Caratteristiche generali
Le HSP appartenenti alla famiglia HSP60 sono delle proteine di peso molecolare attorno ai 60 kDa. Anche le HSP60s si sono altamente conservate nel corso dell’evoluzione e sono essenziali per la sopravvivenza della cellula.
Le HSP60s sono anche conosciute con il termine di chaperonine e possono essere distinte in due gruppi principali. Le chaperonine di gruppo I sono espresse negli Eubatteri, nei mitocondri, nei cloroplasti e in alcuni Archeobatteri, mentre le chaperonine di gruppo II nel citosol degli Eucarioti e degli Archeobatteri.
Caratteristiche strutturali e funzionali delle chaperonine di gruppo I
Dal punto di vista strutturale la chaperonina più caratterizzata è GroEL, espressa da E. Coli. Si tratta di una molecola di notevoli dimensioni (il peso molecolare è di circa 800 kDa) caratterizzata da due anelli sovrapposti composti ciascuno da 7 subunità. Ciascuna subunità risulta a sua volta costituita da tre domini principali definiti dominio equatoriale, intermedio e apicale. Il primo è deputato al legame con i nucleotidi, all’interazione tra le due strutture ad anello della proteina e alla maggiorparte delle interazioni tra le subunità adiacenti. Il dominio intermedio è frapposto tra quello equatoriale e quello apicale e mostra una notevole modificazione conformazionale durante il ciclo funzionale della molecola. Infine, il dominio apicale è deputato al legame con il peptide substrato e con la proteina co-chaperon GroES, e mostra anch’esso un significativo movimento durante il ciclo funzionale di GroEL (Fig. 5).
Fig. 5 – Struttura quaternaria del complesso GroEL/GroES
La principale funzione del complesso GroEL/GroES è di agire come molecular chaperone per la biogenesi de novo di proteine particolarmente a rischio di andare incontro a errori durante il processo di assunzione della conformazione finale (misfolding) e, successivamente ad aggregazione, fornendo loro un ambiente adatto per portare a termine questo processo.
La peculiare struttura di GroEL fornisce infatti una cavità, che una volta completata dall’interazione con la co-chaperonina GroES, è sufficientemente larga da contenere una proteina nascente di circa 60kDa. La natura idrofilica di questa cavità accelera il corretto posizionamento dei residui idrofobici all’interno della struttura della proteina, prima tappa del percorso necessario per l’assunzione della conformazione finale ed evento che riduce in modo significativo la tendenza all’aggregazione della stessa.
GroEL è un chaperon ATP-dipendente. Il ciclo funzionale inizia con l’interazione tra il peptide/substrato e una specifica regione idrofobica localizzata all’apice del dominio apicale di uno dei due anelli. Il successivo legame con ATP determina una modificazione conformazionale dell’anello con la formazione di una cavità. La proteina nascente viene dislocata nella cavità dal sopraggiungere di GroES, che agisce anche come “coperchio”. L’idrolisi dell’ATP ad ADP provvede infine a creare un ambiente favorevole al corretto ripiegamento della proteina. I due anelli si alternano nello svolgere tale ciclo funzionale (Fig. 6).
Fig. 6 – Ciclo funzionale del complesso GroEL/GroES
Caratteristiche strutturali e funzionali delle chaperonine di gruppo II
Gli eucarioti esprimono invece almeno 8 diverse chaperonine, ciascuna codificata da un gene diverso, che mostrano una bassa ma significativa omologia con GroEL. Sono state descritte in letteratura con nomi diversi ma attualmente vengono indicate con l’acronimo di TCP1 (chaperone-containing T-Complex Polipeptide 1). Dal punto di vista strutturale le sub-unità che compongono TCP1 si assemblano a formare una struttura a doppio anello, in modo simile a quanto descritto per le chaperonine di tipo I. Tuttavia ciascun anello risulta composto da 8 sub-unità. Un’altra differenza tra TCP1 e GroEL consiste nell’assenza, nella prima, di un cofattore simile a GroES. Studi di criomicroscopia elettronica hanno infatti evidenziato la presenza, in TCP1, di un elemento che agirebbe come “coperchio” (Fig. 7).
La principale funzione di TCP1 sembra quella di assistere le proteine del citoscheletro actina e tubulina.
Fig. 7 – Ciclo funzionale delle chaperonine di gruppo II (U = substrato; N = conformazione nativa)
References
Lund PA, Large AT, Kapatai G.
The chaperonins: perspectives from the Archaea.
Biochem Soc Trans. 2003 Jun;31(Pt 3):681-5
