Una proteina chaperonina, GroEL, ha un meccanismo più complesso di quanto si pensasse prima

Le proteine ​​devono piegarsi in un modo specifico per funzionare. Questo è spesso assistito da chaperon molecolari - piccole proteine ​​il cui compito è quello di aiutare gli altri a piegarsi alla giusta forma. Ora, i ricercatori giapponesi hanno scoperto che, almeno per uno chaperone molecolare, c'è di più nel processo di quanto si sospettasse.

In un documento in Transazioni filosofiche della Royal Society, il gruppo guidato da Kanazawa si è concentrato su GroEL, che è vitale per il ripiegamento delle proteine ​​nei batteri. La struttura approssimativa è comprensibile: GroEL cattura una proteina bersaglio dispiegata (il substrato) all'interno di una cavità, dove può piegarsi correttamente senza aggregazione. Tuttavia, i dettagli meccanici sono difficili da svelare con i metodi tradizionali dell'insieme. Nel nuovo studio, è stata utilizzata la microscopia a forza atomica ad alta velocità (HS-AFM) per visualizzare gli eventi più direttamente.

Groel è una molecola a forma di cilindro, composta da due anelli impilati schiena contro schiena. Un partner chiave nella sua funzione è GroES, una "co-chaperonin" a forma di anello che si lega a ciascuna estremità di GroEL come un coperchio a cupola. Solo quando GroEL è limitato da GroES può intrappolare la proteina substrato. Quindi, al termine del piegamento, GroES si dissocia da GroEL e il substrato piegato viene rilasciato.

Dove diventa confuso è come i due anelli alle due estremità di GroEL cooperano. Gli anelli sono identici e entrambi possono essere chiusi da GroES. Quando viene terminata una sola estremità, il complesso risultante viene definito un "proiettile", in virtù della sua apparenza appuntita. Nel frattempo, la forma con entrambe le estremità del cappuccio è soprannominata "calcio", poiché la sua forma ovale simmetrica assomiglia a una palla di ferro.

"In un modello convenzionale, il ciclo di tappatura, ripiegamento proteico e disaccoppiamento si alterna tra ciascun anello", afferma il coautore dello studio Daisuke Noshiro. "La tappatura di un anello di GroEL (che ha cis stereochimica) impedisce il simultaneo capping all'altra estremità (trans) .Questa comunicazione intramolecolare è nota come allosteria". In questa vista, il proiettile single-capped è la forma attiva di GroEL e il calcio è semplicemente un intermedio di breve durata tra i cicli.

Altri risultati, tuttavia, hanno lasciato intendere una maggiore complessità, che è stata evidenziata da questo nuovo studio. A seconda del tipo di substrato, Groel è apparso come un calcio, piuttosto che un proiettile, fino al 67% delle volte, implicando una rottura della regolazione allosterica negativa. Questo era più comune quando il substrato era una proteina non espandibile o non c'era alcun substrato, ma anche con substrati ripiegabili, i complessi di calcio abbondavano.

Più inaspettatamente, il ciclo si è verificato in due percorsi diversi. Nel tipo I predominante, quando l'anello attivo di GroEL completa il suo compito e l'altra estremità riprende il bastone, i due anelli scambiano anche le conformazioni cis e trans. Tuttavia, circa il 25% delle volte (nel Tipo II), le conformazioni non vengono scambiate, interrompendo il ritmo circolare e alternato del Tipo I. Ciononostante, il ripiegamento delle proteine ​​avviene ancora. I calci sono prevalenti in entrambi i casi.

"La struttura del calcio è così abbondante, deve svolgere un ruolo più attivo di quanto pensassimo", dice l'autore corrispondente Toshio Ando. "Questo meccanismo complesso è importante, perché le chaperonine sono una classe naturale di macchine molecolari e le sottigliezze di GroEL possono aiutarci a comprendere il ruolo dell'allosteria nelle macchine molecolari più in generale".

Sorgente:

Materiali forniti dall'università di Kanazawa. Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.

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