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2. CLASSIFICAZIONE DELLE HSP
Le HSP (proteine da shock termico) sono state classificate in sei famiglie, essenzialmente
sulla base del peso molecolare:
Hsp100 (100-110 kDa), Hsp90 (83-90 kDa), Hsp70 (66-78 kDa), Hsp60, Hsp40 e le Small
hsp (15-30 kDa).
Esse si trovano in diversi compartimenti cellulari dove sono deputate a svolgere specifiche
funzioni.[1]
• HSP 100
I membri della famiglia delle Hsp100 sono proteine altamente conservate, scoperte per la
prima volta nei batteri come sistema proteasico a due subunità detto Clp.
La subunità più grande detta ClpA ha attività di unfolding ATP-dipendente e proteine
correlate ad essa sono state rilevate sia nei batteri che negli eucarioti, dove svolgono
attività antiaggregante.
La subunità più piccola ClpP è una proteasi ed è stata invece trovata solo nei batteri,
associata a ClpA.
La funzione principale delle Hsp100 è quella di promuovere la rimozione di aggregati
proteici formatisi in condizioni di stress in una modalità ATP-dipendente.
La ClpA favorisce il defolding (denaturazione) dell’aggregato che può andare incontro ad
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• Hsp 90
Sono proteine dimeriche con un sito di dimerizzazione localizzato nella regione
C-terminale.
Nella regione N-terminale contengono invece un sito di legame per l’ATP. La rottura
delle Hsp90 in un dominio N-terminale e in uno C-terminale rivela che entrambi i
frammenti possono sopprimere l’aggregazione.
Questi risultati suggeriscono che le Hsp90 contengono due siti chaperone, che
contribuiscono indipendentemente alla sua attività di chaperone molecolare.
I due siti, inoltre, mostrano specificità diversa per il substrato e dipendenza o meno
dall’ATP.
Il sito N-terminale interagisce con proteine e peptidi non ripiegati, in modo
ATP-dipendente, mentre il sito C-terminale sembra agire come uno chaperone generale, in
modo ATP-indipendente.
Le Hsp90 sembrano essere coinvolte nella trasduzione del segnale, date le loro
interazioni con i recettori degli ormoni steroidei e con varie chinasi del ciclo cellulare.
• HSP 70
Le proteine Hsp70 si ritrovano in tutte le specie e la loro funzione è quella di favorire
l’assemblaggio di complessi multimerici proteici e, come chaperone molecolari, di
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Queste sono costituite da due domini funzionali; un dominio carbossiterminale (circa 25
kDa) contenente il sito di legame per il polipeptide ed un dominio amminoterminale
(circa 40 kDa) contenente il sito di legame per ADP/ATP e che ha attività ATPasica.
Funzionano come monomeri o come dimeri, riconoscendo porzioni di 7-8 residui
amminoacidici.
Un esempio è il DnaK di E.coli che è un membro stress-inducibile della famiglia Hsp70.
Esso coopera con DnaJ (una Hsp40) e GrpE nel formare un sistema chaperone
ATP-dipendente coinvolto nei processi cellulari.
• HSP 60
Molte Hsp60 appartengono alla famiglia delle chaperonine, complessi proteici
oligomerici costituiti da due anelli sovrapposti di 7-9 subunità, che formano una cavità
centrale in cui vengono accolte proteine in uno stato non nativo.
Il sistema GroEL presente nei batteri è un esempio di Hsp60.
Esso è costituito da 14 subunità identiche che si articolano tra loro a costituire una
complessa struttura quaternaria formata da due anelli eptamerici sovrapposti.
Ciascun anello presenta una cavità interna di 50 Å di diametro che ospiterà la proteina
parzialmente denaturata.
GroEL richiede per la sua attività di chaperone anche il legame e l’idrolisi dell’ATP.
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Il legame del co-chaperone, in presenza di ATP, causa un cambiamento conformazionale
nel dominio apicale; come conseguenza la proteina substrato è rimossa dai siti di legame
ed è rilasciata all’interno della cavità, la quale, a seguito del legame del nucleotide
adenilico e di GroES, aumenta di dimensione e passa da una natura relativamente
idrofobica ad una polare. GroES inoltre promuove l’idrolisi dell’ATP.
Il corretto ripiegamento della proteina substrato richiede la sua chiusura entro la camera
costituita dal complesso GroEL-GroES-ADP entro cui rimane per circa quindici secondi;
al termine di questo ciclo l’ATP si lega al secondo anello di GroEL con la conseguente
dissociazione del complesso GroEL-ADP-GroES.
Il rilascio del co-chaperone determina un nuovo cambiamento di conformazione con
conseguente rilascio della proteina substrato. Se il polipeptide ha raggiunta la corretta
conformazione nativa sarà definitivamente rilasciato, altrimenti può legarsi nuovamente a
GroEL iniziando un nuovo ciclo di folding.
• HSP 40
Le Hsp40, come le Hsp60, sono coinvolte in processi di stabilizzazione e di corretto
ripiegamento delle proteine nascenti. La più studiata e caratterizzata è DnaJ di E.coli che
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• Small HSP (SHSP)
Tutti i membri di questa famiglia hanno subunità minori di 35 kDa e sono caratterizzate
dalla presenza di una sequenza omologa di circa 80 residui, denominata “crystallin
domain”.
Molto poco si conosce a proposito della struttura secondaria e terziaria delle shsp.
Al microscopio elettronico le shsp appaiono come particelle globulari di 14-18 nm
Hanno una massa molecolare di 600-900 kDa e sono proteine multimeriche, costituite da
due subunità, A e B.
Il bersaglio fisiologico delle shsp sembra essere altre classi di shsp e alcuni enzimi
“housekeeping”, ma in ogni modo l’azione di chaperone delle shsp è stata valutata e
risultata valida su un’ampia varietà di proteine strutturali e di enzimi sottoposti a stress di
vario genere (termico, UV, urea, etc), come glutatione S-transferasi, alcool deidrogenasi,
aldolasi, citrato sintetasi, aldoso reduttasi, etc; anche se il meccanismo molecolare di
interazione tra le shsp e i substrati rimane in gran parte sconosciuto.
Nello studio dell’azione di chaperone delle shsp particolare interesse ha assunto la
definizione dello stato conformazionale delle proteine substrato durante la loro
interazione con queste proteine. Sembra che le shsp interagiscano con il substrato nello
stato di “molten globule” (proteina in uno stato stabile di parziale avvolgimento che si
verifica in condizioni di basso pH generalmente 2, blanda denaturazione o alta
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Questo stato ha una struttura compatta come quella nativa, con regioni idrofobiche
accessibili al solvente, tuttavia essa, pur mantenendo quasi interamente la struttura
secondaria, ha perso quasi del tutto quella terziaria.
In questa via le shsp sono in grado di formare complessi ad alto peso molecolare solo
con proteine in una forma MG instabile, che si trovano sulla via dell’aggregazione e della
precipitazione, probabilmente perché, rispetto agli altri intermedi, hanno una percentuale
maggiore di superfici idrofobiche esposte.
Gli effetti della fosforilazione sull’attività chaperone delle shsp non sono stati del tutto
chiariti.
Sia le A che le B, possono essere parzialmente fosforilate su specifici residui in vivo.
Mediante l’utilizzo della mutagenesi sito diretta in parecchi studi è stato visto che le shsp
sono generalmente stabili e possono tollerare molte sostituzioni amminoacidiche nella