Il concetto di chaperoni molecolari è emerso per la prima volta nel 1987 grazie al chimico britannico R. John Ellis. Egli suggerì di utilizzare il termine per definire una serie di proteine cellulari la cui funzione principale è quella di garantire il corretto folding e assemblaggio di altre catene polipeptidiche in strutture oligomeriche.
Funzione dei chaperoni molecolari
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Gli chaperoni molecolari sono classificati come proteine in grado di facilitare il folding e l’assemblaggio di altre proteine senza far parte della loro struttura finale. Un sottoinsieme di queste proteine è rappresentato dalle proteine da shock termico, così denominate per la loro espressione sensibile a condizioni di stress, come temperature elevate e danni ossidativi. Questi chaperoni sono universali, presenti in tutti gli organismi, e rivestono un ruolo cruciale nella sopravvivenza cellulare. Facilitano il ripiegamento di polipeptidi non ripiegati o anomalie della struttura, stabilizzando gli intermedi di folding e prevenendo l’aggregazione.
Tipi di chaperoni molecolari
Le informazioni strutturali attualmente disponibili permettono di distinguere cinque principali classi di chaperoni, basate sui loro pesi molecolari: Hsp60, Hsp70, Hsp90, Hsp104 e le piccole proteine da shock termico (sHsp). Le differenze di dimensione tra queste classi sono notevoli, così come le loro strutture distintive. Ciascuna di queste famiglie presenta soluzioni strutturali diverse per affrontare i problemi di ripiegamento proteico. Le due classi di chaperoni più studiate sono Hsp70 e Hsp60, che interagiscono con polipeptidi non ripiegati o parzialmente ripiegati, impedendo la loro aggregazione.
Chaperoni Hsp60
Hsp60 è uno chaperone appartenente alla classe I e svolge un ruolo fondamentale nel ripiegamento di proteine non correttamente ripiegate, utilizzando un meccanismo dipendente dall’ATP. Questa proteina, che ha una massa di 60 kDa, è codificata dal gene nucleare HSPD1 ed è tradotta nel citosol.In particolare, Hsp60 è cruciale per mantenere l’omeostasi proteica nei mitocondri. La sua struttura è costituita da tre domini principali: apicale, medio ed equatoriale, ognuno dei quali gioca un ruolo distinto nell’interazione con substrati e chaperoni, oltre a facilitare la turnover dell’ATP.
Chaperoni Hsp70
Le proteine Hsp70, che pesano 70 kDa, sono chaperoni versatili coinvolti in svariati processi biologici. Queste includono folding e assemblaggio di nuove proteine, il recupero di quelle mal ripiegate, e la traslocazione di proteine all’interno delle membrane cellulari.Questi chaperoni possiedono un dominio ATPasi N-terminale e un dominio di legame al substrato C-terminale, ed è stato stimato che supportano il ripiegamento de novo tra il 10 e il 20% di tutte le proteine nei batteri. La loro funzione è estremamente importante per garantire l’omeostasi cellulare, interagendo con proteine critiche nei percorsi di segnalazione.
Chaperoni Hsp90
La proteina Hsp90, prevalentemente localizzata nel citosol, è coinvolta in molteplici processi cellulari, dalla proliferazione alla morte cellulare. Negli esseri umani, le isoforme Hsp90α e Hsp90β mostrano un’alta omologia, interagendo con oltre 2000 altre proteine. A differenza delle famiglie Hsp60 e Hsp70, la cui funzione principale è facilitare il ripiegamento, Hsp90 è più focalizzata sulla rifinitura delle strutture proteiche, modificando i recettori e i fattori di trascrizione, e contribuendo alla regolazione genica.
Chaperoni Hsp104
Hsp104, una proteina da 102 kDa, appartiene alla famiglia Clp/Hsp100 ed è notevole per la sua capacità di disaggregare le proteine. Agisce in sinergia con Hsp70, formando un macchinario che sfrutta l’energia dell’ATP per rimuovere aggregati proteici e amiloidi.La proteina Hsp104 è fondamentale per la crescita e la propagazione di aggregati, e quando le cellule affrontano carenze di ATP, essa attiva programmi metabolici specifici per adattarsi a tali condizioni critiche.
Piccole proteine da shock termico (sHsp)
Le piccole proteine da shock termico (sHsp) sono chaperoni molecolari indipendenti dall’ATP, capaci di ritardare la formazione di aggregati proteici dannosi. Questi monomeri variano da 12 a 42 kDa e presentano un dominio β-sandwich α-cristallino, con porzioni N- e C-terminali variabili. Le sHsp possono formare complessi oligomerici, contribuendo a mantenere l’omeostasi proteica durante il riallineamento sotto stress. Nel caso dei vertebrati, esse partecipano anche alla protezione della chiarezza del cristallino, e mutazioni in queste proteine sono collegate a diverse patologie, tra cui miopatie e neuropatie. Fonte Verificata
