چاپرون‌ چیست؟

پروتئین‌ چاپرون‌ چیست؟

چاپرون‌ها خانواده‌ای از پروتئین‌ها هستند که نقش حیاتی در تثبیت پروتئین‌های تانخورده را ایفا می‌کنند. این تثبیت به بسیاری از فرآیندها مانند جابجایی، تخریب و تا شدن کمک می‌کند.

تا خوردن پروتئین‌ها:

شروع سنتز پروتئین توسط ریبوزوم‌هایی انجام می‌شود که زنجیره خطی اسیدهای آمینه به نام زنجیره پلی پپتیدی را سنتز می‌کنند. mRNA توالی اسیدهای آمینه را مشخص می‌کند.

هر اسیدآمینه در این زنجیره پلی‌پپتیدی خاصیت متفاوتی دارد. به عنوان مثال، گلیسین بسیار آبگریز است، در حالی که آرژنین بسیار آبدوست است. این ویژگی‌ها ساختار سه بعدی پروتئین را تعیین می‌کنند. اسیدهای آمینه آبگریز باید در داخل پروتئین نگهداری شوند در حالی که آمینواسیدهای آبدوست باید در قسمت بیرونی پروتئین باشند.

پیوندهای هیدروژنی به زنجیره‌های پلی پپتیدی متصل می‌شوند و ساختار ثانویه پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند که مارپیچ‌های آلفا و صفحات بتا هستند. با فشردگی این مارپیچ‌ها و ورق‌ها ساختار سوم تشکیل می‌شود.

تا شدن پروتئین باید به شکل سه بعدی خود حفظ شود و نباید تخریب شود. پروتئين‌های تا نخورده يا نادرست تا شده می‌توانند باعث بروز انواعی از بیماری‌ها شوند.

نقش چاپرون‌ها در تا خوردن پروتئین‌ها

چاپرون‌ها گروهی از پروتئین‌ها هستند که با هم شباهت عملکردی دارند و به تا شدن پروتئین‌ها کمک می‌کنند. آن‌ها پروتئین‌هایی هستند که توانایی جلوگیری از تجمع غیراختصاصی را با اتصال به پروتئین‌های غیربومی دارند.

خانواده‌های متعددی از چاپرون‌ها وجود دارد و هر کدام دارای عملکردهای متفاوتی هستند. نمونه‌ای از پروتئین‌های چاپرون «پروتئین‌های شوک حرارتی» (Hsps) هستند.

نام Hsp پس از کشف این پروتئین‌ها در باکتری داده شد. این باکتری‌ها بیشتر، این پروتئین‌ها را در شرایط استرس‌زا مانند دمای بالاتر، تغییرات pH و شرایط هیپوکسیک تولید می‌کنند. دو نمونه از Hspها، Hsp70 و Hsp60 هستند.

Hsp70

پروتئین‌های چاپرون Hsp70  کاتالیزورهای تاشونده‌ای هستند که در بسیاری از فرآیندهای فولدینگ مانند تا کردن مجدد پروتئین‌های اشتباه تا خورده و تا کردن و جمع‌آوری پروتئین‌های جدید کمک می‌کنند.

این پروتئین‌ها مونومر هستند و دارای دو حوزه متفاوت به نام پایانه‌های C وN.

ترمینال N حاوی ATPase  است در حالی که ترمینالC  به بستر متصل می‌شود. با هیدرولیزATP درN  ترمینال، به ترمینالC  اجازه می‌دهد تا باز شود و به بستر متصل شود.

Hsp70 ناحیه‌ای از زنجیره پلی‌پپتیدی باز شده را به نام “منطقه گسترده” تشخیص می‌دهد.

این منطقه حاوی دنباله‌های آبگریز است. اتصال Hsp70 از تجمع این پروتئین‌ها جلوگیری می‌کند.

Hsp60

مانندHsp70 ، پروتئین‌های چاپرونHsp60  نيز توانایی اتصال به دنباله‌‌های آبگریزی که نقش آن‌ها در ارتباط با تشکیل ذرات پایدار غیرفعال است، را دارند.

این پروتئین‌ها در جلوگیری از تجمع نقش ندارند، اما در عوض، در قرنطینه و جداسازی پروتئین‌های تا نخورده نقش دارند. این جداسازی همچنین از تجمع زنجیره پلی‌پپتیدی به توده‌هایی با زنجیره‌های غیرمرتبط دیگر در سیتوپلاسم جلوگیری می‌کند.

Hsp60 دارای 14 جزء پروتئینی مختلف است. این پروتئین‌ها دو حلقه تشکیل می‌دهند که هر حلقه از 7 پروتئین تشکیل شده است که روی هم قرار می‌گیرند. پروتئین‌های تا شده در این حلقه‌ها می‌توانند بدون تجمع با سایر پروتئین‌های تا شده و بدون دخالت Hsp70 تا شوند.

همانطور که در Hsp70 مشاهده می‌شود، Hsp60 نیز دو شکل متفاوت دارد. حالت اول شکل اتصال است که به آن ATP متصل می‌شود و پروتئین‌های تا خورده می‌توانند وارد سوراخ بین دو حلقه شوند. سپس هیدرولیز ATP تشکیل یک حالت بسته را آغاز می‌کند که به آن حالت فعال تاخورده می‌گویند. این تغییر ساختاری از خروج پروتئین جلوگیری می‌کند و تاخوردگی پروتئین‌ها را تقویت می‌کند. حدود 15 ثانیه طول می‌کشد تا اینکه ترکیب دوباره تغییر کند و پروتئین به درستی تا خورده در سیتوپلاسم آزاد شود.

چاپرون‌ها نقش بسیار مهمی را در سیتوپلاسم ایفا می‌کنند و مانع از تجمع و ارتقاء عملکردهای مهم مختلف مانند جابجایی، تخریب و تاخوردگی مناسب پروتئین می‌شوند.

از دست دادن چاپرون‌ها یا جهش در آن‌ها باعث ایجاد چندین بیماری می‌شود. نمونه‌ای از بیماری‌های ژنتیکی مرتبط با چاپرون‌های جهش‌یافته، پروتئینوپاتی‌های چند سیستمی (MSP) هستند که بر طیف وسیعی از عملکردهای بدن شامل ماهیچه، استخوان و سیستم عصبی را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

کاربرد درمانی مهارکننده‌های Hsp

اخیراً، از مهارکننده‌های Hsp مانند مهارکننده‌های Hsp90 برای مهار مسیرهای سیگنالی که مسئول رشد و تکثیر سلول‌های تومور هستند، استفاده می‌شود.

چاپرون‌های شیمیایی برای درمان بیماری‌های متابولیک استفاده می‌شود. به عنوان مثال، انباشته شدن پروتئین‌های تا نخورده یا اشتباه تا خورده می‌تواند باعث استرس شبکه آندوپلاسمی (ER) شود.

برای از بین بردن این استرس ER، مولکول‌های کوچکی به نام چاپرون شیمیایی استفاده می‌شود که تا خوردگی مناسب پروتئین را تقویت می‌کند. تأثیرات مثبت چاپرون‌ها شیمیایی بر پاتولوژی‌های مرتبط با استرس ER باعث شده که آن‌ها برای درمان اختلالات متابولیک مانند دیابت نوع 2 وچاقی مفید باشند.

علاوه بر این که چاپرون‌ها پروتئین‌های ضروری استرس، برای حفظ سایر پروتئین‌ها و بقای سلولی هستند، کاربرد آن‌ها در حوزه‌ی درمانی به طور چشمگیری افزایش یافته است.

مطالب مرتبط:

• طراحی پروتئین و مبانی آن در علم طراحی دارو
• پروتئین های سطحی دخیل در ایمنی سلولی ساختار شیمیایی و نحوه عملکرد

مترجم: شقایق مرتاضی

منبع