आणविक चैपरोन और प्रोटीन फोल्डिंग

आणविक चैपरोन ऐसे प्रोटीन होते हैं जो अन्य प्रोटीनों को उनके कार्यात्मक त्रि-आयामी संरचना तक पहुँचने और उसे बनाए रखने में सहायता करते हैं, बिना अंतिम मुड़े हुए उत्पाद का हिस्सा बने। वे नवजात श्रृंखलाओं को मोड़ने में मदद करते हैं, एकत्रीकरण को रोकते और उलटते हैं, और कोशिका की अपने प्रोटीओम को सही ढंग से मोड़ने की क्षमता के लिए केंद्रीय होते हैं।

Definition

आणविक चैपरोन ऐसे प्रोटीन होते हैं जो अन्य प्रोटीनों के गैर-देशी संरूपणों के साथ बातचीत करते हैं ताकि सही फोल्डिंग को बढ़ावा मिल सके, अनुचित एकत्रीकरण को रोका जा सके, और परिपक्व प्रोटीन से बंधे बिना पुनर्फोल्डिंग, विखंडन, या क्षरण के लिए लक्ष्यीकरण में सहायता मिल सके।

Scope

यह प्रविष्टि कोशिका में प्रोटीन फोल्डिंग के सिद्धांतों, प्रमुख चैपरोन परिवारों और वे फोल्डिंग में सहायता के लिए एटीपी का उपयोग कैसे करते हैं, और एकत्रीकरण को रोकने और गलत मुड़े हुए प्रोटीनों को छांटने में चैपरोन की भूमिका को शामिल करती है। यह फोल्डिंग जैव रसायन का एक संदर्भ अवलोकन है और नैदानिक मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• प्रोटीन भीड़भाड़ वाले सेलुलर वातावरण में अपनी देशी फोल्ड तक कैसे पहुँचते हैं?
• प्रमुख चैपरोन परिवार कौन से हैं, और वे कैसे काम करते हैं?
• चैपरोन एकत्रीकरण को कैसे रोकते और उलटते हैं?
• चैपरोन प्रोटीन को फोल्डिंग का एक और प्रयास देने और उसे क्षरण के लिए प्रतिबद्ध करने के बीच कैसे निर्णय लेते हैं?

Key concepts

• एनफिन्सन का सिद्धांत
• फोल्डिंग ऊर्जा परिदृश्य
• मैक्रोमोलेक्यूलर भीड़भाड़
• Hsp70 और Hsp40 (DnaK/DnaJ) प्रणाली
• चैपरोनिन (GroEL/GroES, TRiC/CCT)
• Hsp90 प्रणाली
• होल्डेस और डिसएग्रीगेस
• प्रोटीन एकत्रीकरण

Key theories

फोल्डिंग की थर्मोडायनामिक परिकल्पना (एनफिन्सन का सिद्धांत)

एक प्रोटीन का देशी संरूपण उसके अमीनो-एसिड अनुक्रम द्वारा निर्धारित होता है, एन्कोडेड संरचना शारीरिक परिस्थितियों में थर्मोडायनामिक न्यूनतम के अनुरूप होती है; चैपरोन इस संरचना को निर्दिष्ट नहीं करते हैं बल्कि फोल्डिंग को तेज करते हैं और प्रतिस्पर्धी एकत्रीकरण मार्गों को दबाते हैं।

चैपरोन-सहायता प्राप्त फोल्डिंग और ट्राइएज

एटीपी-निर्भर चैपरोन प्रणालियाँ पुनरावृत्त चक्रों के माध्यम से गैर-देशी प्रोटीनों के उजागर हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों को बांधती हैं, जिससे सब्सट्रेट्स को बार-बार फोल्डिंग के प्रयास मिलते हैं और, जब फोल्डिंग विफल हो जाती है, तो उन्हें अलगाव या क्षरण की ओर विभाजित किया जाता है।

Mechanisms

फोल्डिंग अमीनो-एसिड अनुक्रम द्वारा कम-ऊर्जा वाली देशी अवस्था की ओर संचालित होती है, लेकिन भीड़भाड़ वाले साइटोसोल में आंशिक रूप से मुड़े हुए मध्यवर्ती हाइड्रोफोबिक सतहों को उजागर करते हैं जिससे एकत्रीकरण का खतरा होता है। चैपरोन इन सतहों को पहचानते हैं। Hsp70 प्रणाली, Hsp40 सह-चैपरोन और न्यूक्लियोटाइड-विनिमय कारकों के साथ, एटीपी-विनियमित चक्रों में छोटे हाइड्रोफोबिक खंडों को बांधती और छोड़ती है, जिससे श्रृंखलाएं फोल्डिंग-सक्षम अवस्थाओं में बनी रहती हैं। बैक्टीरियल GroEL/GroES और यूकेरियोटिक TRiC/CCT जैसे चैपरोनिन एक कक्ष में सब्सट्रेट्स को घेरते हैं जहाँ फोल्डिंग एकत्रीकरण से परिरक्षित होकर आगे बढ़ती है। Hsp90 प्रणाली विशिष्ट ग्राहक प्रोटीनों को परिपक्व करती है। डिसएग्रीगेस और छोटे हीट-शॉक प्रोटीन एकत्रीकरण को उलटने या अलग करने में मदद करते हैं। जब फोल्डिंग बार-बार विफल हो जाती है, तो चैपरोन क्षरण प्रणालियों के साथ सहयोग करते हैं और सब्सट्रेट्स को विशिष्ट गुणवत्ता-नियंत्रण डिब्बों में भेज सकते हैं।

Clinical relevance

चैपरोन क्षमता और प्रोटीन एकत्रीकरण का अध्ययन न्यूरोडीजेनेरेटिव और अन्य प्रोटीन-गलत फोल्डिंग रोगों और सेलुलर तनाव प्रतिक्रिया के संदर्भ में किया जाता है, और चैपरोन-मॉड्यूलेटिंग रणनीतियाँ अनुसंधान का एक क्षेत्र हैं। यह प्रविष्टि अंतर्निहित जैव रसायन को बताती है और निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

यहां की समझ चैपरोन प्रणालियों के संरचनात्मक और जैव रासायनिक अध्ययनों और फोल्डिंग के इन विवो विश्लेषणों पर आधारित है, जैसा कि हार्टल और सहयोगियों जैसे समीक्षाओं में संक्षेपित है; यह नैदानिक दिशानिर्देशों से प्राप्त नहीं है।

History

यह विचार कि अनुक्रम संरचना को निर्धारित करता है, एनफिन्सन के बीसवीं सदी के मध्य के राइबोन्यूक्लिएज रीफोल्डिंग प्रयोगों से आया था। आणविक चैपरोन शब्द और यह पहचान कि सहायता प्राप्त फोल्डिंग व्यापक है, 1980 के दशक में उभरी, जिसमें हीट-शॉक प्रोटीन प्रोटोटाइप के रूप में थे। 1990 और 2000 के दशक में GroEL/GroES और Hsp70 और Hsp90 प्रणालियों के संरचनात्मक और कार्यात्मक अध्ययनों ने यहां संक्षेपित यांत्रिक चित्र स्थापित किया।

Debates

क्या चैपरोनिन मुख्य रूप से एक निष्क्रिय पिंजरा प्रदान करते हैं या सक्रिय रूप से फोल्डिंग को नया रूप देते हैं?

क्या चैपरोनिन द्वारा एन्कैप्सुलेशन केवल एकत्रीकरण को रोकता है (एक एनफिन्सन पिंजरा) या सक्रिय रूप से सब्सट्रेट के फोल्डिंग परिदृश्य को नया आकार देता है, इस पर बहस हुई है, जिसमें निष्क्रिय और सक्रिय दोनों योगदानों के लिए सबूत दिए गए हैं।

Key figures

• F. Ulrich Hartl
• Arthur L. Horwich
• Christian B. Anfinsen
• Judith Frydman
• Helen Saibil

Seminal works

• hartl2002
• hartl2011
• balchin2016

Frequently asked questions

क्या चैपरोन प्रोटीन में फोल्डिंग जानकारी जोड़ते हैं?

नहीं। देशी संरचना अमीनो-एसिड अनुक्रम (एनफिन्सन का सिद्धांत) द्वारा एन्कोड की जाती है। चैपरोन फोल्ड को निर्दिष्ट नहीं करते हैं; वे एकत्रीकरण को रोकते हैं और एक अनुकूल वातावरण प्रदान करते हैं ताकि फोल्डिंग कुशलता से आगे बढ़ सके।

कई चैपरोन हीट-शॉक प्रोटीन भी क्यों होते हैं?

गर्मी जैसे तनाव प्रोटीन के अनफोल्डिंग और एकत्रीकरण को बढ़ाते हैं, इसलिए कोशिकाएं फोल्डिंग क्षमता को बहाल करने के लिए हीट-शॉक प्रतिक्रिया के हिस्से के रूप में चैपरोन को प्रेरित करती हैं। कई संवैधानिक चैपरोन इस तनाव-प्रेरित भूमिका को साझा करते हैं।