сопровождающий
| Семейство шаперонинов TCP-1/cpn60 | |||
|---|---|---|---|
 Структура бактериального шаперонина GroEL. [ 1 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Cpn60_TCP1 | ||
| Пфам | PF00118 | ||
| ИнтерПро | ИПР002423 | ||
| PROSITE | PDOC00610 | ||
| КАТ | 5GW5 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1гр / СКОПе / СУПФАМ | ||
| CDD | cd00309 | ||
| |||
HSP60 , также известный как шаперонины ( Cpn ), представляет собой семейство белков теплового шока, первоначально отсортированных по их молекулярной массе 60 кДа. Они предотвращают неправильное сворачивание белков во время стрессовых ситуаций, таких как высокая температура, помогая сворачиванию белков. HSP60 принадлежит к большому классу молекул, которые способствуют сворачиванию белков, называемых молекулярными шаперонами . [ 2 ] [ 3 ]
Вновь созданные белки обычно должны складываться из линейной цепи аминокислот в трехмерную третичную структуру . Энергия для сворачивания белков обеспечивается за счет нековалентных взаимодействий между боковыми цепями аминокислот каждого белка и эффектов растворителя. Большинство белков самопроизвольно сворачиваются в свою наиболее стабильную трехмерную конформацию, которая обычно также является их функциональной конформацией, но иногда белки сворачиваются неправильно. Молекулярные шапероны катализируют рефолдинг белков, ускоряя частичное разворачивание неправильно свернутых белков, чему способствует энергия, поставляемая за счет гидролиза аденозинтрифосфата ( АТФ). Белки-шаперонины также могут помечать неправильно свернутые белки, подлежащие деградации. [ 3 ]
Структура
[ редактировать ]Структура этих шаперонинов напоминает два пончика, сложенных друг на друга, образуя бочку. Каждое кольцо состоит из 7, 8 или 9 субъединиц в зависимости от организма, в котором обнаружен шаперонин. Каждую пептидную цепь размером ~60 кДа можно разделить на три домена: апикальный, промежуточный и экваториальный. [ 4 ]
Предполагается, что первоначальный шаперонин произошел от пероксиредоксина . [ 5 ]
Классификация
[ редактировать ]Группа I
[ редактировать ]
Шаперонины группы I (Cpn60) [ а ] обнаружены у бактерий, также в органеллах эндосимбиотического а происхождения: хлоропластах и митохондриях .
Комплекс GroEL/GroES в E. coli представляет собой шаперонин группы I и наиболее охарактеризованный большой (~ 1 МДа) комплекс шаперонинов.
- GroEL представляет собой 14-мер с двойным кольцом и жирным гидрофобным пятном на его открытии и может приспосабливаться к нативному сворачиванию субстратов размером 15-60 кДа.
- GroES (представляет собой однокольцевой гептамер, который связывается с GroEL в присутствии АТФ или аналогов переходного состояния гидролиза АТФ, таких как ADP-AlF 3 . Он похож на крышку, закрывающую GroEL (коробка/бутылка).
GroEL/GroES, возможно, не способны разрушать белковые агрегаты, но кинетически они конкурируют на пути неправильного сворачивания и агрегации, тем самым предотвращая образование агрегатов. [ 6 ]
Подсемейство Cpn60 было открыто в 1988 году. [ 7 ] Он был секвенирован в 1992 году. Олигомерам cpn10 и cpn60 также требуется магний. 2+ -АТФ для взаимодействия с образованием функционального комплекса. [ 8 ] Связывание cpn10 с cpn60 ингибирует слабую АТФазную активность cpn60. [ 9 ]
Белок , связывающий субъединицу RuBisCO, является членом этого семейства. [ 10 ] Кристаллическая структура Escherichia coli GroEL разрешена до 2,8 Å. [ 11 ]
Некоторые бактерии используют несколько копий этого шаперонина, вероятно, для разных пептидов. [ 4 ]
Группа II
[ редактировать ]
Шаперонины группы II (TCP-1), обнаруженные в эукариот цитозоле и у архей , охарактеризованы хуже.
- Этот комплекс у архей называется термосомой . Гомо-16мер у некоторых архей, он считается прототипом шаперонина типа II. [ б ]
- TRiC , эукариотический шаперонин, состоит из двух колец из восьми различных, хотя и родственных субъединиц , каждая из которых, как считается, представлена один раз в восьмичленном кольце. Первоначально считалось, что TRiC сворачивает только цитоскелетные белки актин и тубулин, но теперь известно, что он сворачивает десятки субстратов.
Шаперонин Methanococcus maripaludis (Mm cpn) состоит из шестнадцати идентичных субъединиц (по восемь на кольцо). Было показано, что он сворачивает митохондриальный белок роданеза; однако природные субстраты пока не идентифицированы. [ 13 ]
Считается, что шаперонины группы II не используют кофактор типа GroES для сворачивания своих субстратов. Вместо этого они содержат «встроенную» крышку, которая закрывается АТФ-зависимым образом, чтобы инкапсулировать свои субстраты - процесс, который необходим для оптимальной активности сворачивания белка. Они также взаимодействуют с кошапероном префолдином , который помогает продвигать субстрат. [ 3 ]
Другие семьи
[ редактировать ]Группа III включает некоторые бактериальные Cpns, относящиеся к группе II. Крышка у них есть, но открывание крышки у них не работает. Считается, что они являются древним родственником группы II. [ 3 ] [ 4 ]
Шаперонин gp146 группы I из фага EL не использует крышку, и его кольцевой интерфейс больше похож на интерфейс группы II. Это может представлять собой еще один древний тип шаперонина. [ 14 ]
Механизм действия
[ редактировать ]Шаперонины претерпевают большие конформационные изменения во время реакции сворачивания в зависимости от ферментативного гидролиза АТФ, а также связывания белков-субстратов и кошаперонинов, таких как GroES. Эти конформационные изменения позволяют шаперонину связывать развернутый или неправильно свернутый белок, инкапсулировать этот белок в одну из полостей, образованных двумя кольцами, и высвобождать белок обратно в раствор. После высвобождения белок-субстрат либо свернется, либо потребует дальнейших циклов сворачивания, и в этом случае он снова может быть связан с шаперонином.
Точный механизм, с помощью которого шаперонины облегчают сворачивание белков-субстратов, неизвестен. Согласно недавним анализам с использованием различных экспериментальных методов, GroEL-связанные субстратные белки заселяют ансамбль компактных и локально расширенных состояний, в которых отсутствуют стабильные третичные взаимодействия. [ 15 ] Был предложен ряд моделей действия шаперонинов, которые обычно фокусируются на двух (не взаимоисключающих) ролях внутреннего шаперонина: пассивной и активной. Пассивные модели рассматривают клетку шаперонина как инертную форму, оказывающую влияние за счет уменьшения конформационного пространства, доступного для белкового субстрата, или предотвращения межмолекулярных взаимодействий, например, путем предотвращения агрегации. [ 16 ] Роль активного шаперонина, в свою очередь, связана со специфическими взаимодействиями шаперонин-субстрат, которые могут быть связаны с конформационными перестройками шаперонина. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
Вероятно, наиболее популярной моделью активной роли шаперонина является механизм итеративного отжига (IAM), который фокусируется на эффекте итеративного и гидрофобного по природе связывания белкового субстрата с шаперонином. Согласно исследованиям компьютерного моделирования, IAM приводит к более продуктивному сворачиванию за счет разворачивания субстрата из неправильно свернутых конформаций. [ 19 ] или путем предотвращения неправильного сворачивания белка путем изменения пути сворачивания. [ 17 ]
Сохранение структурной и функциональной гомологии
[ редактировать ]Как уже упоминалось, все клетки содержат шаперонины.
- У бактерий архетипом является хорошо изученный шаперонин GroEL из E. coli .
- У архей шаперонин называется термосомой .
- У эукарий цитоплазматический шаперонин называется CCT (также называемый TRiC ).
Эти белковые комплексы, по-видимому, необходимы для жизни E. coli , Saccharomyces cerevisiae и высших эукариот. Хотя между эукариотическими, бактериальными и архейными шаперонинами существуют различия, общая структура и механизм сохраняются. [ 3 ]
Морфогенез бактериофага Т4
[ редактировать ]Генный продукт 31 (gp31) бактериофага Т4 представляет собой белок, необходимый для морфогенеза бактериофага, который действует каталитически , а не включается в структуру бактериофага. [ 20 ] Бактерия E. coli является хозяином бактериофага Т4. Кодируемый бактериофагом белок gp31, по-видимому, гомологичен E. coli белку кошаперонина GroES и способен замещать его при сборке вирионов фага Т4 во время инфекции. [ 21 ] Как и GroES, gp31 образует стабильный комплекс с шаперонином GroEL , который абсолютно необходим для сворачивания и сборки in vivo основного капсидного белка gp23 бактериофага Т4. [ 21 ]
Основная причина, по которой фагу необходим собственный гомолог GroES, заключается в том, что белок gp23 слишком велик, чтобы поместиться в обычную клетку GroES. gp31 имеет более длинные циклы, которые создают более высокий контейнер. [ 22 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]GroEL человека является иммунодоминантным антигеном пациентов с болезнью легионеров . [ 10 ] Считается, что он играет роль в защите бактерий Legionella от кислородных радикалов внутри макрофагов . Эта гипотеза основана на открытии того, что ген cpn60 активируется в ответ на перекись водорода , источник кислородных радикалов. Также было обнаружено, что Cpn60 проявляет сильную антигенность у многих видов бактерий. [ 23 ] и обладает потенциалом для индукции иммунной защиты против несвязанных бактериальных инфекций.
Примеры
[ редактировать ]Гены человека, кодирующие белки, содержащие этот домен, включают:
- ББС10
- ККТ1 ; ККТ2 ; ККТ3 ; ККТ4 ; ККТ5 ; CCT6A ; CCT6B ; ККТ7 ; CCT8
- Цеск1
- HSPD1
- KCNMB3L
- CCT8L1 ; ЛОК401329
- МККС
- ПИП5К3
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Семейство GroEL обозначается InterPro как Cpn60. Однако CDD использует Cpn60 для обозначения белков группы II у архей.
- ^ Некоторые археи, как и эукариоты, научились использовать разные субъединицы. Methanosarcina acetivorans имеет пять типов субъединиц. Известно, что [ 3 ] Считается, что у предка эукаротического TriC их два. [ 5 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Брэйг К., Отвиновски З., Хегде Р., Бойсверт Д.С., Йоахимиак А., Хорвич А.Л., Сиглер П.Б. (октябрь 1994 г.). «Кристаллическая структура бактериального шаперонина GroEL при 2,8 А». Природа . 371 (6498): 578–86. Бибкод : 1994Natur.371..578B . дои : 10.1038/371578a0 . ПМИД 7935790 . S2CID 4341993 .
- ^ «Следователи Говарда Хьюза: Артур Л. Хорвич, доктор медицинских наук» Архивировано из оригинала 26 июля 2019 г. Проверено 12 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Конвей де Макарио Э., Йода М., Макарио А.Дж., Робб Ф.Т. (15 марта 2019 г.). «Соединение человеческих шаперонопатий и микробных шаперонинов» . Коммуникационная биология . 2 (1): 103. дои : 10.1038/s42003-019-0318-5 . ПМК 6420498 . ПМИД 30911678 .
- ^ Jump up to: а б с Ансари М.Ю., Манде СК (2018). «Взгляд на структуру и функцию атипичных шаперонинов типа I» . Границы молекулярных биологических наук . 5:31 . doi : 10.3389/fmolb.2018.00031 . ПМК 5904260 . ПМИД 29696145 .
- ^ Jump up to: а б Уиллисон, КР (5 октября 2018 г.). «Структура и эволюция эукариотического шаперонина, содержащего TCP-1, и его механизм, который сворачивает актин в белковую пружину». Биохимический журнал . 475 (19): 3009–3034. дои : 10.1042/BCJ20170378 . hdl : 10044/1/63924 . ПМИД 30291170 . S2CID 52923821 .
- ^ Фентон В.А., Хорвич А.Л. (май 2003 г.). «Складывание белка, опосредованное шаперонином: судьба полипептида-субстрата». Ежеквартальные обзоры биофизики . 36 (2): 229–56. дои : 10.1017/S0033583503003883 . ПМИД 14686103 . S2CID 10328521 .
- ^ Хеммингсен С.М., Вулфорд С., ван дер Вис С.М., Тилли К., Деннис Д.Т., Георгопулос К.П. и др. (май 1988 г.). «Сборка гомологичных растительных и бактериальных белков-шаперонов олигомерного белка». Природа . 333 (6171): 330–4. Бибкод : 1988Natur.333..330H . дои : 10.1038/333330a0 . ПМИД 2897629 . S2CID 4325057 .
- ^ Прасад Т.К., Стюарт Ч.Р. (март 1992 г.). «Клоны кДНК, кодирующие митохондриальный шаперонин HSP60 Arabidopsis thaliana и Zea mays, и экспрессия генов во время прорастания семян и теплового шока». Молекулярная биология растений . 18 (5): 873–85. дои : 10.1007/BF00019202 . ПМИД 1349837 . S2CID 40768099 .
- ^ Шмидт А., Шиссволь М., Фёлькер У., Хеккер М., Шуман В. (июнь 1992 г.). «Клонирование, секвенирование, картирование и транскрипционный анализ оперона groESL из Bacillus subtilis» . Журнал бактериологии . 174 (12): 3993–9. дои : 10.1128/jb.174.12.3993-3999.1992 . ПМК 206108 . ПМИД 1350777 .
- ^ Jump up to: а б Хиндерссон П., Хойби Н., Бангсборг Дж. (январь 1991 г.). «Анализ последовательности оперона Legionella micdadei groELS» . Письма FEMS по микробиологии . 61 (1): 31–8. дои : 10.1111/j.1574-6968.1991.tb04317.x . ПМИД 1672279 .
- ^ Брэйг К., Отвиновски З., Хегде Р., Бойсверт Д.С., Йоахимиак А., Хорвич А.Л., Сиглер П.Б. (октябрь 1994 г.). «Кристаллическая структура бактериального шаперонина GroEL при 2,8 А». Природа . 371 (6498): 578–86. Бибкод : 1994Natur.371..578B . дои : 10.1038/371578a0 . ПМИД 7935790 . S2CID 4341993 .
- ^ Занг Ю, Цзинь М, Ван Х, Цуй З, Конг Л, Лю С, Конг Ю (декабрь 2016 г.). «Поэтапный механизм связывания АТФ эукариотического шаперонина TRiC (CCT), выявленный с помощью крио-ЭМ высокого разрешения». Структурная и молекулярная биология природы . 23 (12). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 1083–1091. дои : 10.1038/nsmb.3309 . ПМИД 27775711 . S2CID 12001964 .
- ^ Кусмерчик А.Р., Мартин Дж (май 2003 г.). «Нуклеотид-зависимое сворачивание белка в шаперонине типа II мезофильной археи Methanococcus maripaludis» . Биохимический журнал . 371 (Часть 3): 669–73. дои : 10.1042/BJ20030230 . ПМЦ 1223359 . ПМИД 12628000 .
- ^ Брахер А., Пол СС, Ван Х., Вишневски Н., Хартл Ф.У., Хайер-Хартл М. (27 апреля 2020 г.). «Структура и конформационный цикл шаперонина, кодируемого бактериофагом» . ПЛОС ОДИН . 15 (4): e0230090. Бибкод : 2020PLoSO..1530090B . дои : 10.1371/journal.pone.0230090 . ПМЦ 7185714 . ПМИД 32339190 .
- ^ Хартл Ф.У., Хайер-Хартл М. (июнь 2009 г.). «Сходящиеся концепции сворачивания белков in vitro и in vivo». Структурная и молекулярная биология природы . 16 (6): 574–81. дои : 10.1038/nsmb.1591 . ПМИД 19491934 . S2CID 205522841 .
- ^ Апетри А.С., Хорвич А.Л. (ноябрь 2008 г.). «Камера шаперонина ускоряет сворачивание белка за счет пассивного действия, предотвращающего агрегацию» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (45): 17351–5. Бибкод : 2008PNAS..10517351A . дои : 10.1073/pnas.0809794105 . ПМК 2579888 . ПМИД 18987317 .
- ^ Jump up to: а б Кмиецик С., Колински А (июль 2011 г.). «Моделирование влияния шаперонина на сворачивание белка: переход от нуклеации-конденсации к каркасному механизму» . Журнал Американского химического общества . 133 (26): 10283–9. дои : 10.1021/ja203275f . ПМК 3132998 . ПМИД 21618995 .
- ^ Чакраборти К., Чатила М., Синха Дж., Ши К., Пошнер Б.С., Сикор М. и др. (июль 2010 г.). «Катализируемое шаперонином спасение кинетически захваченных состояний при сворачивании белка» . Клетка . 142 (1): 112–22. дои : 10.1016/j.cell.2010.05.027 . ПМИД 20603018 . S2CID 3859016 .
- ^ Jump up to: а б Тодд М.Дж., Лоример Г.Х., Тирумалай Д. (апрель 1996 г.). «Сворачивание белка с помощью шаперонина: оптимизация скорости и выхода с помощью механизма итеративного отжига» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (9): 4030–5. Бибкод : 1996PNAS...93.4030T . дои : 10.1073/pnas.93.9.4030 . ПМК 39481 . ПМИД 8633011 .
- ^ Снустад Д.П. (август 1968 г.). «Взаимодействия доминирования в клетках Escherichia coli, смешанно инфицированных бактериофагом T4D дикого типа и янтарными мутантами, и их возможные последствия в отношении типа функции гена-продукта: каталитическая или стехиометрическая». Вирусология . 35 (4): 550–63. дои : 10.1016/0042-6822(68)90285-7 . ПМИД 4878023 .
- ^ Jump up to: а б Marusich EI, Kurochkina LP, Mesyanzhinov VV (April 1998). "Chaperones in bacteriophage T4 assembly" . Biochemistry (Moscow) . 63 (4): 399–406. PMID 9556522 .
- ^ Букау Б., Хорвич А.Л. (февраль 1998 г.). «Машины-сопровождающие Hsp70 и Hsp60» . Клетка . 92 (3): 351–66. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80928-9 . ПМИД 9476895 . S2CID 16526409 .
- ^ Гор Д., Мэйфилд Дж. Э. (февраль 1992 г.). «Клонирование и нуклеотидная последовательность оперона Brucella abortus groE». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Структура и экспрессия генов . 1130 (1): 120–2. дои : 10.1016/0167-4781(92)90476-г . ПМИД 1347461 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- подробнее... Архивировано 1 марта 2011 г. на Wayback Machine.
- Шаперонины в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- cpnDB: база данных сопровождающих
- Анимации деятельности шаперонинов. Архивировано 13 апреля 2021 г. в Wayback Machine.
- Материал NIH по HSP60
- HSP60. Архивировано 16 марта 2008 г. в Wayback Machine.
- HSP60 у мух
- Домашняя страница сопровождающего
- Банк данных о белках
- База данных ферментов HSP60, заархивированная 18 апреля 2021 г. на Wayback Machine.
- HSP60 в Pub Med
- Отчет о гене HSP60
- HSP60 + Тепловой шок + Белки в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)