T-tubulukset ( eng. T-tubules englanniksi . transverse tubules - transverse tubules) - solukalvon invaginaatiot, jotka saavuttavat luuranko- ja sydänlihasten solujen keskiosan . T-tubuluskalvo sisältää suuren määrän ionikanavia , kuljettajia ja pumppuja, minkä ansiosta ne välittävät nopeaa toimintapotentiaalia ja niillä on tärkeä rooli solunsisäisen kalsiumionipitoisuuden säätelyssä . Tarjoamalla synkronisen kalsiumin vapautumisen solunsisäisistä varastoista T-tubulukset saavat aikaan voimakkaamman myosyyttien supistumisen . Joissakin sairauksissa T-tubulusten toiminta heikkenee, mikä sydänlihasten tapauksessa voi johtaa rytmihäiriöihin ja sydänkohtauksiin . T-tubulukset kuvattiin ensimmäisen kerran vuonna 1897.
T-tubulukset ovat lihassolun plasmakalvon invaginaatioita ( sarcolemma ). Jokaisessa lihassolussa ne muodostavat tubulusten verkon, jotka sijaitsevat kohtisuorassa tai yhdensuuntaisesti sarkolemman kanssa. T-tubulusten sisäpuolen avaa solun pinnassa oleva reikä, jolloin T-tubulukset täyttyvät samalla nesteellä, joka ympäröi solua. T-tubuluskalvo sisältää monia L-tyypin kalsiumkanavia , natrium-kalsiumvaihtimia , kalsiumin ATPaaseja ja β-adrenergisiä reseptoreita [1] .
Eteisten ja kammioiden sydänlihassoluissa T-tubuluksia ilmaantuu muutaman ensimmäisen elinviikkona [2] . Useimmissa lajeissa niitä löytyy kammioiden lihassoluista ja suurilla nisäkkäillä eteisten lihassoluista [3] . T-tubulusten halkaisija kardiomyosyyteissä vaihtelee välillä 20 - 450 nm ; pääsääntöisesti T-tubulukset sijaitsevat Z-levyjen alueella , johon solun aktiinifilamentit ankkuroivat [1] . Kardiomyosyyteissä T-tubulukset liittyvät läheisesti solunsisäiseen kalsiumvarastoon - sarkoplasmiseen retikulumiin , nimittäin sen terminaalisiin vesisäiliöihin. T-tubuluksen ja päätesäiliön kompleksia kutsutaan dyadiksi [4] .
Luurankolihaksissa T-tubulukset ovat halkaisijaltaan 20-40 nm ja sijaitsevat yleensä myosiininauhan molemmilla puolilla A- ja I-vyöhykkeiden risteyksessä. Lihaksissa T-tubulukset ovat yhteydessä sarkoplasmisen retikulumin kahteen terminaaliseen säiliöön, tätä kompleksia kutsutaan triadiksi [1] [5] .
T-tubulusten muotoa ylläpitävät erilaiset proteiinit . BIN1 -geenin koodaama amfifysiini-2-proteiini on vastuussa T-tubulusten muodostumisesta ja niihin tarvittavien proteiinien, kuten L-tyypin kalsiumkanavien, sijainnista [6] . JPH2 -geenin koodaama junktofiliini-2 osallistuu T-tubulusyhteyden muodostumiseen sarkoplasmisen retikulumin kanssa, mikä on välttämätön solusarkomeerien synkroniselle supistumiselle. TCAP-geenin koodaama teletoniini osallistuu T-tubulusten muodostumiseen ja saattaa olla vastuussa T-tubulusten lukumäärän lisääntymisestä kasvavassa lihaksessa [4] .
T-tubulukset ovat tärkeä linkki polulla lihassolun sähköisestä virityksestä sen lihasten supistumiseen (sähkömekaaninen kytkentä). Kun lihas on supistumassa, hermosta tai läheisestä lihassolusta tuleva stimuloiva sähköinen signaali saa solun kalvon depolarisoitumaan, mikä laukaisee toimintapotentiaalin. Levossa solukalvon sisäpuoli on negatiivisesti varautunut, ja sen sisällä on enemmän kaliumioneja kuin ulkoisessa ympäristössä ja vähemmän natriumia . Aktiopotentiaalin aikana positiivisesti varautuneet natriumionit tulevat soluun vähentäen sen negatiivista varausta (tätä prosessia kutsutaan depolarisaatioksi ). Kun kalvon sisäpuolen varauksen tietty positiivinen arvo saavutetaan, kalium-ionit alkavat poistua solusta palauttaen vähitellen sen kalvopotentiaalin lepotilan arvoon (tätä prosessia kutsutaan repolarisaatioksi ) [ 7] .
Lihaksen supistumisen laukeaminen alkaa asetyylikoliinin vapautumisesta lähellä moottorin päätylevyä. Tästä johtuen syntyy toimintapotentiaali, joka suoritetaan nopeudella 2 m / s pitkin koko lihaskuidun sarkolemaa. Lisäksi toimintapotentiaali tunkeutuu kuituun T-putkien kautta [8] .
Sydänlihaksessa toimintapotentiaali kulkee T-tubulusta pitkin aiheuttaen L-tyypin kalsiumkanavien aktivoitumisen, minkä seurauksena kalsiumia alkaa tulla soluun. L-tyypin kalsiumkanavien pitoisuus T-tubuluksissa on korkeampi kuin muussa sarkolemman osassa, joten suurin osa kalsium-ioneista tulee soluun T-tubulusten kautta [9] . Solun sisällä kalsiumionit sitoutuvat ryanodiinireseptoreihin , jotka sijaitsevat solunsisäisen kalsiumvaraston - sarkoplasmisen retikulumin - kalvolla. Ryanodiinireseptorien aktivoituminen saa aikaan kalsiumin vapautumisen sarkoplasmisesta retikulumista, mikä johtaa lihassolun supistumiseen [10] . Luustolihaksissa L-tyypin kalsiumkanava on kytketty suoraan sarkoplasmisen retikulumin ryanodiinireseptoriin, jolloin ryanodiinireseptorit aktivoituvat ilman sisään tulevaa kalsiumvirtaa [11] .
T-tubulusten merkitys ei rajoitu L-tyypin kalsiumkanavien korkeaan pitoisuuteen: ne pystyvät synkronoimaan kalsiumin vapautumisen solussa. Aktiopotentiaalin nopea leviäminen T-tubulusten verkkoa pitkin johtaa siihen, että L-tyypin kalsiumkanavat aktivoituvat niissä lähes samanaikaisesti. Koska sarkolemma tulee hyvin lähelle sarkoplasmista retikulumia T-tubulusten alueella, kalsiumin vapautuminen jälkimmäisestä laukeaa melkein välittömästi. Kalsiumin vapautumisen synkronoinnin ansiosta saavutetaan voimakkaampi lihasten supistuminen. Soluissa, joissa ei ole T-tubuluksia, kuten sileät lihassolut , toimintahäiriöiset sydänlihassolut tai lihassolut, joista T-tubulukset on poistettu keinotekoisesti, soluun tuleva kalsium diffundoituu hitaasti sytoplasmaan ja saavuttaa ryanodiinireseptorit paljon hitaammin. alkaen - jolloin lihas supistuu heikommin kuin T-tubulusten läsnä ollessa [12] .
Koska sähkömekaaninen kytkentä tapahtuu juuri T-tubuluksissa, ionikanavia ja muita tähän prosessiin tarvittavia proteiineja löytyy T-tubuluksista paljon suurempana pitoisuutena kuin muussa sarkolemman osassa. Tämä ei koske vain L-tyypin kalsiumkanavia, vaan myös β-adrenergisiä reseptoreja [13] , ja niiden stimulaatio tehostaa kalsiumin vapautumista sarkoplasmisesta retikulumista [14] .
Koska T-tubulusten sisäosa on itse asiassa ympäristön jatke, ionien pitoisuus siinä on suunnilleen sama kuin solunulkoisessa nesteessä. Koska ionien pitoisuus T-tubulusten sisällä on kuitenkin erittäin tärkeä (erityisesti kalsiumpitoisuus sydänlihassolujen T-tubuluksissa), on välttämätöntä, että nämä pitoisuudet pysyvät suurin piirtein vakioina. Koska T-putkien halkaisija on hyvin pieni, ne sieppaavat ioneja. Tästä johtuen, kun kalsiumpitoisuus ulkoisessa ympäristössä pienenee ( hypokalsemia ), kalsiumpitoisuus T-tubuluksissa ei muutu ja pysyy riittävänä laukaisemaan supistumisen [4] .
Kalsium ei vain pääse soluun T-tubulusten kautta, vaan se myös poistuu solusta. Tästä johtuen solunsisäistä kalsiumpitoisuutta voidaan kontrolloida tiukasti vain pienellä alueella, nimittäin T-tubuluksen ja sarkoplasmisen retikulumin välisessä tilassa [15] . Natrium-kalsium-vaihdin, samoin kuin kalsiumin ATPaasi , sijaitsevat pääasiassa T-tubuluskalvossa [4] . Natrium-kalsium-vaihdin poistaa passiivisesti yhden kalsium-ionin solusta vastineeksi kolmen natrium-ionin sisäänpääsystä. Koska prosessi on passiivinen, eli se ei tarvitse energiaa ATP :n muodossa , kalsium voi sekä päästä soluun että poistua siitä vaihtimen kautta riippuen Ca 2+:n ja Ca 2+ :n suhteellisesta pitoisuudesta. Na + -ionit sekä solukalvon jännitteet ( sähkökemiallinen gradientti ). Kalsium-ATPaasi poistaa aktiivisesti kalsiumia solusta käyttämällä ATP:tä energialähteenä [7] .
T-tubulusten toiminnan tutkimiseksi voidaan keinotekoisesti irrottaa T-tubulukset ja solukalvo käyttämällä tekniikkaa, joka tunnetaan nimellä detubulaatio. Glyserolia [16] tai formamidia [12] (luuranko- ja sydänlihaksille) lisätään solunulkoiseen nesteeseen . Nämä osmoottisesti aktiiviset aineet eivät pääse kulkemaan solukalvon läpi, ja kun ne lisätään solunulkoiseen nesteeseen, solut alkavat menettää vettä ja kutistua. Kun nämä aineet poistetaan, solun tilavuus palautuu nopeasti ja palautuu normaalikokoiseksi, mutta solun nopean laajenemisen seurauksena solukalvosta irtoaa T-tubuluksia [17] .
Joissakin sairauksissa T-tubulusten rakenne muuttuu, mikä voi johtaa sydänlihaksen heikkouteen tai sen supistumisrytmin rikkomiseen. T-tubulusten rakenteen rikkomukset voivat ilmaista näiden rakenteiden täydellisenä menettämisenä tai vain niiden suunnan ja haarautumiskuvion muutoksena. T-tubulusten rakenteen menetys tai vaurioituminen tapahtuu usein sydäninfarktin yhteydessä [18] . Sydänkohtaus voi johtaa kammioiden T-tubulusten häiriöihin, joiden seurauksena supistusvoima sekä toipumismahdollisuudet vähenevät [19] . Joskus sydänkohtauksessa T-tubulukset häviävät lähes kokonaan eteisestä, mikä vähentää eteisten supistumiskykyä ja voi aiheuttaa eteisvärinää [20] .
T-tubulusten rakenteellisten muutosten myötä L-tyypin kalsiumkanavat voivat menettää kosketuksen ryanodiinireseptoreihin. Tämän seurauksena kalsiumpitoisuuden nousuun tarvittava aika pitenee, mikä johtaa heikompiin supistuksiin ja rytmihäiriöihin. T-tubulusten häiriöt voivat kuitenkin olla palautuvia, ja on ehdotettu, että T-tubulusten rakenne voidaan palauttaa normaaliksi intervalliharjoittelulla [4] [20] .
Ajatus T-tubulusten kaltaisten solurakenteiden olemassaolosta esitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1881. Aika, joka kului poikkijuovaisen lihassolun stimulaation ja sen supistumisen välillä, on liian lyhyt johtuakseen kemiallisen signaalin liikkeestä sarkolemasta sarkoplasmiseen retikulumiin. On ehdotettu, että näin lyhyt aika voi johtua lihassolukalvon syvien invaginaatioiden läsnäolosta [21] [22] . Vuonna 1897 T-tubulukset nähtiin ensimmäisen kerran valomikroskoopilla sydänlihaksessa, johon oli aiemmin ruiskutettu mustetta. Transmissioelektronimikroskoopin keksimisen jälkeen T-putkien rakennetta tutkittiin tarkemmin [23] ja vuonna 1971 kuvattiin T-putkiverkoston pituussuuntaiset komponentit [24] . 1990- ja 2000-luvuilla konfokaalimikroskopialla saatiin aikaan tilamalli T-tubulusten verkostosta sekä määrittää niiden koko ja jakautuminen [25] . Kun kalsiumpurkaukset löydettiin, T-tubulusten ja kalsiumin vapautumisen välistä yhteyttä alettiin jäljittää [26] . Pitkään T-tubuluksia tutkittiin vain luurankolihasten ja kammioiden sydänlihasten esimerkillä, mutta vuonna 2009 eteislihassoluissa oli mahdollista nähdä hyvin kehittynyt T-tubulusjärjestelmä [20] . Nykyinen tutkimus keskittyy T-tubuluksen rakenteen säätelyyn ja sen muutoksiin erilaisissa sydän- ja verisuonisairauksissa [27] .