HSP60 - HSP60

Familia de chaperonina TCP-1 / cpn60
PDB 1grl EBI.jpg
Estructura de la chaperonina bacteriana GroEL.
Identificadores
Símbolo Cpn60_TCP1
Pfam PF00118
InterPro IPR002423
PROSITE PDOC00610
Alcance 1grl / SUPFAM

Las proteínas de choque térmico son generalmente responsables de prevenir el daño a las proteínas en respuesta a altos niveles de calor. Las proteínas de choque térmico se clasifican en seis familias principales según su masa molecular: HSP pequeñas , HSP40 , HSP60 , HSP70 , HSP90 y HSP110

HSP60 está implicado en la importación de proteínas mitocondriales y el ensamblaje macromolecular. Puede facilitar el plegado correcto de proteínas importadas y también puede prevenir el plegado incorrecto y promover el plegado y ensamblaje adecuado de polipéptidos desplegados generados en condiciones de estrés en la matriz mitocondrial. HSP60 interactúa con HRAS y con la proteína X del VHB y la proteína p40tax del HTLV-1. HSP60 pertenece a la familia de las chaperoninas (HSP60). Nota: esta descripción puede incluir información de UniProtKB.

Nombres alternativos: chaperonina de 60 kDa, chaperonina 60, CPN60, proteína de choque térmico 60, HSP-60, HuCHA60, proteína de matriz mitocondrial P1, proteína de linfocitos P60, HSPD1

La proteína de choque térmico 60 (HSP60) es una chaperonina mitocondrial que normalmente se considera responsable del transporte y replegamiento de proteínas desde el citoplasma a la matriz mitocondrial . Además de su papel como proteína de choque térmico, HSP60 funciona como chaperonina para ayudar a plegar cadenas lineales de aminoácidos en su estructura tridimensional respectiva. A través del extenso estudio de groEL , el homólogo bacteriano de HSP60, HSP60 se ha considerado esencial en la síntesis y transporte de proteínas mitocondriales esenciales desde el citoplasma de la célula a la matriz mitocondrial. Otros estudios han relacionado HSP60 con diabetes , respuesta al estrés , cáncer y ciertos tipos de trastornos inmunológicos .

Descubrimiento

No se sabe mucho sobre la función de HSP60. La HSP60 de mamífero se informó por primera vez como una proteína P1 mitocondrial. Posteriormente fue clonado y secuenciado por Radhey Gupta y sus compañeros de trabajo. La secuencia de aminoácidos mostró una fuerte homología con GroEL . Inicialmente se creyó que HSP60 funcionaba solo en las mitocondrias y que no había una proteína equivalente ubicada en el citoplasma . Descubrimientos recientes han desacreditado esta afirmación y han sugerido que existe una diferencia reconocible entre HSP60 en las mitocondrias y en el citoplasma. Existe una estructura proteica similar en el cloroplasto de ciertas plantas. Esta presencia de proteínas proporciona evidencia de la relación evolutiva del desarrollo de las mitocondrias y el cloroplasto por medio de la endosimbiosis .

Estructura

En condiciones fisiológicas normales, HSP60 es un oligómero de 60 kilodaltons compuesto por monómeros que forman un complejo dispuesto como dos anillos heptaméricos apilados. Esta estructura de doble anillo forma una gran cavidad central en la que la proteína desplegada se une a través de interacciones hidrofóbicas . Esta estructura está típicamente en equilibrio con cada uno de sus componentes individuales: monómeros, heptámeros y tetradeceámeros. Estudios recientes han comenzado a sugerir que, además de su ubicación típica en las mitocondrias, HSP60 también se puede encontrar en el citoplasma en condiciones fisiológicas normales.

Cada subunidad de HSP60 tiene tres dominios : el dominio apical, el dominio ecuatorial y el dominio intermedio. El dominio ecuatorial contiene el sitio de unión para ATP y para el otro anillo heptámero. El dominio intermedio une el dominio ecuatorial y el dominio apical. El dominio intermedio induce un cambio conformacional cuando se une ATP permitiendo una alternancia entre los sitios de unión del sustrato hidrófilo e hidrófobo . En su estado inactivo, la proteína se encuentra en un estado hidrofóbico. Cuando es activado por ATP, el dominio intermedio sufre un cambio conformacional que expone la región hidrofílica. Esto asegura la fidelidad en la unión a proteínas. La chaperonina 10 ayuda a HSP60 a plegarse actuando como una cubierta en forma de cúpula sobre la forma activa ATP de HSP60. Esto hace que la cavidad central se agrande y ayuda al plegamiento de proteínas. Consulte la figura anterior para obtener más detalles sobre la estructura.

Se usó un anticuerpo monoclonal contra HSP60 para teñir células HeLa humanas cultivadas en cultivo de tejidos. El anticuerpo revela las mitocondrias celulares en rojo. La señal azul se debe a un tinte de unión al ADN que revela los núcleos celulares. Imagen y tinción de anticuerpos cortesía de EnCor Biotechnology Inc.
Secuencia estructural y de aminoácidos de la proteína HSP60.

La secuencia de HSP60 mitocondrial contiene una serie de repeticiones G en el C-terminal . La estructura y función de esta secuencia no se conocen del todo. El N-terminal contiene una secuencia previa de aminoácidos hidroxilados , a saber, arginina , lisina , serina y treonina , que sirven como directores para la importación de la proteína a las mitocondrias.

La estructura prevista de HSP60 incluye varias ondas sinusoidales verticales , hélices alfa , láminas beta y giros de 90 grados. Hay regiones de hidrofobicidad donde presumiblemente la proteína se extiende por la membrana . También hay tres sitios de glicosilación ligados a N en las posiciones 104, 230, 436. La secuencia y estructura secundaria de la proteína mitocondrial se ilustran en la imagen anterior obtenida del Protein Data Bank.

La información más reciente ha comenzado a sugerir que la HSP60 que se encuentra en las mitocondrias difiere de la del citoplasma. Con respecto a la secuencia de aminoácidos, la HSP60 citoplásmica tiene una secuencia N-terminal que no se encuentra en la proteína mitocondrial. En el análisis de electroforesis en gel , se encontraron diferencias significativas en la migración de HSP60 citoplasmático y mitocondrial. La HSP60 citoplásmica contiene una secuencia señal de 26 aminoácidos en el extremo N. Esta secuencia es muy degenerada y es capaz de plegarse en una hélice anfifílica . Los anticuerpos contra HSP60 se dirigieron tanto a la forma mitocondrial como citoplasmática. No obstante, los anticuerpos contra la secuencia señal se dirigieron únicamente a la forma citoplásmica. En condiciones fisiológicas normales, ambos se encuentran en concentraciones relativamente iguales. En momentos de estrés o alta necesidad de HSP60 en el citoplasma o en las mitocondrias, la célula es capaz de compensar aumentando la presencia de HSP60 en un compartimento y disminuyendo su concentración en el compartimento opuesto.

Función

Común

Las proteínas de choque térmico se encuentran entre las proteínas más conservadas evolutivamente . La homología funcional, estructural y secuencial significativa entre HSP60 y su homólogo procariótico, groEL, demuestra este nivel de conservación. Además, la secuencia de aminoácidos de HSP60 tiene una similitud con su homólogo en plantas , bacterias y humanos . Las proteínas de choque térmico son las principales responsables de mantener la integridad de las proteínas celulares, especialmente en respuesta a los cambios ambientales. Las tensiones como la temperatura, el desequilibrio de concentración, el cambio de pH y las toxinas pueden inducir proteínas de choque térmico para mantener la conformación de las proteínas de la célula. HSP60 ayuda a mantener el plegado y la conformación de aproximadamente el 15-30% de todas las proteínas celulares. Además del papel típico de HSP60 como proteína de choque térmico, los estudios han demostrado que HSP60 juega un papel importante en el transporte y mantenimiento de proteínas mitocondriales, así como en la transmisión y replicación del ADN mitocondrial .

Transporte de proteínas mitocondriales

HSP60 posee dos responsabilidades principales con respecto al transporte de proteínas mitocondriales. Funciona para catalizar el plegamiento de proteínas destinadas a la matriz y mantiene las proteínas en un estado desplegado para su transporte a través de la membrana interna de las mitocondrias. Muchas proteínas se dirigen al procesamiento en la matriz de las mitocondrias, pero luego se exportan rápidamente a otras partes de la célula. La porción hidrófoba HSP60 es responsable de mantener la conformación desplegada de la proteína para el transporte transmembrana. Los estudios han demostrado cómo HSP60 se une a las proteínas entrantes e induce cambios conformacionales y estructurales. Los cambios posteriores en las concentraciones de ATP hidrolizan los enlaces entre la proteína y HSP60, lo que le indica a la proteína que salga de las mitocondrias. HSP60 también es capaz de distinguir entre proteínas destinadas a la exportación y proteínas destinadas a permanecer en la matriz mitocondrial buscando una hélice alfa anfifílica de 15-20 residuos. La existencia de esta secuencia indica que la proteína debe exportarse, mientras que la ausencia indica que la proteína debe permanecer en la mitocondria. El mecanismo preciso aún no se comprende del todo.

Metabolismo del ADN

Además de su papel fundamental en el plegamiento de proteínas, HSP60 participa en la replicación y transmisión del ADN mitocondrial . En estudios extensos de la actividad de HSP60 en Saccharomyces cerevisiae , los científicos han propuesto que HSP60 se une preferentemente a la hebra de ADN de plantilla monocatenaria en un complejo tipo tetradecámero ADN. Los estudios mutagénicos han respaldado aún más la participación reguladora de HSP60 en la replicación y transmisión del ADN mitocondrial. Las mutaciones en HSP60 aumentan los niveles de ADN mitocondrial y dan como resultado defectos de transmisión posteriores.

HSP60 citoplasmático vs mitocondrial

Además de las diferencias estructurales ya ilustradas entre HSP60 citoplasmático y mitocondrial, existen marcadas diferencias funcionales. Los estudios han sugerido que HSP60 juega un papel clave en la prevención de la apoptosis en el citoplasma. La HSP60 citoplásmica forma un complejo con proteínas responsables de la apoptosis y regula la actividad de estas proteínas. La versión citoplasmática también participa en la respuesta inmunitaria y el cáncer . Estos dos aspectos se desarrollarán más adelante. Investigaciones extremadamente recientes han comenzado a sugerir una correlación reguladora entre HSP60 y la enzima glucolítica 6 -fosfofructoquinasa-1 . Aunque no se dispone de mucha información, las concentraciones citoplásmicas de HSP60 han influido en la expresión de 6-fosfofructoquinasa en la glucólisis . A pesar de estas marcadas diferencias entre la forma citoplasmática y mitocondrial, el análisis experimental ha demostrado que la célula es capaz de mover rápidamente HSP60 citoplásmica hacia la mitocondria si las condiciones ambientales exigen una mayor presencia de HSP60 mitocondrial.

Síntesis y ensamblaje

La HSP60 se encuentra típicamente en las mitocondrias y se ha encontrado en orgánulos de origen endosimbiótico. Los monómeros HSP60 forman dos anillos heptaméricos que se unen a la superficie de proteínas lineales y catalizan su plegamiento en un proceso dependiente de ATP. Las subunidades de HSP60 están codificadas por genes nucleares y se traducen en el citosol. Estas subunidades luego se mueven hacia las mitocondrias donde son procesadas por otras moléculas HSP60. Varios estudios han demostrado cómo las proteínas HSP60 deben estar presentes en las mitocondrias para la síntesis y ensamblaje de componentes adicionales de HSP60. Existe una correlación positiva directa entre la presencia de proteínas HSP60 en las mitocondrias y la producción de complejos proteicos HSP60 adicionales.

La cinética de ensamblaje de las subunidades HSP60 en los anillos 2-heptaméricos toma dos minutos. La siguiente HSP60 resistente a proteasas se forma en un tiempo medio de 5 a 10 minutos. Esta rápida síntesis indica que existe una interacción dependiente de ATP en la que el complejo HSP60 formado estabiliza el intermedio del complejo de ensamblaje HSP60, sirviendo eficazmente como catalizador. La necesidad de HSP60 preexistente para sintetizar moléculas de HSP60 adicionales apoya la teoría endosimbiótica del origen de las mitocondrias . Debe haber habido una proteína homóloga procariota rudimentaria que era capaz de un autoensamblaje similar.

Papel inmunológico

Como se discutió anteriormente, HSP60 generalmente se conoce como una chaperonina que ayuda en el plegamiento de proteínas en las mitocondrias. Sin embargo, algunas investigaciones nuevas han indicado que HSP60 posiblemente desempeña un papel en una respuesta inmune de "cascada de señales de peligro" . También existe una creciente evidencia de que juega un papel en las enfermedades autoinmunes .

La infección y la enfermedad son extremadamente estresantes para la célula. Cuando una célula está bajo estrés, naturalmente aumenta la producción de proteínas de estrés, incluidas las proteínas de choque térmico como HSP60. Para que HSP60 actúe como señal, debe estar presente en el entorno extracelular . En una investigación reciente “ha surgido que ... la chaperonina 60 se puede encontrar en la superficie de varias células procariotas y eucariotas , e incluso se puede liberar de las células”. Según investigaciones recientes, se utilizan muchos tipos diferentes de proteínas de choque térmico en la señalización de la respuesta inmune , pero parece que diferentes proteínas actúan y responden de manera diferente a otras moléculas de señalización. Se ha demostrado que HSP60 se libera de células específicas como las células mononucleares de sangre periférica (PBMC) cuando hay lipopolisacáridos (LPS) o GroEL presentes. Esto sugiere que la célula tiene diferentes receptores y respuestas a HSP60 humana y bacteriana. Además, se ha demostrado que HSP60 tiene la capacidad "de activar monocitos , macrófagos y células dendríticas ... y también de inducir la secreción de una amplia gama de citocinas ". El hecho de que HSP60 responda a otras moléculas de señal como LPS o GroEL y tenga la capacidad de activar ciertos tipos de células apoya la idea de que HSP60 es parte de una cascada de señales de peligro que participa en la activación de una respuesta inmune.

Sin embargo, hay un giro en el papel inmunológico de HSP60. Como se mencionó anteriormente, hay dos tipos diferentes de proteínas HSP60, bacterianas y de mamíferos. Dado que son muy similares en secuencia, no se esperaría que la HSP60 bacteriana provocara una gran respuesta inmune en humanos. El sistema inmunológico está “diseñado para ignorar el 'yo', es decir, los componentes del huésped; sin embargo, paradójicamente, este no es el caso de las chaperoninas ”. Se ha encontrado que existen muchos anticuerpos anti-chaperonina y están asociados con muchas enfermedades autoinmunes. Según Ranford, et al. Se han realizado experimentos que han demostrado que los anticuerpos que son "generados por un huésped humano después de la exposición a las proteínas de la chaperonina 60 bacteriana" pueden reaccionar de forma cruzada con las proteínas de la chaperonina 60 humana. La HSP60 bacteriana está haciendo que el sistema inmunológico cree anticuerpos anti-chaperonina, aunque la HSP60 bacteriana y humana tiene secuencias de proteínas similares. Estos nuevos anticuerpos luego reconocen y atacan a la HSP60 humana, que causa una enfermedad autoinmune. Esto sugiere que HSP60 puede desempeñar un papel en la autoinmunidad , sin embargo, es necesario realizar más investigaciones para descubrir más completamente su papel en esta enfermedad.

Respuesta al estrés

Se ha demostrado que la HSP60, como proteína mitocondrial, también participa en la respuesta al estrés. La respuesta al choque térmico es un mecanismo homeostático que protege a una célula del daño regulando al alza la expresión de genes que codifican HSP60. La regulación al alza de la producción de HSP60 permite el mantenimiento de otros procesos celulares que ocurren en la célula, especialmente durante tiempos de estrés. En un experimento, los investigadores trataron a varios ratones con L-DOPA y descubrieron una regulación positiva significativa de la expresión de HSP60 en las mitocondrias y la expresión de HSP70 en el citoplasma. Los investigadores concluyeron que la vía de la señal de choque térmico sirve como "el mecanismo básico de defensa contra la neurotoxicidad provocada por las especies de oxígeno y nitrógeno de radicales libres producidas en el envejecimiento y los trastornos neurodegenerativos". Varios estudios han demostrado que HSP60 y otras proteínas de choque térmico son necesarias para la supervivencia celular en circunstancias tóxicas o estresantes.

Relación con el cáncer

Tinción inmunohistoquímica de carcinoma de mama humano incluido en parafina utilizando anti-Hsp60 RabMAb. Haga clic en la imagen para ver la fuente. http://www.epitomics.com/images/products/1777IHC.jpg

La Hsp60 humana, producto del gen HSPD1, es una chaperonina mitocondrial del Grupo I, relacionada filogenéticamente con GroEL bacteriano. Recientemente, se ha informado de la presencia de Hsp60 fuera de las mitocondrias y fuera de la célula, por ejemplo, en la sangre circulante [1], [2]. Aunque se supone que la molécula extramitocondrial de Hsp60 es idéntica a la mitocondrial, esto aún no se ha dilucidado por completo. A pesar de la creciente cantidad de evidencias experimentales que muestran Hsp60 fuera de la célula, aún no está claro cuán general es este proceso y cuáles son los mecanismos responsables de la translocación de Hsp60 fuera de la célula. Ninguna de estas preguntas ha recibido una respuesta definitiva, mientras que existe alguna información sobre la Hsp70 extracelular. Esta chaperona también fue considerada clásicamente como una proteína intracelular como Hsp60, pero en los últimos años evidencias considerables mostraron su residencia pericelular y extracelular.

Se ha demostrado que HSP60 influye en la apoptosis en células tumorales , lo que parece estar asociado con un cambio en los niveles de expresión. Existe cierta inconsistencia en que algunas investigaciones muestran una expresión positiva, mientras que otras investigaciones muestran una expresión negativa, y parece depender del tipo de cáncer. Existen diferentes hipótesis para explicar los efectos de la expresión positiva frente a la negativa. La expresión positiva parece inhibir la " muerte celular apoptótica y necrótica " mientras que se cree que la expresión negativa juega un papel "en la activación de la apoptosis".

Además de influir en la apoptosis, se ha demostrado que los cambios de HSP60 en el nivel de expresión son "nuevos biomarcadores útiles para fines de diagnóstico y pronóstico". Según Lebret et al., Una pérdida de expresión de HSP60 "indica un mal pronóstico y el riesgo de desarrollar infiltración tumoral" específicamente con carcinomas de vejiga , pero eso no es necesariamente cierto para otros tipos de cánceres. Por ejemplo, la investigación de tumores de ovario ha demostrado que la sobreexpresión se correlaciona con un mejor pronóstico, mientras que una expresión disminuida se correlaciona con un tumor agresivo. Toda esta investigación indica que es posible que la expresión de HSP60 se utilice para predecir la supervivencia de ciertos tipos de cáncer y, por lo tanto, se pueda identificar a los pacientes que podrían beneficiarse de ciertos tratamientos.

Referencias

enlaces externos