Cosa sono le proteine chaperon?

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

I chaperoni sono una famiglia di proteine che giocano un ruolo vitale nella stabilizzazione delle proteine spiegate. Questa stabilizzazione aiuta in molti processi come la traslocazione, la degradazione e il ripiegamento.

Calnexin, un chaperone, caratterizzato da assistere il ripiegamento delle proteine e il controllo di qualità, assicurando che solo le proteine correttamente ripiegate e assemblate procedano ulteriormente lungo la via secretoria. Image Credit: ibreakstock /

Piegamento delle proteine

L’inizio della sintesi proteica viene effettuata dai ribosomi che sintetizzano una catena lineare di aminoacidi chiamata catena polipeptidica. L’mRNA specifica la sequenza degli amminoacidi.

Ogni amminoacido di questa catena polipeptidica ha una proprietà diversa. Per esempio, la glicina è altamente idrofoba, mentre l’arginina è molto idrofila. Queste proprietà dettano la struttura tridimensionale della proteina. Gli aminoacidi idrofobici devono essere mantenuti all’interno della proteina, mentre gli aminoacidi idrofili devono essere all’esterno della proteina.

I legami idrogeno si legano alle catene polipeptidiche per formare la struttura secondaria delle proteine, cioè le eliche alfa e i fogli beta. L’impilamento di queste eliche e fogli forma la struttura terziaria.

Il ripiegamento delle proteine deve essere mantenuto nella loro forma tridimensionale e non deve aggregarsi o degradarsi. Le proteine non ripiegate o mal ripiegate danno luogo a una serie di malattie.

Il ruolo dei chaperoni nel ripiegamento delle proteine

I chaperoni sono un gruppo di proteine che hanno una somiglianza funzionale e aiutano nel ripiegamento delle proteine. Sono proteine che hanno la capacità di prevenire l’aggregazione non specifica legandosi alle proteine non native.

Ci sono diverse famiglie di chaperon e ognuna possiede funzioni diverse. Esempio di proteine chaperon sono le “heat shock proteins” (Hsps).

Il nome Hsp fu dato dopo che queste proteine furono scoperte nei batteri. Questi batteri producevano più di queste proteine in condizioni di stress, come temperature più elevate, variazioni di pH e condizioni di ipossia. Due esempi di Hsp sono Hsp70 e Hsp60.

Hsp70

Le proteine chaperone Hsp70 sono catalizzatori di ripiegamento che assistono in molti tipi di processi di ripiegamento come il refolding o misfolding di proteine aggregate e il ripiegamento e l’assemblaggio di nuove proteine. Queste proteine sono monomeriche e contengono due diversi domini chiamati terminali N e C. Il terminale N contiene l’ATPasi mentre il terminale C si lega al substrato. L’idrolisi dell’ATP all’interno del terminale N permette al terminale C di aprirsi e di legarsi al substrato.

Hsp70 riconosce una regione della catena polipeptidica spiegata chiamata “regione estesa”. Questa regione estesa contiene molti residui idrofobici. Il legame di Hsp70 impedisce l’aggregazione di queste proteine.

Hsp60

Come Hsp70, anche le proteine chaperon Hsp60 hanno la capacità di legarsi a residui idrofobici esposti per formare aggregati che sono stabili ma inattivi. Queste proteine non sono coinvolte nella prevenzione dell’aggregazione, ma funzionano invece per mettere in quarantena e isolare le proteine spiegate. L’isolamento impedisce anche che la catena polipeptidica si aggreghi in grumi con altre catene nel citoplasma.

Hsp 60 contiene 14 diverse proteine componenti. Queste proteine formano due anelli, ciascuno composto da 7 proteine, che sono posti uno sopra l’altro. Le proteine non ripiegate all’interno di questi anelli sono quindi in grado di ripiegarsi senza aggregarsi con altre proteine non ripiegate e senza interferenze da parte di Hsp70.

Come visto in Hsp70, anche Hsp60 ha due forme diverse. Il primo stato è la forma di legame, in cui l’ATP è legato e le proteine dispiegate possono entrare nel foro tra i due anelli. L’idrolisi dell’ATP inizia poi la formazione di uno stato chiuso, chiamato stato attivo di ripiegamento. Questo cambiamento conformazionale impedisce alla proteina di uscire e incoraggia il ripiegamento delle proteine. Questo stato chiuso dura circa 15 secondi prima che la conformazione cambi di nuovo e la proteina correttamente ripiegata sia rilasciata nel citoplasma.

I chaperoni giocano un ruolo molto importante nel citoplasma impedendo l’aggregazione e promuovendo varie funzioni importanti come la traslocazione, la degradazione e il ripiegamento adeguato delle proteine.

La perdita o le mutazioni di questi chaperoni danno origine a diverse malattie. Un esempio di un gruppo di malattie genetiche associate a chaperoni mutati sono le proteinopatie multisistemiche (MSP) che colpiscono una vasta gamma di funzioni corporee che coinvolgono i muscoli, le ossa e il sistema nervoso.

Applicazione terapeutica degli inibitori di Hsp

Di recente, gli inibitori di Hsp come gli inibitori di Hsp 90 vengono utilizzati per inibire le vie di segnalazione che sono responsabili della crescita e della proliferazione delle cellule tumorali.

I chaperoni chimici sono stati utilizzati per trattare malattie metaboliche. Per esempio, l’accumulo di proteine unfolded o misfolded può causare lo stress del reticolo endoplasmatico (ER). Per alleviare questo stress ER, vengono utilizzate piccole molecole chiamate chaperon chimici che promuovono il corretto ripiegamento delle proteine. Le influenze positive dei chaperoni chimici sulle patologie legate allo stress ER li rendono utili per trattare i disturbi metabolici come il diabete di tipo 2, l’obesità e l’aterosclerosi.

Oltre al fatto che i chaperoni sono proteine di stress essenziali per il mantenimento di altre proteine e la sopravvivenza cellulare, la loro applicazione in ambito terapeutico è aumentata notevolmente.

Altre letture

• Tutti i contenuti del ripiegamento delle proteine
• Proteine da shock termico
• Piegatori alfa peptidici
• Struttura delle proteine de novo Prediction

Scritto da

Hannah Simmons

Hannah è una scrittrice di medicina e scienze della vita con un Master of Science (M.Sc.) presso l’Università di Lancaster, Regno Unito. Prima di diventare scrittrice, la ricerca di Hannah si è concentrata sulla scoperta di biomarcatori per il morbo di Alzheimer e di Parkinson. Ha anche lavorato per chiarire ulteriormente i percorsi biologici coinvolti in queste malattie. Al di fuori del suo lavoro, Hannah ama nuotare, portare a spasso il suo cane e viaggiare per il mondo.

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