Hsp70: общие сведения
Белки теплового шока (БТШ) с молекулярной массой около 70 кДа (Hsp70 эукариот и DnaK прокариот) образуют одно из самых консервативных семейств белков в природе, играющих существенную роль как в обеспечении выживания клетки при стрессе, так и в нормальном метаболизме. (Hsp - heat shock protein).
Hsp70 - основной класс шаперонов в клетке. Эти белки выполняют очень много функций, среди которых фолдинг белков, транслокация белков через различные мембраны, стабилизация белков при тепловом шоке, общая регуляция экспрессии всех шаперонов, сборка и диссоциация макромолекулярных комплексов, деградация белков. Следует отметить, что Hsp70 играют доминирующую роль в фолдинге и рефолдинге клеточных белков среди всех шаперонов у эукариот, при этом они часто кооперируются с другими шаперонными системами. Как правило, для их работы необходимо присутствие еще одного класса белков - Hsp40. У бактерий они соответствуют системе DnaK и DnaJ .
В качестве молекулярного шаперона Hsp70 связывают развернутые полипептидные цепи, утратившие нативную конформацию или синтезированные de novo, предотвращая возможную внутри- и межмолекулярную агрегации, и освобождают их в цикле связывания и последующего гидролиза АТФ. Активность DnaK как молекулярного шаперона модулируется кошаперонами DnaJ и GrpE. Как правило, у прокариот эти три белка экспрессируются совместно в составе оперона DnaKJ.
У млекопитающих это семейство белков участвует во многих клеточных процессах сборки, стабилизации и транспорта белковых молекул через мембраны митохондрий и ядерную оболочку [ Hutchinson ea 1994 , HohfeldJ., ea 1994 , Jacob ea 1994 , RassowJ., ea 1995 , Hartl ea 1996 , HorstM., ea 1997 ]. Они вовлечены в сигнальную трансдукцию [ Rutherford ea 1994 ], регуляцию апоптоза , а один из членов этого семейства играет ключевую роль в регуляции клеточного цикла во время гаметогенеза [ Zhu ea 1997 , Dix ea 1997 , DixDJ.. ea 1997 ]. Следует отметить, что у Drosophila. в отличие от других видов организмов, экспрессии Hsp70 в нормальном развитии не обнаружено [ Velasquez ea 1983 ]. Показано, что все эти белки обладают свойством узнавать ненативные конфигурации белков, связываться с ними и поддерживать их в состоянии, способном к последующему восстановлению, предотвращая случайные ассоциации белков и формирование нефункциональных агрегатов. Это свойство и позволяет отнести Hsp70 к семейству молекулярных шаперонов [ Jacob ea 1994 , Hartl ea 1996 , Horwitz ea 1992 , Jacob ea 1993 , Merck ea 1993 , Buchner ea 1996 ]. Причем, если Hsp90 и малые Hsp (БТШ) проявляют АТФ-независимую шаперонную активность, поддерживая белки в состоянии, способном к реактивации, но не способствуя их дальнейшей укладке [ Miyata ea 1992 , Wiech ea 1992 , Miyata ea 1995 , Jacob ea 1995 , Freeman ea 1996 , Lee ea 1997 ] (как и большинство других шаперонов [ Jacob ea 1995, Freeman ea 1996 , Bose ea 1996 , Duina ea 1996 , Freeman ea 1996 ]), то Hsp70 не только предотвращают дальнейшую денатурацию белков, но и восстанавливают их до нативного состояния в присутствии АТФ и кошаперона Hdj-1 [ Freeman ea 1996 , Freeman ea 1996 , Freeman ea 1995 ]. Следует отметить, что обе функции Hsp70 (как пассивная, так и активная) связаны с наличием в его структуре двух доменов. С-терминальный пептид- связывающий домен [ Freeman ea 1995 , Wang ea 1993 ] не участвует в регуляции специфичности связывания с пептидами и не играет роли в определении функций Hsp70 in vivo [ James ea 1997 ]. N-терминальный АТФазный домен, по-видимому, определяет специфические функции белка в клетке. Этот домен может находиться в двух разных состояниях: АДФ- и АТФ-связанном, стабилизация которых зависит от взаимодействия с другими регуляторными белками и шаперонами. Так показано, что кошаперон Hip-1 стабилизирует АДФ-связанное состояние Hsp70, которое характеризуется высокой аффинностью к белковым субстратам. Кошаперон Hdj-1 и нуклеотид-обменный фактор GrpE активируют АТФазное состояние Hsp70, что приводит к быстрой диссоциации этого белка с субстратом. Кроме того, связь этого домена с антиапоптическим белком BAG-1 , с одной стороны, ингибирует восстанавливающую активность БТШ70 в системе in vitro, а с другой - активирует создание антиапоптического комплекса BAG-l/Bcl-2 [ Palleros ea 1991 , Schmid ea 1994 , Szabo ea 1994 , Hohfeld J., ea 1995 , Takayama ea 1997 ].
Hsp70 взаимодействует с короткими пептидами, составленных из кластеров гидрофобных аминокислотных остатков, которые фланкируются основными остатками (среди которых нет кислотных остатков). Такие мотивы встречаются 1 раз на 36 аминокислот в большинстве белков [ Wickner ea 1999 ]. Hsp70 вместе со своим кошапероном Hsp40 связывается с белком сразу после его синтеза на рибосоме. Затем этот белок, если он еще не свернулся, связывется с шапероном Hsp60 (у бактерий это его гомолог GroEL , который обычно работает со своим кошапероном GroES ).
