Универсальный белок-зажим стабилизирует свернутые белки: Новое понимание работы шаперона Hsp70

26 октября в журнале Nature будет опубликовано исследование, опровергающее десятилетиями существовавшую учебную модель действия белка, центрального для многих процессов в живых клетках. Исследователи из Института AMOLF (FOM) и Гейдельбергского университета показали, что белок Hsp70 может механически стабилизировать свернутые белки с помощью подвижной "крышки", защищая их от стресса и повреждений. Это новое понимание того, как белки помогают друг другу, открывает новую перспективу на разнообразные клеточные функции и может в конечном итоге привести к лучшему пониманию таких заболеваний, как рак и болезнь Паркинсона, в которых ключевую роль играют нарушения в белковых системах.

Повреждение одиночных белков

Исследователи использовали оптические пинцеты для изучения функции Hsp70. С помощью этой техники они могли захватывать одиночный белок и контролируемо повреждать его, растягивая. Обычно это приводит к разворачиванию (unfolding) белка. К удивлению ученых, Hsp70 смог защитить белок и сохранить его почти полностью неповрежденным. Было почти невозможно растянуть и повредить свернутый белок, когда к нему был присоединен Hsp70.

Этот результат стал неожиданным, поскольку общепринятая модель Hsp70 гласит, что этот шаперон предпочитает связываться с вытянутыми пептидными цепями, которые обнажаются при синтезе или повреждении белка. Согласно существующей модели, Hsp70 стабилизирует растянутое и развернутое состояние белка, но не свернутое.

Автоматический механический зажим

Hsp70 — сложная система, которая резко меняет свою форму, "сжигая" молекулу-топливо ATP. Одна часть белка действует как крышка или рычаг, который открывается и закрывается. Исследователи остановили этот цикл, добавив большое количество гидролизованных молекул ATP, называемых ADP. В этих условиях Hsp70 связывался и стабилизировал белок в течение длительного времени. Это согласуется с биологическими данными: когда клетки находятся в стрессе и их белки нуждаются в защите, уровень ADP действительно повышается. В других экспериментах также было показано, что белки в присутствии Hsp70 были устойчивы к более высоким температурам.

Лучшее понимание функций белков

Это исследование показывает, что существующие модели работы Hsp70 нуждаются в пересмотре. Результаты демонстрируют, что Hsp70 может непосредственно управлять сворачиванием белка, а не просто блокировать агрегацию между обнаженными белковыми цепями. Кроме того, открытый механизм может позволять Hsp70 напрямую связываться со свернутыми рецепторами и, следовательно, регулировать их активность. Более глубокое понимание того, что делает Hsp70 и какие его части задействованы, в конечном итоге позволит более эффективно искать способы восстановления нарушенных белковых процессов при многих состояниях, в которых он играет важную роль.