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| TCP-1/cpn60 シャペロニンファミリー | |||||||||||
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 細菌シャペロニンGroELの構造。[1] | |||||||||||
| 識別子 | |||||||||||
| シンボル | Cpn60_TCP1 | ||||||||||
| パム | PF00118 | ||||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||||
| プロサイト | PDOC00610 | ||||||||||
| キャス | 5GW5 | ||||||||||
| SCOP2 | 1grl / スコープ / SUPFAM | ||||||||||
| 医療機器 | cd00309 | ||||||||||
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HSP60はシャペロニン（Cpn ）としても知られ、もともと60kDaの分子量によって分類された熱ショックタンパク質のファミリーです。タンパク質の折り畳みを補助することで、高温などのストレスの多い状況でタンパク質のミスフォールディングを防ぎます。HSP60は、分子シャペロンと呼ばれる、タンパク質の折り畳みを補助する分子の大きなクラスに属します。[2] [3]
新しく作られたタンパク質は通常、アミノ酸の直鎖から三次元の三次構造に折り畳まれなければならない。タンパク質を折り畳むエネルギーは、各タンパク質のアミノ酸側鎖間の非共有結合相互作用と溶媒効果によって供給される。ほとんどのタンパク質は、最も安定した三次元構造に自発的に折り畳まれ、通常はそれが機能的構造でもあるが、タンパク質が誤って折り畳まれることがある。分子シャペロンは、アデノシン三リン酸（ ATP）の加水分解によって供給されるエネルギーを利用して、誤って折り畳まれたタンパク質の部分的な展開を加速することにより、タンパク質の再折り畳みを触媒する。シャペロニンタンパク質は、誤って折り畳まれたタンパク質を分解対象としてタグ付けすることもある。[3]
構造
これらのシャペロニンの構造は、2つのドーナツが重なり合って樽を形成しているような形をしています。各リングは、シャペロニンが見つかる生物に応じて、7、8、または9個のサブユニットで構成されています。約60kDaのペプチド鎖は、それぞれ頂端、中間、赤道の3つのドメインに分けられます。[4]
元々のシャペロニンはペルオキシレドキシンから進化したと考えられている。[5]
分類
グループI
グループIシャペロニン（Cpn60）[a]は細菌だけでなく、共生生物起源の細胞小器官である葉緑体やミトコンドリアにも見られます。
大腸菌の GroEL/GroES 複合体はグループ I シャペロニンであり、最もよく特徴付けられた大型 (約 1 MDa) シャペロニン複合体です。
- GroEL は、開口部に脂っこい疎水性パッチを備えた 14 量体の二重環であり、サイズが 15～60 kDa の基質のネイティブな折り畳みに対応できます。
- GroESは、ATP または ADP-AlF 3などの ATP 加水分解の遷移状態類似体の存在下で GroEL に結合する単環式ヘプタマーです。GroEL (箱/ボトル) を覆うカバーのようなものです。
GroEL/GroESはタンパク質凝集体を元に戻すことはできないかもしれないが、運動学的にはミスフォールディングと凝集の経路で競合し、凝集体の形成を防ぐ。[6]
Cpn60サブファミリーは1988年に発見されました。[7] 1992年に配列が決定されました。cpn10とcpn60オリゴマーも相互作用して機能的な複合体を形成するためにMg 2+ -ATPを必要とします。 [8] cpn10がcpn60に結合すると、cpn60の弱いATPase活性が阻害されます。[9]
RuBisCOサブユニット結合タンパク質はこのファミリーの一員である。[10]大腸菌GroELの結晶構造は2.8Åまで解像されている。[ 11]
一部の細菌は、おそらく異なるペプチドのためにこのシャペロニンの複数のコピーを使用しています。[4]
グループ II
真核生物の 細胞質と古細菌に見られるグループ II シャペロニン (TCP-1) は、あまり特徴づけられていません。
- 古細菌の複合体はサーモソームと呼ばれる。一部の古細菌ではホモ16量体であり、典型的なII型シャペロニンと考えられている。[b]
- 真核生物のシャペロニンであるTRiC は、8 つの異なるが関連のあるサブユニットの 2 つのリングで構成されており、各サブユニットは 8 員環ごとに 1 つずつ表されると考えられています。TRiC は当初、細胞骨格タンパク質のアクチンとチューブリンのみを折り畳むと考えられていましたが、現在では数十の基質を折り畳むことが知られています。
メタノコッカス・マリパルディスのシャペロニン（Mm cpn）は、16個の同一サブユニット（リングあたり8個）で構成されています。ミトコンドリアタンパク質ロダネーゼを折り畳むことが示されていますが、天然の基質はまだ特定されていません。 [13]
グループ II シャペロニンは、基質を折り畳むために GroES 型補因子を利用しないと考えられています。代わりに、基質を包み込むために ATP 依存的に閉じる「組み込み」の蓋が含まれています。このプロセスは、最適なタンパク質折り畳み活性に必要です。また、基質の移動を助けるコシャペロンであるプレフォールディンと相互作用します。[3]
その他の家族
グループIIIにはグループIIに関連する細菌Cpnがいくつか含まれる。それらは蓋を持っているが、蓋の開閉は非協力的である。それらはグループIIの古代の親戚であると考えられている。[3] [4]
ELファージ由来のグループIシャペロニンgp146は蓋を使わず、そのドーナツ型インターフェースはグループIIに似ている。これは別の古代のシャペロニンのタイプを表しているのかもしれない。[14]
作用機序
シャペロニンは、ATP の酵素加水分解と基質タンパク質およびコシャペロニン (GroES など) の結合により、折り畳み反応中に大きな構造変化を起こします。これらの構造変化により、シャペロニンは折り畳まれていない、または誤って折り畳まれたタンパク質に結合し、そのタンパク質を 2 つのリングによって形成された空洞の 1 つに包み込み、タンパク質を溶液に戻します。放出されると、基質タンパク質は折り畳まれるか、またはさらに折り畳みの繰り返しが必要になります。その場合、再びシャペロニンに結合できます。
シャペロニンが基質タンパク質の折り畳みを促進する正確なメカニズムは不明である。さまざまな実験技術による最近の分析によると、GroELに結合した基質タンパク質は、安定した三次相互作用を欠くコンパクトで局所的に拡張した状態の集合体を形成している。[15]シャペロニンの作用に関するモデルが数多く提案されているが、一般的にはシャペロニン内部の2つの（相互排他的ではない）役割、すなわち受動的役割と能動的役割に焦点が当てられている。受動的モデルはシャペロニンケージを不活性な形態として扱い、タンパク質基質がアクセス可能なコンフォメーション空間を縮小するか、凝集防止などにより分子間相互作用を防ぐことで影響を及ぼしている。[16]能動的なシャペロニンの役割は、シャペロニンのコンフォメーション再配置と結びついている可能性のある特定のシャペロニン-基質相互作用に関与している。[17] [18] [19]
シャペロニンの活性役割の最も一般的なモデルは、反復アニーリング機構（IAM）であり、これはタンパク質基質とシャペロニンの反復的かつ疎水性結合の効果に焦点を当てています。計算シミュレーション研究によると、IAMは基質を誤って折り畳まれた構造から展開することによってより生産的な折り畳みを導きます[19]、または折り畳み経路を変更することによってタンパク質のミスフォールディングを防止します。[17]
構造的および機能的相同性の保存
前述のように、すべての細胞にはシャペロニンが含まれています。
- 細菌では、大腸菌由来のよく特徴付けられたシャペロニンGroELが原型です。
- 古細菌では、シャペロニンはサーモソームと呼ばれます。
- 真核生物では、細胞質シャペロニンは CCT ( TRiCとも呼ばれる) と呼ばれます。
これらのタンパク質複合体は、大腸菌、サッカロミセス・セレビシエ、高等真核生物の生命にとって不可欠であると考えられる。真核生物、細菌、古細菌のシャペロニンには違いがあるが、一般的な構造とメカニズムは保存されている。[3]
バクテリオファージT4の形態形成
バクテリオファージT4の遺伝子産物31（gp31）は、バクテリオファージの形態形成に必要なタンパク質であり、バクテリオファージ構造に組み込まれるのではなく、触媒として作用する。 [20]バクテリオファージT4の宿主は大腸菌である。バクテリオファージがコードするgp31タンパク質は、大腸菌コシャペロニンタンパク質GroESと相同性があり、感染中にファージT4ウイルス粒子の組み立てにおいてGroESの代わりに機能することができる。[21] GroESと同様に、gp31はGroELシャペロニン と安定した複合体を形成し、これはバクテリオファージT4の主要カプシドタンパク質gp23の生体内での折り畳みと組み立てに絶対に必要である。 [21]
ファージが独自のGroESホモログを必要とする主な理由は、gp23タンパク質が従来のGroESケージに収まらないほど大きいためです。gp31はより長いループを持ち、より高いコンテナを形成します。[22]
臨床的意義
ヒトGroELはレジオネラ病患者の免疫優位抗原であり[10] 、マクロファージ内の酸素ラジカルからレジオネラ菌を保護する役割を果たしていると考えられています。この仮説は、cpn60遺伝子が酸素ラジカルの供給源である過酸化水素に反応してアップレギュレーションされるという発見に基づいています。cpn60は多くの細菌種で強い抗原性を示すこともわかっており[23]、無関係な細菌感染に対する免疫防御を誘導する可能性があります。
例
このドメインを含むタンパク質をコードするヒト遺伝子には以下のものがあります。
- 掲示板10
- CCT1; CCT2 ; CCT3 ; CCT4 ; CCT5 ; CCT6A ; CCT6B ; CCT7 ; CCT8
- CESK1
- HSPD1
- 翻訳者
- CCT8L1; LOC401329
- MKKS
- PIP5K3
参照
注記
- ^ GroEL ファミリーは、InterPro では Cpn60 と呼ばれています。ただし、CDD では、古細菌のグループ II タンパク質を指すために Cpn60 を使用しています。
- ^ 一部の古細菌は、真核生物のように、異なるサブユニットを使用するように進化しました。メタノサルキナ・アセティボランスは5種類のサブユニットを持つことが知られています。[3]真核生物TriCの祖先は2種類のサブユニットを持っていると考えられています。[5]
参考文献
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外部リンク
- 詳細は... 2011-03-01にWayback Machineでアーカイブ
- 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)におけるシャペロニン
- cpnDB: シャペロニンデータベース
- シャペロニンの活動のアニメーション 2021-04-13 にWayback Machineでアーカイブされました
- HSP60に関するNIH資料
- HSP60 2008-03-16 にWayback Machineでアーカイブされました
- ハエのHSP60
- シャペロニンのホームページ
- タンパク質データバンク
- HSP60 の酵素データベースは 2021-04-18 にWayback Machineにアーカイブされています
- Pub Med の HSP60
- HSP60 遺伝子レポート
- 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)における HSP60+ヒートショック+タンパク質