Chaperonový protein

Chaperon protein je protein , jehož úkolem je pomoci jiných proteinů v jejich zrání tím, že brání tvorbě agregátů přes hydrofobní domény přítomné na jejich povrchu během jejich trojrozměrné skládání . Mnoho proteinových chaperonů jsou proteiny tepelného šoku ( proteiny tepelného šoku - Hsp), to znamená proteiny exprimované v reakci na teplotní variace nebo jiné typy buněčného stresu, jako je oxidační stres .

Dějiny

Společný výzkum má dlouhou historii. Termín „molekulární chaperon“ se poprvé v literatuře objevil v roce 1978 a vytvořil jej Ron Laskey, aby popsal schopnost jaderného proteinu zvaného nukleoplazmin zabránit agregaci skládaných histonových proteinů s DNA během sestavování nukleosomů. Termín byl poté rozšířen R. Johnem Ellisem v roce 1987 k popisu proteinů, které zprostředkovaly posttranslační sestavu proteinových komplexů. V roce 1988 výzkum ukázal, že podobné proteiny zprostředkovávají prokaryoty a eukaryoty. Podrobnosti tohoto procesu byly stanoveny v roce 1989 Pierrem Goloubinoffem v laboratoři George H. Lorimera, kdy bylo in vitro prokázáno skládání proteinů závislé na ATP.

Struktura

Struktura proteinů je citlivá na teplo, se denaturují a ztratí své biologické funkce. Úlohou chaperonových proteinů je zabránit poškození potenciálně způsobenému ztrátou funkce proteinu v důsledku trojrozměrného nesprávného skládání. Další chaperonové proteiny se podílejí na skládání neosyntetizovaných proteinů , když jsou extrahovány z ribozomu .

Obecný provoz

K fungování chaperonových proteinů použijte ATP .

Kontextualizace

Pro proteiny je získání jejich konečného stavu klíčovým krokem, protože definuje jejich funkční vlastnosti a jejich aktivity.

Některé proteiny, nejmenší, mohou tento stav spontánně získat, takže nedochází k žádnému zásahu chaperonových proteinů. Někdy se však dosáhne špatné konformace. Chaperonové proteiny poté zasáhnou a vrátí proteiny zpět na „správnou cestu“.
Je třeba poznamenat, že většina proteinů vyžaduje pro dosažení aktivního stavu své působení.

Režim akce

Chaperonové proteiny pomáhají při skládání proteinů změnou jejich konformace. Rozpoznávají proteiny podle hydrofobního povrchu (obvykle umístěného ve středu proteinů, ale v tomto případě venku), maskují je a díky své flexibilitě upravují svou strukturu kontaktováním hydrofilních oblastí s vodou.

Různé chaperonové proteiny

Chaperoniny

Chaperoniny jsou rodina chaperonových proteinů . Zapouzdřují svůj substrátový protein a vyznačují se strukturou dvojitého kruhu. Ty se nacházejí v prokaryotes , v cytosolu z eukaryot a v mitochondriích .

Další chaperonové proteiny

Jiné typy chaperonových proteinů se účastní transmembránového transportu, například v mitochondriích a endoplazmatickém retikulu . Neustále se objevují nové funkce chaperonových proteinů, jako je pomoc při degradaci proteinů (zajištění jejich eliminace, pokud jsou abnormální) a reakce na nemoci spojené s agregací proteinů (viz prion ).

Názvosloví a příklady chaperonových proteinů u prokaryot

Existuje mnoho rodin chaperonových proteinů, jejichž způsoby působení jsou různé. U prokaryot, jako je Escherichia coli , je mnoho těchto proteinů vysoce exprimováno za stresových podmínek, například po vystavení vysokým teplotám. Z tohoto důvodu byl historický termín protein tepelného šoku (Heat-Shock Proteins nebo Hsp) nejprve označen jako chaperonové proteiny.

Hsp60 ( GroEL / GroES komplex v E. coli ), je nejznámější o vysoké molekulové hmotnosti (1 milion Daltonů ) chaperon proteinových komplexů. GroEL se skládá ze 14 podjednotek spojených do dvojitého kruhu, který má při svém otevření hydrofobní zónu . Komplex je dostatečně velký na to, aby obsahoval nedenaturovanou molekulu GFP o 54 kDa. GroES je heptamer s jedním kruhem, který se váže na GroEL v přítomnosti ATP nebo ADP . Zdá se, že GroEL / GroES není schopen působit na proteinové sraženiny, ale zdá se, že soutěží s jevy špatného skládání a agregace. Fenton & Horwich (2003)

Hsp70 ( DnaK v E. coli ) je možná nejznámější z malých chaperonových proteinů ( molekulová hmotnost = 70 kDa). Hsp70 je podporován Hsp40 ( DnaJ v E. coli ), který zvyšuje jeho aktivitu a spotřebu ATP . Bylo prokázáno, že nadměrná exprese Hsp70 v buňce vede ke snížení jeho citlivosti na pro-apoptotické zprávy . Přestože přesné mechanismy je ještě třeba vyjasnit, uvádí se, že Hsp70 váže vysokou afinitu k rozvinutým proteinům, když je vázán na ADP , a nízkou afinitu, když je vázán k ATP . Předpokládá se, že více molekul Hsp70 se shromažďuje kolem rozložených substrátů, aby je stabilizovalo a zabránilo agregačním jevům, které nastanou dříve, než protein dokončí všechny své skládání. Teprve poté Hsp70 ztratí svoji afinitu k substrátu a vzdaluje se. Další informace viz Mayer & Bukau (2005).

Hsp90 ( HtpG v E. coli ) je možná nejméně dobře známý z chaperonových proteinů. Jeho molekulová hmotnost je 90 kDa a je nezbytná pro přežití eukaryot (a případně i prokaryot ). Každá molekula Hsp90 má vazebnou doménu ATP , mezilehlou doménu a dimerizační doménu . Předpokládá se, že se vážou na své proteinové substráty vazbou ATP a že mohou potřebovat spolužáky, jako je Hsp70 . Viz Terasawa a kol. (2005).

Hsp100 ( rodina proteinů Clp v E. coli ) označuje sadu proteinů studovaných in vivo a in vitro pro jejich schopnost rozpoznávat a rozvíjet značené nebo nesprávně složené proteiny. Proteiny rodiny Hsp100 / Clp vytvářejí velké hexamerní struktury, které mají enzymatickou aktivitu nefoldázy v přítomnosti ATP . Předpokládá se, že vybírají „kandidátské“ proteiny jeden po druhém průchodem malým pórem o průměru 20 Å (2 nm ) v průměru, což jim dává druhou šanci správně se složit. Některé Hsp100 , jako ClpA a ClpX, se asociují s ClpP serinovou proteázou složenou z 24 podjednotek uspořádaných do dvojitého kruhu; místo toho, aby katalyzovaly skládání cílových proteinů, jsou tyto komplexy zodpovědné za destrukci značených nebo nesprávně složených proteinů.

Reference

Často se také vyskytuje forma „chaperonového proteinu“.
Michel Morange, Chaperone bílkoviny , medicína / věda 2000, č. 5, sv. 16. května 2000
RJ Ellis , „ Objev molekulárních chaperonů “, Cell Stress & Chaperones , sv. 1, n o 3,Září 1996, str. 155-160 ( ISSN 1355 - 8145 , PMID 9222600 , PMCID PMC248474 , číst on-line , přístupný 31.srpna 2018 )
RA Laskey , BM Honda , AD Mills a JT Finch , „ Nukleosomy jsou sestaveny kyselým proteinem, který váže histony a přenáší je na DNA “, Nature , sv. 275, n O 5679,5. října 1978, str. 416-420 ( ISSN 0028-0836 , PMID 692721 , číst on-line , přístupný 31.srpna 2018 )
J. Ellis , „ Proteiny jako molekulární chaperony “, Nature , sv. 328, n O 6129, 1987 jul 30-Aug 5 s. 378–379 ( ISSN 0028-0836 , PMID 3112578 , DOI 10.1038 / 328378a0 , číst online , přístup k 31. srpnu 2018 )
SM Hemmingsen , C. Woolford , SM van der Vies a K. Tilly , „ Homologní rostlinné a bakteriální proteiny chaperon oligomerní proteinové shromáždění “, Nature , sv. 333, n O 6171,26. května 1988, str. 330–334 ( ISSN 0028-0836 , PMID 2897629 , DOI 10.1038 / 333330a0 , číst online , přístup k 31. srpnu 2018 )
P. Goloubinoff , JT Christeller , AA Gatenby a GH Lorimer , „ Rekonstituce aktivní dimerní bisfosfátkarboxylázy ribulosy z nefolicovaného stavu závisí na dvou chaperoninových proteinech a Mg-ATP “, Nature , sv. 342, n O 6252, 1989 prosinec 21 až 28, s. 884–889 ( ISSN 0028-0836 , PMID 10532860 , DOI 10.1038 / 342884a0 , číst online , přístup k 31. srpnu 2018 )
(in) Sarah Hanzen Katarina Vielfort, Yang Junsheng, Friederike Roger Thomas Nyström a kol. , „ Životnost Ovládání Redox závislé přijímání chaperonů na špatně složeného Proteins “ , Cell ,červen 2016( DOI 10.1016 / j.cell.2016.05.006 )

(en) „Chaperony Hsp70: buněčné funkce a molekulární mechanismus.“ Mayer, MP a Bukau, B Cell Mol Life Sci 62: 670-684, 2005. Zadejte Pubmed: 15770419
(en) Terasawa a kol. , J. Biochemistry (Tokio) , 137 (4): 443-447, 2005.
(en) „Složení chaperoninem zprostředkovaného proteinu: osud polypeptidu substrátu.“ Fenton, WA a Horwich, AL Q Rev Biophys 36 (2): 229-256, 2003. Zadejte Pubmed: 14686103