Actomiosina ATPasi
Le proteine miofibrillari includono quelle del filamento spesso (principalmente miosina) e del filamento sottile (principalmente actina, troponina e tropomiosina). La miosina cardiaca nativa dei mammiferi è composta da due catene pesanti di miosina (HC) e quattro catene leggere di miosina (LC). Le due subunità HC del ventricolo dei mammiferi (α, β) sono combinate in tre possibili dimeri VI (αα), V2 (αβ) e V3 (ββ), che possono essere distinti dall’attività enzimatica (ATPasi), dai tassi di contrazione e dalla mobilità elettroforetica in gel non dissocianti. La capacità del cuore dei mammiferi di esprimere diverse isoforme di miosine fornisce plasticità nella risposta cardiaca ai cambiamenti nelle richieste cardiovascolari. Così, i cambiamenti a lungo termine nella funzione ventricolare che accompagnano lo sviluppo, l’allenamento, o i cambiamenti nelle richieste metaboliche (ad esempio, la fame, le condizioni ormonali) possono essere soddisfatte da adattamenti strutturali (Solaro et al., 1989). A differenza della situazione dei mammiferi, solo una isoforma di miosina nativa viene rilevata nei ventricoli della maggior parte dei teleostei (Karasinski, 1988; Martinez et al., 1991). Il ventricolo del pesce rosso (Carassius auratus L.) mostra due isoforme (Karasinski, 1988). Anche se solo una isoforma di miosina potrebbe essere rilevata nel ventricolo della carpa (Cyprinus carpio) (Karasinski, 1988), l’attività della miosina ATPasi (μmol di fosfato rilasciato/min/mg di miosina) del miocardio compatto della carpa è circa il 50% superiore a quella del miocardio spugnoso (Bass et al., 1973). Questo suggerisce la presenza di almeno due isoforme diverse per attività catalitica, che sono elettroforeticamente indistinguibili con le tecniche applicate finora. Le miosine native dell’atrio migrano come una singola banda in quattro ciprinidi (Tinca tinca L., Rutilis rutilis L. Leuciscus leuciscus L., Gobio gobio L.; Karanski, 1988) e un salmonide (Salvelinus alpinus, L.; Martinez et al, 1991), ma due bande in altri tre ciprinidi (Cyprinus carpio L., Carassius auratus gibelio Bloch, Carassius carassius L.; Karanski, 1988). La miosina atriale nativa è distinta da quella del ventricolo in ogni specie (Karanski, 1988; Martinez et al., 1991).
L’elettroforesi della miosina in condizioni denaturanti rivela la composizione delle subunità (HC, LC). Singole subunità HC sono rilevate sia nel ventricolo che nell’atrio del salmerino alpino (Salvelinus alpinus), coerentemente con l’espressione di una sola apparente miosina nativa (Martinez et al., 1991). L’atrio e il ventricolo possiedono ciascuno due tipi di catene leggere di miosina (LC1, LC2) (Karanski, 1988; Martinez et al., 1991). Ogni isoforma atriale combacia con la sua controparte ventricolare su gel elettroforesi bidimensionale (Martinez et al., 1991).
I cambiamenti nelle proteine miofibrillari avvengono in relazione alla temperatura di acclimatazione nel muscolo scheletrico (vedi Guderley e Blier, 1988; Johnston et al., 1990). Johnston et al. (1975) hanno dimostrato che l’attività dell’ATPasi miofibrillare scheletrica del pesce rosso è 2,8 volte maggiore nei pesci acclimatati a 1°C che a 26°C. Inoltre, erano evidenti marcate differenze nella stabilità termica, come indicato dall’inattivazione a 37°C. I cambiamenti indotti dall’acclimatazione nei profili HC scheletrici non sono stati trovati usando l’analisi delle proteine native (Johnston et al., 1990). La mappatura peptidica delle proteine della miosina del muscolo scheletrico di Cyprinus carpio ha dato pochi risultati (α-cimotripsina trattata HC sottoframmento-1; Hwang et al., 1991) o nessuna differenza (V8 proteasi o trattamento chimotripsina di HC; Johnston et al., 1990)) indotti dall’acclimatazione a diverse temperature. Un aumento dell’RNA messaggero (mRNA) che codifica per la subunità HC a migrazione rapida è stato rilevato sotto simili regimi di acclimatazione (Gerlach et al., 1990). I cambiamenti miofibrillari non sono stati esaminati nel cuore, dove l’acclimatazione al freddo in alcune specie di pesci porta a cambiamenti nelle dimensioni del cuore, nella frequenza cardiaca e nell’efficienza meccanica (per esempio, Graham e Farrell, 1990). Nei mammiferi, ci sono prove di cambiamenti nelle isoforme della miosina cardiaca in relazione allo sviluppo (da V3 a V1), e dopo l’allenamento al nuoto (vedi Solaro et al., 1989). Di nuovo, non ci sono stati studi comparabili nei pesci.
La spina dorsale dei filamenti sottili è la F-actina a doppio filamento, composta da monomeri di G-actina assemblati in filamenti. L’energetica del cambiamento di conformazione associato all’assemblaggio varia tra le specie di pesci in un modo che suggerisce un adattamento della struttura della proteina sia alla temperatura che alla pressione idrostatica (Swezey e Somero, 1982). La troponina (Tn) è composta da tre proteine; TnC è la proteina che lega il calcio, TnI inibisce l’actina dal legarsi alle teste della miosina e TnT lega la tropomiosina. Il cuore dei mammiferi possiede solo una isoforma di TnC, condivisa dal muscolo scheletrico a contrazione lenta ma distinta dalla TnC del muscolo scheletrico a contrazione rapida (Solaro et al., 1986). I cambiamenti nelle isoforme TnI si verificano nello sviluppo dei mammiferi. Queste differenze aiutano a spiegare gli effetti differenziali dell’acidosi sulla sensibilità al Ca2+ di Tn da neonati e ratti adulti (vedi Solaro et al., 1989). Differenze interspecie in TnC e TnI dei mammiferi e degli uccelli sono evidenti dalle analisi di sequenza (Collins, 1991; Murphy et al., 1991), ma non sono state dimostrate differenze fisiologiche corrispondenti. Ben cinque isoforme di TnT sono state identificate nei cuori dei mammiferi. Anche se i loro ruoli funzionali non sono ben stabiliti, le diverse isoforme possono influenzare le attività dell’ATPasi (vedi Solaro et al., 1989). Differenze intra- e interspecifiche nei componenti della Tn-tropomiosina cardiaca non sono state dimostrate nei pesci.
Le isoforme delle proteine miofibrillari cardiache nei pesci non sono state osservate nella maggior parte degli studi. La plasticità offerta dalle isoforme nei mammiferi è importante nella risposta del cuore ai cambiamenti a lungo termine della domanda cardiovascolare. Gli effettori fisiologici che portano a cambiamenti nell’espressione delle isoforme nei mammiferi (fame, esercizio, tasso metabolico basale, adattamento alla temperatura) possono essere molto più estremi in molte specie di pesci. Di conseguenza, è improbabile che la divergenza delle isoforme miofibrillari cardiache nei pesci sia così limitata come suggerito dagli studi effettuati finora. Forse l’introduzione di una gamma più ampia di tecniche (per esempio, l’ibridazione dell’mRNA; Gerlach et al., 1990) potrebbe rivelare differenze nelle proteine contrattili non attualmente identificate usando l’analisi proteica convenzionale.