Chaperone Hannes Hauswedell

Einleitung "Chaparone" kommt aus dem Englischen und steht für "Anstandsdame". Anstandsdamen waren Frauen, die junge (unverheiratete) Damen in der Gesellschaft begleitet haben um sicherzustellen, dass diese sich nicht "unsittlich" verhalten. Die Funktion von Chaperonen in der Biochemie ist ganz ähnlich: Chaperone sind Proteine, die die Entwicklung - genauergesagt die Faltung - anderer Proteine überwachen und regulieren. Chaperone 1 =

Allgemeines über Chaperone: ●Alle Chaperone unterstützen die Proteinfaltung oder machen diese erst möglich. Einige Chaperone haben aber auch ganz andere Funktionen. ●Die meisten Chaperone sind sog. Heat Shock Proteins, d.h. sie werden vermehrt exprimiert wenn die Zelle sich in einem Stresszustand (wie z.B. bei erhöhter Temperatur) befindet. Dies ist sinnvoll, da die Proteinfaltung in Stresszuständen noch schwieriger ist. ●Chaperone (aber nicht alle Chaperone-Familien) exisitieren in allen Lebensformen, also in Eukarya, Bacteria und Archaea. ●Alle Chaperone verbrauchen während ihrer "Arbeit" ATP.Chaperone 2

Es gibt vier unterschiedliche Chaperone-Familien: １． Hsp60 Chaperonine １． Hsp70 Chaperone １． Hsp90 Chaperone １． Hsp100 ChaperoneChaperone 3

1. Hsp60 Chaperonine: Bactaria: GroEL, essentiell, gut erforscht Archaea: Thermosome, wenig erforscht Eukarya: Hsp60 oder TRiC, wahrscheinlich essentiellChaperone 4 GroELGroEL - oben GroEL/GroES GroEL/GroES - oben

E.-Colis Hsp60: GroEL GroEL ist das am besten untersuchte Chaperonin. Es existiert in einem Komplex aus 14 identischen Untereinheiten, die zwei Ringe bilden. Der Komplex enthält noch ein zweites Protein, ein sog. Cochaperonin, das Hsp10, welches die beiden Ringe auf einer Seite wie ein Deckel abschließt. Das Hsp10 von E.-Coli heißt GroES.Chaperone 5 Der GroEL/GroES-Komplex

Aber wie funktioniert der GroEL/GroES-Komplex? Die wichtigste Funktion des Komplexes ist das Protein von anderen Faktoren abzuschirmen damit es sich "in Ruhe" falten kann. Der Komplex trägt jedoch auch aktiv dazu bei, dass Regionen auf der Polypeptidkette "sich finden". Dies passiert einerseits dadurch, dass der Raum in dem Komplex kleiner ist und sich so auch weit-entfernte Teile der Polypeptidkette mit geringerem Entropieverlust näher kommen. Andererseits kann der Komplex unter ATP-Verbrauch seine Konformation ändern, so dass bestimmte Bereiche des Inneren ihre Hydrophobizität ändern und sich dadurch andere Bereiche der Polypeptidkette zusammenlagern.Chaperone 6 Der Gesamtprozess

Die Chaperonine der Eukarya und der Archaea Insgesamt weiß man relativ wenig über die anderen Chaperonine. Das Chaperonin der Archaea heißt Thermosome. Das Chaperonin der Eukarya heißt TRiC (TCP-1 Ring Complex). TRiC besteht aus mehreren Ringen, die jeweils aus 8 ähnlichen, aber unterschiedlichen Untereinheiten bestehen. TRiC benötigt kein Cochaperonin, denn es bildet seinen eigenen "Deckel" der für seine Funktion essentiell ist. Es gibt mindestens zwei unterschiedliche Hsp60 in Eukarya, ein cytosolisches Hsp60 und ein mitochondriales. Beide sind auch am Transport von Proteinen in und aus dem Mitochondrium beteiligt.Chaperone 7

2. Hsp70 Chaperone: Bacteria: nur ein Hsp70 DnaK Einige Archaea bilden ein Hsp70 aus, das fast identisch ist zu DnaK, andere Archaea bilden kein Hsp70 aus. Eukarya bilden mehrere unterschiedliche Hsp70 aus: ●Hsc70/Hsp73: wird permanent in der Zelle ausgebildet und macht 1%- 3% der Gesamtproteinmenge in einer Zelle aus. ●Hsp70/Hsp72: wird unter Stress, wie Wärme oder pH-Wert- Änderungen in der Zelle ausgebildet. ●BiP/Grp78: befindet sich im ER und unterstützt dort die Proteinfaltung. Wird unter Stress vermehrt exprimiert. ●mtHsp70/Grp75: ein mitochondriales Chaperone.Chaperone 8

Hsp70 sind wesentlich kleiner (~70kDa) als die großen Chaperonin- Komplexe. Sie binden in großer Zahl direkt an die Polypeptidkette und verhindern so erstmal die Faltung. Wenn das Protein bzw. die Polypeptidkette vollst. synthetisiert ist, dissoziert Hsp70 wieder, so dass sich das Protein entweder alleine falten kann oder von einem anderen Chaperone oder Chaperonin "aufgenommen" wird. Es gibt auch Hsp70 die als Transmembrantransportproteine fungieren.Chaperone 9

Wie funktioniert das? Hsp70 liegen normalerweise in einem ATP-gebunden Status vor, auch wenn die ATPase-Aktivität niedrig ist. Substrat-bindende Domänen der Hsp70 binden dann an Hydrophobe Bereiche der aus dem Ribosom naszierenden Polypeptidketten. Durch die Bindung wird eine erhöhte ATPase-Aktivität ausgelöst, die eine Konformationsänderung zur Folge hat: das Hsp70 schließt sich wie eine Klammer um die die Polypeptidkette. Es gibt auch Cochaperone aus der Hsp40-Familie, die an Hsp70 binden und die ATPase-Atkivität erhörhen. Ist die Polypeptidkette vollst. synthetisiert, wird durch Signalfaktoren wie BAG-1 und HspBP1 eine Öffnung von Hsp70 induziert und die Polypeptikette freigesetzt.Chaperone 10 Hsp70 -offen Hsp70 - geschlossen

3. Hsp90 Chaperone Bacteria: HtpG, nur in Stresszuständen essentiell. Archaea: garkein Hsp90. Eukarya: Hsp90, immer essentiell.Chaperone 11 Hsp90

Funktion von Hsp90 Hsp90 ist in seiner Funktion als Chaperone sehr ähnlich zu Hsp70. Tatsächlich bildet es unter Einfluss von dem Protein HOP mit Hsp70 (und Hsp40) einen gemeinsamen Multichaperonkomplex, der z.B für die korrekte Faltung von p53 essentiell ist. Hsp90 spielt außerdem eine wichtige Rolle in der Zelle, da S27, eins der wichtigsten Proteasome instabil ist und permanent von Hsp90 "repariert" werden muss. Auf der anderen Seite hat man festgestellt, dass Hsp90 in seiner Funktion Krebszellen temporär zu stabilisieren, die Protease dieser verhindert und das Krebswachstum so fördert. Aktuelle Untersuchungen haben gezeigt, dass man durch Geldanamycin - einen Hsp90-ATP-Binding-Site-Inhibitor - das Krebswachstum um bis zu 50% reduzieren kann.Chaperone 11

4. Hsp100 Chaperone Hsp100 existieren in Bacteria und Eukarya und unterscheiden sich von anderen Chaperonen darin, dass sie nicht neuen Proteinen beim Falten helfen, sondern bereits "fertige" falsch-gefaltete Proteine erkennen und entfalten können. Es gibt zwei Gruppen: ●Hsp104, Hsp101, ClpB... können die Proteine nach dem Entfalten mit Hilfe von anderen Chaperonen, wieder neufalten. ●ClpA, ClpX, BAP... bilden einen Komplex mit der Protease ClpP und zerschneiden das Protein nach dem Entfalten.Chaperone 12

Chaperone Quellen: Lodish - Molekulare Zellbiologie Noch Fragen? © Hannes Hauswedell 2007, Copyleft: creativecommons-attribution-sharealike hergestellt mit KPresenter aus dem KOffice-Paket