Chaperone protein

Una proteina chaperone è una proteina la cui funzione è quella di assistere altre proteine nella loro maturazione prevenendo la formazione di aggregati attraverso i domini idrofobici presenti sulla loro superficie durante il loro ripiegamento tridimensionale . Molte proteine chaperon sono proteine da shock termico ( proteine da shock termico - Hsp), vale a dire le proteine espresse in risposta alle variazioni di temperatura o ad altri tipi di stress cellulare, come lo stress ossidativo .

Storia

La ricerca sugli accompagnatori ha una lunga storia. Il termine "chaperone molecolare" è apparso per la prima volta in letteratura nel 1978 ed è stato coniato da Ron Laskey per descrivere la capacità di una proteina nucleare chiamata nucleoplasmina di impedire l'aggregazione di proteine istoniche ripiegate con il DNA durante l'assemblaggio dei nucleosomi. Il termine è stato poi esteso da R. John Ellis nel 1987 per descrivere le proteine che hanno mediato nell'assemblaggio post-traduzionale di complessi proteici. Nel 1988, la ricerca ha dimostrato che proteine simili mediano nei procarioti e negli eucarioti. I dettagli di questo processo furono determinati nel 1989 da Pierre Goloubinoff nel laboratorio di George H. Lorimer, quando fu dimostrato in vitro il ripiegamento della proteina ATP-dipendente.

Struttura

La struttura delle proteine è sensibile al calore, si snaturano e perdono le loro funzioni biologiche. Il ruolo delle proteine chaperone è quello di prevenire i danni potenzialmente causati dalla perdita della funzione proteica dovuta a un ripiegamento errato tridimensionale. Altre proteine chaperone sono coinvolte nel ripiegamento delle proteine neosintetizzate quando vengono estratte dal ribosoma .

Operazione generale

Per funzionare le proteine chaperone usano l' ATP .

Contestualizzazione

Per le proteine , l'ottenimento del loro stato finale è un passaggio fondamentale poiché definisce le loro proprietà funzionali e le loro attività.

Alcune proteine, le più piccole, possono acquisire spontaneamente questo stato, quindi non c'è intervento delle proteine chaperone. Tuttavia, a volte si ottiene una cattiva conformazione. Le proteine chaperone quindi intervengono e rimettono le proteine sulla "strada giusta".
Si noterà che la maggior parte delle proteine richiede le proprie azioni per ottenere il proprio stato attivo.

Modo di agire

Le proteine chaperone aiutano il ripiegamento delle proteine modificando la loro conformazione. Riconoscono le proteine dalla loro superficie idrofobica (normalmente situata al centro delle proteine ma in questo caso all'esterno), le mascherano e, grazie alla loro flessibilità, ne modificano la struttura mettendo a contatto con l'acqua le zone idrofile .

Diverse proteine chaperone

Le accompagnatrici

Le chaperonine sono una famiglia di proteine chaperone. Incapsulano la loro proteina substrato e sono caratterizzati da una struttura a doppio anello. Si trovano nei procarioti , nel citosol degli eucarioti e nei mitocondri .

Altre proteine chaperone

Altri tipi di proteine chaperone sono coinvolti nel trasporto transmembrana, ad esempio nei mitocondri e nel reticolo endoplasmatico . Nuove funzioni delle proteine chaperone vengono continuamente scoperte, come assistere la degradazione delle proteine (assicurando la loro eliminazione quando sono anormali) e rispondere alle malattie legate all'aggregazione proteica (vedi prioni ).

Nomenclatura ed esempi di proteine chaperone nei procarioti

Esistono molte famiglie di proteine chaperone, le cui modalità di azione sono varie. Nei procarioti come l' Escherichia coli , molte di queste proteine sono altamente espresse in condizioni di stress, ad esempio in seguito all'esposizione a temperature elevate. Per questo motivo il termine storico proteina da shock termico ( Proteine da shock termico o Hsp) è stato designato per la prima volta come proteine chaperone.

Hsp60 ( GroEL / GroES complessi in E. coli ) è la più conosciuta del peso molecolare (1 milione di dalton ) chaperone complessi proteici. GroEL è costituito da 14 subunità unite in un doppio anello che ha una zona idrofobica alla sua apertura. Il complesso è abbastanza grande da contenere una molecola GFP da 54 kDa non denaturata . GroES è un eptamero ad anello singolo che si lega a GroEL in presenza di ATP o ADP . GroEL / GroES non sembra in grado di agire sui precipitati proteici, ma sembra competere con i fenomeni di cattivo ripiegamento e aggregazione. Fenton e Horwich (2003)

Hsp70 ( DnaK in E. coli ) è forse la più nota delle piccole proteine chaperone ( peso molecolare = 70 kDa). Hsp70 è assistito da Hsp40 ( DnaJ in E. coli ) che ne aumenta l'attività e il consumo di ATP . È stato dimostrato che la sovraespressione di Hsp70 in una cellula porta alla diminuzione della sua sensibilità ai messaggi pro-apoptotici . Sebbene i meccanismi precisi debbano ancora essere chiariti, è stato riferito che Hsp70 lega un'elevata affinità alle proteine dispiegate quando è legato all'ADP e una bassa affinità quando è legato all'ATP . Si ritiene che più molecole di Hsp70 si raccolgano attorno a substrati dispiegati per stabilizzarli ed evitare che si verifichino fenomeni di aggregazione prima che la proteina abbia completato tutto il suo ripiegamento. Solo allora Hsp70 perde la sua affinità per il substrato e si allontana. Per ulteriori informazioni, vedere Mayer & Bukau (2005).

Hsp90 ( HtpG in E. coli ) è forse la meno conosciuta delle proteine chaperone. Il suo peso molecolare è di 90 kDa ed è necessario per la sopravvivenza degli eucarioti (ed eventualmente anche dei procarioti ). Ogni molecola Hsp90 ha un dominio di legame ATP , un dominio intermedio e un dominio di dimerizzazione . Si ritiene che si leghino ai loro substrati proteici legando l' ATP e che potrebbero aver bisogno di cochaperon come Hsp70 . Vedi Terasawa et al. (2005).

Hsp100 ( famiglia di proteine Clp in E. coli ) designa un insieme di proteine studiate in vivo e in vitro per la loro capacità di riconoscere e dispiegare proteine etichettate o ripiegate in modo errato. Le proteine della famiglia Hsp100 / Clp formano grandi strutture esameriche aventi un'attività enzimatica unfoldase in presenza di ATP . Si ritiene che selezionino le proteine "candidate" una per una facendole passare attraverso un piccolo poro di 20 Å (2 nm ) di diametro, quindi dando loro una seconda possibilità di piegarsi correttamente. Alcuni Hsp100 , come ClpA e ClpX, si associano alla serina proteasi ClpP composta da 24 subunità organizzate in un doppio anello; invece di catalizzare il ripiegamento delle proteine bersaglio, questi complessi sono responsabili della distruzione delle proteine etichettate o ripiegate in modo errato.

Riferimenti

Si trova spesso anche la forma della "proteina chaperone".
Michel Morange, proteine chaperone , medicina / scienza 2000, n ° 5, vol. 16, maggio 2000
RJ Ellis , " Discovery of molecular chaperones ", Cell Stress & Chaperones , vol. 1, n o 3,Settembre 1996, p. 155-160 ( ISSN 1355-8145 , PMID 9222600 , PMCID PMC248474 , letto online , accesso 31 agosto 2018 )
RA Laskey , BM Honda , AD Mills e JT Finch , "I nucleosomi sono assemblati da una proteina acida che lega gli istoni e li trasferisce al DNA ", Nature , vol. 275, n o 5679,5 ottobre 1978, p. 416–420 ( ISSN 0028-0836 , PMID 692721 , letto online , accesso 31 agosto 2018 )
J. Ellis , " Proteins as molecular chaperones ", Nature , vol. 328, n o 6129, 30 luglio 1987, 5 agosto, p. 378-379 ( ISSN 0028-0836 , PMID 3112578 , DOI 10.1038 / 328378a0 , letto online , accesso 31 agosto 2018 )
SM Hemmingsen , C. Woolford , SM van der Vies e K. Tilly , " Pianta omologa e proteine batteriche chaperone oligomeric protein assembly ", Nature , vol. 333, n o 6171,26 maggio 1988, p. 330–334 ( ISSN 0028-0836 , PMID 2897629 , DOI 10.1038 / 333330a0 , letto online , accesso 31 agosto 2018 )
P. Goloubinoff , JT Christeller , AA Gatenby e GH Lorimer , "La ricostituzione della carbossilasi bifosfato di ribulosio dimerica attiva da uno stato non colorato dipende da due proteine chaperonin e Mg-ATP ", Nature , vol. 342, n . 6252, 21-28 dicembre 1989, p. 884-889 ( ISSN 0028-0836 , PMID 10532860 , DOI 10.1038 / 342884a0 , letto online , accesso 31 agosto 2018 )
(in) Sarah Hanzen Katarina Vielfort, Yang Junsheng, Friederike Roger Thomas Nyström et al. , " Controllo della durata della vita mediante reclutamento dipendente da Redox di chaperoni per proteine non piegate " , Cell ,giugno 2016( DOI 10.1016 / j.cell.2016.05.006 )

(it) "Chaperones Hsp70: funzioni cellulari e meccanismo molecolare." Mayer, MP e Bukau, B Cell Mol Life Sci 62: 670-684, 2005. Immettere Pubmed: 15770419
(en) Terasawa, et al , J Biochemistry (Tokyo) , 137 (4): 443-447, 2005.
(it) "Ripiegamento proteico mediato dalla chaperonina: destino del polipeptide substrato". Fenton, WA e Horwich, AL Q Rev Biophys 36 (2): 229-256, 2003. Enter Pubmed: 14686103