T-tubulusok ( eng. T-tubules angolból . keresztirányú tubulusok - keresztirányú tubulusok) - a sejtmembrán invaginációi , amelyek elérik a váz- és szívizmok sejtjeinek központi részét . A T-tubulus membrán nagyszámú ioncsatornát , transzportert és pumpát tartalmaz, amelyeknek köszönhetően gyors akciós potenciál átvitelt biztosítanak, és fontos szerepet játszanak az intracelluláris kalciumion - koncentráció szabályozásában . A kalcium szinkron felszabadulását biztosítva az intracelluláris depókból, a T-tubulusok a miociták erősebb összehúzódását biztosítják . Egyes betegségekben a T-tubulusok működése károsodik, ami a szívizomzat esetében szívritmuszavarhoz , szívrohamhoz vezethet . A T-tubulusokat először 1897-ben írták le.
A T-tubulusok az izomsejt plazmamembránjának invaginációi ( sarcolemma ). Mindegyik izomsejtben tubulusok hálózatát alkotják, amelyek a szarkolemmára merőlegesen vagy párhuzamosan helyezkednek el. A T-tubulusok belsejét a sejtfelszínen lévő lyuk nyitja meg, így a T-tubulusok megtelnek ugyanazzal a folyadékkal, amely körülveszi a sejtet. A T-tubulus membrán számos L-típusú kalciumcsatornát , nátrium-kalciumcserélőt , kalcium-ATPázt és β-adrenerg receptorokat tartalmaz [1] .
A pitvari és kamrai kardiomiocitákban T-tubulusok jelennek meg az élet első néhány hetében [2] . A legtöbb fajnál a kamrák izomsejtjeiben , nagy emlősöknél pedig a pitvar izomsejtjeiben találhatók [3] . A szívizomsejtekben lévő T-tubulusok átmérője 20-450 nm ; A T-tubulusok általában a Z-korongok régiójában helyezkednek el , ahol a celluláris aktin filamentumok horgonyoznak [1] . A szívizomsejtekben a T-tubulusok szorosan kapcsolódnak az intracelluláris kalcium depóhoz - a szarkoplazmatikus retikulumhoz , nevezetesen annak terminális ciszternáihoz. A T-tubulus és a terminális ciszterna komplexét diádnak [4] nevezzük .
A vázizomzatban a T-tubulusok 20-40 nm átmérőjűek, és általában a miozinsáv mindkét oldalán, az A és I sáv találkozásánál helyezkednek el. Az izmokban a T-tubulusok a szarkoplazmatikus retikulum két terminális ciszternájához kapcsolódnak, ezt a komplexet triádnak [1] [5] nevezik .
A T tubulusok alakját különféle fehérjék tartják fenn . A BIN1 gén által kódolt amfifizin-2 fehérje felelős a T-tubulusok kialakulásáért és a bennük szükséges fehérjék, például az L-típusú kalciumcsatornák lokalizálásáért [6] . A JPH2 gén által kódolt junctophilin-2 részt vesz a T-tubulus kapcsolat kialakításában a szarkoplazmatikus retikulummal, amely a sejtszarkomerek szinkron összehúzódásához szükséges. A TCAP gén által kódolt teletonin részt vesz a T-tubulusok képződésében, és felelős lehet a növekvő izomzatban lévő T-tubulusok számának növekedéséért [4] .
A T-tubulusok fontos láncszemek az izomsejt elektromos gerjesztésétől az izomösszehúzódásig vezető úton (elektromechanikus csatolás). Amikor egy izom összehúzódni készül, egy idegből vagy egy közeli izomsejtből érkező stimuláló elektromos jel a sejt membránjának depolarizálódását idézi elő, ami akciós potenciált vált ki. Nyugalomban a sejtmembrán belső oldala negatív töltésű, és több káliumiont tartalmaz , mint a külső környezetben, és kevesebb nátriumot tartalmaz . Az akciós potenciál során pozitív töltésű nátriumionok lépnek be a sejtbe, csökkentve annak negatív töltését (ezt a folyamatot depolarizációnak nevezik ). A membrán belső oldalának egy bizonyos pozitív töltési értékének elérésekor a káliumionok elkezdenek elhagyni a sejtet, fokozatosan visszaállítva a membránpotenciálját a nyugalmi állapotra jellemző értékre (ezt a folyamatot repolarizációnak nevezik [ ) . 7] .
Az izomösszehúzódás kiváltása az acetilkolin felszabadulásával kezdődik a motoros véglemez közelében. Emiatt akciós potenciál keletkezik, amelyet 2 m / s sebességgel hajtanak végre a teljes izomrost szarkolemmájában. Továbbá az akciós potenciál a T-tubulusokon keresztül behatol a szálba [8] .
A szívizomban az akciós potenciál a T-tubulus mentén halad, ami az L-típusú kalciumcsatornák aktiválódását idézi elő, aminek következtében a kalcium elkezd bejutni a sejtbe. Az L-típusú kalciumcsatornák koncentrációja a T-tubulusokban magasabb, mint a sarcolemma többi részében, így a kalciumionok nagy része T-tubulusokon keresztül jut be a sejtbe [9] . A sejten belül a kalciumionok a rianodin receptorokhoz kötődnek , amelyek az intracelluláris kalciumraktár - a szarkoplazmatikus retikulum - membránján helyezkednek el. A rianodin receptorok aktiválása kalcium felszabadulását okozza a szarkoplazmatikus retikulumból, ami az izomsejt összehúzódásához vezet [10] . A vázizomzatban az L-típusú kalciumcsatorna közvetlenül kapcsolódik a szarkoplazmatikus retikulumon lévő rianodin receptorhoz, ezáltal a rianodin receptorok beérkező kalciumáram nélkül aktiválódnak [11] .
A T-tubulusok jelentősége nem korlátozódik az L típusú kalciumcsatornák magas koncentrációjára: képesek szinkronizálni a kalcium felszabadulását a sejtben. Az akciós potenciál gyors terjedése a T-tubulusok hálózatában oda vezet, hogy az L-típusú kalciumcsatornák szinte egyidejűleg aktiválódnak bennük. Mivel a sarcolemma nagyon közel van a szarkoplazmatikus retikulumhoz a T-tubulusok régiójában, a kalcium felszabadulása az utóbbiból szinte azonnal beindul. A kalcium felszabadulás szinkronizálása révén erősebb izomösszehúzódás érhető el. T-tubulusokkal nem rendelkező sejtekben, például simaizomsejtekben , diszfunkcionális szívizomsejtekben vagy olyan izomsejtekben, amelyekben a T-tubulusokat mesterségesen eltávolították, a sejtbe jutó kalcium lassan diffundál a citoplazmába, és sokkal lassabban éri el a rianodin receptorokat, -től - amelyre az izom gyengébb összehúzódása, mint T-tubulusok jelenlétében [12] .
Mivel az elektromechanikus kapcsolás a T-tubulusokban történik, az ioncsatornák és a folyamathoz szükséges egyéb fehérjék sokkal nagyobb koncentrációban találhatók meg a T-tubulusokban, mint a szarkolemma többi részében. Ez nemcsak az L-típusú kalciumcsatornákra vonatkozik, hanem a β-adrenerg receptorokra is [13] , és ezek stimulálása fokozza a kalcium felszabadulását a szarkoplazmatikus retikulumból [14] .
Mivel a T-tubulusok belseje valójában a környezet folytatása, az ionok koncentrációja benne megközelítőleg megegyezik az extracelluláris folyadékéval. Mivel azonban a T-tubulusokon belüli ionok koncentrációja nagyon fontos (különösen a szívizomsejtek T-tubulusainak kalciumkoncentrációja), szükséges, hogy ezek a koncentrációk többé-kevésbé állandóak maradjanak. Mivel a T-tubulusok átmérője nagyon kicsi, ionokat rögzítenek. Ennek köszönhetően a külső környezet kalciumkoncentrációjának csökkenésével ( hipokalcémia ) a T-tubulusok kalciumkoncentrációja nem változik, és elegendő marad a kontrakció kiváltásához [4] .
A kalcium nemcsak a T-tubulusokon keresztül jut be a sejtbe, hanem ki is lép a sejtből. Ennek köszönhetően az intracelluláris kalciumkoncentráció csak kis területen, mégpedig a T-tubulus és a szarkoplazmatikus retikulum közötti térben szabályozható szigorúan [15] . A nátrium-kalcium-cserélő, valamint a kalcium- ATPáz túlnyomórészt a T-tubulus membránjában található [4] . A nátrium-kalcium cserélő passzívan eltávolít egy kalciumiont a sejtből három nátriumion beléptetéséért cserébe. Tekintettel arra, hogy a folyamat passzív, azaz nem igényel energiát ATP formájában , a kalcium a sejtbe juthat és a hőcserélőn keresztül távozhat is, a Ca 2+ és a relatív Ca 2+ koncentráció kombinációjától függően. Na + -ionok , valamint a sejtmembrán feszültsége ( elektrokémiai gradiens ). A kalcium-ATPáz aktívan eltávolítja a kalciumot a sejtből, az ATP-t energiaforrásként használva [7] .
A T-tubulusok működésének tanulmányozásához mesterségesen szétválaszthatjuk a T-tubulusokat és a sejtmembránt a detubuláció néven ismert technikával. Az extracelluláris folyadékhoz glicerint [16] vagy formamidot [12] adnak (a vázizmokhoz, illetve a szívizmokhoz) . Ezek az ozmotikusan aktív szerek nem tudnak átjutni a sejtmembránon, és amikor hozzáadódnak az extracelluláris folyadékhoz, a sejtek elkezdenek vizet veszíteni és összezsugorodnak. Ha ezeket az anyagokat eltávolítjuk, a sejt gyorsan visszaállítja térfogatát és visszaáll a normál méretűre, azonban a sejt gyors tágulása miatt T-tubulusok válnak le a sejtmembránról [17] .
Egyes betegségekben a T-tubulusok szerkezete megváltozik, ami a szívizom gyengeségéhez vagy összehúzódási ritmusának megsértéséhez vezethet. A T-tubulusok szerkezetének megsértése ezeknek a struktúráknak a teljes elvesztésében vagy csak orientációjuk és elágazási mintázatuk megváltozásával fejezhető ki. A T-tubulusok szerkezetének elvesztése vagy károsodása gyakran fordul elő miokardiális infarktus esetén [18] . A szívinfarktus a kamrákban a T-tubulusok zavarához vezethet, aminek következtében csökken a kontrakciós erő, valamint a gyógyulás esélye [19] . Néha szívroham esetén a T-tubulusok szinte teljes elvesztése következik be a pitvarban, ami csökkenti a pitvari kontraktilitást és pitvarfibrillációt okozhat [20] .
A T-tubulusok szerkezeti változásaival az L-típusú kalciumcsatornák elveszíthetik kapcsolatukat a rianodin receptorokkal. Ennek eredményeként megnő a kalciumkoncentráció emelkedéséhez szükséges idő, ami gyengébb összehúzódásokat és aritmiákat eredményez. A T-tubulusok zavarai azonban reverzibilisek lehetnek, és felvetették, hogy a T-tubulusok szerkezete intervallum edzéssel visszaállítható [4] [20] .
A T-tubulusokhoz hasonló sejtszerkezetek létezésének gondolata először 1881-ben merült fel. A harántcsíkolt izomsejt stimulálása és összehúzódása között eltelt idő túl rövid ahhoz, hogy a szarkolemmától a szarkoplazmatikus retikulum felé tartó kémiai jel mozgása miatt legyen. Feltételezték, hogy ez a rövid idő az izomsejtmembrán mély invaginációinak tudható be [21] [22] . 1897-ben T-tubulusokat először fénymikroszkóp alatt láttak szívizomban, amelyet korábban tintával fecskendeztek be. A transzmissziós elektronmikroszkóp feltalálása után a T-tubulusok szerkezetét részletesebben tanulmányozták [23] , majd 1971-ben leírták a T-tubulusok hálózatának longitudinális összetevőit [24] . Az 1990-es és 2000-es években konfokális mikroszkóppal lehetőség nyílt a T-tubulusok hálózatának térbeli modelljének elkészítésére, valamint méretük és eloszlásuk meghatározására [25] . A kalciumkitörések felfedezésével elkezdték nyomon követni a kapcsolatot a T-tubulusok és a kalcium felszabadulás között [26] . A T-tubulusokat sokáig csak a vázizmok és a kamrai szívizom példáján tanulmányozták, de 2009-ben már jól fejlett T-tubulusrendszert lehetett látni a pitvari izomsejtekben [20] . A jelenlegi kutatások a T-tubulus szerkezetének szabályozására és annak változásaira irányulnak különböző szív- és érrendszeri betegségekben [27] .