Caratteristiche generali
Le HSP appartenenti alla famiglia HSP70 sono delle proteine di peso molecolare attorno ai 70 kDa. Ad oggi, sono state identificate in modelli appartenenti a tutti i domini della vita (Archeobatteri, Eubatteri Eucarioti) mostrando un elevato grado di conservazione nel corso dell’evoluzione. La principale HSP70 espressa in E. coli, nota con il nome di DnaK, possiede il 50% di identità della sequenza aminoacidica con le HSP70s degli eucarioti.
Famiglia delle HSP90 nell'uomo
Nell’uomo la famiglia delle HSP70s comprende almeno 8 membri, diversi per sequenza aminoacidica, localizzazione intracellulare, livello e modalità di espressione e specificità tessutale (Tab. 2).
Tab. 2 - Human HSP70s family
Caratteristiche strutturali
Dal punto di vista strutturale tutti i membri della famiglia HSP70s presentano un’architettura simile, caratterizzata da due domini principali: un dominio NH2-terminale di circa 44 kDa deputato al legame con l’ATP/ADP e dotato di attività ATPasica (NBD, Nucleotide-Binding Domain) e un dominio COOH-terminale di circa 28 kDa deputato al legame del peptide/substrato (PBD, Peptide-Binding Domain). Il dominio PBD può essere a sua volta distinto in due regioni: una di circa 18 kDa che assume una conformazione a β-foglietto e che forma una tasca per il legame con il peptide/substrato ed una, variabile, di circa 10 kDa cha assume una conformazione ad alfa elica e che agisce come un “coperchio” per la precedente. Il dominio PBD riconosce brevi sequenze aminoacidiche in conformazione estesa ricche di aminoacidi idrofobici, caratteristicamente esposte da proteine nascenti o denaturate. La sequenza aminoacidica interposta tra il dominio NBD e PBD (linker) è altamente conservata e gioca un ruolo fondamentale per la modificazione conformazionale che si verifica durante il ciclo funzionale. Il peptide riconosciuto dalle HSP70s è in genere costituito da 7-13 residui prevalentemente idrofobici (Fig. 2).
Fig. 2 - Conformazione della principale HSP70 di E. coli (DnaK) legata al corrispettivo substrato
Le HSP70s espresse a livello del citosol presentano inoltre un motivo EEVD nella regione COOH-terminale necessario per l’interazione con altre HSPs o proteine accessorie definite co-chaperones, mentre le HSP70s espresse nel reticolo endoplasmatico e nei mitocondri contengono delle specifiche sequenze segnale (Fig. 3).
Fig. 3 - Schema della struttura primaria dei membri della famiglia HSP70 nell’uomo
Caratteristiche funzionali
Il ciclo funzionale delle HSP70s è stato studiato nel dettaglio per DnaK, una delle HSP70s di E. coli. DnaK assume due diverse conformazioni in relazione al nucleotide che occupa il dominio NBD, che conferiscono alla proteina una diversa affinità per il peptide-substrato. Quando DnaK è legata all’ATP il dominio PBD presenta una conformazione “aperta” e lega il peptide/substrato con bassa affinità. Quando invece è legata all’ADP presenta una conformazione “chiusa” e lega il peptide/substrato con alta affinità. L’attività di DnaK è modulata da varie proteine co-chaperones. DnaJ, una HSP di peso molecolare attorno ai 40 kDa, svolge la funzione di presentare a DnaK il peptide/substrato e di stimolarne l’attività ATPasica, favorendo in ultima analisi la formazione del complesso ADP-DnaK-substrato; la dissociazione dell’ADP dal complesso ADP-DnaK-substrato e il successivo legame con l’ATP che determina il rilascio del peptide/substrato è invece stimolato da un altro co-chaperone non appartenente alla famiglia delle HSP, denominato GrpE (Fig. 4).
Fig. 4 - Ciclo funzionale di DnaK
La principale funzione delle HSP70s è di agire come molecular chaperones. In particolare le HSP70s espresse nel citosol giocano un ruolo fondamentale nella biogenesi de novo (folding) di numerose proteine coinvolte in diversi pathways cellulari e nel “salvataggio” di proteine alterate in conseguenza di eventi stressanti (re-folding).
References
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The Hsp70 chaperone machines of Escherichia coli: a paradigm for the repartition of chaperone functions.
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The heat shock protein 70 family: Highly homologous proteins with overlapping and distinct functions.
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All in the family: atypical Hsp70 chaperones are conserved modulators of Hsp70 activity.
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