Las HSP60 , también conocidas como chaperoninas ( Cpn ), son una familia de proteínas de choque térmico que originalmente se clasificaron por su masa molecular de 60 kDa. Previenen el plegamiento incorrecto de las proteínas durante situaciones estresantes, como el calor intenso, al ayudar al plegamiento de proteínas. Las HSP60 pertenecen a una gran clase de moléculas que ayudan al plegamiento de proteínas, llamadas chaperonas moleculares . [2] [3]
Las proteínas recién formadas generalmente deben plegarse a partir de una cadena lineal de aminoácidos en una estructura terciaria tridimensional . La energía para plegar las proteínas es suministrada por interacciones no covalentes entre las cadenas laterales de aminoácidos de cada proteína y por efectos del solvente. La mayoría de las proteínas se pliegan espontáneamente en su conformación tridimensional más estable, que suele ser también su conformación funcional, pero ocasionalmente las proteínas se pliegan incorrectamente. Las chaperonas moleculares catalizan el replegamiento de proteínas al acelerar el desplegamiento parcial de las proteínas mal plegadas, con la ayuda de la energía suministrada por la hidrólisis del trifosfato de adenosina (ATP). Las proteínas chaperoninas también pueden marcar proteínas mal plegadas para degradarlas. [3]
Estructura
La estructura de estas chaperoninas se asemeja a dos anillos apilados uno sobre otro para crear un barril. Cada anillo está compuesto por 7, 8 o 9 subunidades, según el organismo en el que se encuentre la chaperonina. Cada cadena peptídica de ~60 kDa se puede dividir en tres dominios: apical, intermedio y ecuatorial. [4]
Se propone que la chaperonina original evolucionó a partir de una peroxirredoxina . [5]
El complejo GroEL/GroES en E. coli es una chaperonina del Grupo I y el complejo de chaperonina grande (~1 MDa) mejor caracterizado.
GroEL es un 14mer de doble anillo con un parche hidrofóbico grasiento en su apertura y puede adaptarse al plegamiento nativo de sustratos de 15 a 60 kDa de tamaño.
GroES (es un heptámero de anillo único que se une a GroEL en presencia de ATP o análogos del estado de transición de la hidrólisis de ATP, como ADP-AlF 3 . Es como una cubierta que cubre a GroEL (caja/botella).
Es posible que GroEL/GroES no pueda deshacer los agregados de proteínas, pero compite cinéticamente en la vía de plegamiento incorrecto y agregación, evitando así la formación de agregados. [6]
La subfamilia Cpn60 fue descubierta en 1988. [7] Fue secuenciada en 1992. Los oligómeros cpn10 y cpn60 también requieren Mg 2+ -ATP para interactuar y formar un complejo funcional. [8] La unión de cpn10 a cpn60 inhibe la débil actividad ATPasa de cpn60. [9]
La proteína de unión a la subunidad RuBisCO es un miembro de esta familia. [10] La estructura cristalina de Escherichia coli GroEL se ha resuelto a 2,8 Å. [11]
Algunas bacterias utilizan múltiples copias de esta chaperonina, probablemente para diferentes péptidos. [4]
Grupo II
Estructura de TRiC de Saccharomyces cerevisiae en el estado unido a AMP-PNP ( PDB : 5GW5 ). [12]
Las chaperoninas del grupo II (TCP-1), que se encuentran en el citosol eucariota y en las arqueas , están más pobremente caracterizadas.
El complejo en las arqueas se llama termosoma . Es un homo-16mero en algunas arqueas y se lo considera la chaperonina tipo II prototípica. [b]
TRiC , la chaperonina eucariota, está compuesta por dos anillos de ocho subunidades diferentes, aunque relacionadas , cada una de las cuales se cree que está representada una vez por cada anillo de ocho miembros. Originalmente se pensaba que TRiC plegaba solo las proteínas del citoesqueleto actina y tubulina, pero ahora se sabe que pliega docenas de sustratos.
La chaperonina de Methanococcus maripaludis (Mm cpn) está compuesta por dieciséis subunidades idénticas (ocho por anillo). Se ha demostrado que pliega la proteína mitocondrial rodanasa; sin embargo, todavía no se han identificado sustratos naturales. [13]
No se cree que las chaperoninas del grupo II utilicen un cofactor de tipo GroES para plegar sus sustratos. En cambio, contienen una tapa "incorporada" que se cierra de manera dependiente de ATP para encapsular sus sustratos, un proceso que es necesario para una actividad óptima de plegamiento de proteínas. También interactúan con una cochaperona, la prefoldina , que ayuda a introducir el sustrato. [3]
Otras familias
El grupo III incluye algunas Cpn bacterianas relacionadas con el grupo II. Tienen una tapa, pero la apertura de la tapa no es cooperativa en ellas. Se cree que son un pariente antiguo del grupo II. [3] [4]
Una chaperonina del grupo I, gp146, del fago EL no utiliza tapa y su interfaz en forma de rosquilla es más similar a la del grupo II. Podría representar otro tipo antiguo de chaperonina. [14]
Mecanismo de acción
Las chaperoninas sufren grandes cambios conformacionales durante una reacción de plegamiento como función de la hidrólisis enzimática del ATP, así como de la unión de proteínas sustrato y cochaperoninas, como GroES. Estos cambios conformacionales permiten que la chaperonina se una a una proteína desdoblada o mal plegada, encapsule esa proteína dentro de una de las cavidades formadas por los dos anillos y libere la proteína nuevamente en la solución. Tras la liberación, la proteína sustrato se plegará o requerirá más rondas de plegamiento, en cuyo caso puede volver a unirse a una chaperonina.
Se desconoce el mecanismo exacto por el cual las chaperoninas facilitan el plegamiento de las proteínas sustrato. Según análisis recientes realizados con diferentes técnicas experimentales, las proteínas sustrato unidas a GroEL pueblan un conjunto de estados compactos y localmente expandidos que carecen de interacciones terciarias estables. [15] Se han propuesto varios modelos de acción de la chaperonina, que generalmente se centran en dos funciones (no mutuamente excluyentes) del interior de la chaperonina: pasiva y activa. Los modelos pasivos tratan la jaula de la chaperonina como una forma inerte, ejerciendo influencia al reducir el espacio conformacional accesible a un sustrato proteico o evitando interacciones intermoleculares, por ejemplo, mediante la prevención de la agregación. [16] La función activa de la chaperonina está a su vez involucrada con interacciones específicas entre la chaperonina y el sustrato que pueden estar acopladas a reordenamientos conformacionales de la chaperonina. [17] [18] [19]
Probablemente el modelo más popular del papel activo de la chaperonina es el mecanismo de recocido iterativo (IAM), que se centra en el efecto de la unión iterativa e hidrofóbica del sustrato proteico a la chaperonina. Según estudios de simulación computacional, el IAM conduce a un plegamiento más productivo al desdoblar el sustrato a partir de conformaciones mal plegadas [19] o al prevenir el plegamiento incorrecto de la proteína mediante el cambio de la vía de plegamiento. [17]
Conservación de la homología estructural y funcional
Como se mencionó, todas las células contienen chaperoninas.
En las bacterias, el arquetipo es la chaperonina bien caracterizada GroEL de E. coli .
En eucariotas , la chaperonina citoplasmática se llama CCT (también llamada TRiC ).
Estos complejos proteicos parecen ser esenciales para la vida en E. coli , Saccharomyces cerevisiae y eucariotas superiores. Si bien existen diferencias entre las chaperoninas eucariotas, bacterianas y arqueales, la estructura y el mecanismo generales se conservan. [3]
Morfogénesis del bacteriófago T4
El producto génico 31 (gp31) del bacteriófago T4 es una proteína necesaria para la morfogénesis del bacteriófago que actúa catalíticamente en lugar de incorporarse a la estructura del bacteriófago. [20] La bacteria E. coli es el huésped del bacteriófago T4. La proteína gp31 codificada por el bacteriófago parece ser homóloga a la proteína cochaperonina GroES de E. coli y es capaz de sustituirla en el ensamblaje de los viriones del fago T4 durante la infección. [21] Al igual que GroES, gp31 forma un complejo estable con la chaperonina GroEL que es absolutamente necesario para el plegamiento y ensamblaje in vivo de la proteína gp23 de la cápside principal del bacteriófago T4. [21]
La razón principal por la que el fago necesita su propio homólogo de GroES es que la proteína gp23 es demasiado grande para caber en una jaula de GroES convencional. gp31 tiene bucles más largos que crean un contenedor más alto. [22]
Importancia clínica
El GroEL humano es el antígeno inmunodominante de los pacientes con enfermedad del legionario [ 10] y se cree que desempeña un papel en la protección de la bacteria Legionella de los radicales de oxígeno dentro de los macrófagos . Esta hipótesis se basa en el hallazgo de que el gen cpn60 se regula positivamente en respuesta al peróxido de hidrógeno , una fuente de radicales de oxígeno. También se ha descubierto que el cpn60 muestra una fuerte antigenicidad en muchas especies bacterianas [23] y tiene el potencial de inducir protección inmunológica contra infecciones bacterianas no relacionadas.
Ejemplos
Los genes humanos que codifican proteínas que contienen este dominio incluyen:
^ InterPro hace referencia a la familia GroEL como Cpn60. Sin embargo, CDD utiliza Cpn60 para referirse a las proteínas del Grupo II de las arqueas.
^ Algunas arqueas han evolucionado para utilizar, como los eucariotas, diferentes subunidades. Se sabe que Methanosarcina acetivorans tiene cinco tipos de subunidades. [3] Se cree que el ancestro del TriC eucariota tiene dos. [5]
Referencias
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Enlaces externos
Más detalles... Archivado el 1 de marzo de 2011 en Wayback Machine.
