Шапероны: общие сведения

Правильное сворачивание ( фолдинг ) полипептидных цепей белков в клетках эукариот обеспечивается специфическими белками, называемыми шаперонами (chaperone). Шапероны необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипептидных цепей других белков, но они не входят в состав конечной белковой структуры. 

Новосинтезированные белки после выхода с рибосом для правильного функционирования должны укладываться в стабильные трехмерные структуры и оставаться такими на протяжении всей функциональной жизни клетки. Поддержание контроля качества структуры белка и осуществляется шаперонами, катализирующими укладку полипептидов. Сборка полипротеинов и укладка мультибелковых комплексов также осуществляется шаперонами. Шапероны связываются с гидрофобными участками неправильно уложенных белков, помогают им свернуться и достигнуть стабильной нативной структуры и, тем самым, предотвращают их включение в нерастворимые и нефункциональные агрегаты. В течение своей функциональной жизни белок может подвергаться различным стрессам и денатурации. Такие частично денатурированные белки могут стать, во-первых, мишенью протеаз, во-вторых, агрегировать и, в-третьих,  укладываться в нативную структуру с помощью шаперонов. Баланс и эффективность, с которой происходят эти три процесса, определяются соотношением компонентов, участвующих в этих реакциях [ Wickner ea 1999 ]. 

Шапероны, кроме своей основной функции - укладки белков, осуществляют и много других важных функций, связанных с изменением конформации белков, а именно:

- Транспорт многих белков из одного компартмента в другой, например, перенос субъеденицы фермента Rubisco из цитоплазмы в хлоропласт происходит при участии шаперона Hsp70, который находится с ним в комплексе [ Checa ea 1997 ].

- Участие в сигнальных путях. Например, присутствие Hsp70 необходимо для активации фосфатазы, которая путем дефосфорилирования ингибирует протеинкиназу JNK , компонент сигнала стресс-индуцированного апоптоза , т.е. Hsp70 является частью антиапоптозного сигнального пути [ Yaglom, 1999 ]

- Регуляция функций различных молекул. Например, стероидный рецептор , находящийся в цитоплазме, связан с Hsp90;  лиганд, попадающий в цитоплазму, присоединяется к рецептору и вытесняет шаперон из комплекса. После этого комплекс рецептор-лиганд приобретает способность связываться с ДНК, мигрирует в ядро и осуществляет функцию транскрипционного фактора [ Scherrer ea 1992 ].

Способность белка изменять свою конформацию с "нормальной" на "прионную", и в результате этого участвовать в образовании упорядоченных белковых агрегатов - ключевой момент в прионообразовании. Исходя из этого, можно предполагать влияние клеточных шаперонов ( белков теплового шока ) на кинетику данного процесса.

Шапероны представлены семействами, состоящими из гомологичных по строению и функциям белков, которые отличаются по характеру экспрессии и присутствию в разных компартментах клетки. Например, Hsp70 (сокращение от heat shock protein), Hsp60, Hsp90, Hsp100 и их кошапероны (белки, помогающие шаперонам осуществлять свою функцию более эффективно) (Agashe et.al,.2000; Horwich et.al., 1999); Bukau et.al., 1998 и Martin et.al., 1997), а также гомологичные им белки, например белок, связывающийся с тяжелой цепью иммуноглобулинов ( BiP). Шапероном является также ядерный нуклеоплазмин , обеспечивающий сборку нуклеосом . У E. coli соответствующие функции выполняют белки SecB , триггерный фактор, а также GroEL и GroES , обеспечивающие экспорт полипептидов из цитоплазмы и участвующие в морфогенезе бактериофагов. Два последних белка - GroEL и GroES, известные также как Cpn60 и Cpn10, -  кодируются генами оперона groE, регулируемого тепловым шоком.

Белки, эволюционно родственные белку GroEL, получили название шаперонинов . Один из таких белков, обнаруженный в хлоропластах высших растений, участвует в сборке D-рибулозо-1,5- дифосфаткарбоксилазы-оксигеназы (Rubisco), которую часто используют в качестве модельного белка в исследованиях механизмов сворачивания полипептидных цепей.

Основные шапероны млекопитающих и дрожжей структурно и функционально очень похожи между собой (табл 2 pr).

У дрожжей имеется шаперон, который не встречается у млекопитающих, - Hsp104 , относящийся к семейству Hsp100. Этот шаперон особо важен для прионных белков дрожжей, поскольку осуществляет расщепление прионных полимеров ( Kushnirov and Ter-Avanesyan, 1998 ) и, в конце концов, их частичную конверсию в мономерную форму.

Шапероны разных семейств могут функционировать в разных компартментах клетки. Например, существуют различные члены семейства Hsp70, работающие в цитоплазме, митохондриях, хлоропластах и в эндоплазматическом ретикулуме. Для функционирования всех шаперонов требуется гидролиз ATP .

Ссылки:

Все ссылки