Struktura molekuł opiekuńczych

Wyjaśnienie funkcji pojedynczego białka często wymaga ustalenia jego struktury molekularnej.

W warunkach stresu, np. przy zmianach temperatury lub narażeniu na promieniowanie UV, dochodzi do odpowiedzi komórkowej, polegającej na ekspresji tzw. białek szoku cieplnego (HSP). Wiele białek z tej rodziny działa jak białka opiekuńcze – uczestniczy w fałdowaniu białek lub ponownym ich fałdowaniu po uszkodzeniu w warunkach stresu. Ten mechanizm przeciwdziała agregacji białek, która mogłaby prowadzić do różnych stanów patologicznych, w tym choroby Alzheimera. Małe HSP (sHSP) są niedawno odkrytymi białkami z rodziny HSP, które działają, gdy główne białka z tej rodziny, np. HSP90, są nieaktywne. Jest to pierwsza linia obrony przed agregacją białek, która zyskała niedawno szczególne zainteresowanie. Odkryto na przykład, że sHSP chronią guza przed chemioterapeutykami. Ponadto, mutacje w tych białkach mają związek z wrodzonymi neuropatiami obwodowymi, miopatią miofibrylarną i zaćmą. Finansowany przez UE projekt SHSPCOMPLEX (Structural studies of human small heat shock proteins and their complexes) skupił się na badaniu białka HSPB6 i ustaleniu jego struktury. Ponieważ nie udało się uzyskać struktury kryształu białka w pełnej długości, naukowcy zastosowali metodę hybrydową. Poprzez ekspresję w E. coli uzyskali fragment białka, który odpowiada domenie alfa-krystalicznej i określili jego strukturę trójwymiarową. Korzystano również z szeregu zmutowanych białek, aby zwiększyć rozdzielczość atomową struktury HSPB6. Wykorzystując określone algorytmy, naukowcy byli w stanie pozyskać biologicznie użyteczne modele HSPB6. Stwierdzili, że HSPB6 występuje w roztworze w postaci dimerów i że jego aktywność jest silnie uzależniona od szeregu zachowawczych reszt aminokwasowych. Udało się również zidentyfikować fragment białka w regionie N-końcowym, który był niezbędny do zapobiegania agregacji różnych standardowych substratów. W trakcie projektu, dimery białkowe z rodziny sHSP wykryto również w roślinach i bakteriach. Podkreśla to znaczenie tych molekuł u różnych gatunków i poszerza zastosowanie wyników projektu SHSPCOMPLEX. Manipulowanie białkami z rodziny sHSP może przynieść liczne korzyści, na przykład w leczeniu nowotworów złośliwych lub przeciwdziałaniu skutkom stresu.