हीट शॉक प्रोटीन और आणविक चैपरोन

हीट शॉक प्रोटीन (HSPs) आणविक चैपरोन होते हैं जो प्रोटीन फोल्डिंग में सहायता करते हैं और कोशिकाओं को प्रोटियोटॉक्सिक तनाव से बचाते हैं। यद्यपि उनका नाम उच्च तापमान द्वारा उनके प्रेरण के लिए रखा गया है, वे कई ऐसे आघातों का जवाब देते हैं जो प्रोटीन को गलत तरीके से फोल्ड करने का कारण बनते हैं। उनका प्रतिलेखन हीट शॉक फैक्टर 1 (HSF1) द्वारा नियंत्रित होता है, जो गलत तरीके से फोल्ड किए गए प्रोटीन के जमा होने पर सक्रिय होता है, जिससे यह प्रणाली कोशिकीय तनाव प्रतिक्रिया का साइटोसोलिक अंग बन जाती है।

Definition

हीट शॉक प्रोटीन तनाव-प्रेरित आणविक चैपरोन होते हैं जो सही फोल्डिंग को बढ़ावा देने, एकत्रीकरण को रोकने और फिर से फोल्डिंग या क्षरण में सहायता करने के लिए गैर-देशी प्रोटीन के उजागर हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों को बांधते हैं, जिनकी अभिव्यक्ति प्रोटियोटॉक्सिक तनाव के जवाब में प्रतिलेखन कारक HSF1 द्वारा संचालित होती है।

Scope

यह प्रविष्टि प्रमुख चैपरोन परिवारों (जैसे HSP70, HSP90, और छोटे HSPs) को कवर करती है, वे गैर-देशी प्रोटीन को कैसे पहचानते और फिर से फोल्ड करते हैं, और HSF1 हीट शॉक प्रतिक्रिया के माध्यम से उनकी अभिव्यक्ति का विनियमन। यह कोशिकीय तनाव प्रतिक्रिया सिग्नलिंग के भीतर एक यांत्रिक संदर्भ है और नैदानिक मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• आणविक चैपरोन एक प्रोटीन को कैसे पहचानते हैं जिसे फोल्डिंग सहायता की आवश्यकता होती है, बिना उसे स्वयं फोल्ड किए?
• कोशिका गलत तरीके से फोल्ड किए गए प्रोटीन के भार को कैसे महसूस करती है और इसे चैपरोन प्रेरण में कैसे बदलती है?
• चैपरोन परिवार फोल्डिंग, होल्डिंग और डिसएग्रीगेशन में श्रम को कैसे विभाजित करते हैं?

Key concepts

• आणविक चैपरोन
• HSP70 और इसके सह-चैपरोन
• HSP90 चैपरोन मशीनरी
• छोटे हीट शॉक प्रोटीन
• हीट शॉक फैक्टर 1 (HSF1)
• हीट शॉक एलिमेंट (HSE)
• प्रोटीन एकत्रीकरण और फिर से फोल्डिंग

Key theories

HSF1-संचालित हीट शॉक प्रतिक्रिया

वह मॉडल जिसमें संचित गलत तरीके से फोल्ड किए गए प्रोटीन मोनोमेरिक HSF1 से चैपरोन को अलग करते हैं, जिससे HSF1 को ट्राइमेराइज करने, हीट शॉक तत्वों को बांधने और चैपरोन जीन को प्रेरित करने की अनुमति मिलती है, जिससे एक प्रतिक्रिया लूप बनता है जो फोल्डिंग मांग के लिए चैपरोन आपूर्ति को बढ़ाता है।

चैपरोन-सहायता प्राप्त प्रोटियोस्टेसिस

यह दृष्टिकोण कि चैपरोन एक व्यापक प्रोटियोस्टेसिस नेटवर्क के भीतर काम करते हैं, सब्सट्रेट बाइंडिंग और रिलीज के एटीपी-संचालित चक्रों का उपयोग करके प्रोटीन को फोल्ड करने, पकड़ने, डिसएग्रीगेट करने या क्षरण के लिए सौंपने के लिए, एक संतुलित कोशिकीय प्रोटियोम को बनाए रखते हैं।

Mechanisms

आणविक चैपरोन उजागर हाइड्रोफोबिक सतहों को पहचानते हैं जो सही ढंग से फोल्ड किए गए प्रोटीन में दबे होते हैं लेकिन नवजात या गलत तरीके से फोल्ड की गई श्रृंखलाओं में उजागर होते हैं। HSP70 ATP-विनियमित चक्रों के माध्यम से छोटे हाइड्रोफोबिक खंडों को बांधता है, जो J-डोमेन सह-चैपरोन और न्यूक्लियोटाइड-विनिमय कारकों द्वारा नियंत्रित होते हैं, ताकि एकत्रीकरण को रोका जा सके और फोल्डिंग को बढ़ावा दिया जा सके। HSP90 बाद में ग्राहक प्रोटीन के एक परिभाषित सेट पर कार्य करता है, जिसमें सिग्नलिंग किनेज और रिसेप्टर्स शामिल हैं, उन्हें परिपक्व करने के लिए अपने स्वयं के ATPase चक्र और सह-चैपरोन का उपयोग करते हुए। छोटे हीट शॉक प्रोटीन अनफोल्डिंग मध्यवर्ती को फिर से फोल्ड करने योग्य स्थिति में रखते हैं। इन चैपरोन की अभिव्यक्ति HSF1 द्वारा नियंत्रित होती है: तनाव के तहत, गलत तरीके से फोल्ड किए गए प्रोटीन HSF1 से चैपरोन को अलग कर देते हैं, जिससे यह ट्राइमेराइज करने, नाभिक में प्रवेश करने, हीट शॉक तत्वों को बांधने और चैपरोन जीन को प्रेरित करने के लिए स्वतंत्र हो जाता है, जिससे चैपरोन क्षमता मांग से मेल खाती है।

Clinical relevance

चैपरोन जीव विज्ञान प्रोटीन-गलत फोल्डिंग और एकत्रीकरण विकारों से संबंधित है, जिसमें न्यूरोडीजेनेरेटिव रोग और कैंसर शामिल हैं, जहां HSP90 ऑन्कोजेनिक ग्राहक प्रोटीन को स्थिर करता है। यह प्रविष्टि उस जीव विज्ञान को स्पष्ट करने के लिए चैपरोन और HSF1 तंत्रों का वर्णन करती है; यह व्यक्तिगत नैदानिक या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

History

हीट शॉक प्रतिक्रिया को पहली बार 1960 के दशक की शुरुआत में तापमान बढ़ने के बाद ड्रोसोफिला गुणसूत्रों में एक पफिंग पैटर्न के रूप में देखा गया था, और प्रेरित प्रोटीन को बाद में हीट शॉक प्रोटीन के रूप में पहचाना और नाम दिया गया था। बाद के दशकों ने स्थापित किया कि ये प्रोटीन प्रोटीन फोल्डिंग के लिए केंद्रीय संवैधानिक और प्रेरक आणविक चैपरोन हैं, और उनका तनाव प्रेरण हीट शॉक कारकों द्वारा नियंत्रित होता है, जो उन्हें कोशिकीय प्रोटियोस्टेसिस की व्यापक अवधारणा के भीतर रखता है।

Key figures

• F. Ulrich Hartl
• Richard I. Morimoto
• Lea Sistonen
• Johannes Buchner

Seminal works

• vabulas-2010
• anckar-sistonen-2011

Frequently asked questions

उन्हें हीट शॉक प्रोटीन क्यों कहा जाता है यदि वे गर्मी के अलावा अन्य चीजों का भी जवाब देते हैं?

उन्हें पहली बार गर्मी से प्रेरित प्रोटीन के रूप में खोजा गया था, लेकिन वही चैपरोन कई प्रोटियोटॉक्सिक तनावों से प्रेरित होते हैं जो प्रोटीन के गलत फोल्डिंग का कारण बनते हैं, इसलिए उनकी व्यापक भूमिका के बावजूद ऐतिहासिक नाम बना हुआ है।

कोशिका को तनाव में अधिक चैपरोन बनाने की आवश्यकता कैसे पता चलती है?

गलत तरीके से फोल्ड किए गए प्रोटीन प्रतिलेखन कारक HSF1 से चैपरोन को दूर खींचते हैं; मुक्त HSF1 तब चैपरोन जीन को सक्रिय करता है, इसलिए चैपरोन उत्पादन गलत तरीके से फोल्ड किए गए प्रोटीन के बोझ के अनुपात में बढ़ता है।