ชาเปอโรนิน
ชาเปอโรนิน (Chaperonins)ซึ่งย่อว่าCpn , Cpn60หรือHSP60 เป็น โปรตีนช็อกความร้อนในกลุ่มหนึ่ง ที่ช่วยในการพับตัวของโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่และการพับตัวใหม่ของโปรตีนที่พับผิดรูปในสภาวะเครียด เช่น อุณหภูมิสูง ชาเปอโรนินเป็นโปรตีนเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยโปรตีนประมาณ 16 หน่วย แต่ละหน่วยมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 60 kDaชาเปอโรนินจัดอยู่ในกลุ่มโมเลกุลและโปรตีนเชิงซ้อนขนาดใหญ่ที่ช่วยในการพับตัวของโปรตีน เรียกว่าโมเลกุลชาเปอโรน (molecular chaperones ) [ 2 ] [ 3 ]
โปรตีนที่สร้างขึ้นใหม่มักจะต้องพับ จากสายโซ่เชิงเส้นของกรดอะมิโนไปเป็น โครงสร้างสามมิติระดับ ตติยภูมิ พลังงานในการพับโปรตีนได้มาจากปฏิกิริยาที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์ระหว่างหมู่ข้างเคียงของกรดอะมิโนในแต่ละโปรตีน และจากผลของตัวทำละลาย โปรตีนส่วนใหญ่จะพับตัวเป็นโครงสร้างสามมิติที่เสถียรที่สุดโดยธรรมชาติ ซึ่งมักจะเป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่ของโปรตีนนั้นด้วย แต่บางครั้งโปรตีนก็พับตัวผิดรูป โมเลกุลชาเปอโรนจะเร่งการพับตัวของโปรตีนใหม่โดยการเร่งการคลายตัวบางส่วนของโปรตีนที่พับตัวผิดรูป โดยอาศัยพลังงานที่ได้จากการไฮโดรไลซิสของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) โปรตีนชาเปอโรนินอาจติดแท็กโปรตีนที่พับตัวผิดรูปเพื่อให้ถูกย่อยสลาย[ 3 ]
โครงสร้าง
โครงสร้างของชาเปอโรนินเหล่านี้มีลักษณะคล้ายโดนัทสองชิ้นซ้อนกันจนกลายเป็นทรงกระบอก แต่ละวงประกอบด้วยซับยูนิต 7, 8 หรือ 9 ซับยูนิต ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่พบชาเปอโรนินนั้น โซ่เปปไทด์ขนาดประมาณ 60 kDa แต่ละเส้นสามารถแบ่งออกเป็นสามโดเมน ได้แก่ โดเมนปลาย โดเมนกลาง และโดเมนเส้นศูนย์สูตร[ 4 ]
มีการเสนอว่าชาเปอโรนินดั้งเดิมมีวิวัฒนาการมาจากเพอร์ออกซิเรด็อกซิน[ 5 ]
การจำแนกประเภท
กลุ่มที่ 1
ชาเปอโรนินกลุ่ม I (Cpn60) [ a ] พบในแบคทีเรียรวมถึงออร์แกเนลล์ ที่ มีต้นกำเนิดจากเอนโดซิมไบโอ ซิส ได้แก่ คลอโรพลาสต์และไมโตคอนเดรีย
คอมเพล็กซ์ GroEL/GroES ในE. coliเป็นชาเปอโรนินกลุ่ม I และเป็นคอมเพล็กซ์ชาเปอโรนินขนาดใหญ่ (~ 1 MDa) ที่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดที่สุด
- GroELเป็นโปรตีนที่มีโครงสร้างเป็นวงแหวนคู่ ขนาด 14 เมอร์ โดยมี ส่วนที่มี คุณสมบัติไม่ชอบน้ำคล้าย ไขมัน อยู่ที่บริเวณปากโครงสร้าง และสามารถรองรับการพับตัวตามธรรมชาติของสารตั้งต้นที่มีขนาด 15-60 กิโลดาลตันได้
- GroES (เป็นเฮปตาเมอร์แบบวงแหวนเดี่ยวที่จับกับ GroEL ในสภาวะที่มี ATP หรือ อะนาล็อกของ สถานะเปลี่ยนผ่านของการไฮโดรไลซิสของ ATP เช่น ADP-AlF3 เสมือนฝาครอบที่ปิด GroEL (กล่อง/ขวด))
GroEL/GroES อาจไม่สามารถสลายโปรตีนที่รวมตัวกันได้ แต่ในเชิงจลนศาสตร์มันจะแข่งขันในเส้นทางของการพับตัวผิดปกติและการรวมตัวกัน ซึ่งจะช่วยป้องกันการก่อตัวของโปรตีนที่รวมตัวกัน[ 6 ]
สับแฟมิลี Cpn60 ถูกค้นพบในปี 1988 [ 7 ]และได้รับการจัดลำดับในปี 1992 โอลิโกเมอร์ cpn10 และ cpn60 ยังต้องการ Mg 2+ -ATP เพื่อที่จะโต้ตอบกันเพื่อสร้างคอมเพล็กซ์ที่ทำงานได้[ 8 ]การจับกันของ cpn10 กับ cpn60 ยับยั้ง กิจกรรม ATPase ที่อ่อนแอ ของ cpn60 [ 9 ]
โปรตีน ที่จับกับซับยูนิต RuBisCOเป็นสมาชิกของกลุ่มนี้[ 10 ]โครงสร้างผลึกของEscherichia coli GroEL ได้รับการแก้ไขที่ความละเอียด 2.8 Å [ 11 ]
แบคทีเรียบางชนิดใช้ชาเปอโรนินนี้หลายสำเนา ซึ่งอาจใช้สำหรับเปปไทด์ที่แตกต่างกัน[ 4 ]
กลุ่มที่ 2
ชาเปอโรนินกลุ่ม II (TCP-1) ซึ่งพบในไซโตพลาสซึม ของเซลล์ ยูคาริโอต และในอาร์เคียยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดนัก
- คอมเพล็กซ์ในอาร์เคียเรียกว่าเทอร์โมโซม ซึ่งเป็นโฮโม-16เมอร์ในอาร์เคียบางชนิด และถือเป็นชาเปอโรนินประเภท II ต้นแบบ[ b ]
- TRiCซึ่งเป็นชาเปอโรนินในยูคาริโอต ประกอบด้วยวงแหวนสองวงที่แต่ละวงมีซับยูนิต ที่แตกต่างกันแต่ มีความสัมพันธ์กันแปดชนิด โดยเชื่อว่าแต่ละชนิดมีอยู่หนึ่งตำแหน่งในวงแหวนแปดสมาชิกแต่ละวง เดิมทีเชื่อกันว่า TRiC ทำหน้าที่พับเฉพาะโปรตีนโครงสร้างเซลล์อย่างแอคตินและทูบูลิน แต่ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถพับซับสเตรตได้หลายสิบชนิด
ชาเปอโรนิน ของ Methanococcus maripaludis (Mm cpn) ประกอบด้วยซับยูนิตที่เหมือนกัน 16 ซับยูนิต (8 ซับยูนิตต่อวงแหวน) พบว่าสามารถพับโปรตีนโรดาเนสของไมโทคอนเดรียได้ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการระบุซับสเตรตตามธรรมชาติ [ 13 ]
ชาเปอโรนินกลุ่ม II ไม่คิดว่าจะใช้โคแฟคเตอร์ชนิด GroES ในการพับซับสเตรต แต่จะมีฝาปิดในตัวที่ปิดในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับ ATP เพื่อห่อหุ้มซับสเตรต ซึ่งเป็นกระบวนการที่จำเป็นสำหรับกิจกรรมการพับโปรตีนที่เหมาะสมที่สุด นอกจากนี้พวกมันยังโต้ตอบกับโคชาเปอโรนพรีโฟลดินซึ่งช่วยเคลื่อนย้ายซับสเตรตเข้าไป[ 3 ]
ครอบครัวอื่นๆ
กลุ่ม III ประกอบด้วย Cpns ของแบคทีเรียบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับกลุ่ม II พวกมันมีฝาปิด แต่การเปิดฝาปิดนั้นไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง เชื่อกันว่าพวกมันเป็นญาติโบราณของกลุ่ม II [ 3 ] [ 4 ]
ชาเปอโรนินกลุ่ม I gp146 จากฟาจ ELไม่ใช้ฝาปิด และอินเทอร์เฟซโดนัทของมันคล้ายกับกลุ่ม II มากกว่า อาจเป็นตัวแทนของชาเปอโรนินโบราณอีกประเภทหนึ่ง[ 14 ]
กลไกการออกฤทธิ์
โปรตีนชาเปอโรนินจะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอย่างมากในระหว่างปฏิกิริยาการพับตัวของโปรตีน ซึ่งเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสของ ATP โดยเอนไซม์ รวมถึงการจับกับโปรตีนที่เป็นสารตั้งต้นและโคชาเปอโรนิน เช่น GroES การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล่านี้ทำให้ชาเปอโรนินสามารถจับกับโปรตีนที่ยังไม่พับตัวหรือพับตัวผิดพลาด ห่อหุ้มโปรตีนนั้นไว้ภายในช่องว่างที่เกิดจากวงแหวนสองวง และปล่อยโปรตีนกลับคืนสู่สารละลาย เมื่อถูกปล่อยออกมา โปรตีนที่เป็นสารตั้งต้นจะพับตัวแล้ว หรืออาจต้องผ่านกระบวนการพับตัวเพิ่มเติมอีกหลายรอบ ซึ่งในกรณีนี้ ชาเปอโรนินจะสามารถจับกับโปรตีนนั้นได้อีกครั้ง
กลไกที่แน่ชัดซึ่งชาเปอโรนินช่วยในการพับโปรตีนของสารตั้งต้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด จากการวิเคราะห์ล่าสุดด้วยเทคนิคการทดลองต่างๆ โปรตีนของสารตั้งต้นที่จับกับ GroEL จะอยู่ในกลุ่มของสถานะที่กะทัดรัดและขยายตัวเฉพาะที่ซึ่งขาดปฏิสัมพันธ์ระดับตติยภูมิที่เสถียร[ 15 ]มีการเสนอแบบจำลองการทำงานของชาเปอโรนินหลายแบบ ซึ่งโดยทั่วไปจะเน้นไปที่บทบาทสองบทบาท (ไม่จำเป็นต้องแยกจากกัน) ของส่วนภายในของชาเปอโรนิน ได้แก่ บทบาทแบบพาสซีฟและแบบแอคทีฟ แบบจำลองแบบพาสซีฟถือว่ากรงของชาเปอโรนินเป็นรูปแบบเฉื่อย โดยมีอิทธิพลโดยการลดพื้นที่โครงสร้างที่โปรตีนของสารตั้งต้นสามารถเข้าถึงได้ หรือป้องกันปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล เช่น โดยการป้องกันการรวมตัวกัน[ 16 ]ในทางกลับกัน บทบาทของชาเปอโรนินแบบแอคทีฟเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์เฉพาะระหว่างชาเปอโรนินกับสารตั้งต้น ซึ่งอาจเชื่อมโยงกับการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ของชาเปอโรนิน[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
แบบจำลองที่ได้รับความนิยมมากที่สุดของบทบาทการทำงานของชาเปอโรนินน่าจะเป็นกลไกการอบอ่อนแบบวนซ้ำ (IAM) ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ผลของการจับกันแบบวนซ้ำและมีลักษณะไม่ชอบน้ำของโปรตีนที่เป็นสารตั้งต้นกับชาเปอโรนิน จากการศึกษาการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์พบว่า IAM นำไปสู่การพับที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการคลายสารตั้งต้นจากโครงสร้างที่พับผิดรูป[ 19 ]หรือโดยการป้องกันการพับผิดรูปของโปรตีนผ่านการเปลี่ยนเส้นทางการพับ[ 17 ]
การอนุรักษ์ความเหมือนกันทางโครงสร้างและหน้าที่
อย่างที่กล่าวไปแล้ว เซลล์ทุกเซลล์มีชาเปอโรนินอยู่
- ในแบคทีเรีย ต้นแบบคือชาเปอโรนินGroEL ที่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด จากE. coli
- ในอาร์เคีย โปรตีน ช่วยพับตัว (chaperonin) เรียกว่าเทอร์โมโซม (thermosome )
- ในยูคาริโอตโปรตีนช่วยพับตัวในไซโตพลาสซึมเรียกว่า CCT (หรือเรียกอีกอย่างว่าTRiC )
โปรตีนคอมเพล็กซ์เหล่านี้ดูเหมือนจะเป็นสิ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิตในE. coli , Saccharomyces cerevisiaeและยูคาริโอตชั้นสูง แม้ว่าจะมีความแตกต่างระหว่างชาเปอโรนินของยูคาริโอต แบคทีเรีย และอาร์เคีย แต่โครงสร้างและกลไกโดยทั่วไปยังคงได้รับการอนุรักษ์ไว้[ 3 ]
การสร้างรูปร่างของแบคทีริโอเฟจ T4
ผลิตภัณฑ์ยีน 31 (gp31) ของแบคทีริโอเฟจ T4เป็นโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการสร้างรูปร่างของแบคทีริโอเฟจ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแทนที่จะถูกรวมเข้ากับโครงสร้างของแบคทีริโอเฟจ[ 20 ]แบคทีเรียE. coliเป็นโฮสต์ของแบคทีริโอเฟจ T4 โปรตีน gp31 ที่เข้ารหัสโดยแบคทีริโอเฟจดูเหมือนจะมีความคล้ายคลึงกับโปรตีนโคชาเปอโรนินGroES ของ E. coliและสามารถใช้แทนกันได้ในการประกอบไวริออนของแบคทีริโอเฟจ T4 ในระหว่างการติดเชื้อ[ 21 ] เช่นเดียวกับ GroES, gp31 สร้างคอมเพล็กซ์ที่เสถียรกับ ชาเปอโรนิน GroELซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการพับและการประกอบในร่างกายของโปรตีนแคปซิดหลัก gp23 ของแบคทีริโอเฟจ T4 [ 21 ]
เหตุผลหลักที่ฟาจต้องการโฮโมล็อก GroES ของตัวเองก็คือโปรตีน gp23 มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะใส่ลงในกรง GroES ทั่วไปได้ gp31 มีลูปที่ยาวกว่าซึ่งสร้างภาชนะที่สูงกว่า[ 22 ]
ความสำคัญทางคลินิก
GroEL ของมนุษย์เป็นแอนติเจนที่กระตุ้นภูมิคุ้มกันหลักในผู้ป่วยโรค Legionnaire [ 10 ]และเชื่อว่ามีบทบาทในการปกป้องแบคทีเรีย Legionella จากอนุมูลอิสระ ออกซิเจน ภายในแมคโครฟาจสมมติฐานนี้อิงจากการค้นพบว่ายีน cpn60 ถูกควบคุมให้ทำงานมากขึ้นเมื่อตอบสนองต่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของอนุมูลอิสระออกซิเจน นอกจากนี้ยังพบว่า cpn60 แสดงแอนติเจนที่แข็งแกร่งในแบคทีเรียหลายชนิด[ 23 ]และมีศักยภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันเพื่อต่อต้านการติดเชื้อแบคทีเรียที่ไม่เกี่ยวข้อง
ตัวอย่าง
ยีนของมนุษย์ที่เข้ารหัสโปรตีนที่มีโดเมนนี้ ได้แก่:
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ↑ InterPro เรียกตระกูล GroEL ว่า Cpn60 อย่างไรก็ตาม CDD ใช้ Cpn60 เพื่ออ้างถึงโปรตีนกลุ่ม II ในอาร์เคีย
- ↑อาร์เคียบางชนิดได้วิวัฒนาการเพื่อใช้ซับยูนิตที่แตกต่างกัน เช่นเดียวกับยูคาริโอต เมทาโนซาร์ซินา อะซิติโวแรนส์เป็นที่ทราบกันว่ามีซับยูนิตห้าประเภท [ 3 ]บรรพบุรุษของยูคาริโอต TriC เชื่อกันว่ามีสองประเภท [ 5 ]
ลิงก์ภายนอก
- รายละเอียดเพิ่มเติม... เก็บถาวรไว้เมื่อวันที่ 1 มีนาคม 2011 ที่Wayback Machine
- ผู้ดูแล ในระบบการ จัดหมวดหมู่หัวข้อทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
- cpnDB: ฐานข้อมูลชาเปอโรนิน
- ภาพเคลื่อนไหวแสดงกิจกรรมของเหล่าผู้ช่วยครู (Chaperonins) เก็บถาวรเมื่อวันที่ 13 เมษายน 2021 ที่Wayback Machine
- เอกสารของ NIH เกี่ยวกับ HSP60
- HSP60 ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 16 มีนาคม 2008 ที่Wayback Machine
- HSP60 ในแมลงวันถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 28 มิถุนายน 2008 ที่Wayback Machine
- หน้าหลักของชาเปโรนิน
- ธนาคารข้อมูลโปรตีน
- ฐานข้อมูลเอนไซม์เกี่ยวกับ HSP60 ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 18 เมษายน 2021 ที่Wayback Machine
- HSP60 บน PubMed
- รายงานยีน HSP60
- HSP60+Heat-Shock+Proteins ที่ หัวข้อทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา