Protein Kejut Panas dan Chaperone Molekuler

Protein kejut panas (HSP) adalah chaperone molekuler yang membantu pelipatan protein dan melindungi sel dari stres proteotoksik. Meskipun dinamai berdasarkan induksinya oleh peningkatan suhu, protein ini merespons banyak gangguan yang menyebabkan protein salah melipat. Transkripsinya dikendalikan oleh faktor kejut panas 1 (HSF1), yang diaktifkan ketika protein yang salah melipat terakumulasi, menjadikan sistem ini lengan sitosolik dari respons stres seluler.

Definition

Protein kejut panas adalah chaperone molekuler yang dapat diinduksi stres yang mengikat daerah hidrofobik yang terpapar dari protein non-asli untuk mendorong pelipatan yang benar, mencegah agregasi, dan membantu pelipatan ulang atau degradasi, dengan ekspresinya didorong oleh faktor transkripsi HSF1 sebagai respons terhadap stres proteotoksik.

Scope

Entri ini mencakup keluarga chaperone utama (seperti HSP70, HSP90, dan HSP kecil), bagaimana mereka mengenali dan melipat ulang protein non-asli, serta regulasi ekspresinya melalui respons kejut panas HSF1. Ini adalah referensi mekanistik dalam pensinyalan respons stres seluler dan tidak memberikan panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana chaperone molekuler mengenali protein yang membutuhkan bantuan pelipatan tanpa melipatnya sendiri?
• Bagaimana sel merasakan beban protein yang salah melipat dan menerjemahkannya menjadi induksi chaperone?
• Bagaimana keluarga chaperone membagi tugas dalam pelipatan, penahanan, dan disagregasi?

Key concepts

• Chaperone molekuler
• HSP70 dan ko-chaperonenya
• Mesin chaperone HSP90
• Protein kejut panas kecil
• Faktor kejut panas 1 (HSF1)
• Elemen kejut panas (HSE)
• Agregasi dan pelipatan ulang protein

Key theories

Respons kejut panas yang digerakkan HSF1

Model di mana protein yang salah melipat yang terakumulasi menarik chaperone dari HSF1 monomerik, memungkinkan HSF1 untuk trimerisasi, mengikat elemen kejut panas, dan menginduksi gen chaperone, membentuk lingkaran umpan balik yang menyesuaikan pasokan chaperone dengan permintaan pelipatan.

Proteostasis yang dibantu chaperone

Pandangan bahwa chaperone bekerja dalam jaringan proteostasis yang lebih luas, menggunakan siklus pengikatan dan pelepasan substrat yang digerakkan ATP untuk melipat, menahan, disagregasi, atau menyerahkan protein untuk degradasi, menjaga proteom seluler yang seimbang.

Mechanisms

Chaperone molekuler mengenali permukaan hidrofobik yang terpapar yang terkubur dalam protein yang terlipat dengan benar tetapi terpapar dalam rantai yang baru lahir atau salah melipat. HSP70 mengikat segmen hidrofobik pendek melalui siklus yang diatur ATP, dikendalikan oleh ko-chaperone domain-J dan faktor pertukaran nukleotida, untuk mencegah agregasi dan mendorong pelipatan. HSP90 bekerja kemudian pada serangkaian protein klien yang terdefinisi, termasuk kinase pensinyalan dan reseptor, menggunakan siklus ATPase-nya sendiri dan ko-chaperone untuk mematangkannya. Protein kejut panas kecil menahan intermediet yang tidak melipat dalam keadaan yang dapat dilipat ulang. Ekspresi chaperone ini diatur oleh HSF1: di bawah stres, protein yang salah melipat mengasingkan chaperone dari HSF1, membebaskannya untuk trimerisasi, memasuki nukleus, mengikat elemen kejut panas, dan menginduksi gen chaperone, sehingga mencocokkan kapasitas chaperone dengan permintaan.

Clinical relevance

Biologi chaperone relevan dengan gangguan salah lipat dan agregasi protein, termasuk penyakit neurodegeneratif, dan kanker, di mana HSP90 menstabilkan protein klien onkogenik. Entri ini menjelaskan mekanisme chaperone dan HSF1 untuk mengklarifikasi biologi tersebut; ini bukan dasar untuk keputusan diagnostik atau pengobatan individu.

History

Respons kejut panas pertama kali diamati sebagai pola pembengkakan pada kromosom Drosophila setelah peningkatan suhu pada awal 1960-an, dan protein yang terinduksi kemudian diidentifikasi dan dinamai protein kejut panas. Dekade-dekade berikutnya menetapkan bahwa protein-protein ini adalah chaperone molekuler konstitutif dan terinduksi yang penting untuk pelipatan protein, dan bahwa induksi stresnya dikendalikan oleh faktor kejut panas, menempatkannya dalam konsep proteostasis seluler yang lebih luas.

Key figures

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

Seminal works

• vabulas-2010
• anckar-sistonen-2011

Frequently asked questions

Mengapa disebut protein kejut panas jika mereka merespons lebih dari sekadar panas?

Mereka pertama kali ditemukan sebagai protein yang diinduksi oleh panas, tetapi chaperone yang sama diinduksi oleh banyak stres proteotoksik yang menyebabkan salah lipat protein, sehingga nama historisnya tetap ada meskipun perannya lebih luas.

Bagaimana sel tahu untuk membuat lebih banyak chaperone di bawah stres?

Protein yang salah melipat menarik chaperone dari faktor transkripsi HSF1; HSF1 yang bebas kemudian mengaktifkan gen chaperone, sehingga produksi chaperone meningkat sebanding dengan beban protein yang salah melipat.