Белки теплового шока: общие сведения
У всех эукариот найдены семейства высокомолекулярных белков теплового шока, группируемые в зависимости от молекулярного веса: HSP60p , HSP70p , HSP90p , HSP110p , белки внутри каждого семейства высокогомологичны. Cледует отметить, что сходство белков, принадлежащих определенному семейству, наблюдается у всех эукариот и у Еscherichia coli (50% гомологии для белков эукариот и 40% гомологии с белками Е.coli). Между белками, относящимися к разным семействам, гомологии нет ( Lindquist, Craig, 1988 ). Это обстоятельство позволило клонировать представителей семейств дрожжей по гомологии с генами высших эукариот. Предположительно, функция этих белков заключается в обратимой дестабилизации третичной структуры других белков и участвии в транспорте и формировании белковых комплексов.
Первыми были клонированы два гена семейства HSP70p по гомологии с геном HSP70 дрозофилы ( Ingolia et al., 1982 ). В дальнейшем показали, что существует 9 генов этого семейства. Их можно объединить в группы генов с полностью или частично взаимозаменяемыми функциями, что коррелирует со степенью гомологии аминокислотных последовательностей. Сущесвование этих групп, очевидно, отражает функциональную специализацию и локализацию в различных компартментах клетки. Так, например, в группе SSA дизрупция любого члена не влияет на жизнеспособность. Только дизрупция одновременно трех генов SSA1 , SSA2 , SSA4 приводит к летальности, но этот дефект может быть компенсирован сверхэкспрессией какого-либо из генов SSA4 или SSA1 ( Werner-Washburne et al., 1987 ). Члены групп SSB, SSC, SSD и KAR не могут компенсировать дефект дизрупций генов SSA. Следовательно, различия внутри каждой группы обусловлены дифференциальной регуляцией, а между группами - разными функциями.
Оказалось, что лишь некоторые гены семейства hsp70 индуцируются только при термошоке , остальные экспрессируются и при нормальной температуре, а гены SSB1 и SSB2 индуцируются холодом. Белки HSP70p локализованы в различных омпараментах клетки и необходимы для посттрансляционной трансмембранной транслокации. При прохождении через мембрану белки процессируются (от них отщепляется лидерная последовательность ). Нарушения транслокации можно зарегистрировать по накоплению в цитозоле предшественников этих белков. Оказалось, что у мутантов ssa1ssa2ssa4 нарушен транспорт в митохондрии beta-субъединицы митохондриальной АТФазы F1 и alfa-фактора в эндоплазматический ретикулум. Добавление белков SSAp стимулировало транслокацию in vitro ( Deshaies et al., 1988 ; Chirico et al., 1988 ). Продукты генов SSA находятся в цитозоле. В органеллах также имеются белки теплового шока , облегчающие прохождение через мембрану. Так, у мутантов ssc1 нарушена заключительная стадия транспорта, и белок полностью не проходит через мембрану митохондрии ( Kang et al., 1990 ). В эндоплазматическом ретикулуме белки с аналогичной функцией пока не выявлены.
Другие белки теплового шока, видимо, участвуют в сборке белковых комплексов в органеллах, например, продукт гена KAR2 . У KAR2p имеется последовательность, необходимая для закрепления в эндоплазматическом ретикулуме, и он является гомологом белка Bip млекопитающих ( Rose et al., 1989 ; Murno, Pelham, 1986 ). Каким-то образом KAR2p участвует в сборке полярного тельца веретена , так как его мутант был изолирован по неспособности к кариогамии.
В митохондриях дрожжей содержится также белок HSP60p , гомологи которого найдены в бактериях, тетрахимене, растениях. Его предполагаемая функция подобна функции, выполняемой белком KAR2p в эндоплазматическом ретикулуме: участие в сборке белковых комплексов. Белки типа HSP60p и KAR2p получили название шаперонины (белки-дуэньи) ( McMullin, Hallberg, 1988 ; McMullin, Hallberg, 1987 ). Ген HSP60 был проклонирован с использованием моноклональных антител к белку. Это жизненно важный ген ( Reading et al., 1989 ).
Есть данные о том, что в ядрышке позвоночных имеется белок HSP70p, и не исключено, что он необходим для сборки рибосом ( Stevenson, Calderwood, 1990 ; Milarski, Morimoto, 1989 ). У дрожжей роль таких шаперонинов, возможно, выполняют белки SSBp . Их одновременная дизрупция приводит к холодочувствительности, подобно мутациям, нарушающим сборку рибосом.
Избирательная индукция генов HSP70 и HSP60 при изменении физиологических условий ( термошок , вхождение в стационар ), возможно, необходима для дестабилизации аномальных белков и ускорения их деградации.
Клонированы также гены HSP104 , участвующий в регуляции термотолерантности ( Sanches, Lindquist, 1990 ), HSP82 ( Borkovich et al., 1989 ), HSC82 ( Farrally, Finkelstein, 1984 ; Finkelstein, Strausberg, 1983 ). Дизрупция гена HSP82, или гена HSC82 не ведет к летальности, но приводит к повышенной чувствительности к мягкому и жесткому термошоку. Последнее свойство проявляется только при выращивании на неферментируемых источниках углерода. Авторы предполагают, что белки HSP82p, HSC82p осуществляют временную инактивацию неких белков, связываясь с ними. В условиях термошока диссоциация комплексов более выражена и для инактивации требуется большее количество белков HSP82p и HSC82p. Поэтому при дизрупции одного гена экспрессии второго в условиях термошока оказывается недостаточной для инактивации. Ген HSC82 экспрессируется конститутивно, а HSP82 индуцируется в ответ на термошок.
