Семейство белков теплового шока 70 кДа

Одним из наиболее полно исследованных семейств HSP является семейство белков теплового шока 70 кДа — HSP70 (HSPA). У человека, согласно номенклатуре HUGO Gene Nomenclature Committee (HGNC), в состав этого семейства входят несколько белков с молекулярной массой 66- 78 кДа, весьма гомологичных между собой, но кодируемых разными генами (Таблица 2). (http://www.genenames.org).

Таблица 2. Белки семейства HSP70.

Основными, наиболее изученными, стресс-индуцируемыми продуктами генов семейства HSP70 являются белки HSPA1A/B, вероятно, взаимозаменяемые, отличающиеся друг от друга двумя аминокислотами, а также белок HSPA6 — преобладающий продукт синтеза, индуцированного ТШ. В литературе чаще всего эти белки с молекулярной массой 72 кДа обозначаются как Hsp70 (иногда в литературе встречается их обозначение как Hsp72). Белок HSPA7 высокогомологичен белку HSPA6, но является продуктом отдельного гена. Для белков HSPA1L и HSPA2 выявлена высокая специфичность к тестикулярной ткани. К конститутивно экспрессируемым в клетке белкам относится HSPA8 с молекулярной массой 73 кДа, чаще встречаемый в литературе с аббревиатурой Hsc70, а также органеллоспецифические белковые изоформы. К последним относят глюкозо-регулируемый белок HSPA5, или Grp 78, с молекулярной массой 78 кДа, сосредоточенный в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР), митохондриальный HSPA9, или mtHsp70, с молекулярной массой 75 кДа, а также белок HSPA13, или Stch, обнаруженный в микросомах. Продукты генов HSPA12A, HSPA12B и HSPA14 наиболее отличаются от других членов семейства и являются наименее изученными [Kampinga et al., 2009]. Белок гена HSP105A в условиях гипоксии накапливается в ЭПР [Behnke and Hendershot, 2014].

Конститутивный и индуцируемый белки HSP70 отличаются по характеру синтеза, который зависит от специализации и функциональной нагрузки клетки. Большинство представителей семейства HSP70 синтезируются постоянно. Однако базовый уровень экспрессии белков различен. Уровень экспрессии белков зависит от того, в каком организме и в каких типах клеток они синтезируются [Mayer and Bukau, 2005].

Индуцируемый Hsp70 — это белок, активация экспрессии которого происходит под воздействием клеточного стресса, в то время как для большинства других внутриклеточных белков характерно ингибирование их синтеза во время стресса. Для индукции транскрипции гена Hsp70 обязательным условием является взаимодействие регуляторных транскрипционных элементов HSE (heat shock element) в составе промоторного участка гена с факторами HSF (heat shock factor), в первую очередь HSF1 [Pirkkala et al., 2001]. Более того, при изучении структуры гена, кодирующего Hsp70, была выявлена особенность в виде отсутствия интронов, а следовательно, синтез этого белка во время стресса защищен от ошибок при сплайсинге [Gьnther and Walter, 1994].

Для молекул семейства HSP70 характерна трехдоменная организация (Рис. 2). Консервативный NH2-домен с молекулярной массой 44 кДа, составляет около 450 а.о. Этот домен прочно связывается с АТФ или АДФ и обладает АТФ-азной активностью. Вариабельный СOOH-терминальный, или субстратсвязывающий, домен с молекулярной массой 27 кДа составляет около 200 а.о. В этот домен входит участок размером 18 кДа состоящий из двукратно повторяющихся четырех антипараллельных аминокислотных последовательностей и четырех петель между ними. Этот участок, как и концевой спиральный участок, размером 10 кДа, непосредственно контактирует с субстратом, где он связывается с несвернутыми или частично свернутыми полипептидными последовательностями. Два описанных домена разделены короткой последовательностьюлинкерным участком, в котором находится сайт узнавания белка протеолитическими ферментами. Линкерный участок регулирует АТФ-зависимую диссоциацию комплекса HSP70-пептид, координируя работу двух основных доменов [Jiang et al., 2005]. Недавно было показано, что при связывании АТФ с NH2-концевым спиральным участком меняется конформация СOOH-терминального домена и становится возможным доступ фрагмента HSP70 к субстрату [Kityk et al., 2012]. Скорость связывания и высвобождения пептидов определяется гидролизом и восстановлением молекулы АТФ. При гидролизе молекулы АТФ с образованием АДФ аффинность связывания пептида с HSP70 резко возрастает и скорость отсоединения пептида уменьшается. На этом механизме основан метод получения комплексов HSP70 с антигенными пептидами при использовании аффинной хроматографии на АДФ-носителях [Peng et al., 1997]. АТФ-зависимое изменение конформации молекулы HSP70, позволяющее захватывать и высвобождать молекулы субстрата, невозможно без участия регуляторных белков-помощников — кошаперонов и кофакторов.

Помимо вышеупомянутого белка HSP40, к таким молекулам относятся белки Bag-l, Hsc70-interacting protein (Hip) and Hsc70-Hsp90-organizing protein (Hop) [Hцhfeld, 1998]. Белок Bag-l совместно с другим белком CHIP (от Сarboxyl terminus of the Hsc70-interacting protein) участвуют в процессе утилизации необратимо денатурированных белков-субстратов, транспортируя их в протеасомы [Tsukahara and Maru, 2010].

Рис. 2. Структура HSP70.