Actomyosin ATPase
Myofibrillar proteins include those of the thick filament (mainly myosin) and thin filament (mainly actin, troponin, and tropomyosin). Het hartmyosine van zoogdieren bestaat uit twee zware myosineketens (HC) en vier lichte myosineketens (LC). De twee HC-subeenheden van het hart van zoogdieren (α, β) zijn gecombineerd tot drie mogelijke dimeren VI (αα), V2 (αβ) en V3 (ββ), die kunnen worden onderscheiden aan de hand van de enzymatische (ATPase) activiteit, de contractiesnelheid en de elektroforetische mobiliteit in niet-splitsende gels. Het vermogen van het zoogdierenhart om verschillende isovormen van myosines tot expressie te brengen zorgt voor plasticiteit in de cardiale respons op veranderingen in cardiovasculaire eisen. Lange-termijn veranderingen in de ventriculaire functie als gevolg van ontwikkeling, training of veranderingen in de metabole eisen (bijv. honger, hormonale omstandigheden) kunnen worden opgevangen door structurele aanpassingen (Solaro et al., 1989). In tegenstelling tot de situatie bij zoogdieren, wordt slechts één inheemse myosine-isovorm gedetecteerd in de ventrikels van de meeste teleosts (Karasinski, 1988; Martinez et al., 1991). De ventrikels van goudvissen (Carassius auratus L.) vertonen twee isovormen (Karasinski, 1988). Hoewel in het ventrikel van de karper (Cyprinus carpio) slechts één myosine-isovorm kon worden aangetoond (Karasinski, 1988), is de myosine-ATPase-activiteit (μmol vrijgemaakt fosfaat/min/mg myosine) van het compacte myocard van de karper ongeveer 50% hoger dan die in het sponsachtige myocard (Bass et al., 1973). Dit suggereert de aanwezigheid van ten minste twee isovormen die verschillen in katalytische activiteit, maar die elektroforetisch niet te onderscheiden zijn met de tot nu toe toegepaste technieken. Inheemse myosines van atrium migreren als één enkele band bij vier cypriniden (Tinca tinca L., Rutilis rutilis L. Leuciscus leuciscus L., Gobio gobio L.; Karanski, 1988) en een zalmachtige (Salvelinus alpinus, L.; Martinez et al., 1991), maar twee banden bij drie andere cypriniden (Cyprinus carpio L., Carassius auratus gibelio Bloch, Carassius carassius L.; Karanski, 1988). Inheemse atriale myosine is verschillend van die van ventrikel in elke soort (Karanski, 1988; Martinez et al., 1991).
Electroforese van myosine onder denaturerende omstandigheden onthult subunit samenstelling (HC, LC). In zowel het ventrikel als het atrium van Arctische zalmforel (Salvelinus alpinus) worden afzonderlijke HC-subeenheden aangetroffen, hetgeen consistent is met de expressie van slechts één duidelijk natieve myosine (Martinez et al., 1991). Atrium en ventrikel bezitten elk twee typen myosine-lichtketens (LC1, LC2) (Karanski, 1988; Martinez et al., 1991). Elke atriale isovorm komt overeen met zijn ventriculaire tegenhanger op tweedimensionale gelelektroforese (Martinez et al., 1991).
Verschuivingen in myofibrillaire proteïnen treden op in relatie tot de acclimatisatietemperatuur in skeletspieren (zie Guderley en Blier, 1988; Johnston et al., 1990). Johnston et al. (1975) toonden aan dat de myofibrillaire ATPase-activiteit van goudvissen 2,8 maal hoger is bij vissen die geacclimatiseerd zijn aan 1°C dan aan 26°C. Er waren ook duidelijke verschillen in thermische stabiliteit, zoals blijkt uit de inactivatie bij 37°C. Door acclimatisatie veroorzaakte veranderingen in de HC-profielen van het skelet werden niet gevonden met behulp van natieve proteïneanalyse (Johnston et al., 1990). Peptide mapping van myosine-eiwitten van skeletspieren van Cyprinus carpio leverde weinig (α-chymotrypsine behandelde HC subfragment-1; Hwang et al., 1991) of geen verschil (V8 protease of chymotrypsine behandeling van HC; Johnston et al., 1990) op geïnduceerd door acclimatisatie aan verschillende temperaturen. Een toename van het boodschapper-RNA (mRNA) dat codeert voor de snel migrerende HC-subeenheid werd waargenomen bij gelijkaardige acclimatisatieregimes (Gerlach et al., 1990). Myofibrillaire veranderingen zijn niet onderzocht in het hart, waar koude acclimatisatie bij sommige vissoorten leidt tot veranderingen in hartgrootte, hartslag en mechanische efficiëntie (b.v. Graham en Farrell, 1990). Bij zoogdieren zijn er aanwijzingen voor veranderingen in cardiale myosine-isovormen in relatie tot ontwikkeling (V3 tot V1), en na zwemtraining (zie Solaro et al., 1989). Ook hier zijn er geen vergelijkbare studies bij vissen uitgevoerd.
De ruggengraat van dunne filamenten is dubbelstrengs F-actine, samengesteld uit G-actine monomeren die tot filamenten zijn samengevoegd. De energetica van de conformatieverandering die gepaard gaat met de assemblage varieert tussen vissoorten op een manier die suggereert dat de structuur van het eiwit zich zowel aan de temperatuur als aan de hydrostatische druk aanpast (Swezey en Somero, 1982). Troponine (Tn) bestaat uit drie eiwitten; TnC is het calciumbindende eiwit, TnI remt actine af van binding aan myosinekoppen, en TnT bindt tropomyosine. Het hart van zoogdieren bezit slechts één isovorm van TnC, die gedeeld wordt door slow-twitch skeletspieren, maar verschillend is van fast-twitch skeletspieren TnC (Solaro et al., 1986). Veranderingen in TnI isovormen treden op tijdens de ontwikkeling van zoogdieren. Deze verschillen helpen de verschillende effecten van acidose op de Ca2+ gevoeligheid van Tn van pasgeborenen en volwassen ratten te verklaren (zie Solaro et al., 1989). Verschillen tussen zoogdieren en vogels in TnC en TnI zijn duidelijk uit sequentie-analyses (Collins, 1991; Murphy et al., 1991), maar overeenkomstige fysiologische verschillen zijn niet aangetoond. Er zijn maar liefst vijf TnT isovormen geïdentificeerd in zoogdierenharten. Hoewel hun functionele rol niet goed is vastgesteld, kunnen de verschillende isovormen de ATPase-activiteit beïnvloeden (zie Solaro et al., 1989). Intra- en interspecifieke verschillen in cardiale Tn-tropomyosine componenten zijn bij vissen niet aangetoond.
Isoformen van cardiale myofibrillaire proteïnen bij vissen zijn in de meeste studies niet waargenomen. De plasticiteit van isovormen bij zoogdieren is belangrijk voor de reactie van het hart op veranderingen in de cardiovasculaire vraag op lange termijn. De fysiologische effecten die bij zoogdieren leiden tot veranderingen in de expressie van isovormen (verhongering, lichaamsbeweging, basaal metabolisme, temperatuursaanpassing) kunnen bij veel vissoorten veel extremer zijn. Bijgevolg is het onwaarschijnlijk dat de divergentie van cardiale myofibrillaire isovormen bij vissen zo beperkt is als gesuggereerd door de tot op heden uitgevoerde studies. Misschien kan de introductie van een bredere waaier van technieken (b.v. mRNA hybridisatie; Gerlach et al., 1990) verschillen in contractiele proteïnen aan het licht brengen die momenteel niet geïdentificeerd zijn met conventionele eiwitanalyse.