Co jsou chaperonové proteiny?

Od Hannah Simmons, M.Sc.Recenzovala Deepthi Sathyajith, M.Pharm.

Chaperony jsou rodinou proteinů, které hrají zásadní roli při stabilizaci nesložených proteinů. Tato stabilizace napomáhá mnoha procesům, jako je translokace, degradace a skládání.

Calnexin, chaperon, se vyznačuje tím, že napomáhá skládání a kontrole kvality proteinů a zajišťuje, že pouze správně složené a sestavené proteiny pokračují dále po sekreční dráze. Obrázek: ibreakstock /

Skládání bílkovin

Na počátku syntézy bílkovin stojí ribozomy, které syntetizují lineární řetězec aminokyselin zvaný polypeptidový řetězec. Sekvenci aminokyselin určuje mRNA.

Každá aminokyselina v tomto polypeptidovém řetězci má jinou vlastnost. Například glycin je vysoce hydrofobní, zatímco arginin je velmi hydrofilní. Tyto vlastnosti určují trojrozměrnou strukturu bílkoviny. Hydrofobní aminokyseliny musí být uvnitř proteinu, zatímco hydrofilní aminokyseliny musí být na vnější straně proteinu.

Vodíkové vazby se vážou na polypeptidové řetězce a vytvářejí sekundární strukturu proteinů, což jsou alfa šroubovice a beta listy. Skládání těchto šroubovic a listů tvoří terciární strukturu.

Skládání bílkovin musí být zachováno v jejich trojrozměrném tvaru a neměly by agregovat nebo se rozkládat. Nesložené nebo nesprávně složené bílkoviny dávají vzniknout řadě onemocnění.

Úloha chaperonů při skládání bílkovin

Chaperony jsou skupinou bílkovin, které jsou si funkčně podobné a pomáhají při skládání bílkovin. Jsou to bílkoviny, které mají schopnost zabránit nespecifické agregaci tím, že se vážou na nenativní bílkoviny.

Existuje několik rodin chaperonů a každá má jiné funkce. Příkladem chaperonových proteinů jsou „proteiny tepelného šoku“ (Hsp).

Název Hsp byl dán poté, co byly tyto proteiny objeveny u bakterií. Tyto bakterie produkovaly více těchto proteinů ve stresových podmínkách, jako jsou vyšší teploty, změny pH a hypoxické podmínky. Dva příklady Hsp jsou Hsp70 a Hsp60.

Hsp70

Chaperonové proteiny Hsp70 jsou katalyzátory skládání, které pomáhají při mnoha druzích skládacích procesů, jako je opětovné skládání nebo nesprávné skládání agregovaných proteinů a skládání a sestavování nových proteinů. Tyto proteiny jsou monomerní a obsahují dvě různé domény nazývané N a C terminály. Terminál N obsahuje ATPázu, zatímco terminál C se váže na substrát. Hydrolýza ATP v N terminálu umožňuje otevření C terminálu a navázání substrátu.

Hsp70 rozpoznává oblast rozloženého polypeptidového řetězce označovanou jako „prodloužená oblast“. Tato prodloužená oblast obsahuje mnoho hydrofobních zbytků. Vazba Hsp70 zabraňuje agregaci těchto proteinů.

Hsp60

Stejně jako Hsp70 mají i chaperonové proteiny Hsp60 schopnost vázat se na obnažené hydrofobní zbytky a vytvářet agregáty, které jsou stabilní, ale neaktivní. Tyto proteiny se nepodílejí na prevenci agregace, ale místo toho fungují jako karanténa a izolují nesložené proteiny. Izolace také zabraňuje tomu, aby polypeptidový řetězec agregoval do shluků s jinými řetězci v cytoplazmě.

Hsp 60 obsahuje 14 různých proteinových složek. Tyto proteiny tvoří dva prstence, každý ze 7 proteinů, které jsou umístěny nad sebou. Nesložené proteiny uvnitř těchto prstenců se pak mohou skládat bez agregace s jinými nesloženými proteiny a bez zásahu Hsp70.

Stejně jako u Hsp70 má i Hsp60 dvě různé formy. Prvním stavem je vazebná forma, v níž je vázán ATP a nesložené proteiny mohou vstoupit do otvoru mezi dvěma prstenci. Hydrolýza ATP pak iniciuje vznik uzavřeného stavu, který se nazývá stav aktivní při skládání. Tato konformační změna zabraňuje opuštění proteinu a podporuje skládání proteinů. Tento uzavřený stav trvá přibližně 15 sekund, než se konformace změní zpět a správně složený protein se uvolní do cytoplazmy.

Chaperony hrají v cytoplazmě velmi důležitou roli, zabraňují agregaci a podporují různé důležité funkce, jako je translokace, degradace a vhodné skládání proteinů.

Ztráta nebo mutace těchto chaperonů vedou ke vzniku několika onemocnění. Příkladem skupiny genetických onemocnění spojených s mutovanými chaperony jsou multisystémové proteinopatie (MSP), které postihují širokou škálu tělesných funkcí zahrnujících svaly, kosti a nervový systém.

Terapeutické využití inhibitorů Hsp

V poslední době se inhibitory Hsp, například inhibitory Hsp 90, používají k inhibici signálních drah, které jsou zodpovědné za růst a proliferaci nádorových buněk.

Chemické chaperony se používají k léčbě metabolických onemocnění. Například hromadění nesložených nebo nesprávně složených proteinů může způsobit stres endoplazmatického retikula (ER). Ke zmírnění tohoto stresu ER se používají malé molekuly zvané chemické chaperony, které podporují správné skládání proteinů. Pozitivní vliv chemických chaperonů na patologické stavy související se stresem ER je činí užitečnými pro léčbu metabolických poruch, jako je diabetes 2. typu, obezita a ateroskleróza.

Kromě toho, že chaperony jsou nezbytnými stresovými proteiny pro udržení ostatních proteinů a přežití buněk, jejich použití v terapeutické oblasti dramaticky vzrostlo.

Další čtení

• Všechen obsah o skládání bílkovin
• Bílkoviny tepelného šoku
• Skládání alfa peptidů
• Struktura bílkovin de novo. Predikce

Napsal

Hannah Simmons

Hannah je spisovatelka v oblasti medicíny a přírodních věd s titulem Master of Science (M.Sc.) z Lancaster University ve Velké Británii. Než se stala spisovatelkou, věnovala se Hannah výzkumu zaměřenému na objevování biomarkerů Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby. Pracovala také na dalším objasnění biologických cest, které se na těchto onemocněních podílejí. Mimo svou práci Hannah ráda plave, chodí na procházky se svým psem a cestuje po světě.

Citace

.