GroEL

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
GroEL
Protein CD44 PDB 1poz.png
Dostupne strukture
PDBPretraga ortologa: PDBe RCSB
Spisak PDB ID kodova

4PJ1

Identifikatori
AliasiHSPD1
Vanjski ID-jeviOMIM: 118190 MGI: 96242 HomoloGene: 1626 GeneCards: HSPD1
Lokacija gena (čovjek)
Hromosom 2 (čovjek)
Hrom.Hromosom 2 (čovjek)[1]
Hromosom 2 (čovjek)
Genomska lokacija za GroEL
Genomska lokacija za GroEL
Bend2q33.1Početak197,486,584 bp[1]
Kraj197,516,737 bp[1]
Lokacija gena (miš)
Hromosom 1 (miš)
Hrom.Hromosom 1 (miš)[2]
Hromosom 1 (miš)
Genomska lokacija za GroEL
Genomska lokacija za GroEL
Bend1|1 C1.2Početak55,077,835 bp[2]
Kraj55,088,243 bp[2]
Obrazac RNK ekspresije
PBB GE CD44 204489 s at tn.png

PBB GE CD44 204490 s at tn.png

PBB GE CD44 212063 at tn.png
Više referentnih podataka o ekspresiji
Ontologija gena
Molekularna funkcija nucleotide binding
chaperone binding
p53 binding
single-stranded DNA binding
ATPase activity
GO:0001948 protein binding
double-stranded RNA binding
DNA replication origin binding
ATP binding
ubiquitin protein ligase binding
protein folding chaperone
unfolded protein binding
RNA binding
hydrolase activity
high-density lipoprotein particle binding
enzyme binding
apolipoprotein binding
apolipoprotein A-I binding
lipopolysaccharide binding
isomerase activity
Ćelijska komponenta citoplazma
cyclin-dependent protein kinase activating kinase holoenzyme complex
lipopolysaccharide receptor complex
early endosome
mitohondrija
clathrin-coated pit
coated vesicle
Egzosom
GO:0005578 Vanćelijski matriks
mitochondrial matrix
Vanćelijsko
mitochondrial inner membrane
citosol
Ćelijska membrana
cell surface
membrana
secretory granule
protein-containing complex
Biološki proces chaperone-mediated protein complex assembly
positive regulation of interleukin-12 production
positive regulation of interleukin-10 production
protein stabilization
protein maturation
positive regulation of macrophage activation
MyD88-dependent toll-like receptor signaling pathway
isotype switching to IgG isotypes
B cell activation
B cell cytokine production
response to unfolded protein
B cell proliferation
Savijanje proteina
positive regulation of T cell mediated immune response to tumor cell
protein refolding
positive regulation of interleukin-6 production
positive regulation of apoptotic process
response to cold
GO:0022415 viral process
activation of cysteine-type endopeptidase activity involved in apoptotic process
regulation of transcription by RNA polymerase II
'de novo' protein folding
protein import into mitochondrial intermembrane space
chaperone-mediated protein folding
apoptotic mitochondrial changes
positive regulation of interferon-alpha production
positive regulation of interferon-gamma production
T cell activation
negative regulation of apoptotic process
positive regulation of T cell activation
mitochondrion organization
Izvori:Amigo / QuickGO
Ortolozi
VrsteČovjekMiš
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNK)

NM_002156
NM_199440

NM_010477
NM_001356512

RefSeq (bjelančevina)

NP_002147
NP_955472

NP_034607
NP_001343441

Lokacija (UCSC)Chr 2: 197.49 – 197.52 MbChr 1: 55.08 – 55.09 Mb
PubMed pretraga[3][4]
Wikipodaci
Pogledaj/uredi – čovjekPogledaj/uredi – miš

GroEL je protein koji pripada porodici molekulskih šaperona pratioca, a nalazi se u velikom broju bakterija Potreban je za efikasno savijanje mnogih proteina. Da bi učinkovito funkcionirao, GroEL zahtijeva kompleks poklopca GroES, povezan s proteinima. Kod eukariota to su proteini Hsp60 i Hsp10, strukturno i funkcionalno gotovo identični GroEL-u odnosno GroES-u.[5] Slična struktura proteina postoji u hloroplastima određenih biljaka. Ovo prisustvo proteina pruža dokaze o evolucijskoj vezi razvoja mitohondrija i hloroplasta preko endosimbioze.[6]

Mehanizam djelovanja[uredi | uredi izvor]

U ćeliji, GroEL/ES posredovani proces savijanja proteina uključuje brojne sekvence vezanja, enkapsulacija i oslobađanja proteinsdkog supstrata.[7] Nesavijeni supstratni proteini vežu se za hidrofobno područje na unutrašnjem rubu otvorene šupljine GroEL-a, formirajući binarni kompleks sa šaperonino. Vezanje proteindkog supstrata na ovaj način, pored ATP-vezanja, dovodi do konformacijske modifikacije koja omogućava pridruživanje binarnog kompleksa sa različitom strukturom poklopca, GroES. Veza GroES-a sa otvorenom šupljinom šaperonina uzrokuje da se pojedine podjedinice šaperonina rotiraju, tako da se vezani hidrofobni supstrat ukloni iz unutrašnjosti šupljine, što izaziva izbacivanje supstratnog proteina iz ruba u sada hidrofilnu komoru. Hidrofilna sredina komore omogućava uvezivanje hidrofobnih ostatka supstrata, što inducira savijanje supstrata. Hidroliza ATP-a i vezanje novog supstratnog proteina u suprotnoj šupljini šalje alosterni signal, koji uzrokuje oslobađanje GroES-a i enkapsuliranih proteina u citosolu. Dati protein će se podvrći nekoliko sklopivih ciklusa, svaki put vraćajući se u prvobitno nesavijeno stanje, dok se ne proizvede izvorna konformacija ili posredna struktura namijenjena za „domorodačko“ stanje. Alternativno, supstrat se može denaturirati tokom konkurentne reakcije, kao što su loše sklapanje ili agregacija sa drugim slabo presavijenim proteinima

Termodinamika reakcije[uredi | uredi izvor]

Kontraktilna priroda unutrašnjosti molekularnog kompleksa snažno favorizira kompaktne molekulske konformacije supstratnog proteina. U rastvoru, apolarne i dalekometne interakcije mogu se pojaviti samo u ovom slučaju sa značajnim troškom u entropiji. U zatvorenim prostorima GroEL kompleksa, relativni gubitak entropije je mnogo manji. Metod hvatanja također teži da koncentrira apolarna mjesta vezanja, odvojeno od polarnih mjesta. Kada se GroEL-ova apolarna površina ukloni, šansa da bi bilo koja data apolarna grupa mogla naići na intramolekulsko apolarno mjesto je daleko veća nego u rastvoru. Hidrofobna nalazišta koja su vani okupljena su na vrhu CIS domena i međusobno povezana. GroEL-ova geometrija zahtijeva da polarne strukture budu motorne, a one omotavaju apolarnu srž kada izađu sa trans-strane.

Struktura[uredi | uredi izvor]

Heptamer proteina HSP60 E. coli

GroEL je strukturno dvostruko prstenasti tetradar, sa cis i trans prstenovima koji se sastoje od po sedam podjedinica. Unutrašnjost GroEL-a je hidrofobna i tu bi trebalo da se oiviči proteinsko savijanje.

Ključ GroEL-ove aktivnosti je u strukturi monomera. Monomer Hsp60 ima tri različita dijela, odvojena sa dvije pivotne regije. Apeksna regija sadrži veliki broj mjesta vezanja za nesavijene proteinske supstrate. Mnogi globularni proteini se neće vezati za ovu apeksnu regiju jer su njihovi hidrofobni dijelovi unutrašnji, daleko od vodenog medija, u konformaciji koja je im je favorizirala termodinamiku. Kao rezultat toga, ova "supstratna mjesta" se vežu samo sa proteinima koji nisu optimalno presavijeni. Ta vršna regija ima i obavezujuća mjesta za GroES Hsp10 monomere.

Ekvatorski domen ima lokaciju u blizini ključne tačke za povezivanje ATP-a, kao i dvije spojne tačke za drugu polovicu GroEL molekule. Ostatak ekvatorijalne regije je umjereno hidrofilan.

Dodavanje ATP-a i GroES-a dovodi do radikalne promjene u konformaciji CISregije. Uzrokovan je savijanjem i rotacijom Hsp60 monomera na tačkama šarke. Srednji region se savija prema unutra, oko 25 stepeni od najniže šarke. Ovaj efekt, pomnožen kooperativnim sklopilom monomera, povećava ekvatorijalni promjer GroEL kafeza. Ali apski domen se rotira za 60 stepeni prema van u odnosu na gornje šarke, a također i 90 stepeni oko osi šarke. Ovo kretanje otvara kafez široko iznad cis regiona, ali uklanja sva mjesta koja se vežu iz unutrašnjosti.[8] Ova je struktura obično u ravnoteži sa svakom od njenih pojedinačnih komponenti: monomerima, heptamerima i tetradeceamerima.[9] Nedavna istraživanja sugerirala da se, pored svog tipskog položaja u mitohondrijama, HSP60 može naći i u citoplazmi u normalnim fiziološkim uvjetima.

Svaka podjedinica HSP60 ima tri domena: apikalni (vršni), ekvatorski i srednji (intermedijarni) domen. Ekvatorski sadrži mesto vezanja za [[adenozin-trifosfat|ATP] ] i za drugi heptamerni prsten. Srednji domen povezuje skupa ekvatorski i apikalni domen.[10] Intermedijerni domen izaziva konformacijsku promjenu kada je ATP vezan, omogućavajući izmjenu između hidrofilnih i hidrofobnih mjesta vezanja supstrata. U svom neaktivnom stanju protein je u hidrofobnom stanju. Kad se aktivira pomoću ATP-a, ovaj domen podliježe konformacijskoj promjeni, koja izlaže hidrofilno područje. Ovo osigurava vjernost u vezanju s proteinima.[10] Šaperonin 10 pomaže HSP60 u presavijanju, djelujući kao kupolasti pokrov na aktivnom ATP obliku HSP60. To dovodi do povećanja centralne šupljine i pomaže u savijanju proteina.[10]

Monoklonsko antitelo na HSP60 korišćeno je za bojenje ljudskih HeLa ćelija, uzgajanih u kulturi tkiva.
Antitelo otkriva ćelijske mitohondrije u crvenoj boji. Plavi signal je posljedica boje koja veže DNK i otkriva ćelijska jedra.
Bojenje antitela i slika ljubaznošću kompanije EnCor Biotechnology Inc.
Trodimenzijska struktura proteina HSP60.[11]

Sekvenca mitohondrijskog HSP60 sadrži niz ponavljanja G na C-kraju. Struktura i funkcija ove sekvence nisu sasvim poznati. N-kraj sadrži predsekvencu hidroksiliranih aminokiselina: arginin, lizin, serin i treonin, koji služe kao usmjerivači za unos proteina u mitohondrije.

Predviđena struktura HSP60 uključuje nekoliko vertikalnih sinusnih talasa, alfa-heliksa, beta-listova i rotiranja za 90 stepeni. Postoje regije hidrofobnosti u kojima se protein vjerojatno proteže kroz membranu. Postoje i tri N-vezana mjesta glikozilacije na pozicijama 104, 230, 436. Sekvenca i sekundarna struktura za mitohondrijski protein ilustrirani su gornjom slikom dobivenom iz banke proteinskih podataka.

Noviji podaci sugeriraju da se HSP60 pronađen u mitohondrijima razlikuje od onog u citoplazmi. Što se tiče aminokiselinske sekvence, citoplazmatski HSP60 ima sekvencu N-kraja koja nije pronađena u mitohondrijskom proteinu. U analizi gelnom elektroforezom, pronađene su značajne razlike u migraciji citoplazmatskih i mitohondrijskih HSP60. Citoplazmatski HSP60 sadrži signalnu sekvencu od 26 aminokiselina na N-kraju. Ova sekvenca je visoko degenerirana i sposobna je da se presavije u amfifilnu spiralu. Antitijela protiv HSP60 ciljaju i mitohondrijski i citoplazmatski oblik.[5] Ipak, antitela protiv signalne sekvence usmjerenea su samo na citoplazmatski oblik. U normalnim fiziološkim uvjetima, oboje se nalaze u relativno jednakim koncentracijama.[5] U vrijeme stresa ili velike potrebe za HSP60 bilo u citoplazmi ili u mitohondrijima, ćelija je sposobna za kompenzaciju, povećavanjem prisustva HSP60 u C–1[12] Proteini toplotnog šoka, prvenstveno su odgovorni za održavanje integriteta ćelijskih proteina, posebno kao odgovor na promjene u okolini. Stresovi poput temperature, neravnoteže koncentracije, promjene pH i toksina mogu podstaknuti sve proteine toplotnog šoka da održe konformaciju ćelijskih proteina. HSP60 pomaže u presavijanju i održavanju konformacije približno 15-30% svih ćelijskih proteina. Pored tipske uloge HSP60 kao proteina toplotnog šoka, studije su pokazale da ima i važnu ulogu u transportu i održavanju mitohondrijskih proteina, kao i transmisiji i replikaciji mitohondrijskih DNK.

Transport proteina u mitohondrijama[uredi | uredi izvor]

HSP60 ima dvije glavne uloge u pogledu transporta mitohondrijskih proteina. Funkcionira da katalizira presavijanje proteina namijenjenih matrici i održava protein u rasklopljenom stanju za transport kroz unutrašnju membranu mitohondrija.[13] Mnogi proteini su ciljani za preradu u matriksu mitohondrija, ali se zatim brzo iznose u druge dijelove ćelije. Hidrofobni dio HSP60 odgovoran je za održavanje nerazvijene konformacije proteina za transmembranski transport. Studije su pokazale kako se HSP60 veže za dolazne proteine i izaziva konformacijske i strukturne promjene. Naknadne promjene u koncentracijama ATP hidroliziraju veze između proteina i HSP60, što signalizira proteinu da izađe iz mitohondrija. HSP60 je također sposoban razlikovati proteine namijenjene izvozu i proteine koji će ostati u matrici mitohondrija u potrazi za amfifilnim alfa-heliksom od 15-20 ostataka. Postojanje ove sekvence signalizira da protein treba izvesti, dok odsustvo signalizira da protein treba ostati u mitohondrijima . Precizan mehanizam još nije u potpunosti poznat.

Metabolizam DNK[uredi | uredi izvor]

Pored svoje ključne uloge u presavijanju proteina, HSP60 je uključen u replikaciju i prenos mitohondrijske DNK. U opsežnim studijama aktivnosti HSP60 u Saccharomyces cerevisiae, istraživači su predložili da se HSP60 preferencijalno veže za jednolančani predložak DNK.[14]Mutacije u HSP60 povećavaju nivo mitohondrijske DNK i rezultiraju naknadnim defektima prenosa.

Citoplazmatskii vs mitohondrijski HSP60[uredi | uredi izvor]

Pored već ilustriranih strukturnih razlika između citoplazmatskog i mitohondrijskog HSP60, postoje i značajne funkcionalne razlike. Studije su sugerirale da HSP60 ima ključnu ulogu u prevenciji apoptoze u citoplazmi. Citoplazmatski HSP60 tvori kompleks sa proteinima odgovornim za apoptozu i regulira aktivnost tih proteina. Citoplazmatska verzija također je uključena u imunski odgovor i rak. Bliska nedavna istraživanja započela su sugerirati regulatornu korelaciju između HSP60 i glikolitskog enzima 6 - fosfofruktokinaza-1. Iako nema mnogo podataka, koncentracije citoplazmatskog HSP60 uticale su na ekspresiju 6-fosfofruktokinaze u glikolizi.[15] Unatoč ovim izraženim razlikama između citoplazmatskog i mitohondrijskog oblika, eksperimentalna analiza pokazala je da je ćelija brzo sposobna da premjesti citoplazmatski HSP60 u mitohondrije ako uslovi okoline zahtijevaju veće prisustvo mitohondrijskog HSP60.[5]

Sinteza i sklapanje[uredi | uredi izvor]

HSP60 se obično nalazi u mitohondrijama i pronađen je u organelama endosimbiotskog porijekla. HSP60 monomere tvore dva heptamerna prstena, koji se vežu za površinu linearnih proteina i kataliziraju njihovo savijanje u procesu ovisnom o ATP-u.[16] Podjedinice HSP60 kodiraju se jedarnim genima] i prevode u citosol. Te se podjedinice zatim premještaju u mitohondrije, gdje ih obrađuju druge molekule HSP60. Nekoliko studija pokazalo je kako proteini HSP60 moraju biti prisutni u mitohondrijama za sintezu i sastavljanje dodatnih komponenata HSP60. Postoji direktna pozitivna korelacija između prisustva proteina HSP60 u mitohondrijama i proizvodnje dodatnih kompleksa proteina HSP60.

Kinetika sastavljanja podjedinica HSP60 u 2-heptamerne prstenove traje dvije minute. Naknadni, proteaza-rezistentni HSP60 nastaje u poluvremenu od 5–10 minuta. Ova brza sinteza ukazuje da postoji interakcija ovisne o ATP-u, gdje formirani kompleks HSP60 stabilizira intermedijer kompleksa za sastavljanje HSP60, koji efektivno služi kao katalizator. Potreba prethodno postojećeg HSP60, kako bi se sintetizirale dodatne molekule HSP60, podržava teoriju endosimbiotskog porijekla mitohondrija. Sigurno je postojao rudimentni prokariotski homologni protein koji je bio sposoban za sličan samookupljanje i smanjenje koncentracije u suprotnom odjeljku.

Interakcije[uredi | uredi izvor]

GroEL je pokazao da je u interakciji sa GroES-om4,5, ALDH25, kaspasa 34,6 i dihidrofolat-reduktazom.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000144381 - Ensembl, maj 2017
  2. ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000025980 - Ensembl, maj 2017
  3. ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
  5. ^ a b c d Itoh H, Komatsuda A, Ohtani H, et al. (decembar 2002). "Mammalian HSP60 is quickly sorted into the mitochondria under conditions of dehydration". Eur. J. Biochem. 269 (23): 5931–8. doi:10.1046/j.1432-1033.2002.03317.x. PMID 12444982.
  6. ^ Gupta RS (januar 1995). "Evolution of the chaperonin families (Hsp60, Hsp10 and Tcp-1) of proteins and the origin of eukaryotic cells". Mol. Microbiol. 15 (1): 1–11. doi:10.1111/j.1365-2958.1995.tb02216.x. PMID 7752884.
  7. ^ Zeilstra-Ryalls J, Fayet O, Georgopoulos C (1991). "The universally conserved GroE (Hsp60) chaperonins". Annu. Rev. Microbiol. 45: 301–25. doi:10.1146/annurev.mi.45.100191.001505. PMID 1683763.
  8. ^ Fenton WA, et al. (oktobar 1994). "Residues in chaperonin GroEL required for polypeptide binding and release". Nature. 371 (6498): 614–9. doi:10.1038/371614a0. PMID 7935796.
  9. ^ Habich C, et al. (mart 2007). "Heat shock protein 60: regulatory role on innate immune cells". Cell. Mol. Life Sci. 64 (6): 742–51. doi:10.1007/s00018-007-6413-7. PMID 17221165.
  10. ^ a b c Ranford JC, et al. (septembar 2000). "Chaperonins are cell-signalling proteins: the unfolding biology of molecular chaperones". Expert Rev Mol Med. 2 (8): 1–17. doi:10.1017/S1462399400002015. PMID 14585136.
  11. ^ PDB 1SRV; Walsh MA, et al. (juni 1999). "Taking MAD to the extreme: ultrafast protein structure determination". Acta Crystallogr. D. 55 (6): 1168–73. doi:10.1107/S0907444999003698. PMID 10329779.
  12. ^ Johnson RB, et al. (2003). "Cloning and characterization of the yeast chaperonin HSP60 gene". Genetics. 84 (2): 295–300. doi:10.1016/0378-1119(89)90503-9. PMID 2575559.
  13. ^ Koll H, et al. (mart 1992). "Antifolding activity of hsp60 couples protein import into the mitochondrial matrix with export to the intermembrane space" (PDF). Cell. 68 (6): 1163–75. doi:10.1016/0092-8674(92)90086-R. PMID 1347713.
  14. ^ Kaufman, B. A. (2003). "A function for the mitochondrial chaperonin Hsp60 in the structure and transmission of mitochondrial DNA nucleoids in Saccharomyces cerevisiae". The Journal of Cell Biology. 163 (3): 457–461. doi:10.1083/jcb.200306132. ISSN 0021-9525. PMC 2173642. PMID 14597775.
  15. ^ Koll H, et al. (1992). "Antifolding Activity of HSP60 Couples Protein Import into the Mitochondrial Matrix with Export to the Intermembrane Space" (PDF). Cell. 68 (6): 1163–75. doi:10.1016/0092-8674(92)90086-R. PMID 1347713.
  16. ^ Itoh H, et al. (decembar 2002). "Mammalian HSP60 is quickly sorted into the mitochondria under conditions of dehydration". Eur. J. Biochem. 269 (23): 5931–8. doi:10.1046/j.1432-1033.2002.03317.x. PMID 12444982.

Dopunska literatura[uredi | uredi izvor]

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Šablon:Šaperoni