WikiDer > HSP60
Семейство шаперонинов TCP-1 / cpn60 | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Структура бактериального шаперонина GroEL.[1] | |||||||||||
Идентификаторы | |||||||||||
Символ | Cpn60_TCP1 | ||||||||||
Pfam | PF00118 | ||||||||||
ИнтерПро | IPR002423 | ||||||||||
PROSITE | PDOC00610 | ||||||||||
SCOP2 | 1грл / Объем / СУПФАМ | ||||||||||
|
Белки теплового шока обычно несут ответственность за предотвращение повреждения белков в ответ на высокие уровни тепла. Белки теплового шока делятся на шесть основных семейств в зависимости от их молекулярной массы: маленькие HSP, HSP40, HSP60, HSP70, HSP90, и HSP110[2]
HSP60 участвует в импорте митохондриального белка и сборке макромолекул. Это может облегчить правильную укладку импортированных белков, а также может предотвратить неправильную укладку и способствовать повторной укладке и правильной сборке развернутых полипептидов, образующихся в стрессовых условиях в митохондриальном матриксе. HSP60 взаимодействует с HRAS и с белком X HBV и белком p40tax HTLV-1. HSP60 принадлежит к семейству шаперонинов (HSP60). Примечание. Это описание может включать информацию из UniProtKB.
Альтернативные названия: шаперонин 60 кДа, шаперонин 60, CPN60, белок теплового шока 60, HSP-60, HuCHA60, белок митохондриального матрикса P1, белок лимфоцитов P60, HSPD1
Белок теплового шока 60 (HSP60) представляет собой митохондриальный шаперонин который обычно отвечает за транспортировку и рефолдинг белков из цитоплазма в митохондриальный матрикс. В дополнение к своей роли белка теплового шока, HSP60 действует как шаперонин, помогая в линейном сворачивании. аминокислота цепочки в их соответствующую трехмерную структуру. Благодаря обширному изучению GroEL, HSP60’s бактериальный гомолог, HSP60 считается важным для синтеза и транспортировки основных митохондриальных белков из цитоплазмы клетки в митохондриальный матрикс. Дальнейшие исследования связывают HSP60 с сахарный диабет, стресс ответ, рак и некоторые виды иммунологический расстройства.
Открытие
О функции HSP60 известно немного. Млекопитающее Впервые HSP60 был описан как митохондриальный белок P1. Впоследствии было клонированный и последовательный от Радхи Гупта и коллеги.[3] Аминокислотная последовательность показала сильную гомологию с GroEL. Первоначально считалось, что HSP60 функционирует только в митохондрии и что не было эквивалентного белка, расположенного в цитоплазма. Недавние открытия опровергли это утверждение и предположили, что существует заметное различие между HSP60 в митохондриях и цитоплазме.[4] Подобная структура белка существует в хлоропласт некоторых растений. Это присутствие белка свидетельствует об эволюционной взаимосвязи развития митохондрий и хлоропластов посредством эндосимбиоз.[3]
Структура
В нормальных физиологических условиях HSP60 представляет собой олигомер 60 килодальтон, состоящий из мономеров, которые образуют комплекс, расположенный в виде двух уложенных друг на друга гептамерных колец.[5] Эта двойная кольцевая структура образует большую центральную полость, в которой развернутый белок связывается через гидрофобный взаимодействия.[6] Эта структура обычно находится в равновесии с каждым из ее отдельных компонентов: мономерами, гептамерами и тетрадесамерами.[7] Недавние исследования начали предполагать, что помимо его типичного расположения в митохондриях, HSP60 также может быть обнаружен в цитоплазме при нормальных физиологических условиях.[4]
Каждая субъединица HSP60 имеет три домены: апикальный домен, экваториальный домен и промежуточный домен.[8] Экваториальный домен содержит сайт привязки для АТФ и для другого гептамерного кольца. Промежуточный домен связывает экваториальный домен и апикальный домен вместе.[8] Промежуточный домен вызывает конформационные изменения, когда АТФ связывается, позволяя чередовать гидрофильный и гидрофобный сайты связывания субстрата.[8] В неактивном состоянии белок находится в гидрофобном состоянии. При активации АТФ промежуточный домен претерпевает конформационное изменение, открывающее гидрофильную область. Это гарантирует точность связывания с белками.[8] Шаперонин 10 помогает HSP60 сворачиваться, действуя как куполообразное покрытие на АТФ-активной форме HSP60. Это вызывает увеличение центральной полости и способствует сворачиванию белка.[8] См. Рисунок выше для получения дополнительных сведений о конструкции.
Митохондриальный HSP60 последовательность содержит серию повторов G в C-терминал.[3] Структура и функция этой последовательности не совсем известны. В N-концевой содержит пре-последовательность гидроксилированных аминокислоты, а именно аргинин, лизин, серин, и треонин, которые служат в качестве управляющих для импорта белка в митохондрии.[3]
Прогнозируемая структура HSP60 включает несколько вертикальных синусоидальные волны, альфа спирали, бета-листы, и повороты на 90 градусов. Есть регионы гидрофобность где белок предположительно охватывает мембрана. Также есть три N-связанных сайта гликозилирования в положениях 104, 230, 436.[6] Последовательность и вторичная структура митохондриального белка проиллюстрированы на приведенном выше изображении, полученном из банка данных по белкам.
Новые данные позволяют предположить, что HSP60, обнаруженный в митохондриях, отличается от HSP60 в цитоплазме. Что касается аминокислотной последовательности, цитоплазматический HSP60 имеет N-концевую последовательность, не обнаруженную в митохондриальном белке.[4] В гель-электрофорез В ходе анализа были обнаружены существенные различия в миграции цитоплазматического и митохондриального HSP60. Цитоплазматический HSP60 содержит сигнальная последовательность из 26 аминокислоты на конечной N. Эта последовательность сильно вырождена и способна сворачиваться в амфифильная спираль.[4] Антитела против HSP60 нацелены как на митохондриальную, так и на цитоплазматическую форму.[4] Тем не менее, антитела против сигнальной последовательности нацелены только на цитоплазматическую форму. При нормальном физиологическом состоянии оба они находятся в относительно равных концентрациях.[4] Во время стресса или высокой потребности в HSP60 в цитоплазме или митохондриях клетка способна к компенсации, увеличивая присутствие HSP60 в одном отделении и уменьшая его концентрацию в противоположном отделении.
Функция
Общие
Белки теплового шока являются одними из самых эволюционно консервативные белки.[7] Значительная функция, структурная и последовательная гомология между HSP60 и его прокариотическим гомологом, groEL, демонстрирует этот уровень консервативности. Более того, аминокислотная последовательность HSP60 имеет сходство с его гомологом в растения, бактерии, и люди.[2] Белки теплового шока в первую очередь отвечают за поддержание целостности клеточных белков, особенно в ответ на изменения окружающей среды. Такие стрессы, как температура, дисбаланс концентрации, изменение pH и токсины, могут индуцировать белки теплового шока, чтобы поддерживать конформацию белков клетки. HSP60 помогает в укладке и поддержании конформации примерно 15-30% всех клеточных белков.[8] Помимо типичной роли HSP60 как белка теплового шока, исследования показали, что HSP60 играет важную роль в транспорт и поддержание митохондриальных белков, а также коробка передач и репликация митохондриального ДНК.
Транспорт митохондриального белка
HSP60 выполняет две основные функции в отношении транспорта митохондриального белка. Он функционирует для катализировать сворачивание белков, предназначенных для матрикса, и поддерживает белок в развернутом состоянии для транспорта через внутреннюю мембрану митохондрий.[10] Многие белки предназначены для обработки в матрице митохондрий, но затем быстро экспортируются в другие части клетки. Гидрофобная часть HSP60 отвечает за поддержание развернутой конформации белка для трансмембранного транспорта.[10] Исследования показали, как HSP60 связывается с поступающими белками и вызывает конформационные и структурные изменения. Последующие изменения концентраций АТФ гидролизуют связи между белком и HSP60, который сигнализирует белку о выходе из митохондрий.[10] HSP60 также способен различать белки, предназначенные для экспорта, и белки, предназначенные оставаться в митохондриальном матриксе, путем поиска амфифильный альфа-спираль из 15-20 остатков.[10] Наличие этой последовательности сигнализирует о том, что белок должен быть экспортирован, в то время как отсутствие сигнализирует о том, что белок должен оставаться в митохондриях. Точный механизм еще не совсем понят.
Метаболизм ДНК
Помимо своей критической роли в сворачивании белков, HSP60 участвует в репликации и передаче митохондриальная ДНК. В обширных исследованиях активности HSP60 в Saccharomyces cerevisiae, ученые предположили, что HSP60 связывается преимущественно с одноцепочечным матрица ДНК нить в тетрадекамероподобном комплексе [11]Этот тетрадекамерный комплекс взаимодействует с другими транскрипционными элементами, чтобы служить регуляторным механизмом для репликации и передачи митохондриальной ДНК. Мутагенные исследования также подтвердили регуляторное участие HSP60 в репликации и передаче митохондриальной ДНК.[12]Мутации в HSP60 увеличивают уровни митохондриальной ДНК и приводят к последующим дефектам передачи.
Цитоплазматический против митохондриального HSP60
Помимо уже проиллюстрированных структурных различий между цитоплазматическим и митохондриальным HSP60, существуют заметные функциональные различия. Исследования показали, что HSP60 играет ключевую роль в предотвращении апоптоз в цитоплазме. Цитоплазматический HSP60 образует комплекс с белками, ответственными за апоптоз, и регулирует активность этих белков.[4] Цитоплазматическая версия также участвует в невосприимчивый ответ и рак.[4] Эти два аспекта будут рассмотрены позже. Недавние исследования начали предлагать регуляторную корреляцию между HSP60 и гликолитический фермент, 6-фосфофруктокиназа-1. Хотя доступной информации немного, цитоплазматические концентрации HSP60 влияют на экспрессию 6-фосфофруктокиназы в гликолиз.[13] Несмотря на эти заметные различия между цитоплазматической и митохондриальной формами, экспериментальный анализ показал, что клетка быстро способна перемещать цитоплазматический HSP60 в митохондрии, если условия окружающей среды требуют более высокого присутствия митохондриального HSP60.[4]
Синтез и сборка
HSP60 обычно обнаруживается в митохондриях и органеллах эндосимбиотического происхождения. Мономеры HSP60 образуют два гептамерных кольца, которые связываются с поверхностью линейных белков и катализируют их сворачивание в АТФ-зависимом процессе.[14] Субъединицы HSP60 кодируются ядерным гены и переводится в цитозоль. Затем эти субъединицы перемещаются в митохондрии, где они обрабатываются другими молекулами HSP60.[6] Несколько исследований показали, как белки HSP60 должны присутствовать в митохондриях для синтеза и сборки дополнительных компонентов HSP60.[6] Существует прямая положительная корреляция между присутствием белков HSP60 в митохондриях и производством дополнительных белковых комплексов HSP60.
В кинетика Сборка субъединиц HSP60 в 2-гептамерные кольца занимает две минуты. Последующие протеаза-резистентный HSP60 образуется за период 5–10 минут.[6] Этот быстрый синтез указывает на наличие АТФ-зависимого взаимодействия, при котором образованный комплекс HSP60 стабилизирует промежуточное соединение сборочного комплекса HSP60, эффективно выступая в качестве катализатора.[6] Необходимость существующего ранее HSP60 для синтеза дополнительных молекул HSP60 поддерживает эндосимбиотическая теория происхождения митохондрии. Должен был существовать рудиментарный прокариотический гомологичный белок, способный к подобной самосборке.
Иммунологическая роль
Как обсуждалось выше, HSP60 обычно известен как шаперонин, который помогает сворачиванию белка в митохондриях. Однако некоторые новые исследования показали, что HSP60, возможно, играет роль в «каскаде сигналов опасности». иммунная реакция.[15] Также появляется все больше свидетельств того, что он играет роль в аутоиммунный болезнь.
Инфекция и болезнь очень сильно влияют на клетку. Когда клетка находится в состоянии стресса, она естественным образом увеличивает производство стрессовых белков, в том числе белки теплового шока например HSP60. Чтобы HSP60 действовал как сигнал, он должен присутствовать в внеклеточный Окружающая среда. В недавнем исследовании «выяснилось, что… шаперонин 60 можно найти на поверхности различных прокариотический и эукариотический клетки, и даже может высвобождаться из клеток ».[8] Согласно недавним исследованиям, существует множество различных типов белки теплового шока используются в невосприимчивый ответная передача сигналов, но оказывается, что разные белки по-разному действуют и реагируют на другие сигнальные молекулы. Было показано, что HSP60 высвобождается из определенных клеток, таких как мононуклеарные клетки периферической крови (PBMC), когда есть липополисахариды (LPS) или GroEL подарок. Это говорит о том, что клетка имеет разные рецепторы и ответы на человеческий и бактериальный HSP60.[15] Кроме того, было показано, что HSP60 обладает способностью «активировать моноциты, макрофаги и дендритный клеток ... а также индукции секреции широкого спектра цитокины.” [15] Тот факт, что HSP60 отвечает на другие сигнальные молекулы, такие как LPS или GroEL, и обладает способностью активировать определенные типы клеток, подтверждает идею о том, что HSP60 является частью каскада сигналов опасности, который участвует в активации иммунного ответа.
Однако в иммунологической роли HSP60 есть поворот. Как упоминалось выше, существует два разных типа белков HSP60: бактериальные и млекопитающие. Поскольку они очень похожи по последовательности, не ожидается, что бактериальный HSP60 вызовет сильный иммунный ответ у людей. Иммунная система «разработана так, чтобы игнорировать« я », то есть составляющие хозяина; однако, как это ни парадоксально, с шаперонинами дело обстоит иначе ».[8] Было обнаружено, что существует множество антител к шаперонину, которые связаны со многими аутоиммунными заболеваниями. Согласно Ranford, et al. проведены эксперименты, которые показали, что антитела которые «генерируются человеком-хозяином после воздействия бактериальных белков шаперонина 60», могут перекрестно реагировать с белками шаперонина 60 человека.[8] Бактериальный HSP60 заставляет иммунную систему вырабатывать антитела против шаперонина, хотя бактериальный и человеческий HSP60 имеют сходные белковые последовательности. Затем эти новые антитела распознают и атакуют человеческий HSP60, который вызывает аутоиммунное заболевание. Это предполагает, что HSP60 может играть роль в аутоиммунитет, однако необходимо провести дополнительные исследования, чтобы более полно раскрыть его роль в этом заболевании.
Реакция на стресс
Было показано, что HSP60, как митохондриальный белок, также участвует в стрессовой реакции. Реакция на тепловой шок - это гомеостатический механизм, который защищает клетку от повреждения за счет активации экспрессии генов, кодирующих HSP60.[16] Повышение уровня выработки HSP60 позволяет поддерживать другие клеточные процессы, происходящие в клетке, особенно в стрессовые времена. В одном эксперименте исследователи лечили разных мышей L-ДОПА и обнаружил значительную активацию экспрессии HSP60 в митохондриях и HSP70 экспрессия в цитоплазме. Исследователи пришли к выводу, что сигнальный путь теплового шока служит «основным механизмом защиты от нейротоксичности, вызываемой свободными радикалами кислорода и азота, образующимися при старении и нейродегенеративных расстройствах».[17] Несколько исследований показали, что HSP60 и другие белки теплового шока необходимы для выживания клеток в токсичных или стрессовых условиях.[18]
Отношение к раку
Человеческий Hsp60, продукт гена HSPD1, представляет собой митохондриальный шаперонин группы I, филогенетически родственный бактериальному GroEL. В последнее время присутствие Hsp60 вне митохондрий и вне клетки, например в циркулирующей крови сообщалось [1], [2]. Хотя предполагается, что внемитохондриальная молекула Hsp60 идентична митохондриальной, это еще полностью не выяснено. Несмотря на растущее количество экспериментальных свидетельств, показывающих, что Hsp60 вне клетки, еще не ясно, насколько общим является этот процесс и каковы механизмы, ответственные за транслокацию Hsp60 за пределы клетки. Ни на один из этих вопросов нет окончательного ответа, хотя есть некоторая информация относительно внеклеточного Hsp70. Этот шаперон также классически считался внутриклеточным белком, таким как Hsp60, но в последние несколько лет появилось много данных, свидетельствующих о его перицеллюлярном и внеклеточном пребывании.
Было показано, что HSP60 влияет на апоптоз в опухоль клеток, что, по-видимому, связано с изменением уровней экспрессии. Существует некоторая несогласованность в том, что одни исследования показывают положительное выражение, в то время как другие исследования показывают отрицательное выражение, и, похоже, это зависит от типа рака. Существуют разные гипотезы, объясняющие влияние положительного и отрицательного выражения. Позитивное выражение, кажется, препятствует «апоптотический и некротический гибель клеток », в то время как отрицательная экспрессия, как полагают, играет роль« в активации апоптоза ».[19][20]
Изменения уровня экспрессии HSP60 не только влияют на апоптоз, но и являются «новыми полезными биомаркерами для диагностических и прогностических целей». [19] Согласно Lebret et al., Потеря экспрессии HSP60 «указывает на плохой прогноз и риск развития инфильтрации опухоли», особенно при мочевой пузырь карциномы, но это не обязательно верно для других типов рака.[21] Например, яичник Исследования опухолей показали, что избыточная экспрессия коррелирует с лучшим прогнозом, в то время как снижение экспрессии коррелирует с агрессивной опухолью.[21] Все эти исследования показывают, что экспрессию HSP60 можно использовать для прогнозирования выживаемости при определенных типах рака и, следовательно, можно будет идентифицировать пациентов, которым могут помочь определенные виды лечения.[20]
использованная литература
- ^ Брейг К., Отвиновски З., Хегде Р. и др. (Октябрь 1994 г.). «Кристаллическая структура бактериального шаперонина GroEL при 2,8 А». Природа. 371 (6498): 578–86. Дои:10.1038 / 371578a0. PMID 7935790.
- ^ а б Джонсон РБ и др. (2003). «Клонирование и характеристика гена дрожжевого шаперонина HSP60». Генетика. 84 (2): 295–300. Дои:10.1016/0378-1119(89)90503-9. PMID 2575559.
- ^ а б c d Гупта Р.С. (январь 1995 г.). «Эволюция семейств шаперонинов (Hsp60, Hsp10 и Tcp-1) белков и происхождение эукариотических клеток». Мол. Микробиол. 15 (1): 1–11. Дои:10.1111 / j.1365-2958.1995.tb02216.x. PMID 7752884.
- ^ а б c d е ж г час я Ито Х., Комацуда А., Отани Х. и др. (Декабрь 2002 г.). «HSP60 млекопитающих быстро попадает в митохондрии в условиях обезвоживания». Евро. J. Biochem. 269 (23): 5931–8. Дои:10.1046 / j.1432-1033.2002.03317.x. PMID 12444982.
- ^ Ченг М.Ю., Хартл Ф.У., Хорвич А.Л. (ноябрь 1990 г.). «Митохондриальный шаперонин hsp60 необходим для его собственной сборки». Природа. 348 (6300): 455–8. Дои:10.1038 / 348455a0. PMID 1978929.
- ^ а б c d е ж Фентон В.А. и др. (Октябрь 1994 г.). «Остатки в шаперонине GroEL, необходимые для связывания и высвобождения полипептида». Природа. 371 (6498): 614–9. Дои:10.1038 / 371614a0. PMID 7935796.
- ^ а б Habich C, et al. (Март 2007 г.). «Белок теплового шока 60: регулирующая роль в клетках врожденного иммунитета». Cell. Мол. Life Sci. 64 (6): 742–51. Дои:10.1007 / s00018-007-6413-7. PMID 17221165.
- ^ а б c d е ж г час я Ranford JC и др. (Сентябрь 2000 г.). «Шаперонины - это белки, передающие клеточные сигналы: развивающаяся биология молекулярных шаперонов». Эксперт Рев Мол Мед. 2 (8): 1–17. Дои:10.1017 / S1462399400002015. PMID 14585136.
- ^ PDB: 1SRV; Уолш М.А. и др. (Июнь 1999 г.). «Максимум MAD: сверхбыстрое определение структуры белка». Acta Crystallogr. D. 55 (6): 1168–73. Дои:10.1107 / S0907444999003698. PMID 10329779.
- ^ а б c d Koll H, et al. (Март 1992 г.). «Антифолдинг-активность hsp60 связывает импорт белка в митохондриальный матрикс с экспортом в межмембранное пространство» (PDF). Ячейка. 68 (6): 1163–75. Дои:10.1016 / 0092-8674 (92) 90086-П. PMID 1347713.
- ^ Кауфман, BA. Исследования нуклеоидов ДНК митохондрий в Saccharomyces cerevisia: идентификация бифункциональных белков. В генетике и развитии, Юго-западный медицинский центр UT в Далласе, Даллас, Техас. 241с.
- ^ Кауфман, Б.А. (2003). «Функция митохондриального шаперонина Hsp60 в структуре и передаче нуклеоидов митохондриальной ДНК в Saccharomyces cerevisiae». Журнал клеточной биологии. 163 (3): 457–461. Дои:10.1083 / jcb.200306132. ISSN 0021-9525. ЧВК 2173642. PMID 14597775.
- ^ Koll H, et al. (1992). «Антифолдинговая активность парного белка HSP60, импортируемого в митохондриальную матрицу с экспортом в межмембранное пространство» (PDF). Ячейка. 68 (6): 1163–75. Дои:10.1016 / 0092-8674 (92) 90086-П. PMID 1347713.
- ^ Itoh H, et al. (Декабрь 2002 г.). «HSP60 млекопитающих быстро попадает в митохондрии в условиях обезвоживания». Евро. J. Biochem. 269 (23): 5931–8. Дои:10.1046 / j.1432-1033.2002.03317.x. PMID 12444982.
- ^ а б c Хансен Дж. Дж., Бросс П., Вестергаард М. и др. (Январь 2003 г.). «Геномная структура генов митохондриальных шаперонинов человека: HSP60 и HSP10 расположены лицом к лицу на хромосоме 2, разделенных двунаправленным промотором». Гм. Genet. 112 (1): 71–7. Дои:10.1007 / s00439-002-0837-9. PMID 12483302.
- ^ Варгас-Парада Л., Солис С. (2001). «Тепловой шок и стрессовая реакция Taenia solium и Т. crassiceps". Паразитология. 122 (5): 583–8. Дои:10,1017 / с0031182001007764.
- ^ Калабрезе V, Манкузо С., Раванья А. и др. (Май 2007 г.). «In vivo индукция белков теплового шока в черной субстанции после введения L-DOPA связана с повышенной активностью митохондриального комплекса I и нитрозативным стрессом у крыс: регуляция окислительно-восстановительным состоянием глутатиона». J. Neurochem. 101 (3): 709–17. Дои:10.1111 / j.1471-4159.2006.04367.x. PMID 17241115.
- ^ Росси М.Р., Сомджи С., Гарретт С.Х., Сенс МА, Нат Дж., Сенс Д.А. (декабрь 2002 г.). «Экспрессия генов ответа на стресс hsp 27, hsp 60, hsc 70 и hsp 70 в культивируемых человеческих уротелиальных клетках (UROtsa), подвергшихся воздействию летальных и сублетальных концентраций арсенита натрия». Environ. Перспектива здоровья. 110 (12): 1225–32. Дои:10.1289 / ehp.021101225. ЧВК 1241110. PMID 12460802.
- ^ а б Капелло Ф., Ди Стефано А., Дэвид С. и др. (Ноябрь 2006 г.). «Подавление Hsp60 и Hsp10 предсказывает канцерогенез бронхиального эпителия у курильщиков с хронической обструктивной болезнью легких». Рак. 107 (10): 2417–24. Дои:10.1002 / cncr.22265. PMID 17048249.
- ^ а б Урушибара М., Кагеяма Ю., Акаши Т. и др. (Январь 2007 г.). «HSP60 может предсказывать хороший патологический ответ на неоадъювантную химиолучевую терапию при раке мочевого пузыря». Jpn. J. Clin. Онкол. 37 (1): 56–61. Дои:10.1093 / jjco / hyl121. PMID 17095522.
- ^ а б Лебре Т., Уотсон Р.В., Молиние В. и др. (Сентябрь 2003 г.). «Белки теплового шока HSP27, HSP60, HSP70 и HSP90: экспрессия в карциноме мочевого пузыря». Рак. 98 (5): 970–7. Дои:10.1002 / cncr.11594. PMID 12942564.