Chaperoner kan indeholde protein i ikke-ligevægtstilstande

Chaperones er specialiserede proteiner i cellen, der hjælper andre proteiner med at nå deres funktionelle 3D-former, der svarer til de stater, der foretrækkes ved termodynamisk ligevægt. Men en ny undersøgelse fra EPFL, UNIL og INSERM (Frankrig) forskere viser, at chaperoner også kan opretholde proteiner i ikke-ligevægtstilstande, potentielt ændrer deres skæbne. Værket er udgivet i Naturens kemiske biologi .

Efter oversættelse, proteiner skal foldes til deres funktionelle 3D -form og beholde den, mens de bliver angrebet af forskellige forstyrrelser:ekstern stress såsom temperaturændringer, forkerte interaktioner med andre proteiner i cellen, og endda skadelige mutationer. For at sikre, at proteiner forbliver funktionelle, cellen bruger en bestemt klasse af proteiner, chaperonerne. Disse findes i alle organismer og er blandt de mest forekommende proteiner i celler, understreger, hvor afgørende de er for at opretholde livet.

Den nuværende opfattelse er, at den funktionelle 3D -form af et protein også er dens mest termodynamisk stabile tilstand, og at chaperoner hjælper proteiner med at nå denne tilstand ved at forhindre dem i at aggregeres og ved at lade dem slippe for såkaldte "kinetiske fælder"-punkter, hvor proteinet kan blive "fast" i en ikke-funktionel tilstand. Og for at gøre alt dette, chaperoner har brug for energi, som i cellen kommer i form af adenosintrifosfat, eller ATP.

Labs af Paolo De Los Rios på EPFL og Pierre Goloubinoff hos UNIL, i samarbejde med Alessandro Barducci (INSERM - Montpellier) har nu vist, at energien fra ATP bruges af chaperoner til aktivt at vedligeholde de proteiner, de arbejder på, i en ikke -ligevægtig, men forbigående stabil version af den funktionelle form, selv under betingelser, hvor den funktionelle form ikke bør være termodynamisk stabil.

"Det, vi fandt ud af, er, at chaperoner aktivt kan reparere og vende tilbage de proteiner, de virker på i en ikke-ligevægtsstabil tilstand, "siger De Los Rios." I denne tilstand, proteinerne er i deres oprindelige tilstand, selvom, set fra et ligevægtstermodynamisk perspektiv, det burde de ikke. "

Forskerne kombinerede teoretiske og eksperimentelle tilgange til at bevise, at chaperoner er molekylære motorer, i stand til at udføre arbejde og udvide stabilitetsområdet for proteiner. Resultaterne kan udfordre dele af den fremherskende opfattelse af, at evolution har designet aminosyresekvenser, så den funktionelle tilstand af proteinet, de tilhører, er termodynamisk optimal.

"I nærvær af chaperoner, selv termodynamisk suboptimale proteiner kan muligvis nå deres funktionelle form, lette udviklingen i sin endeløse udforskning af kemiske muligheder, "siger De Los Rios.