Hsp70 - Hsp70
| Proteína Hsp70 | |||||||||
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 Estructura del fragmento de ATPasa de una proteína análoga de choque térmico de 70K.
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | HSP70 | ||||||||
| Pfam | PF00012 | ||||||||
| Clan pfam | CL0108 | ||||||||
| InterPro | IPR013126 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00269 | ||||||||
| SCOP2 | 3hsc / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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Las proteínas de choque térmico 70 kilodaltons ( Hsp70 s o DnaK ) son una familia de conservados expresadas ubicuamente proteínas de choque térmico . Existen proteínas con estructura similar en prácticamente todos los organismos vivos. Las Hsp70 localizadas intracelularmente son una parte importante de la maquinaria celular para el plegamiento de proteínas , realizan funciones de chaperón y ayudan a proteger las células de los efectos adversos del estrés fisiológico.. Además, las Hsp70 unidas a la membrana se han identificado como un objetivo potencial para las terapias contra el cáncer y se ha identificado que sus homólogos localizados extracelularmente tienen estructuras tanto unidas a la membrana como libres de membrana.
Descubrimiento
Los miembros de la familia Hsp70 están fuertemente regulados por el estrés por calor y los químicos tóxicos , particularmente metales pesados como arsénico, cadmio, cobre, mercurio, etc. El choque térmico fue descubierto originalmente por Ferruccio Ritossa en la década de 1960 cuando un trabajador de laboratorio aumentó accidentalmente la incubación. temperatura de Drosophila (moscas de la fruta). Al examinar los cromosomas, Ritossa encontró un "patrón de hinchazón" que indicaba la transcripción genética elevada de una proteína desconocida. Esto se describió más tarde como la "Respuesta al Choque de Calor" y las proteínas se denominaron "Proteínas de Choque de Calor" (Hsps).
Estructura
Las proteínas Hsp70 tienen tres dominios funcionales principales :
- Dominio ATPasa N-terminal : se une al ATP ( trifosfato de adenosina ) y lo hidroliza a ADP ( difosfato de adenosina ). El NBD (dominio de unión de nucleótidos) consta de dos lóbulos con una hendidura profunda entre ellos, en la parte inferior del cual se une el nucleótido (ATP y ADP). El intercambio de ATP y ADP conduce a cambios conformacionales en los otros dos dominios.
- Dominio de unión al sustrato : se compone de un subdominio de hoja β de 15 kDa y un subdominio helicoidal de 10 kDa. El subdominio de la hoja β consiste en láminas β trenzadas con bucles que sobresalen hacia arriba, como un barril β típico , que encierra la estructura del péptido del sustrato. SBD contiene un surco con afinidad por residuos de aminoácidos hidrófobos neutros . El surco es lo suficientemente largo para interactuar con péptidos de hasta siete residuos de longitud.
- Dominio C-terminal : rico en estructura de hélice alfa actúa como una "tapa" para el dominio de unión al sustrato. El subdominio helicoidal consta de cinco hélices, con dos hélices empaquetadas contra dos lados del subdominio de la hoja β, estabilizando la estructura interna. Además, una de las hélices forma un puente de sal y varios enlaces de hidrógeno a los bucles exteriores, cerrando así el bolsillo de unión al sustrato como una tapa. Tres hélices en este dominio forman otro núcleo hidrófobo que puede ser la estabilización de la "tapa". Cuando una proteína Hsp70 se une a ATP, la tapa se abre y los péptidos se unen y se liberan con relativa rapidez. Cuando las proteínas Hsp70 se unen a ADP, la tapa se cierra y los péptidos se unen estrechamente al dominio de unión al sustrato.
La fosforilación de proteínas, una modificación postraduccional, ayuda a regular la función de las proteínas e implica la fosforilación de aminoácidos con grupos hidroxilo en sus cadenas laterales (entre eucariotas). Los aminoácidos serina, treonina y tirosina son objetivos comunes de la fosforilación. La fosforilación de Hsp70 se ha convertido en un punto de mayor exploración en la literatura científica hace relativamente poco tiempo. Una publicación de 2020 sugiere que la fosforilación de un residuo de serina entre el NBD y el dominio de unión al sustrato en la levadura Hsp70s conduce a una reducción drástica de la respuesta normal al choque térmico de Hsp70. Esta desactivación a través de la fosforilación de una proteína es un motivo común en la regulación de la proteína y demuestra cómo cambios relativamente pequeños en la estructura de la proteína pueden tener efectos biológicamente significativos sobre la función de la proteína.
Función y Regulación
El sistema Hsp70 interactúa con segmentos peptídicos extendidos de proteínas, así como con proteínas parcialmente plegadas para provocar la agregación de proteínas en vías clave para regular negativamente la actividad. Cuando no interactúa con un péptido sustrato, la Hsp70 suele estar en un estado unido a ATP. La Hsp70 por sí sola se caracteriza por una actividad ATPasa muy débil , de modo que la hidrólisis espontánea no se producirá durante muchos minutos. A medida que las proteínas recién sintetizadas emergen de los ribosomas , el dominio de unión al sustrato de Hsp70 reconoce secuencias de residuos de aminoácidos hidrófobos e interactúa con ellos. Esta interacción espontánea es reversible y, en el estado de unión a ATP, la Hsp70 puede unirse y liberar péptidos de forma relativamente libre . Sin embargo, la presencia de un péptido en el dominio de unión estimula la actividad ATPasa de Hsp70, aumentando su velocidad normalmente lenta de hidrólisis de ATP. Cuando el ATP se hidroliza a ADP, el bolsillo de unión de Hsp70 se cierra, uniendo firmemente la cadena peptídica ahora atrapada. Para acelerar aún más la hidrólisis del ATP se encuentran las denominadas cochaperonas de dominio J: principalmente Hsp40 en eucariotas y DnaJ en procariotas . Estas cochaperonas aumentan drásticamente la actividad ATPasa de Hsp70 en presencia de péptidos que interactúan.
Al unirse estrechamente a secuencias de péptidos parcialmente sintetizados (proteínas incompletas), Hsp70 evita que se agreguen y se vuelvan no funcionales. Una vez que se sintetiza la proteína completa, un factor de intercambio de nucleótidos ( GrpE procariota , BAG1 eucariota y HspBP1 se encuentran entre los que se han identificado) estimula la liberación de ADP y la unión de ATP fresco, abriendo el bolsillo de unión. La proteína queda libre para plegarse por sí sola o para ser transferida a otros acompañantes para su posterior procesamiento. HOP (la H SP70 / Hsp90 O rganizing P rotein) se puede unir a ambos Hsp70 y Hsp90, al mismo tiempo, y media la transferencia de péptidos a partir de Hsp70 a Hsp90.
Hsp70 también ayuda en el transporte transmembrana de proteínas, estabilizándolas en un estado parcialmente plegado. También se sabe que está fosforilado, lo que regula varias de sus funciones.
Las proteínas Hsp70 pueden actuar para proteger a las células del estrés térmico u oxidativo. Estas tensiones normalmente actúan para dañar las proteínas, provocando un despliegue parcial y una posible agregación. Al unirse temporalmente a residuos hidrófobos expuestos por estrés, Hsp70 evita que estas proteínas parcialmente desnaturalizadas se agreguen e inhibe su replegamiento. El ATP bajo es característico del choque térmico y la unión sostenida se considera supresión de la agregación, mientras que la recuperación del choque térmico implica la unión del sustrato y el ciclo de nucleótidos. En un anaerobio termófilo ( Thermotoga maritima ), la Hsp70 demuestra una unión sensible a redox a los péptidos modelo, lo que sugiere un segundo modo de regulación de la unión basado en el estrés oxidativo.
Hsp70 parece ser capaz de participar en la eliminación de proteínas dañadas o defectuosas. Interacción con CHIP ( C arboxyl-terminal de H SP70 I nteracting P rotein) -an E3 ubiquitina ligasa -Permite Hsp70 para pasar proteínas a de la célula de ubiquitinación y proteólisis vías.
Finalmente, además de mejorar la integridad general de las proteínas, Hsp70 inhibe directamente la apoptosis . Un sello distintivo de la apoptosis es la liberación de citocromo c , que luego recluta Apaf-1 y dATP / ATP en un complejo de apoptosoma . Este complejo luego escinde la procaspasa-9, activando la caspasa-9 y finalmente induciendo la apoptosis a través de la activación de la caspasa 3 . Hsp70 inhibe este proceso al bloquear el reclutamiento de procaspasa-9 al complejo de apoptosoma Apaf-1 / dATP / citocromo c. No se une directamente al sitio de unión de la procaspasa-9, pero probablemente induce un cambio conformacional que hace que la unión de la procaspasa-9 sea menos favorable. Se ha demostrado que Hsp70 interactúa con la proteína IRE1alpha del sensor de estrés del retículo endoplásmico protegiendo así a las células de la apoptosis inducida por estrés del ER. Esta interacción prolongó el corte y empalme del ARNm de XBP-1 induciendo así la regulación positiva transcripcional de los objetivos de XBP-1 empalmado como EDEM1, ERdj4 y P58IPK, rescatando a las células de la apoptosis. Otros estudios sugieren que Hsp70 puede desempeñar un papel antiapoptótico en otros pasos, pero no está involucrado en la apoptosis mediada por ligando Fas (aunque Hsp 27 sí lo está). Por lo tanto, Hsp70 no solo salva componentes importantes de la célula (las proteínas) sino que también salva directamente la célula como un todo. Teniendo en cuenta que las proteínas de respuesta al estrés (como Hsp70) evolucionaron antes que la maquinaria apoptótica, el papel directo de Hsp70 en la inhibición de la apoptosis proporciona una imagen evolutiva interesante de cómo la maquinaria más reciente (apoptótica) acomodó la maquinaria anterior (Hsps), alineando así la integridad mejorada de las proteínas de una célula. con las posibilidades mejoradas de supervivencia de esa célula en particular.
Cáncer
Hsp70 se sobreexpresa en el melanoma maligno y se subexpresa en el cáncer de células renales . En la línea celular de cáncer de mama (MCF7) se ha encontrado que no solo Hsp90 interactúa con el receptor de estrógeno alfa (ERα) sino que también Hsp70-1 y Hsc70 interactúan con ERα.
Dado el papel de las proteínas de choque térmico como un antiguo sistema de defensa para estabilizar las células y eliminar las células viejas y dañadas, este sistema ha sido adoptado por las células cancerosas para promover su crecimiento. Se ha demostrado que el aumento de Hsp70 en particular inhibe la apoptosis de las células cancerosas, y se ha demostrado que el aumento de Hsp70 está asociado o induce directamente cáncer de endometrio, pulmón, colon, próstata y mama, así como leucemia. La Hsp70 en las células cancerosas puede ser responsable de la tumorigénesis y la progresión del tumor al proporcionar resistencia a la quimioterapia. Se ha demostrado que la inhibición de Hsp70 reduce el tamaño de los tumores y puede provocar su regresión completa. Hsp70 / Hsp90 es una diana particularmente atractiva para la terapéutica, porque está regulada por la inhibición de su actividad ATPasa, mientras que otras HSP están reguladas por nucleótidos. Se han diseñado varios inhibidores para Hsp70 que se encuentran actualmente en ensayos clínicos, aunque hasta ahora los inhibidores de HSP90 han tenido más éxito. Además, se ha demostrado que Hsp70 es un regulador del sistema inmunológico, activando el sistema inmunológico como un antígeno. Por tanto, se ha sugerido la Hsp70 derivada de tumores como una posible vacuna o vía para seleccionar como diana la inmunoterapia. Dada la mayor expresión de Hsp70 en el cáncer, se ha sugerido como un biomarcador para el pronóstico del cáncer, con niveles altos que presagian un mal pronóstico.
Expresión en tejido cutáneo
Se demostró que tanto Hsp70 como HSP47 se expresan en la dermis y la epidermis después de la irradiación con láser , y los cambios espaciales y temporales en los patrones de expresión de HSP definen la zona de daño térmico inducido por láser y el proceso de curación en los tejidos. La Hsp70 puede definir bioquímicamente la zona de daño térmico en la que las células se dirigen a la destrucción, y HSP47 puede ilustrar el proceso de recuperación del daño inducido térmicamente.
Neurodegeneración
La inhibición de Hsp90 conduce a la regulación positiva de Hsp70 y Hsp40, que puede canalizar la proteína mal plegada para la degradación del proteasoma, lo que potencialmente puede inhibir la progresión de enfermedades neurodegenerativas. Por ejemplo, la sobreexpresión de Hsp70 en células de neuroglioma humano transfectadas con alfa-sinucleína mutante condujo a un 50% menos de especies de alfa-sinucleína oligomérica, lo que apunta hacia la posibilidad de que el aumento de su expresión podría disminuir la propagación de la enfermedad de Parkinson. De manera similar, la sobreexpresión de Hsp70 suprimió la agregación dependiente de poli-Q y la neurodegeneración en cultivos celulares, levaduras, modelos de moscas y ratones, y la deleción de hsp70 aumentó el tamaño de los cuerpos de inclusión de poliQ, lo que sugiere que aumentar su expresión podría ayudar a prevenir la enfermedad de Huntington. De manera similar, se han demostrado reducciones en Hsp70 en modelos de ratón transgénico de ELA y pacientes con ELA esporádica. Por último, se ha propuesto una mayor expresión o actividad de Hsp70 como método para prevenir la progresión de la enfermedad de Alzheimer, porque la eliminación de Hsp70 promovió la toxicidad A-beta, y se demostró que Hsp70 promueve la estabilidad de tau, mientras que los niveles de Hsp70 disminuyen en tauopatías como Enfermedad de Alzheimer. Dada la compleja interacción entre las diferentes proteínas chaperonas, el desarrollo terapéutico en este campo tiene como objetivo investigar cómo se puede manipular la red chaperona en su conjunto y el efecto de esta manipulación en la progresión de la enfermedad neurodegenerativa, pero el equilibrio de los niveles de Hsp70 y Hsp90 parece ser central en esta fisiopatología.
Miembros de la familia
Los procariotas expresan tres proteínas Hsp70: DnaK , HscA (Hsc66) y HscC (Hsc62) .
Los organismos eucariotas expresan varias proteínas Hsp70 ligeramente diferentes. Todos comparten la estructura de dominio común, pero cada uno tiene un patrón de expresión o localización subcelular único. Estos son, entre otros:
- Hsc70 (Hsp73 / HSPA8) es una proteína chaperona expresada de forma constitutiva. Por lo general, constituye del uno al tres por ciento de la proteína celular total.
- Hsp70 (codificada por tres parálogos muy estrechamente relacionados: HSPA1A , HSPA1B y HSPA1L ) es una proteína inducida por estrés. Las células pueden producir niveles altos en respuesta a la hipertermia, el estrés oxidativo y los cambios en el pH .
- La proteína de unión de inmunoglobulina ( BiP o Grp78 ) es una proteína localizada en el retículo endoplásmico . Está involucrado en el plegamiento de proteínas allí y puede regularse positivamente en respuesta al estrés o al hambre.
- mtHsp70 o Grp75 es laHsp70 mitocondrial .
La siguiente es una lista de genes humanos Hsp70 y sus proteínas correspondientes:
| gene | proteína | sinónimos | ubicación subcelular |
|---|---|---|---|
| HSPA1A | Hsp70 | HSP70-1, Hsp72 | Nuc / Cyto |
| HSPA1B | Hsp70 | HSP70-2 | Nuc / Cyto |
| HSPA1L | Hsp70 | ? | |
| HSPA2 | Hsp70-2 | ? | |
| HSPA5 | Hsp70-5 | BiP / Grp78 | ER |
| HSPA6 | Hsp70-6 | ? | |
| HSPA7 | Hsp70-7 | ? | |
| HSPA8 | Hsp70-8 | Hsc70 | Nuc / Cyto |
| HSPA9 | Hsp70-9 | Grp75 / mtHsp70 | Mito |
| HSPA12A | Hsp70-12a | ? | |
| HSPA14 | Hsp70-14 | ? |
Hsps 90 y 110
Las Hsp90 son esenciales para la remodelación de proteínas, similares a las proteínas Hsp70, y juegan un papel especialmente vital en eucariotas, donde se ha sugerido que Hsp90 interactúa con el sistema DnaK (compuesto por DnaK, GrpE y DnaJ o CbpA) para facilitar el proceso. de remodelación de proteínas. En E. coli, Hsp90s trabaja en colaboración con Hsp70s para facilitar la remodelación y activación de proteínas. Hsp90Ec y DnaK son acompañantes de Hsp90 y Hsp70, respectivamente. DnaK inicialmente se une y estabiliza la proteína mal plegada antes de trabajar en colaboración con Hsp90Ec para replegar este sustrato y provocar su activación. Dadas las condiciones de exceso de DnaK, se ha descubierto que esta chaperona inhibe la remodelación de proteínas. Sin embargo, la presencia de Hsp90Ec puede mitigar este efecto y permitir la remodelación de proteínas a pesar de las condiciones de exceso de DnaK.
La superfamilia Hsp70 también incluye una familia de proteínas Hsp110 / Grp170 (Sse), que son proteínas más grandes relacionadas con Hsp70. La familia de proteínas Hsp110 tiene funciones divergentes: la levadura Sse1p tiene poca actividad de ATPasa pero es una chaperona por sí sola, así como un factor de intercambio de nucleótidos para Hsp70, mientras que la Sse2p estrechamente relacionada tiene poca actividad unfoldasa.
La siguiente es una lista de genes HSP110 humanos actualmente denominados. HSPH2-4 son nombres propuestos y el nombre actual está vinculado:
| gene | sinónimos | ubicación subcelular |
|---|---|---|
| HSPH1 | HSP105 | Cyto |
| HSPH2 | HSPA4 ; APG-2; HSP110 | Cyto |
| HSPH3 | HSPA4L ; APG-1 | Nuc |
| HSPH4 | HYOU1 / Grp170; ORP150; HSP12A | ER |
Ver también
Referencias
enlaces externos
- HSP70 + Heat-Shock + Proteins en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .