Mik azok a chaperon fehérjék?

By Hannah Simmons, M.Sc.Reviewed by Deepthi Sathyajith, M.Pharm.

A chaperonok olyan fehérjék családja, amelyek létfontosságú szerepet játszanak a kibontakozatlan fehérjék stabilizálásában. Ez a stabilizáció számos folyamatot segít, mint például a transzlokáció, a degradáció és a hajtogatás.

A kalnexin, egy chaperon, amelyet az jellemez, hogy segíti a fehérjék hajtogatását és a minőségellenőrzést, biztosítva, hogy csak a megfelelően hajtogatott és összeállított fehérjék haladjanak tovább a szekréciós útvonalon. Image Credit: ibreakstock /

Fehérje hajtogatás

A fehérjeszintézis kezdetét a riboszómák végzik, amelyek aminosavak lineáris láncát, az úgynevezett polipeptidláncot szintetizálják. Az mRNS határozza meg az aminosavak szekvenciáját.

A polipeptidláncon belül minden egyes aminosavnak más-más tulajdonsága van. Például a glicin erősen hidrofób, míg az arginin nagyon hidrofil. Ezek a tulajdonságok diktálják a fehérje háromdimenziós szerkezetét. A hidrofób aminosavaknak a fehérje belsejében kell maradniuk, míg a hidrofil aminosavaknak a fehérje külsején kell elhelyezkedniük.

A hidrogénkötések a polipeptidláncokhoz kapcsolódva alakítják ki a fehérjék másodlagos szerkezetét, azaz az alfa-hélixeket és a béta-lapokat. Ezeknek a hélixeknek és lapoknak az egymásra rakódása alkotja a tercier szerkezetet.

A fehérjéknek a hajtogatás során meg kell tartaniuk háromdimenziós alakjukat, és nem szabad aggregálódniuk vagy lebomlaniuk. A nem vagy rosszul hajtogatott fehérjék számos betegségnek adnak teret.

A chaperonok szerepe a fehérjék hajtogatásában

A chaperonok a fehérjék egy csoportja, amelyek funkcionális hasonlóságot mutatnak és segítik a fehérjék hajtogatását. Olyan fehérjék, amelyek képesek megakadályozni a nem-specifikus aggregációt azáltal, hogy nem natív fehérjékhez kötődnek.

A chaperonoknak több családja létezik, és mindegyik különböző funkciókkal rendelkezik. A chaperon fehérjékre példa a “hősokkfehérjék” (Hsps).

A Hsp elnevezést azután kapták, hogy ezeket a fehérjéket baktériumokban fedezték fel. Ezek a baktériumok stresszes körülmények között, például magasabb hőmérséklet, pH-változás és hipoxiás körülmények között több ilyen fehérjét termeltek. A Hsp-k két példája a Hsp70 és a Hsp60.

Hsp70

A Hsp70 chaperon fehérjék olyan hajtogatási katalizátorok, amelyek sokféle hajtogatási folyamatot segítenek, például az aggregált fehérjék újra- vagy félbehajtását, valamint az új fehérjék hajtogatását és összeszerelését. Ezek a fehérjék monomerek, és két különböző domént tartalmaznak, az úgynevezett N- és C-terminálisokat. Az N-terminális tartalmazza az ATPázt, míg a C-terminális a szubsztráthoz kötődik. Az ATP-hidrolízis az N-terminálon belül lehetővé teszi a C-terminál kinyílását és a szubsztrát megkötését.

A Hsp70 felismeri a kibontott polipeptidlánc egy régióját, amelyet “kiterjesztett régiónak” nevezünk. Ez a kiterjesztett régió sok hidrofób maradékot tartalmaz. A Hsp70 kötődése megakadályozza ezeknek a fehérjéknek az aggregációját.

Hsp60

A Hsp70-hez hasonlóan a Hsp60 chaperon fehérjéknek is megvan az a képessége, hogy a kitett hidrofób maradékokhoz kötődve stabil, de inaktív aggregátumokat képeznek. Ezek a fehérjék nem vesznek részt az aggregáció megakadályozásában, hanem inkább a kibontakozatlan fehérjék karanténba helyezését és izolálását szolgálják. Az izolálás azt is megakadályozza, hogy a polipeptidlánc a citoplazmán belül más láncokkal csomókba aggregálódjon.

A Hsp 60 14 különböző fehérjekomponenst tartalmaz. Ezek a fehérjék két, egyenként 7 fehérjéből álló gyűrűt alkotnak, amelyek egymáson helyezkednek el. Az ezekben a gyűrűkben lévő nem hajtogatott fehérjék ezután más nem hajtogatott fehérjékkel való aggregáció és a Hsp70 beavatkozása nélkül képesek összecsukódni.

A Hsp70-hez hasonlóan a Hsp60-nak is két különböző formája van. Az első állapot a kötődési forma, amelyben az ATP kötődik, és a két gyűrű közötti lyukba a kibontott fehérjék bejuthatnak. Az ATP hidrolízise ezután egy zárt állapot kialakulását indítja el, amelyet folding-aktív állapotnak nevezünk. Ez a konformációváltozás megakadályozza a fehérje távozását, és elősegíti a fehérjék hajtogatását. Ez a zárt állapot körülbelül 15 másodpercig tart, mielőtt a konformáció visszaváltozik, és a megfelelően összehajtott fehérje kikerül a citoplazmába.

A chaperonok nagyon fontos szerepet játszanak a citoplazmán belül, megakadályozzák az aggregációt, és elősegítik a különböző fontos funkciókat, például a transzlokációt, a degradációt és a megfelelő fehérje hajtogatást.

A chaperonok elvesztése vagy mutációi számos betegséget okoznak. A mutálódott chaperonokkal összefüggő genetikai betegségek egy csoportjára példa a multiszisztémás proteinopátiák (MSP), amelyek a testi funkciók széles körét érintik, beleértve az izmokat, a csontokat és az idegrendszert.

A Hsp-gátlók terápiás alkalmazása

A Hsp-gátlókat, például a Hsp 90 inhibitorokat újabban a tumorsejtek növekedéséért és proliferációjáért felelős jelátviteli útvonalak gátlására használják.

A kémiai chaperonokat anyagcsere-betegségek kezelésére használják. Például a fel nem hajtogatott vagy rosszul hajtogatott fehérjék felhalmozódása endoplazmatikus retikulum (ER) stresszt okozhat. Ennek az ER stressznek az enyhítésére kémiai chaperonoknak nevezett kismolekulákat használnak, amelyek elősegítik a fehérjék megfelelő összecsukódását. A kémiai chaperonok ER-stresszel kapcsolatos kórképekre gyakorolt pozitív hatásai miatt hasznosak lehetnek az anyagcsere-betegségek, például a 2-es típusú cukorbetegség, az elhízás és az érelmeszesedés kezelésében.

Amellett, hogy a chaperonok más fehérjék fenntartásához és a sejtek túléléséhez nélkülözhetetlen stresszfehérjék, alkalmazásuk a terápiás területen drámaian megnőtt.

További olvasmányok

• All Protein Folding Content
• Heat Shock Proteins
• Alpha Peptide Foldamers
• De Novo Protein Structure
• De Novo Protein Structure Prediction

Az író

Hannah Simmons

Hannah orvosi és élettudományi szakíró, diplomával (M.Sc.) diplomával rendelkezik a Lancaster Egyetemen (Egyesült Királyság). Mielőtt író lett, Hannah kutatásai az Alzheimer- és Parkinson-kór biomarkereinek felfedezésére összpontosítottak. Az e betegségekben szerepet játszó biológiai útvonalak további feltárásán is dolgozott. Munkáján kívül Hannah szeret úszni, kutyáját sétáltatni és a világot járni.

Hivatkozások