샤페로닌

3. 분류

3. 1. 그룹 I 샤페로닌 (GroEL/GroES 시스템)

3. 2. 그룹 II 샤페로닌 (TRiC/열소체)

3. 3. 기타 샤페로닌 계열

4. 작동 메커니즘

샤페로닌은 ATP의 효소적 가수분해, 기질 단백질 및 GroES와 같은 코샤페로닌의 결합에 따라 폴딩 반응 동안 큰 형태 변화를 겪는다. 이러한 형태 변화를 통해 샤페로닌은 펼쳐지거나 잘못 접힌 단백질을 결합하고, 두 고리에서 형성된 공동 중 하나 내에 해당 단백질을 캡슐화한 다음, 용액으로 다시 방출할 수 있다. 방출되면 기질 단백질은 접히거나 추가 폴딩 라운드가 필요하며, 이 경우 샤페로닌에 다시 결합될 수 있다.^[14]

샤페로닌이 기질 단백질의 폴딩을 촉진하는 정확한 메커니즘은 알려져 있지 않다. 샤페로닌 작용에 대한 여러 모델이 제안되었으며, 일반적으로 샤페로닌 내부의 두 가지 역할(상호 배타적이지 않음)에 중점을 둔다. 수동적 모델은 샤페로닌 케이지를 불활성 형태로 취급하여 단백질 기질에 접근 가능한 형태 공간을 줄이거나 응집 방지와 같은 분자간 상호 작용을 방지함으로써 영향을 미친다.^[15] 활성 샤페로닌 역할은 샤페로닌의 형태 재배열에 결합될 수 있는 특정 샤페로닌–기질 상호 작용과 관련된다.^[16][17][18]

샤페로닌의 활성 역할에 대한 가장 인기 있는 모델은 반복 어닐링 메커니즘(IAM)으로, 단백질 기질이 샤페로닌에 반복적이고 소수성인 결합의 효과에 초점을 맞춘다. 계산 시뮬레이션 연구에 따르면 IAM은 잘못 접힌 형태에서 기질을 펼치거나^[18], 폴딩 경로를 변경하여 단백질의 잘못된 폴딩을 방지함으로써^[16] 보다 생산적인 폴딩을 유도한다.

5. 구조 및 기능 상동성 보존

앞서 언급했듯이, 모든 세포는 샤페로닌을 가지고 있다.

• 세균에서 전형적인 것은 잘 알려진 ''대장균''의 샤페로닌 GroEL이다.
• 고세균에서 샤페로닌은 열소체라고 불린다.
• 진핵생물에서 세포질 샤페로닌은 CCT(또는 TRiC)라고 불린다.

5. 1. 박테리오파지 T4 형태 형성

6. 임상적 의의

인간 GroEL은 재향군인병 환자들의 면역 우성 항원이며,^[22] 대식세포 내에서 레지오넬라 박테리아를 산소 라디칼로부터 보호하는 역할을 하는 것으로 생각된다. 이러한 가설은 cpn60 유전자가 산소 라디칼의 공급원인 과산화 수소에 반응하여 상향 조절된다는 발견에 근거한다. Cpn60은 또한 많은 세균 종에서 강력한 항원성을 나타내는 것으로 밝혀졌으며,^[23] 관련 없는 세균 감염에 대한 면역 보호를 유도할 가능성이 있다.

참조

_[1] 논문 The crystal structure of the bacterial chaperonin GroEL at 2.8 A 1994-10
_[2] 웹사이트 Howard Hughes Investigators: Arthur L. Horwich, M.D. http://www.hhmi.org/[...] 2011-09-12
_[3] 논문 Bridging human chaperonopathies and microbial chaperonins 2019-03-15
_[4] 논문 A Glimpse Into the Structure and Function of Atypical Type I Chaperonins 2018
_[5] 논문 The structure and evolution of eukaryotic chaperonin-containing TCP-1 and its mechanism that folds actin into a protein spring. 2018-10-05
_[6] 논문 Chaperonin-mediated protein folding: fate of substrate polypeptide 2003-05
_[7] 논문 Homologous plant and bacterial proteins chaperone oligomeric protein assembly 1988-05
_[8] 논문 cDNA clones encoding Arabidopsis thaliana and Zea mays mitochondrial chaperonin HSP60 and gene expression during seed germination and heat shock 1992-03
_[9] 논문 Cloning, sequencing, mapping, and transcriptional analysis of the groESL operon from Bacillus subtilis 1992-06
_[10] 논문 The crystal structure of the bacterial chaperonin GroEL at 2.8 A 1994-10
_[11] 논문 Staggered ATP binding mechanism of eukaryotic chaperonin TRiC (CCT) revealed through high-resolution cryo-EM Springer Science and Business Media LLC 2016-12
_[12] 논문 Nucleotide-dependent protein folding in the type II chaperonin from the mesophilic archaeon Methanococcus maripaludis 2003-05
_[13] 논문 Structure and conformational cycle of a bacteriophage-encoded chaperonin 2020-04-27
_[14] 논문 Converging concepts of protein folding in vitro and in vivo 2009-06
_[15] 논문 Chaperonin chamber accelerates protein folding through passive action of preventing aggregation 2008-11
_[16] 논문 Simulation of chaperonin effect on protein folding: a shift from nucleation-condensation to framework mechanism 2011-07
_[17] 논문 Chaperonin-catalyzed rescue of kinetically trapped states in protein folding 2010-07
_[18] 논문 Chaperonin-facilitated protein folding: optimization of rate and yield by an iterative annealing mechanism 1996-04
_[19] 논문 Dominance interactions in Escherichia coli cells mixedly infected with bacteriophage T4D wild-type and amber mutants and their possible implications as to type of gene-product function: catalytic vs. stoichiometric 1968-08
_[20] 논문 Chaperones in bacteriophage T4 assembly. http://www.protein.b[...] 1998-04
_[21] 논문 The Hsp70 and Hsp60 chaperone machines 1998-02
_[22] 논문 Sequence analysis of the Legionella micdadei groELS operon 1991-01
_[23] 논문 Cloning and nucleotide sequence of the Brucella abortus groE operon 1992-02