Caratteristiche generali
Le HSP appartenenti alla famiglia delle small HSP (sHSP) sono delle proteine di peso molecolare compreso tra i 12-43 kDa. Anche le sHSPs sono state identificate in modelli appartenenti a tutti i domini della vita. Rispetto alle altre HSPs si sono tuttavia meno conservate nel corso dell’evoluzione. I membri della famiglia sHSP sono numerosi e possono localizzarsi in uno o più dei vari compartimenti cellulari.
Caratteristiche strutturali
Dal punto di vista strutturale le sHSPs sono caratterizzate dalla presenza di un “core” altamente conservato di circa 80-100 aminoacidi, denominato dominio α-cristallino, interposto tra due regioni NH2- e COOH-terminale di lunghezza variabile. Monomeri di sHSP si legano fra di loro formando delle subunità (in genere dimeri) che a loro volta si organizzano in strutture più complesse (oligomeri) di peso molecolare fino a 1000 kDa. La funzione dei vari domini strutturali (interazione per la formazione delle subunità e degli oligomeri, legame con il peptide/substrato) può variare nelle diverse sHSP. In genere il dominio α-cristallino è necessario per la dimerizzazione mentre i domini NH2- e COOH-terminali contengono i siti di legame per la formazione degli oligomeri e per il peptide/substrato.
Ad oggi è nota la struttura cristallina di due sHsps: la Hsp16.5 dell’Archeobatterio M. jannaschii e la Hsp16.9 del frumento T. aestivum. Omodimeri di Hsp16.5 si assemblano a costituire un omooligomero di 24 subunità conformato a sfera cava con simmetria ottaedrica. La Hsp16.9 forma invece un omododecamero con due anelli ciascuno costituito da tre coppie di dimeri (Fig. 9).
Fig. 9 – Struttura quaternaria di Hsp16.5 e di Hsp16.9
Caratteristiche funzionali
Le sHSPs sono delle molecole chaperon ATP-indipendenti.
L’analisi della struttura di Hsp16.9 fa supporre che il suo ciclo funzionale dipenda dalla dissociazione reversibile stress-indotta degli oligomeri nei dimeri, con la consensuale esposizione di siti di legame idrofobici per i peptidi/substrati target. In condizioni di stress il rapporto tra oligomeri/dimeri di Hsp16.9 si sposta infatti a favore di questi ultimi. Queste ed altre osservazioni suggeriscono che i dimeri di Hsp16.9 rappresentino l’unità funzionale dotata di attività chaperon mentre gli oligomeri costituiscano una forma di deposito stabile di questa sHSP (Fig. 10).
Fig. 10 – Dissociazione dell’oligomero di Hsp16.9 con il calore e attività chaperon da parte delle subunità
Studi sulla Hsp26 dei lieviti hanno tuttavia suggerito come possano esistere altri meccanismi in grado di regolare l’attività chaperon delle sHSPs. Gli oligomeri di Hsp26 presentano infatti una bassa o un’alta affinità per il peptide/substrato che dipende rispettivamente dalla fosforilazione/defosforilazione dei residui di serina dei monomeri che li costituiscono. Il legame con il peptide/substrato avviene quando l’oligomero è nello stato di alta affinità, senza che si verifichi la sua dissociazione in dimeri.
Il ruolo principale delle sHSPs consiste nell’interagire con varie molecole/strutture (proteine, RNA, DNA, membrane cellulari) stabilizzandole e prevenendone l’aggregazione nel corso di eventi stressanti per mezzo della formazione di complessi sHSP-substrato solubili. Le sHSPs non sembrano invece coinvolte nel processo di riacquisizione della conformazione attiva dopo l’evento stressante (refoldin), che richiede quindi la collaborazione con altri sistemi chaperon (HSP70, HSP60), così come nel ripiegamento delle catene nascenti (folding).
Recentemente è stata osservata una sottopopolazione di sHSPs che sembra svolgere un ruolo di protezione delle membrane cellulari durante eventi stressanti, prevenendo il raggiungimento di uno stato di iperfluidità del bilayer lipidico (Fig. 11).
Fig. 11 – sHSPs associate alle membrane
References
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Small heat shock proteins: molecular structure and chaperone function.
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