gonzalez O., Burch P.E., Quinones M.A. Zoghbi W.A. et al. (1999) Desmin mutation responsible for idiopathic dilated Cardiomyopathy // Circulation 100: 461-464.

95. Li H., Oberhauser A.F., Redick S.D., Carrion-Vazquez M., Erickson H.P., Fernandez J.M. (2001) Multiple conformations of PEVK proteins detected by single-molecule techniques // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98:10682-86.

96. Li H., Linke W.A., Oberhauser A.F., Carrion-Vazquez M. et al. (2002) Reverse engineering of the giant muscle protein titin // Nature 418: 998-1002.

97. Linke W.A., Ivemeyer M., Labeit S., Hinssen H., Ruegg J.C., Gautel M. (1997) Actin-titin interaction in cardiac myofibrils: probing a physiological role // Biophys. J. 73: 905-919.

98. LinkeW.A., Rudy D.E., Centner Т., Gautel M.,Witt C. et al. (1999) I-band titin in cardiac muscle is a three-element molecular spring and is critical for maintaining thin filament structure И J. Cell Biol. 146:631-44.

99. LinkeW.A. (2000) Stretching molecular springs: elasticity of titin filaments in vertebrate striated muscle// Histol. Histopathol. 15:799-811.

100. Linke W.A. & Fernandez J.M. (2002) Cardiac titin: molecular basis of elasticity and cellular contribution to elastic and viscous stiffness components in myocardium // J.

101. Muscle Res. Cell Motil. 23: 483-497.

102. Lompre A.M., Nadal-Ginard В., Mahdavi V. (1984) Expression of the cardiac ventricular a- and J3- myosin heavy chain genes is developmentally and hormonally regulated // J. Biol. Chem. 260: 6437-6446.

103. Maeda M., Holder E., Lowes В., Valent S., Bies R.D. (1997). Dilated cardiomyopathy associated with deficiency of the cytoskeletal protein metavinculin // Circulation 95:17-20.

104. Maisch B. (1996) Ventricular remodeling// Cardiology 87, Suppl. 1:2-10.

105. Maruyama K., Matsubara R., Natori Y., Nonomura S., Kimura S., et al. (1977) Connectin, an elastic protein of muscle // J. Biochem. 82:317-37.

106. Maruyama K., Kimura S., Yoshidomi H., Sawada H., Kikuchi M. (1984) Molecular size and shape of (3-connectin, an elastic protein of striated muscle // J. Biochem. (Tokyo) 95: 1423-1493.

107. Maruyama K., Hu D.H., Suzuki T. and Kimura S. (1987) Binding of Actin Filaments to Connectin // J. Biochem. 101: 1339-1346.

108. Maruyama К. (1994) Connectin, an elastic protein of striated muscle // Biophys. Chem. 50:73-85.

109. Mayans O., van der Ven P.F.M., Wilm M., Mues A., Young P., et al. (1998) Structural basis for activation of the titin kinase domain during myofibrillogenesis // Nature395:863-69.

110. Mayans O., Wuerges J., Canela S., Gautel M., Wilmanns M. (2001) Structural evidence for a possible role of reversible disulphide bridge formation in the elasticity of the muscle protein titin // Structure (Camb) 4; 9(4): 331-40.

111. McDonald K.S. & Moss R.L. (1995) Osmotic compression of single cardiac myocytes eliminates the reduction in Ca+2 sensitivity at short sarcomere length HCirc. Res. 77: 199-205.

112. Metzger D.M., Michele D.E., Rust E.M., Borton A.R., Westfall M.V. (2003) Sarcomere thin filament regulatory isoforms: Evidence of a dominant affect of slow skeletal troponin I on cardiac contraction II J. Biol. Chem. 278: 13118-13123.

113. Mollnau H., Munkel В., Schaper J. (1995) Collagen VI in the extracellular matrix of normal and failing human myocardium // Herz 20: 89-94.

114. Morano I., Hadicke K., Grom S., Koch A., Schwinger R.H. et al. (1994) Titin, myosin light chains and C-protein in the developing and failing human heart // J. Moll. Cell Cardiol. 26: 361-368.

115. Moss R.L. 8c FitzsimonsD.P. (2002) Frank-Starling relationship: long on importance, short on mechanism // Circ. Res. 90:11-13.

116. Mues A., van der Ven, P.F.M., Young P., Furst D.O. & Gautel M. (1998) Two immunoglobulin-like domains of the Z-disc portion of titin interact in a conformation-dependent way with telethonin IIFEBS Lett. 428, 111-114.

117. Muhle-Goll С., Pastore A. and Nilges M. (1998) The 3D structure of a type I module from titin: a prototype of intracellular fibronectin type III domains // Structure 6: 1291-1302.

118. Nave R., Furst D.O., Weber K. (1989) Visualization of the polarity of isolated titin molecules: a single globular head on a long thin rod as the M band anchoring domain? II J. Cell Biol. 109:2177-87.

119. Neagoe C., Kulke M., del Monte F., Gwathmey J.K., de Tombe P.P. et al. (2002) Titin isoform switch in ischemic human heart disease // Circulation 106: 1333-12341.

120. Nelder J.A., Mead R. (1965) A simplex method for function minimization // Computer J. 7: 308-313.

121. Ohtsuka H., Yajima II., Maruyama K., Kimura S. (1997) The N-terminal Z repeat 5 of connectin/titin binds to the C-terminal region of alpha-actinin // Biochem. Biophys. Res. Commun. 235:1-3.

122. Olson T.M., KishimotoN.Y., Whitby F.G., Michels V.V. (2001) Mutations that alter the surface charge of alpha-tropomyosin are associated with dilated cardiomyopathy // J. Mol. Cell. Cardiol. 33:723-32.

123. Opitz C.A., Kulke M., Leake M.C., Neagoe C., Hinssen H. et al. (2003) Damped elastic recoil of the titin spring in myofibrils of human myocardium // Proc. Natl Acad. Sci. USA 100: 12688-12693.

124. Pauschinger M., Knopf D., Petschauer S., Doemer A., Poller W. et al. (1999) Dilated Cardiomyopathy Is Associated With Significant Changes in Collagen Type 1Л11 ratio // Circulation 99: 2750-2756.

125. Peckham M., Young P., Gautel M. (1997) Constitutive and variable regions of Zdisk titin/connectin in myofibril formation: a dominant-negative screen // Cell Struct. Funct. 22:95-101.

126. Person V., Kostin S., Suzuki K., Labeit S., Schaper J. (2000) Antisense oligonucleotide experiments elucidate the essential role of titin in sarcomerogenesis in adult rat cardiomyocytes in long-term culture II J. Cell Sci. 113(21):3851-59.

127. Podlubnaya Z.A., Shpagina M.D., Vikhlyantsev I.M., Malyshev S.L., Udaltsov S.N., Ziegler C., Beinbrech G. (2003) Comparative electron microscopic study on projectin and titin bindings to F-actin // Insect Biochem. Mol. Biol. 8: 789-93.

128. Reiser P.J., Westfall M.V., Schiaffino S., Solaro R.J. (1994) Tension production and thin-filament protein isoforms in developing rat myocardium // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 267: H1589-1596.

129. Rhee D., Sanger J.M., Sanger J.W. (1994) The premyofibril: evidence for its role in myofibrillogenesis// Cell Motil. Cytoskeleton 28(1): 1-24.

130. Rief M., Gautel M., Oesterhelt F., Femandes J.M., Graub H.E. (1997) Reversible unfolding of individual titin immunoglobulin domans by AFM // Science 276: 1109-1112.

131. Saggin L., Gorza L., Ausoni S., Schiaffino S. (1989) Troponin I switching in the developing heart II J. Biol. Chem. 264: 16299-16302.

132. Salviati G., Betto R., Ceoldo S., Pierobon-Bormioli S. (1990) Morphological and functional characterization of the endosarcomeric elastic filament II Am. J. Physiol. 259 (lPt 1): C144-9.

133. Schaper J., Froede R., Hein S., Buck A., Hashizume H. et al. (1991) Impairment of the myocardial ultrastructure and changes of the cytoskeleton in dilated cardiomyopathy // Circulation 83: 504-514.

134. Schiaffino S. & Reggiani C. (1996) Molecular diversity of myofibrillar proteins: gene regulation and functional significance II Physiological Reviews vol. 76, 2:371-423.

135. Sebestyen M.G., Wolff J.A. & Greaser M.L. (1995) Characterization of a 5.4 kb cDNA fragment from the Z-line region of rabbit cardiac titin reveals phosphorylation sites for praline-directed kinases И J. Cell Sci. 108: 3029-3037.

136. Sommerville L.L., Wang K. (1987) In vivo phosphorylation of titin and nebulin in frog skeletal muscle // Biochem. Biopys. Res. Commun. 147: 986-992.

137. Sorimachi H., Freiburg A., Kolmerer В., Ishiura S., Stier G., et al. (1997) Tissue-specific expression and alpha-actinin binding properties of the Z-disc titin: implications for the nature of vertebrate Z-discs II J. Mol. Biol. 270:688-95.

138. Soteriou A., Gamage M., Trinick J. (1993) A survey of interactions made by the giant protein titin II J. Cell Sci. 14:119-23.

139. Strang K.T., Sweitzer N.K., Greaser M.L., Moss R.L. (1994) P-Adrenergic receptor stimulation increases unloaded shortening velocity of skinned single ventricular myocytes from rats // Circulation Research 74, 542-549.

140. Sutko J.L., Publicover N.G., Moss R.L. (2001) Titin An Elastic Link Between Length and Active Force Production in Myocardium // Circulation 104:1585-1587.

141. Swynghedauw B. (1986) Developmental and Functional of Contractile Protein in Cardiac and Skeletal Muscle II Physiological Reviews, v. 66, N°3: 710-771.

142. Tatsumi R. & Ilattori A. (1995) Detection of giant myofibrillar proteins connectin and nebulin by electrophoresis in 2 % polyacrylamide slab gels strengthened with agarose // Anal. Biochem. 224: 28-31.

143. Towbin H., Staehlin Т., Gordon J. (1970) Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some application // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 4350-4354.

144. Towbin J.A. & Bowles N.E. (2002) The failing heart IINature vol.415, 10:227-233.

145. Trinick J.A. (1981) End-filaments: a new structural element of vertebrate skeletal muscle thick filaments//./. Mol. Biol. 151: 309-314.

146. Trinick J., Knight P., Whiting A. (1984) Purification and properties of native titin II J. Mol. Biol. 180: 331-356.

147. Trombitas K., Greaser M.L., Pollack G.H. (1997). Interaction between titin and thin filaments in intact cardiac muscle II J. Muscle Res. Cell Motil. 18:345-51.

148. Trombitas K., Freiburg A., Centner Т., Labeit S., Granzier H. (1999) Molecular dissection of N2B cardiac titin's extensibility II Biophys. J. 77:3189-96.

149. Trombitas K., Wu Y., Labeit D., Labeit S., Granzier H. (2001) Cardiac titin isoforms are coexpressed in the half-sarcomere and extend independently // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 281: H1793-H1799.

150. Tskhovrebova L. & Trinick J. (1997) Direct visuliation of extensibility in isolated titin molecules// J. Mol. Biol. 265: 100-106.

151. Tskhovrebova L., Trinick J., Sleep J.A., Simmons R.M. (1997) Elasticity and unfolding of single molecules of the giant muscle protein titin // Nature 387: 308-311.

152. Tskhovrebova L. & Trinick J. (2003) Titin: properties and family relationships // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 4: 679-689.

153. Tsubata S. et al. (2000) Mutations in the human 5-sarcoglycan gene in familial and sporadic dilated cardiomyopathy II J. Clin.Invest. 106: 655-662.

154. Wang K., McClure J., Tu A. (1979) Titin: major myofibrillar components of striated muscle //Proc.Natl Acad. Sci. USA 76, 3698-3702.

155. Wang K. (1984) Cytoskeletal matrix in striated muscle: The role of titin, nebulin and intermediate filaments // Advances in experimental medicine and biology v. 170. Contractile mechanisms in muscle ed. By G. Pollack and H. Sugi; p. 285-305.

156. Wang K. (1985) Sarcomere-Associated Cytoskeletal Lattice in Striated Muscle. Review and Hypothesis I I Cell and Muscle Motility v. 6, 315-369.

157. Wang K., McCarter R., Wright J., Beverly J., Ramirez-Mitchell R. (1991) Regulation . of skeletal muscle stiffness and elasticity by titin isoforms: a test of the segmentalextension model of resting tension /I Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 7101-7105.

158. Wang X., Li F., Campbell S.E., Gerdes A.M. (1999) Chronic pressure overload cardiac hypertrophy and failure in guinea pigs:II. Cytoskeletal remodeling // J. Mol. Cell Cardiol. 31: 319-331.

159. Wang K., Forbes J.G., Jin A.J. (2001) Single molecule measurements of titin elasticity II Prog. Biophys. Mol. Biol. 77:1-44.

160. Whalen R.G. & Sell S.M. (1980) Myosin from fetal hearts contains the skeletal muscle embryonic light chain II Nature 286: 731-733.

161. Whiting A., Wardale J., Trinick J. (1989) Does titin regulate the length of muscle thick filaments? // J. Mol. Biol. 205:263-68.

162. Wu Y., Bell S.P., LeWinter M.M., Labeit S., Granzier H. (2002a) Titin: an endosarcomeric protein that modulates myocardial stiffnes // J. Cardiac. Failure 8: 276-286.

163. Wu Y., Bell S.P., Trombitas K., Witt C.C., Labeit S., LeWinter M.M., Granzier H. (20026) Changes in titin isoform expression in pacing-induced cardiac failure give toincreased passive muscle stiffness // Circulation 106: 1384-1389.

164. Xu X., Meiler S.E., Zhong T.P., Mohideen M., Crossley D.A., et al. (2002) Cardiomyopathy in zebrafish due to mutation in an alternatively spliced exon of titin // Nat. Genet. 30:205-209.

165. Yamasaki R., Berri M.,Wu Y., Trombitas K., Mc-Nabb M., et al. (2001) Titin-actin interaction in mouse myocardium: passive tension modulation and its regulation by calcium/SlOOAl IIBiophys. J. 81:2297-313.

166. Yamasaki R., Wu Y., McNabb M., Greaser M., Labeit S., Granzier H. (2002) Protein kinase A phosporylates titin's cardiac-specific N2B domain and reduces passive tension in rat cardiac myocytes // Circulation Research 90 (11): 1181-1188.

167. Yoshioka Т.Н., Higuchi S., Kimura K., Ohashi Y., Umazume Y., Maruyama K. (1986) Effects of mild trypsin treatment on the passive tension generation and connectin splitting in stretched skinned fibers frog skeletal muscle // Biomed. Res. 7:181-186.

168. Young P., Ferguson C., Banuelos S., Gautel M. (1998) Molecular structure of the sarcomeric Z-disk: two types of titin interactions lead to an asymmetrical sorting of alpha-actinin // EMBOJ. 17:1614-24.

169. Young P., Ehler E., Gautel M. (2001) Obscurin, a giant sarcomeric Rho guanine nucleotide exchange factor protein involved in sarcomere assembly // J. Cell Biol. 154:123-36.