Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; 68: 793-807
www.phmd.pl
e-ISSN 1732-2693
Review
Received: 2013.03.27
Współdziałanie białek szoku cieplnego
Accepted: 2014.05.05
Published: 2014.06.09
w organizowaniu struktury przestrzennej białek*
Cooperation between heat shock proteins in organizing
of proteins spatial structure
Zbigniew Wyżewski1**, Karolina P. Gregorczyk1**, Lidia Szulc-Dąbrowska1,
Justyna Struzik1**, Joanna Szczepanowska2, Marek Niemiałtowski1
1
Zakład Immunologii, Katedra Nauk Przedklinicznych, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Szkoła Główna
Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
2
Pracownia Bioenergetyki i Błon Biologicznych, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie
Streszczenie
Białka szoku cieplnego (heat shock proteins, Hsp) to klasa białek szeroko rozpowszechnionych
w przyrodzie, zachowanych w ewolucji. Występują u archeonów, bakterii właściwych i organi-
zmów eukariotycznych. Hsp, należące do różnych rodzin, współdziałają ze sobą w wykonywa-
niu istotnych zadań, takich jak nadzór nad prawidłowym zwijaniem nowo zsyntetyzowanych
łańcuchów polipeptydowych albo przywracanie właściwej konformacji zdenaturowanym
i zagregowanym białkom. W pracy przedstawiono mechanizmy organizowania struktury
przestrzennej substratów białkowych, zachodzące z udziałem Hsp10, Hsp40, Hsp60, Hsp70,
Hsp90, Hsp104 (Hsp100) i Hsp110. Opisano mechanizmy współdziałania Hsp o różnych masach
czÄ…steczkowych.
Słowa kluczowe: białka szoku cieplnego " fałdowanie białek " molekularne chaperony
Summary
Heat shock proteins (Hsps) are a class of proteins with highly conserved amino acid sequences.
They are widespread in nature; they are found in archeons, true bacteria and eukaryotic orga-
nisms. Hsps from various families, commonly interact to execute essential cellular tasks, such
as molecular regulation of newly synthesized protein-folding or restoration of the appropriate
conformation of denatured and aggregated proteins. In this review we discuss mechanisms
of spatial organization of protein structure mediated by Hsp10, Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp104
(Hsp100) and Hsp110. Interactions between Hsps of different molecular weights are described.
Keywords: heat shock proteins " protein folding " molecular chaperones
* Praca została sfinansowana ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer
DEC-2011/03/B/NZ6/03856.
** Doktoranci z dziennego stacjonarnego studium doktoranckiego  Ksenobiotyki oraz biologia czynników zakaz
-
nych i inwazyjnych na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej SGGW w Warszawie (kierownik: prof. dr hab. Marek
Niemiałtowski).
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; 68 793
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; tom 68: 793-807
Full-text PDF: http://www.phmd.pl/fulltxt.php?ICID=1108406
Word count: 4869
Tables: 1
Figures: 6
References: 105
Adres autora: prof. dr hab. Marek Niemiałtowski, Zakład Immunologii, Katedra Nauk Przedklinicznych, Wydział
Medycyny Weterynaryjnej, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, ul. Ciszewskie-
go 8, 02-786 Warszawa, e-mail: [e-mail], [e-mail]
Wykaz skrótów: AAA+  ATPazy związane z różnymi aktywnościami komórkowymi (ATPases associated with various
cellular activities); AD  domena o aktywności ATPazy (ATPase domain); Apg  białko wiążące ATP
i peptyd w komórkach zarodkowych (ATP and peptide binding protein in germ cells); Bag1  czyn-
nik 1 przeciwdziałający śmierci związany z Bcl-2 (Bcl-2-associated athanogene 1); CTD  C-końcowe
miejsce dimeryzacji (C-terminal dimerization site); FKPB  białko wiążące FK506 (FK506 binding
protein); Hsc  konstytutywne Hsp (heat shock constitutive); HSF  czynnik szoku cieplnego (heat
shock factor); Hip  białko oddziałujące z Hsc70 (Hsc70-interacting protein); Hop  białko orga-
nizujące Hsc/Hsp90 (Hsc/Hsp90-organizing protein); Hsp  białko szoku cieplnego (heat shock
protein); HspBP1  białko 1 wiążące Hsp70 (Hsp70-binding protein 1); MD  domena środkowa
(middle domain); NBD  domena wiążąca nukleotyd (nucleotide binding domain); NEF  czynnik
wymiany nukleotydów (nucleotide exchange factor); NTD  N-końcowa domena wiążąca nukle-
otyd (N-terminal nucleotide binding domain); PBD  domena wiążąca peptyd (peptide binding
domain); SBD  domena wiążąca substrat (substrate binding domain); sHsp  niskocząsteczkowe
Hsp (small Hsp); TNF  czynnik martwicy nowotworu (tumor necrosis factor); TPR  34-aminokwa-
sowe powtórzenia peptydowe (tetratrico peptide repeats).
Non nova, sed novae nieoptymalne warunki środowiska, w którym znajduje
się organizm. Mogą to być, na przykład, wysoka tempe-
Rzecz nienowa, ale podana w sposób nowy
ratura i niedobór wody. Nierozpuszczalne agregaty two-
Czesław Jędraszko, A
acina na co dzień,
rzą się również w odpowiedzi na zakażenia wirusowe
Nasza Księgarnia  Warszawa 1977
[13,24,31,104].
WPROWADZENIE Organizmy dysponują systemami białek opiekuńczych,
które zapobiegają nieprawidłowemu zwijaniu łańcuchów
Białka są syntetyzowane w procesie translacji, zacho- polipeptydowych, odpowiadają również za rozpuszcza-
dzącym na matrycy mRNA. Liniowy układ amino- nie agregatów zdenaturowanych białek, co zapobiega
kwasów powstałego polipeptydu jest zależny od odkładaniu się ich w komórce. Mechanizmy reorganizu-
sekwencji rybonukleotydowej transkryptu. W wyniku jące strukturę przestrzenną białek warunkują tolerancję
translacji informacja genetyczna ujawnia się w struk- na stresy środowiskowe [24,26,29,31].
turze pierwszorzędowej powstającego białka. Jest to
dopiero pierwszy etap sekwencji zdarzeń, prowadzą- Białka szoku cieplnego (heat shock protein, Hsp) to klasa
cych do otrzymania funkcjonalnego białka. Aminokwasy białek zachowanych w ewolucji, rozpowszechniona we
w polipeptydzie, oddziałując ze sobą na różne sposoby, wszystkich domenach świata ożywionego. Hsp wystę-
muszą przyjąć właściwy układ w przestrzeni. Polipep- pują u organizmów prokariotycznych (archeonów i bak-
tyd się zwija, organizując w drugo- i trzeciorzędową terii) i eukariotycznych (roślin i zwierząt). W komórkach
strukturę. Białko otrzymuje kształt, a dokładniej  przyj- jądrzastych są obecne w cytosolu, a także w organellach
muje określoną konformację. W środowisku wewnątrz- półautonomicznych: mitochondriach i chloroplastach.
komórkowym nowo zsyntetyzowane polipeptydy mogą Hsp to białka, których synteza jest indukowana warun-
się zwinąć w sposób nieprawidłowy. Przestrzenny układ kami szoku cieplnego. Pełnią wiele istotnych funkcji
aminokwasów jest wówczas niewłaściwy, pomimo ich i dlatego ulegają ewolucyjnym zmianom w niewielkim
poprawnej kolejności w łańcuchu polipeptydowym. stopniu [21]. Razem tworzą sieciowo powiązany układ
o wysokim stopniu złożoności, włączony w przebieg
Wadliwa konformacja pozbawia białko aktywności. procesów, takich jak: zwijanie nowo zsyntetyzowanych
y
le zwinięte łańcuchy polipeptydowe gromadzą się polipeptydów, reorganizacja struktury przestrzennej
w komórce w niefunkcjonalnych skupieniach (agrega- białek o niewłaściwej konformacji, składanie i demon-
tach). Ich powstawaniu sprzyjają czynniki stresowe  taż oligomerów czy degradacja białek [47]. Białka Hsp
794
Wyżewski Z. i wsp.  Współdziałanie białek szoku cieplnego...
mogą zatem pełnić funkcje białek opiekuńczych (mole- ATPazy (ATPase domain, AD), nazywanej też domeną
cular chaperones), które z kolei uczestniczą w nada- wiążącą nukleotyd (nucleotide binding domain, NBD)
waniu i odzyskiwaniu natywnej struktury przez inne [3,33,75,85]. NBD składa się z czterech podjednostek:
białka oraz ulegają konstytutywnej, niezależnej od tem- IA, IB, IIA i IIB. Tworzy zagłębienie, będące miejscem
peratury, ekspresji. Najpowszechniejszym kryterium wiązania ATP. SBD jest zbudowana z dwóch podjedno-
podziaÅ‚u biaÅ‚ek szoku cieplnego jest ich masa czÄ…stecz- stek: SBD² i SBDÄ…, bogatych odpowiednio w struktury
kowa (kDa), na podstawie której przyporzÄ…dkowano Hsp ²-kartek i Ä…-helis. SBD² zawiera kieszeÅ„ wiążącÄ… polipep-
do następujących rodzin: Hsp10, sHsp (Hsp o niskiej tyd. SBD wykazuje powinowactwo do hydrofobowych
masie czÄ…steczkowej), Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90 sekwencji aminokwasowych, eksponowanych przez nie-
i Hsp100 [7,8,32,34,47,49,90,93,99,104,105]. właściwie zwinięte białka [15]. Pomiędzy NBD i SBD znaj-
duje się elastyczny łącznik. Na C-końcu cząsteczki Hsp70
Hsp, organizując strukturę przestrzenną białek, współ- występuje motyw EEDV, który pełni istotną funkcję we
działają ze sobą. Przedmiotem niniejszej pracy są mecha- współdziałaniu Hsp70 z niektórymi kofaktorami (ryc. 1)
nizmy współdziałania, które zachodzą między Hsp [39,87].
o różnych masach cząsteczkowych.
Białka z rodziny Hsp70 występują w cytoplazmie, mito-
BUDOWA HSP I ICH ROLA W ZWIJANIU BIAÅ‚EK chondriach i chloroplastach. Hsp70 uczestniczÄ… w pro-
cesach organizacji struktury przestrzennej białek.
Rodzina Hsp70 obejmuje Hsp o najsilniej zachowanej Odpowiadają za zwijanie i składanie nowo zsyntetyzowa-
ewolucyjnie sekwencji aminokwasowej i najwyższej nych białek oraz za znoszenie nieprawidłowych zmian
wrażliwości temperaturowej spośród wszystkich Hsp przestrzennych w zdenaturowanych i zagregowanych
[40]. Hsp70 składa się z dwóch głównych domen: C-koń- białkach. Hsp70 pełnią powyższe funkcje, oddziałując
cowej, zwanej domeną wiążącą peptyd (peptide binding z hydrofobowymi fragmentami peptydowymi białek
domain, PBD) lub domeną wiążącą substrat (substrate w procesie zależnym od ATP. Hsp70 odgrywają również
binding domain, SBD) i N-końcowej, o aktywności rolę prewencyjną, zapobiegając denaturacji i agregacji
Ryc. 1. Budowa (A) Hsp70, (B) Hsp110, (C) Hsp104, (D) Hsp90. NBD  domena wiążąca nukleotyd; SBD  domena wiążąca substrat; MD  domena środkowa; NTD 
N-końcowa domena wiążąca nukleotyd; CTD  C-końcowa domena (adaptacja własna wg [12,44,46,87])
795
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; tom 68: 793-807
biaÅ‚ek w komórce. KolejnÄ… funkcjÄ… Hsp70 jest demontaż w SBD² (ryc. 1). Hsp110 wystÄ™pujÄ…ce w cytoplazmie
kompleksów białkowych, takich jak płaszcz klatrynowy komórek eukariotycznych, współdziała z Hsp70, jak
czy kapsydy wirusowe [21,47]. również reguluje jego aktywność. Hsp110 bierze udział
w procesie wymiany nukleotydów związanych z NBD
Hsp70 kontroluje biologiczną aktywność wielu białek Hsp70 [15,16,80,97].
regulatorowych, przejściowo się z nimi wiążąc. Do takich
białkowych regulatorów należą receptory hormonów Hsp104 należy do rodziny białek Hsp100 i do nadrodziny
steroidowych, kinazy i czynniki transkrypcyjne, a wśród ATPaz związanych z różnymi aktywnościami komórko-
tych ostatnich  czynnik szoku cieplnego (heat shock wymi (ATPases associated with various cellular activities,
factor, HSF). Hsp70 uczestniczy w przebiegu procesów AAA+) [2,5,17]. Hsp104 składa się z domeny N-końcowej,
związanych z transdukcją sygnałów, regulacją cyklu dwóch domen AAA+, które wiążą i hydrolizują ATP (NBD1
komórkowego, różnicowaniem i programowaną śmier- i NBD2), domeny środkowej (middle domain, MD), usytu-
cią komórki [48]. owanej między NBD1 i NBD2 i C-końcowej domeny, nie-
obecnej u bakteryjnego homologu Hsp104  ClpB (ryc. 1).
Hsp70 ulega wzmożonej syntezie w odpowiedzi na roz- Podjednostki Hsp104 organizują się w heksamer w kształ-
maite czynniki stresowe, przeciwdziałając ich szko- cie pierścienia ze środkowym kanałem i zewnętrznie
dliwym skutkom. Odpowiada za tolerancję na stres umiejscowioną MD [20,91]. Obie NBD wiążą i hydrolizują
temperaturowy. Wytwarzanie Hsp70 w komórkach ssa- ATP. Związanie ATP przez te domeny stabilizuje heksa-
ków zwiększa się również w odpowiedzi na hipoksję, mer i oddziaływanie Hsp104 z substratem. Z kolei hydro-
miejscowe niedokrwienie, zakwaszenie płynów ustro- liza ATP dostarcza energii do reorganizacji struktury
jowych, promieniowanie ultrafioletowe i cytokiny  przestrzennej białka. Domeny AAA+ zawierają motywy
między innymi czynnik martwicy nowotworu (tumor Walkera A i B, motywy czujnikowe 1 i 2 oraz pętlę z zacho-
necrosis factor, TNF) [40]. wanÄ… ewolucyjnie resztÄ… tyrozynowÄ… (pore loop). Motyw
Walkera A zawiera pętlę P oddziałującą bezpośrednio
Aktywność Hsp70 jest regulowana przez kofaktory. z resztami fosforanowymi ATP. Motyw Walkera B odpo-
Hsp40 odgrywa główną rolę w komórce jako białko wiada za kontakt domen NBD z ATP, jonami magnezu
współdziałające z Hsp70 [64,76,88]. Białka z rodziny oraz wodą i w związku z tym za efektywną hydrolizę ATP.
Hsp40 zawierają domenę J, za pomocą której wiążą się Motywy sensorowe oddziałują z resztą fosforanową ATP
z NBD [82,88]. Domena J najczęściej jest usytuowana w pozycji ł. Pętla z zachowaną ewolucyjnie resztą tyro-
w regionie N-końcowym białka. Składa się z siedemdzie- zynową jest zaangażowana w wiązanie i przemieszcza-
sięciu reszt aminokwasowych, układających się w cztery nie substratu. MD jest utworzona z pęczka czterech helis.
helisy i jedną pętlę, zawierającą trójpeptydowy motyw Zawiera również tylną pętlę, uczestniczącą w regulacji
histydynowo-prolinowo-asparaginianowy (HPD). Pętla aktywności Hsp104 w rozpuszczaniu agregatów białko-
znajduje się między II i III helisą. W białkach z rodziny wych. Domena C-końcowa składa się z 38 reszt amino-
Hsp40 występują inne regiony zachowane ewolucyjnie, kwasowych, odgrywa rolę w heksameryzacji Hsp104.
co stanowi podstawę do podziału Hsp40 na trzy grupy. Jej obecność nadaje białku oporność temperaturową
Pierwszą charakteryzują powtórzenia reszt cysteino- [14,23,57,86].
wych; zarówno pierwszą, jak i drugą grupę  region
bogaty w glicynę i fenyloalaninę. W przypadku trzeciej, Hsp104 to białko opiekuńcze uczestniczące w dekom-
powyższe charakterystyczne układy aminokwasów nie pozycji agregatów białkowych, w tym struktur amylo-
występują: Hsp40 nie zawiera powtórzeń reszt cysteino- idowych w komórkach drożdży. Homologiem Hsp104
wych, ani regionu bogatego w glicynę i fenyloalaninę. u bakterii jest białko ClpB, odbiegające jednak właściwo-
Różnice w strukturze aminokwasowej przekładają się na ściami i zakresem skuteczności od swojego eukariotycz-
funkcjonalność białka. Hsp40 z grupy pierwszej i dru- nego odpowiednika. ClpB uczestniczy w rozpuszczaniu
giej mogą wiązać substrat w innym stanie niż natywny, nieuporządkowanych, amorficznych agregatów. Jest
natomiast te z trzeciej  nie wykazujÄ… opisanej zdolno- jednak nieefektywne wobec struktur amyloidowych.
ści [4,36,64,83]. Rycina 2 przedstawia cztery domeny U zwierząt wielokomórkowych (Metazoa) nie rozpoznano
bakteryjnego Hsp40 (DnaJ) z grupy pierwszej: domenę białek homologicznych do Hsp104. Ich powszechna syn-
J, region bogaty w glicynę i fenyloalaninę, powtórzenia teza natomiast charakteryzuje królestwa grzybów, roślin
cysteinowe i niescharakteryzowany region C-końcowy i bakterii [11,14,65,79,80].
[27]. Hsp40 współdziała z Hsp70 w wypełnianiu jego bio-
logicznych funkcji w komórce. W związku z tym odgrywa Hsp90 to białka opiekuńcze występujące u organizmów
główną rolę w procesach translacji, zwijania, rozwijania, należących do Eubacteria i Eucaryota. Umiejscowione są
transportu i degradacji białek [92]. w cytoplazmie, a w mitochondriach i retikulum endo-
plazmatycznym wykryto ich homologi: Trap-1 i Grp94.
Hsp110 jest zbudowane z dwóch domen, występują- Hsp90 i ich homologi są zbudowane z N-końcowej
cych u Hsp70: N-końcowej o aktywności ATPazy (NBD) domeny wiążącej nukleotydy (N-terminal nucleotide
i C-końcowej (SBD). SBD zawiera dodatkowe sekwencje binding domain, NTD), domeny środkowej (MD) i C-koń-
aminokwasowe o różnej długości, nieobecne we frag- cowego miejsca dimeryzacji (C-terminal dimerization
mencie C-końcowym Hsp70, w tym fragment insercyjny site, CTD) (ryc. 1). W rejonie NTD znajduje się kieszeń
796
Wyżewski Z. i wsp.  Współdziałanie białek szoku cieplnego...
Ryc. 2. Strukturalne motywy obecne w DnaJ (Hsp40 występującym u bakterii Escherichia coli). (A) Domeny Dna J: J-domena J; G/F  region bogaty w glicynę i
fenyloalaninę. (B) Domena J: HPD  motyw histydynowo-prolinowo-asparaginianowy; I, II, III, IV  kolejne helisy składające się na domenę J. (C) Powtórzenia
cysteinowe: 1, 2, 3, 4  kolejne powtórzenia reszt cysteinowych (adaptacja własna wg [27])
wiążąca ATP, która w cyklu zwijania polipeptydu jest główne znaczenie dla funkcjonalności dimeru w zwija-
zamykana przez krótki fragment NBD, tzw.  pokrywkę niu polipeptydów. W NBD znajduje się również miejsce
(lid). Aktywność ATPazy napędza cykl otwierania uczestniczące w wiązaniu substratu [46,63,70,71,102].
i zamykania struktury tworzonej przez czÄ…steczki Hsp90 Z MD Å‚Ä…czy siÄ™ kofaktor. CTD odpowiada za dimeryza-
w dimerze, tzw.  molekularnych kleszczy . Związanie cję Hsp90 i w związku z tym za zwiększenie efektywno-
ATP inicjuje ich zamknięcie, a hydroliza ATP  otwar- ści hydrolizy ATP. Aktywność ATPazy NTD jest większa,
cie. Cykl wiązania i hydrolizy ATP ma w związku z tym gdy NTD dwóch cząsteczek Hsp90 są zbliżone w dime-
797
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; tom 68: 793-807
rze [18,63,103]. Prodromou i wsp. wykazali, że pozbawie- Hsp10 i Hsp60. Zawiera trójpeptyd złożony z następują-
nie Hsp90 domeny C-końcowej powoduje około 5-krotny cych reszt aminokwasów hydrofobowych: reszty izoleu-
spadek aktywności ATPazy [63]. cynowej, walinowej i leucynowej w pozycjach 25, 26 i 27.
Dzięki temu pętla może się wiązać z komplementarnym
Hsp90 zapobiegajÄ… ujawnianiu mutacji genetycznych regionem hydrofobowym Hsp60 [41].
w fenotypie komórki, wchodząc w interakcje z polipep-
tydami, które powstają w następstwie mutacji w geno- U bakterii występuje homolog Hsp60  GroEL i Hsp10 
mie. Oddziaływania z Hsp90 promują ich prawidłowe GroES. W komórkach bakterii system GroEL/GroES wiąże
zwijanie do aktywnej postaci [67]. Dlatego gdy inne łańcuchy polipeptydowe i stwarza im właściwe środowi-
białka opiekuńcze wykazują powinowactwo do białek sko do przyjęcia prawidłowej struktury przestrzennej,
niewłaściwie sfałdowanych, substratami dla Hsp90 są samemu ulegając zmianom konformacyjnym, zależnym
białka o konformacji zbliżonej do natywnej [61]. od wiązania i hydrolizy ATP [31,66,68,94,100]. W komór-
kach eukariotycznych, Hsp60 i Hsp10 również odpo-
Hsp60 jest zbudowane z trzech domen: wierzchołkowej, wiadają za poprawne zwijanie nowo zsyntetyzowanych
środkowej i podrównikowej (ryc. 3). Domena wierzchoł- łańcuchów polipeptydowych.
kowa zawiera miejsca wiążące polipeptyd i kofaktor 
Hsp10. Domena środkowa stanowi funkcjonalny zawias, Mitochondrialne Hsp60 kontroluje fałdowanie białek
odpowiedzialny za konformacyjne zmiany Hsp60 w cyklu transportowanych do mitochondrium z cytoplazmy,
fałdowania polipeptydów. Domena podrównikowa ma przeciwdziała również skutkom stresu temperaturo-
aktywność ATPazy: zawiera w swojej wierzchołkowej wego, zapobiegając denaturacji białek mitochondrial-
części kieszeń wiążącą ATP z zachowaną w ewolucji nych [59]. Odkryto także cytosolową wersję Hsp60 [43].
resztą asparaginianową w pozycji 87 [41,59,66]. Podjed- Cytoplazmatyczne Hsp60 w komórkach ssaków zawiera
nostki o masie 60 kDa łączą się ze sobą w heptameryczne 26-aminokwasową sekwencję sygnałową na N-końcu, nie
kompleksy w kształcie pierścieni. Pierścienie mogą się ze występującą w strukturze pierwszorzędowej mitochon-
sobą wiązać, tworząc strukturę baryłki, złożonej z czter- drialnej wersji tego białka. W pewnych okolicznościach,
nastu monomerów. Hsp60 łączy się ze strukturą utwo- na przykład w warunkach stresowych wywołanych
rzonÄ… z Hsp10 (ryc. 3) [30,59]. odwodnieniem, Hsp60 jest sprawnie transportowane
z cytoplazmy do mitochondriów. Istotną rolę w powyż-
Podjednostka Hsp10 jest zbudowana z pojedynczej szym procesie odgrywa N-końcowa sekwencja sygna-
domeny, zawierającej dwie wysunięte pętle, które two- łowa Hsp60. W prawidłowych warunkach Hsp70 jest
rzą strukturę spinki do włosów (hairpin). Monomery związane z N-końcem Hsp60. Na skutek odwodnienia
Hsp10 organizują się w heptamer w kształcie kopuły w cytoplazmie gromadzą się agregaty zdenaturowanych
(ryc. 3). W heptamerze struktury spinek do włosów sied- białek, a Hsp70 dysocjuje od sekwencji sygnałowej Hsp60
miu złączonych monomerów schodzą się ze sobą na i łączy się z nimi jako białko opiekuńcze. Hsp60 z uwol-
szczycie kopuły, zamykając jej sklepienie. Nieustruktu- nionym N-końcem może zostać przetransportowane
ryzowany, krótki region zwany ruchomą pętlą, może się do mitochondrium, gdzie pełni funkcję białka opiekuń-
wysuwać z jednej z siedmiu podjednostek heptametru, czego [31]. Tabela 1 przedstawia białka Hsp pełniące
z dolnej krawędzi kopuły. Ruchoma pętla jest zachowana funkcje białek opiekuńczych, które współdziałają ze sobą
w ewolucji i odgrywa istotną rolę w oddziaływaniach w organizowaniu struktury przestrzennej innych białek.
Ryc. 3. Kompleks Hsp60-Hsp10 (adaptacja własna wg [66])
798
Wyżewski Z. i wsp.  Współdziałanie białek szoku cieplnego...
WSPÓłDZIAłANIE HSP70 I HSP40 cji aminokwasowej błędnie zwiniętej cząsteczki [27].
Odmienne substraty wymagajÄ… w procesie rozwijania
Hsp40 stymuluje aktywność ATPazy Hsp70. Hydroliza swoich łańcuchów udziału różnych białek z rodziny
czÄ…steczki ATP pociÄ…ga za sobÄ… konwersjÄ™ Hsp70 ze stanu Hsp40 [50]. Tymczasem domena SBD Hsp70 wykazuje
otwartego do postaci zamkniętej. Powyższe zmiany kon- mechaniczną elastyczność, umożliwiającą związanie
formacyjne zachodzą w cyklu, którego przebieg regu- i poddanie naprawie wielu różnorodnych białek [72].
lujÄ… kofaktory: jednym z nich jest Hsp40. Stabilizuje ono
oddziaływania między Hsp70 a ich substratami, stymulu- Hsp70 niepołączone z Hsp40 wykazuje niską aktywność
jąc hydrolizę ATP [64]. Proces ten może być pobudzany hydrolityczną względem ATP. Podobnie, zdolność wią-
przez domenę J Hsp40 lub przez samo białko, którego zania i wymiany nukleotydu we współdziałaniu z Hsp40
struktura przestrzenna jest poddawana reorganizacji [92]. jest znacznie wyższa niż wówczas, gdy współdziałanie
nie zachodzi. Na aktywność ATPazy u bakterii dodat-
System, na który składają się Hsp70 i Hsp40 wraz z czyn- nio wpływa również GrpE, którego obecność powoduje
nikiem wymiany nukleotydów (nucleotide exchange podniesienie intensywności wymiany ADP na ATP. GrpE
factor, NEF)  GrpE odpowiada za nadawanie białkom stymuluje dysocjację ADP, które odłącza się od NBD,
prawidłowej struktury przestrzennej [6,74]. Mecha- zwalniając miejsce dla ATP [27,82].
nizm współdziałania bakteryjnego Hsp40 (DnaJ)
z Hsp70 (DnaK) jest podobny do tego, który funkcjonuje U bakterii odłączenie substratu od kompleksu z Hsp70
w komórkach eukariotycznych. Prokariotyczne Hsp40 i Hsp40 w wyniku hydrolizy ATP i zmian konformacyj-
pobudza aktywność ATPazy Hsp70 [64]. nych w SBD powoduje jego poprawne sfałdowanie. Jest
to jednak tylko jedno ze zdarzeń, które mogą nastąpić
Mechanizm przywracania właściwej struktury prze- po uwolnieniu substratu z kompleksu. Niekiedy substrat
strzennej został dobrze opisany u Escherichia coli. Hsp40 ponownie wiąże się z Hsp70 i otrzymuje właściwą struk-
łączy się z nieprawidłowo zwiniętym białkiem. Następ- turę przestrzenną w kolejnym cyklu hydrolizy i wymiany
nie domena J Hsp40 wiąże się swoją dodatnio nałado- ATP. Odłączone białko może również utworzyć kompleks
waną helisą II z ujemnie naładowaną pętlą NBD Hsp70. z innym systemem, który koordynuje zwijanie białka  np.
Substrat zostaje częściowo przekazany na domenę SBD. GroEL/GroES (homolog Hsp60/Hsp10) [27].
Hydroliza ATP powoduje zmiany konformacyjne białka
opiekuńczego, w wyniku czego substrat zostaje silniej U organizmów eukariotycznych współdziałanie Hsp70
związany przez Hsp70 i aktywnie rozwinięty. W następ- i Hsp40 w procesie znoszenia niepoprawnych zmian
nym etapie ważną rolę odgrywa czynnik GrpE, odpowie- konformacyjnych z
le zwiniętego substratu przebiega
dzialny za wymianę ADP na ATP, które przyłączając się w ogólnym zarysie w taki sposób, jak współdziałanie
do SBD, odwraca zmiany przestrzenne Hsp70 i zmniejsza Hsp70 i Hsp40 u bakterii. Jedna z różnic w mechanizmie
jego powinowactwo do związanego białka. Rozwinięty rozwijania białka dotyczy czynnika wymiany nukleoty-
substrat zostaje uwolniony z kompleksu i ulega popraw- dów. W cytoplazmie komórek jądrzastych nie wykryto
nemu sfałdowaniu [1,22,52]. białka homologicznego do GrpE [73], natomiast roz-
poznano jego homologi w mitochondrium [27]. Cyto-
Początkowe etapy procesu naprawy białka o niewła- plazmatyczne czynniki wymiany nukleotydów (Bag1
ściwej konformacji, zachodzącego z udziałem systemu i HspBP1) różnią się od GrpE strukturą, a w związku
obejmującego Hsp70, Hsp40 i GrpE, mogą przebiegać z tym i sposobem, w jaki pełnią swoją funkcję [35,78].
w odmienny sposób. Wówczas Hsp40 nie prezentuje HspBP1 w procesie wymiany nukleotydu obejmuje swoją
niewłaściwie sfałdowanego białka Hsp70, lecz łączy się wklęsłą powierzchnią płat II NBD Hsp70 i wywołuje prze-
z gotowym kompleksem Hsp70-substrat. Sposób zapo- mieszczenie płatu I NBD, co powoduje zmniejszenie
czątkowania procesu naprawy białka zależy od sekwen- powinowactwa domeny do ADP. Tymczasem mechanizm
Tabela 1. Hsp jako białka opiekuńcze współdziałające w reorganizacji struktury przestrzennej innych białek [14,15,30,64,68]
Współdziałające białka opiekuńcze
Funkcja białka II
I II
Hsp70 Hsp40 Pobudzanie aktywności ATPazy Hsp70
Pobudzanie wymiany nukleotydów w NBD Hsp70; synergistyczna aktywność opiekuńcza w zwijaniu białek
Hsp70 Hsp110
wielodomenowych
Udział w rozpoznawaniu substratu; koordynacja hydrolizy ATP w domenach AAA+; kontrola renaturacji
Hsp104 Hsp70/Hsp40
polipeptydów rozwiniętych przez Hsp104
Hsp90 Hsp70/Hsp40 Rozpoznawanie substratu, jego wiÄ…zanie i przekazywanie na Hsp90
Zamykanie polipeptydu we wgłębieniu pierścienia Hsp60; wywoływanie zmian konformacyjnych w Hsp60,
Hsp60 Hsp10
warunkujących poprawne zwinięcie polipeptydu
799
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; tom 68: 793-807
działania GrpE opiera się na indukcji zmian konforma- oddziaływać, w wyniku czego białka zwijają się nie-
cyjnych w płacie II NBD Hsp70 [78]. prawidłowo i skupiają w agregaty. Hsp110 zapobiega
powyższym zdarzeniom, kontrolując proces fałdowa-
W komórkach eukariotycznych współdziałanie Hsp70 nia we współdziałaniu z Hsp70. Hsp110 funkcjonuje jako
i Hsp40 można rozpatrywać w kontekście sieciowo NEF, wpływając na podniesienie aktywności ATPazy NBD
powiązanych szlaków fałdowania białek, regulowanych Hsp70. Hsp110 pełni zarazem funkcję białka opiekuń-
przez kofaktory. Jedną z cząstek pełniących funkcję kon- czego. Hsp70 i Hsp110 wiążą się z niesfałdowanym sub-
trolną jest Hip (Hsc70-interacting protein), który po stratem, by następnie wspólnie się od niego odłączyć.
hydrolizie ATP wiąże się z kompleksem Hsp70-substrat, Pociąga to za sobą zwinięcie określonej domeny białka
stabilizując jego strukturę przestrzenną. Jednocześnie w oderwaniu od pozostałych, które mogą być związane
przez utrwalenie postaci Hsp70 związanej z ADP, białko z samym Hsp70 [15,68]. Sekwencja zdarzeń kontrolo-
Hip przerywa cykl zmian konformacyjnych organizują- wanych przez Hsp70 we współdziałaniu z Hsp110, pro-
cych strukturę przestrzenną białka [27,97]. wadząca do przyjęcia prawidłowej konformacji przez
białko, została przedstawiona na ryc. 4.
WSPÓłDZIAłANIE HSP110 I HSP70
Poznano wiele homologów białka Hsp110. W komór-
Hsp110 biorą udział w rozpuszczaniu agregatów zdena- kach ssaków występują Hsp110 (Hsp105) oraz białka
turowanych białek. Zmiany w strukturze przestrzennej wiążące ATP i peptyd w komórkach zarodkowych (ATP
białek, wywołane czynnikami chemicznymi lub termicz- and peptide binding protein in germ cells, Apg) 1 i 2,
nymi, mogą zostać odwrócone przez komórkową apa- a w drożdżowych  Sse1p i Sse2p [15,58,96,101]. Sse1p
raturę białkową, w skład której, oprócz Hsp70 i Hsp40, współdziała z drożdżowym ortologiem Hsp70 Ssa1p.
wchodzą również Hsp110. Powyższy system przywraca Sse1p funkcjonuje jako NEF, a zatem odpowiada za efek-
białkom natywną strukturę, na skutek czego powracają tywność procesu zastępowania ADP przez ATP oraz zwią-
one do rozpuszczalnej frakcji cytosolu. Efektywnie i spe- zanÄ… z tym dynamikÄ™ zmian konformacyjnych Hsp70
cyficznie likwiduje agregaty amorficzne i nieuporzÄ…d- (Ssa1p) w cyklu organizujÄ…cym strukturÄ™ przestrzennÄ…
kowane, chociaż pozostaje nieskuteczny wobec struktur substratu. Badania wykazały, że obie domeny Sse1p,
amyloidowych [80]. zarówno C-końcowa, jak i N-końcowa (o aktywności
ATPazy) warunkują pełnienie opisanej funkcji przez to
Hsp110 i Hsp70, współdziałając ze sobą, nadają prawi- białko. Przyłączenie ATP do domeny N-końcowej Sse1p
dłową strukturę przestrzenną białkom o budowie wie- pociąga za sobą konformacyjne zmiany, umożliwia-
lodomenowej. Niesfałdowane domeny mogą ze sobą jące związanie Sse1p ze wspomaganym Ssa1p. Znacze-
Ryc. 4. Mechanizm fałdowania białka z udziałem Hsp70 i Hsp110. (A) Niesfałdowane białko ma dwie domeny, z których jedna (domena A) zawiera zarówno element
wiążący Hsp70, jak i element wiążący Hsp110, a druga (domena B) tylko element wiążący Hsp70. (B) Z domeną A wiążą się dwa białka  Hsp70 i Hsp110,
a z domeną B tylko jedno  Hsp70. (C) Hsp110 i Hsp70 odłączają się wspólnie od domeny A. (D) Domena A uległa prawidłowemu sfałdowaniu, tymczasem
domena B pozostaje związana z Hsp70 (adaptacja własna wg [15])
800
Wyżewski Z. i wsp.  Współdziałanie białek szoku cieplnego...
nie domeny C-końcowej dla aktywności Sse1p pozostaje Apg-2, w przeciwieństwie do Hsp110 (Hsp105) i Apg-1,
niewyjaśnione. Badania wykazały, że Sse1p pozbawione nie jest indukowana cieplnie [95].
C-końcowej domeny na skutek delecji nie pełnią funkcji
czynnika wymiany nukleotydów. Aktywność NEF zostaje Hsp105ą pełni funkcję negatywnego regulatora cyklu
całkowicie utracona wraz z C-końcem Sse1p [15]. fałdowania z
le zwiniętych białek, zależnego od hydro-
lizy i wymiany ATP. Hsp105Ä… jest inhibitorem ATPazy
W sprzyjających warunkach środowiskowych, w komór- Hsp70, a w związku z tym supresorem aktywności opie-
kach drożdży Saccharomyces cerevisiae dominującym kuńczej Hsp70. Supresor zapobiega hydrolizie cząsteczki
homologiem Hsp110 jest Sse1p. Tymczasem synteza ATP, a przez to zmianom konformacyjnym białka opie-
Sse2p zostaje uruchomiona w odpowiedzi na czynniki kuńczego, których zajście doprowadziłoby do silniej-
stresowe. Jest indukowana w warunkach szoku ciepl- szego zwiÄ…zania substratu przez NBD i w konsekwencji
nego. Sse2p cechuje się wysoką stabilnością temperatu- jego rozwinięcia (ryc. 5). Zatem, Hsp105ą przerywa cykl
rową w porównaniu z Sse1p. W warunkach stresowych przemian prowadzących do prawidłowego sfałdowania
Sse2p zastępuje Sse1p w roli NEF [62]. zdenaturowanego białka [97].
Zbadany został wpływ zmian temperatury na poziom Hsp105ą jest konstytutywnie syntetyzowany w komórce,
transkrypcji genu apg-1, kodującego Apg-1. W komór- ale jego synteza wzrasta w warunkach stresowych.
kach rozrodczych myszy transkrypty były syntetyzo- W warunkach szoku cieplnego, wywołanego podnie-
wane w sposób ciÄ…gÅ‚y, co potwierdziÅ‚o przypuszczenie, sieniem temperatury do 42ºC nastÄ™puje alternatywne
że Apg-1 odgrywa istotnÄ… rolÄ™ w procesie spermatoge- skÅ‚adanie transkryptu (splicing) i synteza Hsp105ß (dru-
nezy. Badania na liniach komórek podporowych kana- giej izoformy Hsp105). Hsp105Ä… i Hsp105ß mogÄ… przejąć
lika nasiennego (komórek Sertolego) wykazały wpływ funkcję Hsp70 i zapobiegać gromadzeniu się w cytopla-
wzrostu temperatury otoczenia z 32 do 39ºC na trans- zmie agregatów zdenaturowanych biaÅ‚ek w warunkach
krypcję genu apg-1. Indukcja ekspresji nastąpiła po stresu wyrażonego istotnym spadkiem poziomu cytoso-
upływie dwóch godzin od chwili zadziałania stresu lowego ATP w komórce [97].
cieplnego. Profil transkrypcyjny w odpowiedzi na pod-
niesienie temperatury był podobny w przypadku bia- Pomiędzy domeną N-końcową i C-końcową obu postaci
Å‚ek Apg-1 i Hsp110 (Hsp105). Uruchomienie transkrypcji Hsp105 znajdujÄ… siÄ™ dwie struktury: ß-kartki i pÄ™tli.
genu apg-1 w powyższych warunkach wskazuje na jego Za pośrednictwem tej pierwszej Hsp105 wiąże zdena-
udział w odpowiedzi na stres cieplny [37]. W somatycz- turowane białka i zapobiega ich agregacji w cytosolu.
nych komórkach myszy transkrypcja genów kodujących Swoją funkcję pełni jednak przede wszystkim w warun-
Apg-1 i Hsp110 (Hsp105) jest uruchamiana w odpowiedzi kach wysokiego poziomu ADP i niskiego poziomu ATP
na wzrost temperatury od 32 do 39ºC. Natomiast synteza w komórce. Tymczasem aktywność opiekuÅ„cza Hsp70
Ryc. 5. Model regulacji systemu fałdowania białek przez Hsp105. Hsp70 związane z ADP wykazuje wysokie powinowactwo do substratu. Z udziałem NEF ADP zostaje
zastąpione przez ATP, co wywołuje zmiany konformacyjne Hsp70, skutkujące obniżeniem powinowactwa. Hsp105, hamując aktywność ATPazy Hsp70,
przeciwdziała hydrolitycznemu rozszczepieniu ATP i zamknięciu cyklu (adaptacja własna wg [97])
801
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; tom 68: 793-807
wobec zdenaturowanych białek jest obserwowana gany przez kanał z wykorzystaniem energii z hydrolizy
w warunkach przewagi ATP nad ADP [98]. ATP i ulega równoczesnemu rozwinięciu. Jego uwolnie-
nie również wymaga hydrolizy ATP. Liniowy polipeptyd
Hsp105ą działa jako inhibitor aktywności opiekuń- spontanicznie przyjmuje prawidłową strukturę prze-
czej Hsp70 wobec zdenaturowanych białek, hamując strzenną bądz
jego renaturacja zachodzi z udziałem bia-
aktywność ATPazy Hsp70. Powyższej supresji towarzy- łek opiekuńczych, wśród których może się znajdować
szy uruchomienie ATPazy Hsp105ą. Domena N-końcowa system Hsp70/Hsp40 (ryc. 6). Hsp70/Hsp40 ponadto
i C-koÅ„cowa, a także struktura ß-kartki wchodzÄ… w inter- współdziaÅ‚a z Hsp104, koordynujÄ…c proces hydrolizy
akcje z Hsp70. Wszystkie domeny Hsp70 biorą udział ATP w domenach AAA+ Hsp104 i tym samym uspraw-
w jego wiązaniu z Hsp105ą [97]. niając pozyskanie energii niezbędnej do rozpuszczania
wewnątrzkomórkowych agregatów [14,42].
WSPÓłDZIAłANIE HSP104 (HSP100) I HSP70/HSP40
W regulacji aktywności Hsp104 w procesie rozwijania
Hsp104 może zwiększyć przeżywalność drożdży nara- polipetydu istotną rolę odgrywa tylna pętla, umiejsco-
żonych na stresy środowiskowe, nawet 10000-krotnie wiona w strukturze Hsp104 pomiędzy helisą 1 i helisą 2
[60,79]. Drożdżowe Hsp104 pełni dwie zasadnicze funk- MD tego białka. Tylna pętla Hsp104 jest odpowiedzialna
cje w komórce. Po pierwsze, współdziała z Hsp70 i Hsp40 za wewnątrzcząsteczkowe oddziaływanie MD z NBD2.
w naprawie skutków stresu środowiskowego, na przy- Kontakt tych dwóch domen powoduje zahamowanie
kład temperaturowego przez rozpuszczenie agregatów aktywności Hsp104 w rozpuszczaniu agregatów białko-
białkowych o nieuporządkowanej, amorficznej struktu- wych. Natomiast, gdy MD i NBD2 oddalają się od siebie,
rze i przywrócenie właściwej struktury i funkcji tworzą- Hsp104 odzyskuje aktywność [12].
cym je białkom [11,19]. Badania wykazały, że N-końcowy
odcinek helisy 2 MD obejmujący 12 reszt aminokwaso- Hsp104 pełni również drugą zasadniczą funkcję. Ma
wych (477-488 aa) przejściowo wiąże Hsp70. Mutacja zdolność rozpuszczania stabilnych, uporządkowanych
powodująca zamianę trzech reszt lizyny w pozycjach włókien amyloidowych, wobec których inne Hsp oka-
480, 481 i 482 na reszty alaniny lub glutaminianu hamuje zują się nieskuteczne [80]. W komórkach drożdży odpo-
rozpuszczanie agregatów białkowych przez Hsp104 we wiada za dekompozycję fibrylli, tworzonych przez białka
współdziałaniu z Hsp70/Hsp40. System Hsp70/Hsp40, prionowe Sup35 i Ure2. Powyższa aktywność wymaga
współdziałając z Hsp104, łączy się z nim i prezentuje hydrolizy ATP, katalizowanej przez domeny ATPazowe
mu nieuporządkowane regiony wewnątrzkomórkowych Hsp104 [81]. Hsp104 specyficznie rozpoznaje strukturę
agregatów. Hsp104 wiąże nieustrukturyzowane pÄ™tle lub poprzecznej ²-kartki (stabilizujÄ…cÄ… włókno amyloidowe)
końce substratu, rozpoznając go. Związanie ATP w NBD i dokonuje jej demontażu [79].
stabilizuje heksamer i oddziaływania Hsp104 ze z
le zwi-
niętym polipeptydem. Hydroliza ATP zapoczątkowuje W związku z powyższym Hsp104 odgrywa istotną
zmiany struktury przestrzennej Hsp104, w wyniku któ- rolę w dziedziczeniu fenotypu prionowego u drożdży.
rych pętle z zachowaną ewolucyjnie resztą tyrozynową W komórkach Saccharomyces cerevisiae białko Sup35
przemieszczają się i zaczynają bezpośrednio oddziały- ulega konformacyjnym zmianom do prionowej postaci
wać z polipeptydem. Nieuporządkowane regiony, roz- [PSI+]. Zarówno niedobór, jak i nadmiar Hsp104 unie-
poznawane przez Hsp104, zostają wprowadzone do możliwia efektywne przekazanie prionów do komórek
centralnego kanału jako pierwsze. Substrat jest przecią- potomnych. Niski poziom Hsp104 wiąże się z powstawa-
Ryc. 6. Współdziałanie Hsp104 z systemem Hsp70/Hsp40 w rozpuszczaniu agregatu białkowego. (A) Hsp70/Hsp40 łączy się z Hsp104 i prezentuje mu
nieuporządkowany fragment agregatu. ATP wiąże się z NBD. (B) Polipeptyd jest ekstrahowany z agregatu i przeciągany przez centralny kanał heksameru
Hsp104 z wykorzystaniem energii z hydrolizy ATP, ulegając przy tym rozwinięciu. (C) Rozwinięty substrat jest uwalniany z kanału. (D) Uwolniony polipeptyd
przyjmuje prawidłową strukturę przestrzenną (adaptacja własna wg [14])
802
Wyżewski Z. i wsp.  Współdziałanie białek szoku cieplnego...
niem wielkich agregatów (włókien) Sup35. W tej postaci Hsp90 organizuje strukturę przestrzenną białek we
Sup35 nie może być skutecznie przekazywane do komó- współdziałaniu z Hsp70 i Hsp40. Tworzy z nimi złożone
rek potomnych. W warunkach fizjologicznych Hsp104 kompleksy odpowiedzialne za nadawanie prawidłowej
rozbija włókna Sup35 na mniejsze, oligomeryczne struk- struktury przestrzennej wielu białkom sygnałowym
tury, wykorzystując energię z hydrolizy ATP. Zostają i receptorom dla hormonów steroidowych. Hsp90
przy tym wyeksponowane  zakaz
ne końcówki fibryli, i Hsp70 łączą się z cząsteczką Hop (Hsc/Hsp90-organi-
rekrutujące rozpuszczalne Sup35 do agregatu. Zgod- zing protein) i za jej pośrednictwem wiążą się ze sobą.
nie z modelem polimeryzacji, włączenie Sup35 w struk- Hop jest białkiem, zawierającym motywy (powtórze-
turę włókna wymusza zmianę struktury przestrzennej nia) TPR (tetratrico peptide repeats), z których każdy
tego białka na prionową. Z kolei nadmiar Hsp104 może składa się z 34 reszt aminokwasowych. Z nich są utwo-
spowodować zbyt intensywną fragmentację agregatów rzone domeny TPR [103]. N-końcowa domena TPR1 Hop
i usunięcie  zakaz
nych końcówek [84]. wiąże się z motywem EEDV na C-końcu Hsp70. Centralna
domena TPR2 natomiast Å‚Ä…czy siÄ™ z miejscem akcepto-
U Metazoa Hsp104 nie występuje, chociaż badania labo- rowym na C-końcowej domenie Hsp90. W ten sposób
ratoryjne prowadzone na modelu zwierzęcym wykazały powstaje kompleks Hsp90-Hop-Hsp70/Hsp40. Hsp40
skuteczność Hsp104 (obcego pochodzenia) w rozpusz- pełni kluczową funkcję w tworzeniu kompleksu, przygo-
czaniu włókien amyloidowych występujących u ssaków. towując Hsp70 do związania z Hop. Hsp40 przyspiesza
Badano wpływ Hsp104 na agregaty obecne w komór- hydrolizę ATP związanego z domeną NBD białka Hsp70,
kach nerwowych osobników dotkniętych chorobą Par- które w następstwie ulega konformacyjnym zmianom.
kinsona, zbudowane z niewielkiego, presynaptycznego Struktura przestrzenna Hsp70-ADP sprzyja jego Å‚Ä…czeniu
białka  ą-synukleiny [45], która wykazuje tendencję z Hop [28].
do agregacji w perikarionach neuronów [9,38,51,77].
Wewnątrzkomórkowe wtręty ą-synukleiny, zwane Model opisujący współdziałanie Hsp70 i Hsp90 w reor-
ciałkami Lewy ego, są trudno rozpuszczalne i bardzo ganizacji struktury przestrzennej z
le zwiniętego poli-
stabilne [10,69,77]. Dużą trwałość zawdzięczają tzw. kon- peptydu zakłada, że substrat jest w pierwszej kolejności
formacji poprzecznej ² (cross-²) [54,55,80]. rozpoznawany i wiÄ…zany przez system Hsp70/Hsp40.
Powstały kompleks łączy się z Hsp90 za pośrednictwem
Hsp70 i Hsp40 mają ograniczoną zdolność do rozpusz- Hop. NBD obu cząsteczek Hsp90 wiążą ATP. Krótki frag-
czania dobrze uformowanych agregatów białkowych. ment NBD  tzw.  pokrywka , przemieszcza się i zamyka
Komórki ssaków nie mają białek homologicznych do kieszeń wiążącą ATP, inicjując konformacyjne zmiany,
Hsp104, a pytanie, czy wykształciły mechanizmy przy- umożliwiające zamknięcie  molekularnych kleszczy
wracania zagregowanym białkom natywnej struktury w dalszym etapie cyklu. Białka zawierające domeny TPR,
i właściwej funkcji, pozostaje otwarte [45,53]. takie jak PPIazy: białka wiążące FK506 (FK506 binding
protein, FKBP) 4 lub 5, wiążą się z kolejnym miejscem
Przeprowadzono eksperyment na szczurach transfor- akceptorowym Hsp90. Hydroliza ATP w NBD pociÄ…ga
mowanych wektorem lentiwirusowym, niosÄ…cym gen za sobÄ… zmianÄ™ struktury przestrzennej Hsp90. NTD
kodujący Hsp104. W próbach in vitro z wykorzysta- przemieszczają się ruchem obrotowym naprzeciw MD
niem oczyszczonych białek, Hsp104 zapobiegało two- sąsiedniej cząsteczki Hsp90: struktura dimeru skręca się
rzeniu się agregatów amyloidowych nawet wówczas, i zamyka, a stabilność kompleksu  obniża. Hop, wraz
gdy ą-synukleina 400-krotnie przewyższała poziomem z systemem Hsp70/Hsp40, odłącza się od Hsp90. Z dime-
powyższe białko opiekuńcze. Badania in vivo wykazały, rem wiążą się dwie cząsteczki p23, które stabilizują
że synteza Hsp104 powoduje znaczącą redukcję zmian kompleks Hsp90 z substratem. W tej konfiguracji poli-
neurodegeneracyjnych. Hsp104 reorganizuje toksyczne peptyd przyjmuje prawidłową strukturę przestrzenną.
oligomery preamyloidowe, wykazuje ponadto aktyw- W wyniku zmian konformacyjnych zapoczÄ…tkowanych
ność dekompozycyjną względem dojrzałych włókien hydrolizą ATP, NTD cząsteczek Hsp90 oddalają się od sie-
amyloidowych. W eksperymencie sprawdzono również bie. Struktura przestrzenna się otwiera, a ADP i właści-
czy Hsp70 i Hsp40 mogą wspomagać Hsp104 w dekompo- wie zwinięte białko zostają uwolnione z NTD [44].
zycji włókien ą-synukleinowych. Hsp70 we współdziała-
niu z Hsp40, ale bez udziału Hsp104, jest niezdolne do jej WSPÓłDZIAłANIE HSP60 I HSP10
przeprowadzenia. Natomiast, w wyniku współdziałania
Hsp70 i Hsp40 z Hsp104, poziom dekompozycji włókien Hsp60 jest białkiem opiekuńczym o wysokim stopniu
ą-synukleinowych jest wyższy, niż za sprawą aktywności homologii do bakteryjnego białka GroEL, a Hsp10  do
samego Hsp104 [45]. GroES. GroEL jest oligomerem, zbudowanym z dwóch
heptamerycznych pierścieni, które łącząc się ze sobą,
WSPÓłDZIAłANIE HSP90 I HSP70/HSP40 tworzą kompleks przypominający kształtem baryłkę,
z dwoma centralnymi wgłębieniami na biegunach.
Działanie Hsp90 w komórce powoduje złagodzenie skut- Każda z czternastu podjednostek GroEL ma masę ok.
ków mutacji genetycznych. Hsp90 kontroluje zwijanie 60 kDa. GroES również jest oligomerem. Siedem 10 kDa
polipeptydów o sekwencji aminokwasowej zmienionej podjednostek układa się w heptameryczny pierścień
na skutek mutacji [67]. [31,66,68,94,100]. Polipeptyd umiejscawia się we wgłę-
803
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; tom 68: 793-807
bieniu GroEL i przywiera do wewnętrznej powierzchni zarysie zbliżony do tego, który przebiega w komór-
pierścienia cis kompleksu w jego rejonach hydrofobo- kach bakteryjnych przy współdziałaniu GroEL z GroES.
wych. Kontynuacja procesu, prowadzącego do zwinięcia Istotna różnica dotyczy zdarzeń poprzedzających
substratu, wymaga obecności ATP, które wiąże się z pier- uwalnianie zwiniętego substratu i kofaktora z tetra-
ścieniem cis oligomeru GroEL, co pociąga za sobą zmiany dekameru. W przypadku kompleksu Hsp60/Hsp10
jego struktury przestrzennej, przygotowujÄ…ce kom- zachodzi ono spontanicznie po hydrolizie ATP w pier-
pleks do związania kofaktora. GroES wiąże się z domeną ścieniu cis, nie jest natomiast poprzedzone związa-
wierzchołkową GroEL, zamykając polipeptyd we wgłę- niem ATP z pierścieniem trans. Dwupierścieniowość
bieniu i wywołując kolejne zmiany konformacyjne. nie jest kluczowa dla funkcjonalności systemu Hsp60/
60 kDa monomery się skręcają, a wgłębienie wydłuża. Hsp10: wykazano, że Hsp60 może pełnić swoją funkcję
Miejsca hydrofilowe odsłaniają się i eksponują na jego  we współdziałaniu z Hsp10  jako struktura jedno-
wewnętrznej powierzchni. Polipeptyd odrywa się od pierścieniowa. Natomiast GroEL/GroES musi zawierać
ściany wgłębienia, ale pozostaje zamknięty we wnętrzu dwa pierścienie, by jego elementy odgrywały rolę bia-
kompleksu, gdzie panuje środowisko sprzyjające jego łek opiekuńczych [56,59].
poprawnemu zwijaniu. Następnie kofaktor GroES i pra-
widłowo uformowany substrat muszą zostać uwolnione PODSUMOWANIE
z GroEL. Sprzyja temu hydroliza jednej czÄ…steczki ATP
w pierścieniu cis i  w dalszej kolejności  związanie dru- Białka szoku cieplnego, należące do różnych rodzin,
giej z pierścieniem trans oligomeru. Cykl zwijania pepty- współdziałają ze sobą jako białka opiekuńcze i kofak-
dów jest zatem ściśle związany z ATP [24,30,59]. tory w procesach zwijania nowo zsyntetyzowanych
łańcuchów polipeptydowych lub rozpuszczania agrega-
Mitochondrialne Hsp60, podobnie jak jego homolog tów zdenaturowanych białek. Współdziałanie Hsp jest
 GroES, tworzy kompleks złożony z czternastu pod- istotne w takich procesach, jak translacja, translokacja
jednostek, układających się w dwa pierścienie, każdy i degradacja białek w komórce. Kompleksy różnych bia-
zawierający po siedem monomerów. Kompletna struk- łek opiekuńczych odpowiadają za poprawne zwijanie
tura ma kształt baryłki z dwoma dużymi wgłębieniami polipeptydów o niewłaściwej sekwencji aminokwasowej
(ryc. 3). Hsp10 łączy się z domeną wierzchołkową Hsp60 (będącej skutkiem mutacji genetycznych). Współdzia-
za pośrednictwem ruchomej pętli. Dopiero w kompleksie łanie Hsp jest również istotne w procesie fałdowania
Hsp60/Hsp10/nukleotyd, pętla zostaje unieruchomiona. białek wielodomenowych. Wykazano i opisano współ-
Jej strukturalna elastyczność reguluje powinowactwo działanie białek szoku cieplnego między: Hsp70 i Hsp40,
Hsp10 do Hsp60 w cyklu zwiÄ…zanym ze zwijaniem poli- Hsp110 i Hsp70, Hsp104 i Hsp70/Hsp40, Hsp90 i Hsp70/
peptydów [41,59,66]. Hsp40 oraz Hsp60 i Hsp10. Hsp, ze względu na istotność
funkcji, jaką pełnią w komórce, są zachowane na każdym
Mechanizm zwijania polipeptydów zachodzący etapie filogenezy istot żywych i oporne na zmiany ewo-
z udziałem kompleksu Hsp60/Hsp10, jest w ogólnym lucyjne.
PIśMIENNICTWO
[1] Ahmad A., Bhattacharya A., McDonald R.A., Cordes M., Ellington cario A.J.: Hsp60 and human aging: Les liaisons dangereuses. Front.
B., Bertelsen E.B., Zuiderweg E.R.: Heat shock protein 70 kDa chap- Biosci., 2013; 18: 626-637
erone/DnaJ cochaperone complex employs an unusual dynamic
[8] Chen G., Bradford W.D., Seidel C.W., Li R.: Hsp90 stress potentiates
interface. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2011; 108: 18966-18971
rapid cellular adaptation through induction of aneuploidy. Nature,
[2] Barends T.R., Werbeck N.D., Reinstein J.: Disaggregases in 4 di- 2012; 482: 246-250
mensions. Curr. Opin. Struct. Biol., 2010; 20: 46-53
[9] Chen L., Feany M.B.: Alpha-synuclein phosphorylation control
neurotoxicity and inclusion formation in a Drosophila model of Par-
[3] Bertelsen E.B., Chang L., Gestwicki J.E., Zuiderweg E.R.: Solution
kinson disease. Nat. Neurosci., 2005; 8: 657-663
conformation of wild-type E. coli Hsp70 (DnaK) chaperone complexed
with ADP and substrate. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2009; 106: 8471-8476
[10] Conway K.A., Lee S.J, Rochet J.C., Ding T.T., Williamson R.E.,
Lansbury P.T.Jr.: Acceleration of oligomerization, not fibrillization,
[4] Borges J.C., Seraphim T.V., Mokry D.Z., Almeida F.C., Cyr D.M.,
is a shared property of both Ä…-synuclein mutations linked to early-
Ramos C.H.: Identification of regions involved in substrate binding
onset Parkinson s disease: Implications for pathogenesis and ther-
and dimer stabilization within the central domains of yeast Hsp40
apy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000; 97: 571-576
Sis1. PLoS One, 2012; 7: 1-15
[11] DeSantis M.E., Shorter J.: The elusive middle domain of Hsp104
[5] Bosl B., Grimminger V., Walter S.: The molecular chaperone
and ClpB: Location and function. Biochim. Biophys. Acta, 2012; 1823:
Hsp104  a molecular machine for protein disaggregation. J. Struct.
29-39
Biol., 2006; 156: 139-148
[12] DeSantis M.E., Sweeny E.A., Snead D., Leung E.H., Go M.S., Gup-
[6] Bukau B., Weissman J., Horwich A.: Molecular chaperones and
ta K., Wendler P., Shorter J.: Conserved distal loop residues in the
protein quality control. Cell, 2006; 125: 443-451
Hsp104 and ClpB middle domain contact nucleotide-binding do-
[7] Cappello F., Conway de Macario E., Marino Gammazza A., Bo- main 2 and enable Hsp70-dependent protein disaggregation. J. Biol.
naventura G., Carini F., Czarnecka A.M., Farina F., Zummo G., Ma- Chem., 2014; 289: 848-867
804
Wyżewski Z. i wsp.  Współdziałanie białek szoku cieplnego...
[13] Dobson C.M.: Protein folding and misfolding. Nature, 2003; 426: hypoxia induces Hsp40-mediated nuclear import of type 3 deiodi-
884-890 nase as an adaptive mechanism to reduce cellular metabolism. J.
Neurosci., 2012; 32: 8491-8500
[14] Doyle S.M., Wickner S.: Hsp104 and ClpB: protein disaggregat-
ing machines. Trends Biochem. Sci., 2009; 34: 40-48 [35] Kabani M., Beckerich J., Brodsky J.L.: The yeast Sls1p and Fes1p
proteins define a new family of Hsp70 nucleotide exchange factors.
[15] Dragovic Z., Broadley S.A., Shomura Y., Bracher A., Hartl F.U.:
Curr. Genom., 2003; 4: 263-273
Molecular chaperones of the Hsp110 family act as nucleotide ex-
change factors of Hsp70s. EMBO J., 2006; 25: 2519-2528 [36] Kampinga H.H., Craig E.A.: The HSP70 chaperone machinery: J
proteins as drivers of functional specficity. Nat. Rev. Mol. Cell Biol.,
[16] Easton D.P., Kaneko Y., Subjeck J.R.: The Hsp110 and Grp170
2010; 11: 579-592
stress proteins: newly recognized relatives of the Hsp70s. Cell Stress
Chaperones, 2000; 5: 276-290 [37] Kaneko Y., Nishiyama H., Nonoguchi K., Higashitsuji H., Kishi-
shita M., Fujita J.: A novel hsp110-related gene, apg-1, that is abun-
[17] Erzberger J.P., Berger J.M.: Evolutionary relationships and struc-
dantly expressed in the testis responds to a low temperature heat
tural mechanisms of AAA+ proteins. Annu. Rev. Biophys. Biomol.
shock rather than the traditional elevated temperatures. J. Biol.
Struct., 2006; 35: 93-114
Chem., 1997; 272: 2640-2645
[18] Garnier C., Lafitte D., Tsvetkov P.O., Barbier P., Leclerc-Devin J.,
[38] Kayed R., Head E., Thompson J.L., McIntire T.M., Milton S.C., Cotman
Millot J.M., Briand C., Makarov A.A., Catelli M.G., Peyrot V.: Binding
C.W., Glabe C.G.: Common structure of soluble amyloid oligomers im-
of ATP to heat shock protein 90: evidence for an ATP-binding site
plies common mechanism of pathogenesis. Science, 2003; 300: 486-489
in the C-terminal domain. J. Biol. Chem., 2002; 277: 12208-12214
[39] Kityk R., Kopp J., Sinning I., Mayer M.P.: Structure and dyna-
[19] Glover J.R., Lindquist S.: Hsp104, Hsp70, and Hsp40: a novel chaperone
mics of the ATP bound open conformation of Hsp70 chaperones.
system that rescues previously aggregated proteins. Cell, 1998; 94: 73-82
Mol. Cell, 2012; 48: 863-874
[20] Grimminger-Marquardt V., Lashuel H.A.: Structure and func-
[40] Kregel K.C.: Heat shock proteins: modifying factors in physiolo-
tion of the molecular chaperone Hsp104 from yeast. Biopolymers,
gical stress responses and acquired thermotolerance. J. Appl. Phy-
2010; 93: 252-276
siol., 2002; 92: 2177-2186
[21] Gupta R.S.: Evolution of the chaperonin families (Hsp60, Hsp10
[41] Landry S.J., Taher A., Georgopoulos C., Van der Vies S.M.: Inter-
and Tcp-1) of proteins and the origin of eukaryotic cells. Mol. Mi-
play of structure and disorder in cochaperonin mobile loops. Proc.
crobiol., 1995; 15: 1-11
Natl. Acad. Sci. USA, 1996; 93: 11622-11627
[22] Han W., Christen P.: Mechanism of the targeting action of DnaJ
[42] Lee J., Kim J.H., Biter A.B., Sielaff B., Lee S., Tsai F.T.: Heat shock
in the DnaK molecular chaperone system. J. Biol. Chem., 2003; 278:
protein (Hsp)70 is an activator of the Hsp104 motor. Proc. Natl. Acad.
19038-19043
Sci. USA, 2013, 110: 8513-8518
[23] Hanson P.I., Whiteheart S.W.: AAA+ proteins: have engine, will
[43] Levy-Rimler G., Bell R.E., Ben-Tal N., Azem A.: Type I chapero-
work. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2005; 6: 519-529
nins: not all are created equal. FEBS Lett., 2002; 529: 1-5
[24] Hartl F.U., Bracher A., Hayer-Hartl M.: Molecular chaperones in
[44] Li J., Buchner J.: Structure, function and regulation of the hsp90
protein folding and proteostasis. Nature, 2011; 475: 324-332
machinery. Biomed. J., 2013; 36: 106-117
[25] Hartl F.U., Hayer-Hartl M.: Converging concepts of protein fold-
[45] Lo Bianco C., Shorter J., Régulier E., Lashuel H., Iwatsubo T., Lin-
ing in vitro and in vivo. Nat. Struct. Mol. Biol., 2009; 16: 574-581
dquist S., Aebischer P.: Hsp104 antagonizes Ä…-synuclein aggregation
and reduces dopaminergic degeneration in a rat model of Parkinson
[26] Haslbeck M., Franzmann T., Weinfurtner D., Buchner J.: Some
disease. J. Clin. Invest., 2008; 118: 3087-3097
like it hot: the structure and function of small heat-shock proteins.
Nat. Struct. Mol. Biol., 2005; 12: 842-846
[46] Makhnevych T., Houry W.A.: The control of spindle length by Hsp70
and Hsp110 molecular chaperones. FEBS Lett., 2013; 587: 1067-1072
[27] Hennessy F., Nicoll W.S., Zimmermann R., Cheetham M.E., Blatch
G.L.: Not all J domains are created equal: implications for the speci-
[47] Malinovska L., Kroschwald S., Munder M.C., Richter D., Alberti S.:
ficity of Hsp40-Hsp70 interactions. Protein Sci., 2005; 14: 1697-1709
Molecular chaperones and stress-inducible protein-sorting factors
[28] Hernandez M.P., Sullivan W.P., Toft D.O.: The assembly and inter- coordinate the spatiotemporal distribution of protein aggregates.
molecular properties of the hsp70-Hop-hsp90 molecular chaperone Mol. Biol. Cell, 2012; 23: 3041-3056
complex. J. Biol. Chem., 2002; 277: 38294-38304
[48] Mayer M.P., Bukau B.: Hsp70 chaperones: cellular functions and
[29] Hong S.W., Vierling E.: Mutants of Arabidopsis thaliana defecti- molecular mechanism. Cell. Mol. Life Sci., 2005; 62: 670 684
ve in the acquisition of tolerance to high temperature stress. Proc.
[49] McLaughlin K., Carr V.B., Iqbal M., Seago J., Lefevre E.A., Robin-
Natl. Acad. Sci. USA, 2000; 97: 4392-4397
son L., Prentice H., Charleston B.: Hsp110-mediated enhancement
[30] Horwich A.L., Farr G.W., Fenton W.A.: GroEL-GroES-mediated of CD4+ T cell responses to the envelope glycoprotein of members
protein folding. Chem. Rev., 2006; 106: 1917-1930 of the family Flaviviridae in vitro does not occur in vivo. Clin. Vaccine
Immunol., 2011; 18: 311-317
[31] Itoh H., Komatsuda A., Ohtani H., Wakui H., Imai H., Sawada K.,
Otaka M., Ogura M., Suzuki A., Hamada F.: Mammalian HSP60 is qu- [50] Misselwitz B., Staeck O., Rapoport T.A.: J proteins catalytically
ickly sorted into the mitochondria under conditions of dehydration. activate Hsp70 molecules to trap a wide range of peptide sequences.
Eur. J. Biochem., 2002; 269: 5931-5938 Mol. Cell, 1998; 2: 593-603
[32] Jia H., Halilou A.I., Hu L., Cai W., Liu J., Huang B.: Heat shock pro- [51] Moore D.J., West A.B., Dawson, V.L., Dawson T.M.: Molecular
tein 10 (Hsp10) in immune-related diseases: one coin, two sides. Int. pathophysiology of Parkinson s disease. Annu. Rev. Neurosci., 2005;
J. Biochem. Mol. Biol., 2011; 2: 47-57 28: 57-87
[33] Jiang J., Maes E.G., Taylor A.B., Wang L., Hinck A.P., Lafer E.M., [52] Moro F., Fernandez V., Muga A.: Interdomain interaction thro-
Sousa R.: Structural basis of J cochaperone binding and regulation ugh helices A and B of DnaK peptide binding domain. FEBS Lett.,
of Hsp70. Mol. Cell., 2007; 28: 422-433 2003; 533: 119-123
[34] Jo S., Kalló I., Bardóczi Z., Arrojo e Drigo R., Zeöld A., Liposits Z., [53] Mosser D.D., Ho S., Glover, J.R.: Saccharomyces cerevisiae Hsp104
Oliva A., Lemmon V.P., Bixby J.L., Gereben B., Bianco A.C.: Neuronal enhances the chaperone capacity of human cells and inhibits heat
805
Postepy Hig Med Dosw (online), 2014; tom 68: 793-807
stress-induced proapoptotic signaling. Biochemistry, 2004; 43: 8107- [73] Schumacher R.J., Hansen W.J., Freeman B.C., Alnemri E., Litwack
8115 G., Toft D.O.: Cooperative action of Hsp70, Hsp90, and DnaJ proteins
in protein renaturation. Biochemistry, 1996; 35: 14889-14898
[54] Nelson R., Eisenberg D.: Structural models of amyloid-like fibrils.
[74] Sekhar A., Lam H.N., Cavagnero S.: Protein folding rates and
Adv. Protein Chem., 2006; 73: 235-282
thermodynamic stability are key determinants for interaction with
[55] Nelson R., Sawaya M.R., Balbirnie M., Madsen A.Ø., Riekel C.,
the Hsp70 chaperone system. Protein Sci., 2012; 21: 1489-1502
Grothe R., Eisenberg D.: Structure of the cross-² spine of amyloid-
[75] Shaner L., Morano K.A.: All in the family: atypical Hsp70 chap-
-like fibrils. Nature, 2005; 435: 773-778
erones are conserved modulators of Hsp70 activity. Cell Stress Chap-
[56] Nielsen K.L., Cowan N.J.: A single ring is sufficient for produc-
erones, 2007; 12: 1-8
tive chaperonin mediated folding in vivo. Mol. Cell, 1998; 2: 93-99
[76] Sharma D., Stanley R.F., Masison D.C.: Curing of yeast [URE3]
[57] Ogura T., Whiteheart S.W., Wilkinson A.J.: Conserved arginine
prion by the Hsp40 cochaperone Ydj1p is mediated by Hsp70. Ge-
residues implicated in ATP hydrolysis, nucleotide-sensing, and in- netics, 2009; 181: 129-137
ter-subunit interactions in AAA and AAA+ ATPases. J. Struct. Biol.,
[77] Sharon R., Bar-Joseph I., Frosch M.P., Walsh D.M., Hamilton J.A.,
2004; 146: 106-112
Selkoe D.J.: The formation of highly soluble oligomers of alpha-
[58] Okui M., Ito F., Ogita K., Kuramoto N., Kudoh J., Shimizu N., Ide
synuclein is regulated by fatty acids and enhanced in Parkinson s
T.: Expression of APG-2 protein, a member of the heat shock protein disease. Neuron, 2003; 37: 583-595
110 family, in developing rat brain. Neurochem. Int., 2000; 36: 35-43
[78] Shomura Y., Dragovic Z., Chang H.C., Tzvetkov N., Young J.C.,
[59] Parnas A., Nisemblat S., Weiss C., Levy-Rimler G., Pri-Or A., Zor Brodsky J.L., Guerriero V., Hartl F.U., Bracher A.: Regulation of Hsp70
T., Lund P.A., Bross P, Azem A.: Identification of elements that dic- function by HspBP1: Structural analysis reveals an alternate mecha-
tate the specificity of mitochondrial Hsp60 for its co-chaperonin. nism for Hsp70 nucleotide exchange. Mol. Cell, 2005; 17: 367-379
PLoS One, 2012; 7: 1-14
[79] Shorter J.: Hsp104: a weapon to combat diverse neurodegenera-
[60] Parsell D.A., Kowal A.S., Singer M.A., Lindquist S.: Protein di- tive disorders. Neurosignals, 2008; 16: 63-74
saggregation mediated by heat-shock protein Hsp104. Nature, 1994;
[80] Shorter J.: The mammalian disaggregase machinery: Hsp110
372: 475-478
synergizes with Hsp70 and Hsp40 to catalyze protein disaggrega-
tion and reactivation in a cell-free system. PLoS One, 2011; 6: 1-12
[61] Pearl L.H., Prodromou C.: Structure and in vivo function of
Hsp90. Curr. Opin. Struct. Biol., 2000; 10: 46-51
[81] Shorter J., Lindquist S.: Prions as adaptive conduits of memory
and inheritance. Nat. Rev. Genet., 2005; 6: 435-450
[62] Polier S., Hartl F.U., Bracher A.: Interaction of the Hsp110 mo-
lecular chaperones from S. cerevisiae with substrate protein. J. Mol.
[82] Silflow C.D., Sun X., Haas N.A., Foley J.W., Lefebvre P.A.: The
Biol., 2010; 401: 696-707
Hsp70 and Hsp40 chaperones influence microtubule stability in
Chlamydomonas. Genetics, 2011; 189: 1249-1260
[63] Prodromou C., Panaretou B., Chohan S., Siligardi G., O Brien R.,
Ladbury J.E., Roe S.M., Piper P.W., Pearl L.H.: The ATPase cycle of
[83] Sousa R., Jiang J., Lafer E.M., Hinck A.P., Wang L., Taylor A.B.,
Hsp90 drives a molecular  clamp via transient dimerization of the
Maes E.G.: Evaluation of competing J domain Hsp70 complex mod-
N-terminal domains. EMBO J., 2000; 19: 4383-4392
els in light of existing mutational and NMR data. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 2012; 109: E734
[64] Qiu X.B., Shao Y.M., Miao S., Wang L.: The diversity of the DNA
J/Hsp40 family, the crucial partners for Hsp70 chaperones. Cell. Mol.
[84] Tessarz P., Mogk A., Bukau B.: Substrate threading through the cen-
Life Sci., 2006; 63: 2560-2570
tral pore of the Hsp104 chaperone as a common mechanism for protein
disaggregation and prion propagation. Mol. Microbiol., 2008; 68: 87-97
[65] Queitsch C., Hong S.W., Vierling E., Lindquist S.: Heat shock
protein 101 plays a crucial role in thermotolerance in Arabidopsis.
[85] Thompson A.D., Bernard S.M., Skiniotis G., and Gestwicki J.E.:
Plant Cell, 2000; 12: 479-492
Visualization and functional analysis of the oligomeric states of
Escherichia coli heat shock protein 70 (Hsp70/DnaK). Cell Stress Chap-
[66] Ranford J.C., Coates A.R., Henderson B.: The chaperonins are
erones, 2012; 17: 313-327
cell-signalling proteins: the unfolding biology of molecular chape-
ronins. Expert Rev. Mol. Med., 2000; 2: 1-17
[86] Tkach J.M., Glover J.R.: Amino acid substitutions in the C-ter-
minal AAA+ module of Hsp104 prevent substrate recognition by dis-
[67] Rutherford S.L.: Between genotype and phenotype: protein cha-
rupting oligomerization and cause high temperature inactivation.
perones and evolvability. Nat. Rev. Genet., 2003; 4: 263-274
J. Biol. Chem., 2004; 279: 35692-35701
[68] Saibil H.R., Ranson N.A.: The chaperonin folding machine.
[87] Turturici G., Sconzo G., Geraci F.: Hsp70 and its molecular role in
Trends Biochem. Sci., 2002; 27: 627-632
nervous system diseases. Biochem. Res. Int., 2011; 2011: 1-18
[69] Sawaya M.R., Sambashivan S., Nelson R., Ivanova M.I., Sievers
[88] Wall D., Żylicz M., Georgopoulos C.: The NH2-terminal 108 amino
S.A., Apostol M.I., Thompson M.J., Balbirnie M., Wiltzius J.J., McFar-
acids of the Escherichia coli DnaJ protein stimulate the ATPase activ-
lane H.T., Madsen A.Ø., Riekel C., Eisenberg D.: Atomic structures
ity of DnaK and are sufficient for lambda replication. J. Biol. Chem.,
of amyloid cross-beta spines reveal varied steric zippers. Nature,
1994; 269: 5446-5451
2007; 447: 453-457
[89] Walsh P., Bursać D., Law Y.C., Cyr D., Lithgow T.: The J-protein
[70] Scheibel T., Siegmund H.I., Jaenicke R., Ganz P., Lilie H., Bu-
family: modulating protein assembly, disassembly and translocation.
chner J.: The charged region of Hsp90 modulates the function
EMBO Rep., 2004; 5: 567-571
of the N-terminal domain. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1999; 96:
[90] Waters E.R., Aevermann B.D., Sanders-Reed Z.: Comparative
1297-1302
analysis of the small heat shock proteins in three angiosperm ge-
[71] Scheibel T., Weikl T., Buchner J.: Two chaperone sites in Hsp90
nomes identifies new subfamilies and reveals diverse evolutionary
differing in substrate specificity and ATP dependence. Proc. Natl.
patterns. Cell Stress Chaperones., 2008; 13: 127-142
Acad. Sci. USA, 1998; 95: 1495-1499
[91] Wendler P., Shorter J., Plisson C., Cashikar A.G., Lindquist S., Saibil
[72] Schlecht R., Erbse A.H., Bukau B., Mayer M.P.: Mechanics of Hsp70 H.R.: Atypical AAA+ subunit packing creates an expanded cavity for
chaperones enables differential interaction with client proteins. Nat. disaggregation by the protein-remodeling factor Hsp104. Cell, 2007;
Struct. Mol. Biol., 2011; 18: 345-351 131: 1366-1377
806
Wyżewski Z. i wsp.  Współdziałanie białek szoku cieplnego...
[92] Wittung-Stafshede P., Guidry J., Horne B.E., Landry S.J.: The [100] Yan X., Hu S., Guan Y.X., Yao S.J.: Coexpression of chaperonin
J-domain of Hsp40 couples ATP hydrolysis to substrate capture in
GroEL/GroES markedly enhanced soluble and functional expression
Hsp70. Biochemistry, 2003; 42: 4937-4944
of recombinant human interferon-gamma in Escherichia coli. Appl.
Microbiol. Biotechnol., 2012; 93: 1065-1074
[93] Wu X., Zhang Y., Yin Y., Yuan Z., Yu H., Wu Z., Wu G.: Roles of
heat-shock protein 70 in protecting against intestinal mucosal dam-
[101] Yoneyama M., Iwamoto N., Nagashima R., Sugiyama C., Kawa-
age. Front. Biosci., 2013; 18: 356-365
da K., Kuramoto N., Shuto M., Ogita K.: Altered expression of heat
[94] Xu Z., Rye H.S., Burston S.G., Fenton W.A., Beechem J.M. Sigler
shock protein 110 family members in mouse hippocampal neurons
P.B., Horwich A.L.: Distinct actions of cis and trans ATP within the
following trimethyltin treatment in vivo and in vitro. Neurophar-
double ring of the chaperonin GroEL. Nature, 1997; 388: 792-798
macology, 2008; 55: 693-703
[95] Xue J.H., Fukuyama H., Nonoguchi K., Kaneko Y., Kido T., Fu-
[102] Young J.C, Obermann W.M, Hartl F.U.: Specific binding of tet-
kumoto M., Fujibayashi Y., Itoh K., Fujita J.: Induction of Apg-1,
ratricopeptide repeat proteins to the C-terminal 12-kDa domain of
a member of the heat shock protein 110 family, following tran-
Hsp90. J. Biol. Chem., 1998; 273: 18007-18010
sient forebrain ischemia in the rat brain. Biochem. Biophys. Res.
Commun., 1998; 247: 796-801
[103] Zhao R., Davey M., Hsu Y.C., Kaplanek P., Tong A., Parsons A.B.,
[96] Yam A.Y., Albanese V., Lin H.T., Frydman J.: HSP110 cooperates
Krogan N., Cagney G., Mai D., Greenblatt J., Boone C., Emili A., Houry
with different cytosolic HSP70 systems in a pathway for de novo
W.A.: Navigating the chaperone network: An integrative map of
folding. J. Biol. Chem., 2005; 280: 41252-41261
physical and genetic interactions mediated by the Hsp90 chaper-
one. Cell, 2005; 120: 715-727
[97] Yamagishi N., Ishihara K., Hatayama T.: Hsp105Ä… suppresses
Hsc70 chaperone activity by inhibiting Hsc70 ATPase activity. J. Biol.
[104] Żylicz M., King F.W., Wawrzynow A.: Hsp70 interactions with
Chem., 2004; 279: 41727-41733
the p53 tumour suppressor protein. EMBO J., 2001; 20: 4634-4638
[98] Yamagishi N., Ishihara K., Saito Y., Hatayama T.: Hsp105 but
not Hsp70 family proteins suppress the aggregation of heat-dena- [105] Żylicz M., Wawrzynow A.: Insights into the function of Hsp70
tured protein in the presence of ADP. FEBS Lett., 2003; 555: 390-396
chaperones. IUBMB Life, 2001; 51: 283-287
[99] Yan J., Garza A.G., Bradley M.D., Welch R.D.: A Clp/Hsp100 chap-
erone functions in Myxococcus xanthus sporulation and self-organi-
zation. J. Bacteriol., 2012; 194: 1689-1696 Autorzy deklarują brak potencjalnych konfliktów interesów.
807