Šaperon

Tjemeni izgled modela GroES/GroEL bakterijskog šaperonskog kompleksa

Šaperoni su posebne proteinske molekule, poznate i kao molekulski pratitelji, koje pomažu u savijanju polipeptidnog lanca proteina, dovodeći ga u stabilnu konformaciju.[1][2] Učestvuju u postizanju potrebne trodimenzionalne strukture za delovanje proteina.[3] Veoma su značajni u stresnim prilikama , kao što je povišena temperatura, kada održavaju strukturu proteina u potrebnom obliku i sprječavaju proteinsku denaturaciju. Zbog ovog svojstva mnogi, ali svakako ne i svi, šaperoni spadaju u tzv. proteine toplotnog šoka (HSP: Heat Shock Proteins). Neki od šaperona nose specifičnu informaciju o uvijanju proteina u trodimenzijske strukture, bez koje ne mogu biti formirani. Takvi proteini ne ponašaju se u skladu sa Anfinsenovom hipotezom,[4] i ne mogu se spontano organizirati.

Lokacija i funkcije

[uredi | uredi izvor]

Neki šaperonski sistemi rade kao foldaze: podržavaju savijanje proteina na način ovisan o ATP-u (naprimjer, GroEL/GroES ili DnaK/DnaJ/GrpE sistem). Iako se većina novosintetiziranih proteina može saviti u odsustvu pratitelja, manjina ih to strogo zahtijeva. Ostali rade kao holdaze: oni vežu preklopne međuprodukte kako bi spriječili njihovo nakupljanje, naprimjer DnaJ ili Hsp33.[5] Šaperoni također mogu raditi kao disgenaze, tj. mogu komunicirati s aberantnim proteinskim sklopovima i vraćati ih monomerima.[6] Neki mogu pomoći u razgradnji proteina, vodeći proteine do sistema proteaza, kao što je sistem ubikvitin-proteasom u eukariotima.[7]

Mnogi šaperoni su proteini toplotnog šoka, odnosno proteini izraženi kao odgovor na povišene temperature ili druge ćelijske stresove.[8] Uzrok takvog ponašanja je taj što presavijanje proteina jako podliježe toploti, pa stoga neki pratitelji djeluju kako bi spriječili ili ispravili štetu nastalu pogrešnim savijanjem.

U funkciji pratitelja može biti važna makromolekulska gužva. Prenatrpano okruženje citosola može ubrzati proces presavijanja, jer će kompaktno presavijeni protein zauzimati manje volumena od njegovog rasklopljenog lanca.[9] Međutim, gužva može smanjiti prinos pravilno presavijenih proteina povećanjem agregacije proteina.[10][11] Gužvanje takođe može povećati efikasnost šaperonskih proteina kao što je GroEL,[12] što bi moglo da se suprotstavi smanjenju efikasnosti presavijanja.[13]

Više informacija o različitim tipovima i mehanizmima podskupine pratelja koji inkapsuliraju svoje preklopne podloge (npr. GroES) može se naći u članku šaperonini. Šaperonini se odlikuju složenom dvostruko prstenastom strukturom i nalaze se u prokariotima, u citosolu eukariota i u mitohondrijama.

Drugi tipovi pratitelja uključene su u transport preko membrane, naprimjer membrane mitohondrija i endoplazmatskog retikuluma (ER) u eukariotima. Bakterijska translokacijski – specifični šaperon održava novo sintetiziranih prekursora polipeptidnog lanca u translokacijski-kompetentne (općeniti se odvija) i vodi ih do translokona.[14]

Nastavlja se i otkrivanje novih funkcija šaperona, poput aktivnosti bakterijskih adhezina, indukcije agregacije prema neamiloidnim agregatima,[15] suzbijanja toksičnih proteinskih oligomera njihovim grupiranjem,[16][17] i u odgovoru na bolesti povezane sa agregacijom proteina[18](npr. vidi prion) i održavanje karcinoma).[19]

Ljudski šaperonski proteini

[uredi | uredi izvor]

Šaperoni se nalaze, naprimjer, u endoplazmatskom retikulumu (ER), jer se sinteza proteina često javlja u ovom području.

Endoplazmatski retikulum

[uredi | uredi izvor]

U endoplazmatskom retikulumu (ER) postoje opći, lektinski i neklasični molekularni pratioci koji pomažu u savijanju protein.

Nomenklatura i primjeri bakterijskih i arhejskih pratitela

[uredi | uredi izvor]

Postoji mnogo različitih porodica pratitelja; svaka porodica na drugačiji način pomaže u presavijanju proteina. U bakterijama poput E. coli , mnogi od ovih proteina su visoko ispoljeni u uvjetima visokog stresa, naprimjer, kada se bakterija stavi na visoke temperature. Zato se za imenovanje ovih pratitelja u prošlosti se koristio pojam "protein proteina toplotnog šoka". Prefiks "Hsp" označava da je dati protein – protein toplotnog šoka.

Hsp60

[uredi | uredi izvor]

Hsp60 (GroEL / GroES kompleks u E. coli) najbolje je okarakterizirani veliki (~ 1 MDa) šaperonski kompleks. GroEL je 14-merni dvostruki prsten sa hidrofobnim flasterom na svom otvaranju; toliko je velik da može primiti nativno preklapanje od 54 kDa GFP u svom lumenu. GroES je heptamer sa jednim prstenom koji se veže za GroEL u prisustvu ATP ili ADP. GroEL / GroES možda neće moći poništiti prethodno agregiranje, ali se nadmeće na putu pogrešnog savijanja i agregiranja. Takođe djeluje u matriksima mitohondrija kao molekularni pratitelj.

Hsp70

[uredi | uredi izvor]

Hsp70 (DnaK u E. coli) je možda najbolje okarakterizirani mali (~ 70 kDa) pratitrlj.

Džep hsp70 za vezanje podloge

Proteini Hsp70 pomažu proteinima Hsp40 (DnaJ u E. coli ), koji povećavaju stopu potrošnje ATP-a i aktivnost Hsp70-a.

Primijećeno je da povećana ekspresija proteina Hsp70 u ćeliji rezultira smanjenom tendencijom ka apoptozi.

Iako precizno mehaničko razumijevanje tek treba utvrditi, poznato je da Hsp70s imaju visoko afinitetno vezano stanje za nerazvijene proteine kada su vezani za ADP i niskoafinitetno vezano za ATP.

Smatra se da se mnogi Hsp70 gomilaju oko rasklopljene podloge, stabilizirajući je i sprečavajući agregaciju. sve dok se nerazvijena molekula ne savije pravilno, a u to vrijeme Hsp70 gube afinitet za molekulu i raspršuju se.[23] U eukariotima, Hsp70 djeluje i kao mitohondrijski i hloroplastni molekulski šaperon.

Hsp90

[uredi | uredi izvor]

'Hsp90' (HtpG u E. coli ) može biti najmanje razumljiv pratitelj. Njegova molekulska težina je oko 90 kDa, a neophodna je za održivost eukariota (moguće i za prokariote).

Protein toplotnog šoka 90 (Hsp90) je molekulski je pratitelj koji je neophodan za aktiviranje mnogih signalnih proteina u eukariotskoj ćeliji.

Svaki Hsp90 ima domen koji veže ATP, srednji domen i dimerizacijski domen. Za njih se izvorno mislilo da se stežu na svoj supstratni protein (poznat i kao klijentski protein) nakon vezanja ATP-a, nedavno objavljene strukture Vaughan et al.I Ali et al. ukazuju na to da se proteini klijenta mogu eksterno vezati za i N-krajev i srednji domen Hsp90.[24][25]

Hsp90 također može zahtevati košaperon s-slične imunofiline, Sti1, p50 (Cdc37) i Aha1, a također sarađuje sa sistemom praćenja šaperonskog sistema .[26][27]

Hsp100

[uredi | uredi izvor]

Hsp100 (porodica Clp u E. coli) proteini proučavani su in vivo i in vitro , zbog njihove sposobnosti ciljanja i razvijaju označene i pogrešno savijene proteine.

Proteini u porodici Hsp100/Clp čine velike heksamerne strukture sa aktivnošću odvijanja u prisustvu ATP-a. Smatra se da ovi proteini funkcioniraju kao šaperoni tako što procesno uvlače proteine klijenta kroz male pore od 20 Å (2 nm), dajući tako svakom klijent-proteinu drugu priliku da se presavije.

Neki od ovih Hsp100 pratitelja, poput ClpA i ClpX, povezuju se s dvostrukim prstenom tetradekamerne serin proteaze ClpP, pa umjesto da kataliziraju ponovno savijanje proteina klijenta, ovi kompleksi su odgovorni za ciljano uništavanje obilježenih i pogrešno uvijenih proteina.

Hsp104, Hsp100 Saccharomyces cerevisiae, neophodan je za razmnožavanje mnogih priona kvasca. Delecija gena HSP104 rezultira ćelijama koje nisu u stanju razmnožavati određene prione.

Bakteriofag

[uredi | uredi izvor]

Geni bakteriofag (fag) T4 koji kodiraju protein s ulogom u određivanju strukture faga T4 identificirani su pomoću uslovnih smrtonosnih mutanata .[28] Većina ovih proteina pokazala se ili glavnim ili manjim strukturnim komponentama završene fagove čestice. Međutim, među genskim proizvodima (gps) neophodnim za okupljanje faga, Snustad [29] identificirao je grupu GPS-a koja djeluje katalitski, umjesto da se sami ugrade u fagovsku strukturu. Ti su gps bili gp26, gp31, gp38, gp51, gp28 i gp4. Gen 4 je sinonim sa genima 50 i 65, pa se gp može označiti kao gp4 (50) (65)]. Prva četiri od ovih šest genskih proizvoda od tada su prepoznati kao šaperonski proteini. Uz to, gp40, gp57A, gp63 i gpwac također su sada identificirani kao pratitelji.

Morfogeneza faga T4 podijeljen je na tri neovisna puta: put glave, repa i dugog repa vlakana kako su to detaljno objasnili Yap i Rossmann.[30]

Što se tiče morfogeneze glave, šaperon gp31 komunicira s bakterijskim šaperonom GroEL, kako bi promovirao pravilno presavijanje glavnog proteina kapside glave gp23.[30][31] Chaperone gp40 participates in the assembly of gp20, thus aiding in the formation of the connector complex that initiates head procapsid assembly.[30][31] Gp4 (50) (65), iako nije posebno naveden kao šaperon, djeluje katalitski kao nukleaza, koja se čini ključnom za morfogenezu cijepanjem upakovane DNK, kako bi se omogućilo spajanje glava s repovima.[32]

Tokom ukupnog sastavljanja repa, šaperonski proteini gp26 i gp51 neophodni su za sastavljanje glavčine osnovne ploče.[33] Gp57A is required for correct folding of gp12, a structural component of the baseplate short tail fibers.[33]

Sinteza vlakana dugog repa ovisi o proteinu šaperona gp57A koji je potreban za trimerizaciju gp34 i gp37, glavnih strukturnih proteina repnih vlakana.[30][31] The chaperone protein gp38 is also required for the proper folding of gp37.[33][34] Šaperonski proteini gp63 i gpwac koriste se za pričvršćivanje vlakana dugog repa na osnovnu ploču repa.[33]

Klinički značaj

[uredi | uredi izvor]

Postoje mnogi poremećaji povezani s mutacijama gena koji kodiraju pratitelje (tj. multisistemsku proteinopatiju) koji mogu uticati na mišiće, kosti i / ili centralni nervni sistem.[35]

Također pogledajte

[uredi | uredi izvor]
Commons logo
Commons logo
Commons ima datoteke na temu: Šaperon

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ^ Richardson, RT; Alekseev, OM; Grossman, G; et al. (2006). "Nuclear Autoantigenic Sperm Protein (NASP), a Linker Histone Chaperone That is Required for Cell Proliferation". Journal of Biological Chemistry. 281 (30): 21526–34. doi:10.1074/jbc.M603816200. PMID 16728391.
  2. ^ Alekseev OM, Richardson RT, Alekseev O, O'Rand MG (2009). "Analysis of gene expression profiles in HeLa cells in response to overexpression or siRNA-mediated depletion of NASP". Reproductive Biology and Endocrinology. 7: 45. doi:10.1186/1477-7827-7-45. PMC 2686705. PMID 19439102.
  3. ^ Ellis, RJ (2006). "Molecular chaperones: assisting assembly in addition to folding". Trends in Biochemical Sciences. 31 (7): 395–401. doi:10.1016/j.tibs.2006.05.001. PMID 16716593.
  4. ^ Kris Pauwels and other (2007). "Chaperoning Anfinsen:The Steric Foldases" (PDF). Molecular Microbiology. 64 (4): 917. doi:10.1111/j.1365-2958.2007.05718.x. Arhivirano s originala (PDF), 23. 5. 2012.
  5. ^ Hoffmann JH, Linke K, Graf PC, Lilie H, Jakob U (januar 2004). "Identification of a redox-regulated chaperone network". The EMBO Journal. 23 (1): 160–8. doi:10.1038/sj.emboj.7600016. PMC 1271656. PMID 14685279.
  6. ^ Nillegoda NB, Kirstein J, Szlachcic A, Berynskyy M, Stank A, Stengel F, et al. (august 2015). "Crucial HSP70 co-chaperone complex unlocks metazoan protein disaggregation". Nature. 524 (7564): 247–51. Bibcode:2015Natur.524..247N. doi:10.1038/nature14884. PMC 4830470. PMID 26245380.
  7. ^ Balchin D, Hayer-Hartl M, Hartl FU (juli 2016). "In vivo aspects of protein folding and quality control". Science. 353 (6294): aac4354. doi:10.1126/science.aac4354. hdl:11858/00-001M-0000-002B-0856-C. PMID 27365453.
  8. ^ Ellis RJ, van der Vies SM (1991). "Molecular chaperones". Annual Review of Biochemistry. 60: 321–47. doi:10.1146/annurev.bi.60.070191.001541. PMID 1679318.
  9. ^ van den Berg B, Wain R, Dobson CM, Ellis RJ (august 2000). "Macromolecular crowding perturbs protein refolding kinetics: implications for folding inside the cell". The EMBO Journal. 19 (15): 3870–5. doi:10.1093/emboj/19.15.3870. PMC 306593. PMID 10921869.
  10. ^ van den Berg B, Ellis RJ, Dobson CM (decembar 1999). "Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation". The EMBO Journal. 18 (24): 6927–33. doi:10.1093/emboj/18.24.6927. PMC 1171756. PMID 10601015.
  11. ^ Ellis RJ, Minton AP (maj 2006). "Protein aggregation in crowded environments". Biological Chemistry. 387 (5): 485–97. doi:10.1515/BC.2006.064. PMID 16740119.
  12. ^ Martin J, Hartl FU (februar 1997). "The effect of macromolecular crowding on chaperonin-mediated protein folding". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94 (4): 1107–12. Bibcode:1997PNAS...94.1107M. doi:10.1073/pnas.94.4.1107. PMC 19752. PMID 9037014.
  13. ^ Ellis RJ (2007). Protein misassembly: macromolecular crowding and molecular chaperones. Adv. Exp. Med. Biol. Advances in Experimental Medicine and Biology. 594. New York, N.Y. : Sprinter Science+Business Media, LLC ; Austin, Tex. : Landes Bioscience/Eurekah.com. str. 1–13. doi:10.1007/978-0-387-39975-1_1. ISBN 978-0-387-39974-4. PMID 17205670.
  14. ^ Zhou J, Xu Z (oktobar 2005). "The structural view of bacterial translocation-specific chaperone SecB: implications for function" (PDF). Molecular Microbiology. 58 (2): 349–57. doi:10.1111/j.1365-2958.2005.04842.x. hdl:2027.42/74325. PMID 16194224.
  15. ^ Specht S, Miller SB, Mogk A, Bukau B (14. 11. 2011). "Hsp42 is required for sequestration of protein aggregates into deposition sites in Saccharomyces cerevisiae". J. Cell Biol. 195 (4): 617–29. doi:10.1083/jcb.201106037. PMC 3257523. PMID 22065637.
  16. ^ Ojha J, Masilamoni G, Dunlap D, Udoff RA, Cashikar AG (august 2011). "Sequestration of toxic oligomers by HspB1 as a cytoprotective mechanism". Mol. Cell. Biol. 31 (15): 3146–57. doi:10.1128/MCB.01187-10. PMC 3147607. PMID 21670152.
  17. ^ Mannini B, Cascella R, Zampagni M, van Waarde-Verhagen M, Meehan S, Roodveldt C, Campioni S, Boninsegna M, Penco A, Relini A, Kampinga HH, Dobson CM, Wilson MR, Cecchi C, Chiti F (31. 7. 2012). "Molecular mechanisms used by chaperones to reduce the toxicity of aberrant protein oligomers". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 109 (31): 12479–84. Bibcode:2012PNAS..10912479M. doi:10.1073/pnas.1117799109. PMC 3411936. PMID 22802614.
  18. ^ Sadigh-Eteghad S, Majdi A, Talebi M, Mahmoudi J, Babri S (maj 2015). "Regulation of nicotinic acetylcholine receptors in Alzheimer׳s disease: a possible role of chaperones". European Journal of Pharmacology. 755: 34–41. doi:10.1016/j.ejphar.2015.02.047. PMID 25771456.
  19. ^ Salamanca HH, Antonyak MA, Cerione RA, Shi H, Lis JT (2014). "Inhibiting heat shock factor 1 in human cancer cells with a potent RNA aptamer". PLOS ONE. 9 (5): e96330. Bibcode:2014PLoSO...996330S. doi:10.1371/journal.pone.0096330. PMC 4011729. PMID 24800749.
  20. ^ Ruoppolo M, Orrù S, Talamo F, Ljung J, Pirneskoski A, Kivirikko KI, et al. (maj 2003). "Mutations in domain a' of protein disulfide isomerase affect the folding pathway of bovine pancreatic ribonuclease A". Protein Science. 12 (5): 939–52. doi:10.1110/ps.0242803. PMC 2323865. PMID 12717017.
  21. ^ Soluble complexes of target proteins and peptidyl prolyl isomerase ...
  22. ^ Frickel EM, Riek R, Jelesarov I, Helenius A, Wuthrich K, Ellgaard L (februar 2002). "TROSY-NMR reveals interaction between ERp57 and the tip of the calreticulin P-domain". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (4): 1954–9. Bibcode:2002PNAS...99.1954F. doi:10.1073/pnas.042699099. PMC 122301. PMID 11842220.
  23. ^ Mayer MP, Bukau B (mart 2005). "Hsp70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism". Cellular and Molecular Life Sciences. 62 (6): 670–84. doi:10.1007/s00018-004-4464-6. PMC 2773841. PMID 15770419.
  24. ^ Vaughan CK, Gohlke U, Sobott F, Good VM, Ali MM, Prodromou C, et al. (septembar 2006). "Structure of an Hsp90-Cdc37-Cdk4 complex". Molecular Cell. 23 (5): 697–707. doi:10.1016/j.molcel.2006.07.016. PMC 5704897. PMID 16949366.
  25. ^ Ali MM, Roe SM, Vaughan CK, Meyer P, Panaretou B, Piper PW, et al. (april 2006). "Crystal structure of an Hsp90-nucleotide-p23/Sba1 closed chaperone complex". Nature. 440 (7087): 1013–7. Bibcode:2006Natur.440.1013A. doi:10.1038/nature04716. PMC 5703407. PMID 16625188.
  26. ^ Terasawa K, Minami M, Minami Y (april 2005). "Constantly updated knowledge of Hsp90". Journal of Biochemistry. 137 (4): 443–7. doi:10.1093/jb/mvi056. PMID 15858167.
  27. ^ Pearl LH, Prodromou C (2006). "Structure and mechanism of the Hsp90 molecular chaperone machinery". Annual Review of Biochemistry. 75: 271–94. doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142738. PMID 16756493.
  28. ^ Edgar RS, Epstein RH. The genetics of a bacterial virus. Sci Am. 1965;212:70-78. doi:10.1038/scientificamerican0265-70
  29. ^ Snustad DP. Dominance interactions in Escherichia coli cells mixedly infected with bacteriophage T4D wild-type and amber mutants and their possible implications as to type of gene-product function: catalytic vs. stoichiometric. Virology. 1968;35(4):550-563. doi:10.1016/0042-6822(68)90285-7
  30. ^ a b c d Yap ML, Rossmann MG. Structure and function of bacteriophage T4. Future Microbiol. 2014;9(12):1319-1327. doi:10.2217/fmb.14.91
  31. ^ a b c Marusich EI, Kurochkina LP, Mesyanzhinov VV. Chaperones in bacteriophage T4 assembly. Biochemistry (Mosc). 1998;63(4):399-406
  32. ^ Benler S, Hung SH, Vander Griend JA, Peters GA, Rohwer F, Segall AM. Gp4 is a nuclease required for morphogenesis of T4-like bacteriophages. Virology. 2020;543:7-12. doi:10.1016/j.virol.2020.01.008
  33. ^ a b c d Leiman PG, Arisaka F, van Raaij MJ, et al. Morphogenesis of the T4 tail and tail fibers. Virol J. 2010;7:355. Published 2010 Dec 3. doi:10.1186/1743-422X-7-355
  34. ^ Hyman P, van Raaij M. Bacteriophage T4 long tail fiber domains. Biophys Rev. 2018;10(2):463-471. doi:10.1007/s12551-017-0348-5
  35. ^ Taylor JP (august 2015). "Multisystem proteinopathy: intersecting genetics in muscle, bone, and brain degeneration". Neurology. 85 (8): 658–60. doi:10.1212/WNL.0000000000001862. PMID 26208960.