Согласно новому исследованию, проведённому в Детской исследовательской больнице Святого Иуды, первые полноразмерные структуры двух белков-шаперонов теплового шока в комплексе демонстрируют ключевую структурную область, регулирующую их функции. Шаперонный комплекс связывает неправильно свёрнутые белки и даёт им ещё один шанс свёрнуться правильно. Этот процесс важен для клеток, поскольку неправильно свёрнутые белки склонны к агрегации, что может привести к различным заболеваниям. Однако механизм, с помощью которого эти два основных белка-шаперона теплового шока, Hsp40 и Hsp70, связываются друг с другом и с неправильно свернутыми пептидами, был неясен. Новые структуры позволили ученым понять, как работает клеточный механизм. Результаты исследования были опубликованы сегодня в журнале Molecular Cell.
«Белки-шапероны теплового шока образуют первую линию защиты от неправильного сворачивания и агрегации белков, которые являются предвестниками многих заболеваний», — говорит автор исследования Харалампос Бабис Калодимос, доктор философии, заведующий кафедрой структурной биологии в больнице Святого Иуды.
Мы показали, как взаимодействуют эти два конкретных белка-шаперона теплового шока, раскрыв ранее неизвестный набор механизмов, объясняющих, как они работают в тандеме и как могут давать сбой.
Харалампос Бабис Калодимос, отделение структурной биологии, Детская исследовательская больница Святого Иуды
Белки-шапероны теплового шока необходимы большинству организмов, и их аналоги присутствуют как у бактерий, так и у людей. Известно, что бактериальные Hsp40 и Hsp70 помогают неправильно свёрнутым белкам правильно сворачиваться. Их функции как белков-шаперонов изучаются уже несколько десятилетий. Человеческие версии этих белков также связаны с некоторыми заболеваниями. Однако было неизвестно, как именно Hsp40 и Hsp90 связывают белок-клиент и друг друга, поскольку никому не удавалось преодолеть технические трудности, связанные с получением полной структуры.
Вместо того чтобы использовать какой-то один подход, учёные из Сент-Джуда объединили данные криогенной электронной микроскопии, магнитно-резонансной томографии и рентгеновской кристаллографии, чтобы наконец определить структуру бактериального комплекса. Они зафиксировали несколько форм структуры, состоящей из димеров (пар) Hsp70, взаимодействующих с димерами Hsp40, в нескольких различных состояниях связывания с клиентскими белками.
«Самое важное, что мы зафиксировали полноразмерные структуры активного и неактивного состояний, связанных с неправильно свернутым белком, — сказал Калодимос. — Но мы также определили несколько более мелких фрагментов. Собрав их воедино, мы получили новую модель того, как на самом деле функционирует комплекс Hsp40 и Hsp70».
Область G/F отвечает за передачу белков теплового шока
Мутации в определённом участке гена Hsp40 связаны с целым рядом заболеваний, в том числе с многими нейродегенеративными заболеваниями, но было неизвестно, как эти мутации нарушают нормальные функции. Этот участок богат высококонсервативными аминокислотами — глицином и фенилаланином, хотя их точные функции были неясны. Структурный анализ показал, что этот участок Hsp40 сначала связывает белок-клиент, а затем определённый фенилаланин связывается с сайтом связывания субстрата на Hsp70. Затем этот фенилаланин перемещает неправильно свернутый белок в сайт связывания с субстратом, вытесняя себя, хотя остальная часть Hsp40 остается связанной с Hsp70. После передачи неправильно свернутый пептид разворачивается с помощью Hsp70.
«Сначала мы раскрыли механизм передачи, при котором Hsp40 передаёт «клиента» Hsp70, сначала помещая фенилаланин в связывающий карман, который впоследствии перемещает «клиента» в то же место, — сказал Калодимос. — Но затем, получив структуры комплекса в нескольких состояниях, мы увидели, как комплекс высвобождает «клиентские» белки».
Ученые обнаружили, что когда АТФ, энергетическая валюта клетки, связывается с Hsp70, Hsp70 меняет форму, возвращая фенилаланин в связывающий карман, который, в свою очередь, выталкивает белок-клиент и высвобождает его в клетку. После этого Hsp40 отделяется от Hsp70 и может связать другой неправильно свернутый белок, запуская процесс заново.
«Теперь мы понимаем, как шапероны и белок-клиент образуют этот очень большой комплекс, как они высвобождаются и как они переходят из одного состояния в другое, — сказал Калодимос. — Используя эти знания, мы можем начать поиск терапевтических вмешательств, чтобы компенсировать мутации, вызывающие заболевания, использовать их в качестве мишеней для лекарств при лечении рака или создать антибиотики нового поколения».
Источник:
Детская исследовательская больница Святого Иуды
Ссылка на журнал:
Цзян Ю., и др. (2025). Механизмы сборки и функционирования шаперонового механизма Hsp70-Hsp40. Молекулярная клетка. doi.org/10.1016/j.molcel.2025.09.023.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся