Chaper onesmol ecul ar esenelpl egami mi ent odeprot eí nasy proteostasis
La mayor í a de l as pr ot eí nas deben pl egar se en es t r uct uras t r i di mensi onal esdefini dospar at eneract i vi dad f unci onal .Per o en elent orno cel ul ar ,l aspr oteí nasr eci én si nt eti zadasest án en gran r i es go de pl egami mi ent o aber r ant e y agr egaci ón, f or maci ón de especi es pot enci al ment et óxi cas. Par a evi t ar est os pel i gr os, l as cél ul as de i nver t i r en una r ed comp mpl ej a de l as chaper onas mol ecul ar es, que ut i l i zan mecani smos i ngeni osos para evi t ar l a agr egaci ón y pr omo mover pl egami mi ent o efici ent e. De Debi do a l as mol écul as de prot eí na son muy di námi mi cas,se r equi er e vi gi l anci a const ant eacomp mpañant epar aasegur arl ahome meost asi sde pr ot eí nas ( pr oteost asi s) .Losavancesreci ent essugi eren queunadi smi mi nuci ón r el aci onadacon l aedad en l acapaci dad depr ot eost asi sper mi t el a mani f es t aci ón de di ver sas enf er medades de agr egaci ón de pr ot eí nas,i ncl uyendol aenf er medad deAl zhei meryenf er medad de Par ki nson.Lasi nt er venci onesen est osy ot r osnumer ososest ados pat ol ógi cospueden surgi rdeunacompr ensi ón det al l adadel asví as quesubyacenmant eni mi ent opr ot eoma ma.
Las prot eí nas son l as macr omo mol écul as bi ol ógi cas más versát i l es y est ruct ural ment e comp mpl ej a. Est án i nvol ucr ados en casi t odos l os procesosbi ol ógi cos.Las cél ul as demamí mí f er o expresan t í pi came ment een excesode10. 000especi esdi f erent esdeprot eí nas,queson si nt et i zadas en l os ri bosoma mas como cadenas l i neal es de hast a vari os mi l es de
ami mi noáci dos. Para f unci onar , est as cadenas deben pl egarse general ment e en su " est ado nat ural " , un conj unt o de unos pocos est rechame ment er el aci onadaconl asest ruct urast ri di mensi onal es.¿Cómo mo sel ograest oycómol ascél ul asgarant i zarl ai nt egri dadconf orma maci onal desu prot eoma maen vi st adel osdesaf í osagudasycr óni casconst i t uyen unodel osprobl ema masmá másf undame ment al esycl í ni came ment esi gni ficat i voen l abi ol ogí a. Cent ralde est e probl ema ma es que l as prot eí nas deben conservar l a flexi bi l i dad conf ormaci onal para f unci onar , por l o que son sól o margi nal ment et er modi námi mi came ment eest abl esen su ent ornofisi ol ógi co. Una f racci ón sust anci alde t odas l as pr ot eí nas en cél ul as eucari ot as ( 2030 % del t ot al en cél ul as de mamí mí f ero) i ncl uso parece ser i nher ent eme ment e car ent e de cual qui er est ruct ura t ri di mensi onal or denada y adopt ar conf ormaci ones pl egadas sól o después de l a i nt er acci ón con parej as de uni ón. Elcomp mport ami mi ent o aberrant e de al gunas de est as prot eí nas met aest abl es, t al es como mo t au y α si nucl eí na,puededarl ugaral af orma maci ón deagregadosfibri l aresque est án asoci adoscon l ademe menci ayl aenf ermedad deParki nson.Porl o t ant o,elcont rolde cal i dad de l a prot eí na y elmant eni mi ent o de l a home meost asi s delprot eoma ma ( conoci do como mo prot eost asi s)son cruci al es paral asal udcel ul arydelorgani smo mo.Prot eost asi sseconsi gueme medi ant e una red i nt egrada devari os ci ent os deprot eí nas,i ncl uyendo,l o más promi mi nent e,chaper onesmo mol ecul aresysusregul adores,queayudan en l a de novo de pl egado o repl egado,y elsi st ema ma de l a ubi qui t i na prot easoma ( UPS) y el si st ema de l a aut of agi a, que medi an l a el i mi naci ón oport una i rrever si bl e de l as prot eí nas mal pl egadas y
ami mi noáci dos. Para f unci onar , est as cadenas deben pl egarse general ment e en su " est ado nat ural " , un conj unt o de unos pocos est rechame ment er el aci onadaconl asest ruct urast ri di mensi onal es.¿Cómo mo sel ograest oycómol ascél ul asgarant i zarl ai nt egri dadconf orma maci onal desu prot eoma maen vi st adel osdesaf í osagudasycr óni casconst i t uyen unodel osprobl ema masmá másf undame ment al esycl í ni came ment esi gni ficat i voen l abi ol ogí a. Cent ralde est e probl ema ma es que l as prot eí nas deben conservar l a flexi bi l i dad conf ormaci onal para f unci onar , por l o que son sól o margi nal ment et er modi námi mi came ment eest abl esen su ent ornofisi ol ógi co. Una f racci ón sust anci alde t odas l as pr ot eí nas en cél ul as eucari ot as ( 2030 % del t ot al en cél ul as de mamí mí f ero) i ncl uso parece ser i nher ent eme ment e car ent e de cual qui er est ruct ura t ri di mensi onal or denada y adopt ar conf ormaci ones pl egadas sól o después de l a i nt er acci ón con parej as de uni ón. Elcomp mport ami mi ent o aberrant e de al gunas de est as prot eí nas met aest abl es, t al es como mo t au y α si nucl eí na,puededarl ugaral af orma maci ón deagregadosfibri l aresque est án asoci adoscon l ademe menci ayl aenf ermedad deParki nson.Porl o t ant o,elcont rolde cal i dad de l a prot eí na y elmant eni mi ent o de l a home meost asi s delprot eoma ma ( conoci do como mo prot eost asi s)son cruci al es paral asal udcel ul arydelorgani smo mo.Prot eost asi sseconsi gueme medi ant e una red i nt egrada devari os ci ent os deprot eí nas,i ncl uyendo,l o más promi mi nent e,chaper onesmo mol ecul aresysusregul adores,queayudan en l a de novo de pl egado o repl egado,y elsi st ema ma de l a ubi qui t i na prot easoma ( UPS) y el si st ema de l a aut of agi a, que medi an l a el i mi naci ón oport una i rrever si bl e de l as prot eí nas mal pl egadas y
agregadas. Las defici enci as en prot eost asi s se han most rado para f aci l i t arl a mani f est aci ón ol a progresi ón denumer osasenf ermedades, t al escomo mol aneurodegeneraci ón yl ademe menci a,l adi abet esdet i po2,l a ami mi l oi dosi s peri f éri ca, enf ermedad de al macenami mi ent ol i sosoma mal ,l a fibrosi squí st i ca,elcánceryl aenf erme medadcardi ovascul ar .Unf act orde ri esgo i mport ant e para muchas de es t as enf er medades es l a edad avanzada.Dehecho,l osest udi osen organi smo mosmo model oi ndi can queel envej eci mi ent oest ál i gadaaunadi smi mi nuci ón gradualen l acapaci dad cel ul arprot eost asi s. Aquíse di scut en l os úl t i mos conoci mi ent os en l os mecani smos de chaper onaasi st i daporelpl egami mi ent odeprot eí nasyelmant eni mi ent o prot eoma ma.Noscent ramo mosen cómo mol asprot eí nasut i l i zan l ama maqui nari a acomp mpañant eparanavegarconéxi t oelcomp mpl ej opanorama madepl egadoener gí aen elamb mbi ent ecel ul arl l enodegent e.Lacomp mprensi ón deest as reacci onesserágui arf ut urosesf uerzosparadefini rl ared prot eost asi s como mo un obj et i vopara l ai nt ervenci ón f arma macol ógi caen enf ermedades depl egami mi ent odel aprot eí naaberrant e. Papelf undame m ent aldel aschaperonasmo mol ecul ar es
Muchasprot eí naspequeñasrepl egami mi ent odespuésdesu el i mi naci ón deldesnat ural i zant ei n vi t ro,en ausenci adeotr oscomp mponent esouna f uent e de energí a.Est o si gni fica que l a secuenci a de ami mi noáci do, codi ficada en elADN,conti ene t oda l ai nf ormaci ón necesari a para especi ficarl aest ruct urat ri di mensi onaldeunaprot eí na1.Si nemb mbargo, l ai nvest i gaci ón en el úl t i mo par de décadas se ha est abl eci do firme meme ment e que en elent orno cel ul ar , mu muchas prot eí nas necesi t an chaperonesmo mol ecul aresque sepl i egan de maner a efici ent e y en un
pl azo de t i empo bi ol ógi cament e rel evant e.¿Porqué es necesari o est e ni veladi ci onaldecompl ej i dad? Aunque l as pequeñas prot eí nas pueden pl egarse a vel oci dades muy rápi das( demi cr osegundos) ,en sol uci onest ampón di l ui das, ,prot eí nas mul t i domi ni omásgrandespuedent ardarmi nut osenhorasapl egarse, ei ncl usoamenudonol l egan asusest adosnat i vosi n vi t ro.Elpl egado det al esprot eí nassehaceconsi derabl ement emásdi f í ci li n vi vo,debi do a que elent orno cel ul ar es muy l l eno,con prot eí nas ci t osól i cas que al canzan concentraci ones t ot al es de 300400 gl 1. Los ef ect os de vol umenexcl ui dosresul t ant es,apesardel amej oradel asi nt eracci ones f unci onal esent re macr omol écul as,t ambi én aumentan f uert ement el a t endenci a del as prot eí nasnonat i vasyest ruct ural ment eflexi bl epara añadi r .Par eceprobabl e,porl ot ant o,queelrequi si t of undament alpara l oschaper onesmol ecul aressurgi ómuyt empranoenl aevol uci óndel as cél ul asdensament eagl omer adas,debi doal anecesi daddemi ni mi zarl a agregaci ón deprot eí nasdurant eelpl egadoymant enerl asprot eí nasen est ados sol ubl es,si n embargo,conf ormaci onal ment e di námi cos.Por ot ra part e,como a menudo mut aci onesal t er an l a capaci dad de una prot eí naparaadopt arun pl i egue,sededucequeelsi st emachaper ona proporci ona un t ampón f undamental ,l o quepermi t el a evol uci ón de nuevasf unci onesdel asprot eí nasyl osrasgosf enot í pi cos.
Al gunosconcept osbási cossobr eelpl egami ent o del aspr ot eí nasy cómosepuedei rmal
Debi doaqueelnúmer odeposi bl esconf ormaci onesdeunacadenade prot eí na puedeadopt aresmuygrande,r eacci onespl egabl esson muy
compl ej as y het er ogéneas,basándose en l a cooperaci ón de muchos débi l es,l as i nt er acci ones no coval ent es.En elcaso de l as prot eí nas sol ubl es,f uer zas hi dr of óbi cas son part i cul arment ei mport ant es en l a conducci ón decol apsodel acadenayelent errami ent oderesi duosde ami noáci dos no pol ares en eli nt eri orde l a prot eí na ( véase l a ref .13 paraunadi scusi óndel amembranadepl egami ent odeprot eí nas) .Seha l ogradounprogresoconsi der abl eenl osúl t i mosañosenl acompr ensi ón deest asreacci onesat ravésdeexperi ment osbi of í si cosyanál i si st eóri co de1, 2.Enelmodel oact ual ,secreequel ascadenaspol i pept í di caspara expl orarsuper fici esdeener gí apot enci alenf ormadeembudoamedi da que avanzan, a l ol argo de vari as rut as cuest an abaj o, haci al a est ruct ura nat i va ( fig. 1) . Col apso de l a cadena y el i ncr ement o progr esi vo en el númer o de i nt er acci ones nat i vas rest ri ngen rápi dament e elespaci o conf ormaci onalque necesi t a ser buscado en rut ahaci aelest adonat i vo.Si n embargo,l asuperfici edeener gí al i bre quedebesernavegadoesamenudoresi st ent e,l oquesi gni ficaquel as mol écul as deben cruzarl as barrer as ci nét i cassust anci al esdurant eel pl egado.Comoconsecuenci adeel l o,l osest adosparci al ment epl egados pueden ser t ransi t ori ament e pobl ados como especi es ci nét i cament e at rapados.Tal es i nt ermedi os de pl egami ent o son l a regl a para l as prot eí nasdemásde100 ami noáci dos(90 % det odasl asprot eí nasen unacél ul a) ,quet i enenunaf uert et endenci aasuf ri rcol apsohi drof óbi co rápi da en conf ormaci onesgl obul arescompact as 2.Elcol apso podrí a t raduci rsebi en en gl óbul os desor gani zados quecar ecen decont act os especí ficos y ret energr an ent r opí a configuraci onalo i nt ermedi os que pueden ser est abi l i zados por i nt er acci ones no nat i vas ( est ados mal
pl egados) . En el pri mer caso, l a búsqueda de cont act os nat i vos cruci al es dent ro del gl óbul o se l i mi t ará l a vel oci dad de pl egado, mi ent rasqueenest eúl t i mo,l arot uradel oscont act osnonat i vospuede serl i mi t ant edel a vel oci dad 1 ( fig.1) .La propensi ón del asprot eí nas para rel l enar l os i nt er medi os gl obul ares con un al t o gr ado de flexi bi l i dad puede aument ar más gr andes,con pl i egues de domi ni o t opol ógi cament e más compl ej as que est án est abi l i zadas por muchas i nt er acci ones de l argo al cance ( por ej empl o,α / β arqui t ect uras de domi ni o) . Di chas prot eí nas son a menudo al t ament e dependi ent e acompañante. Est ados parci al ment e pl egados o malpl egadas son probl emát i cos debi do a quet i enden a agr egarseen una maner a dependi ent edel a concentraci ón ( Fi g.1) .Est o es debi do alhecho de que est as f ormas t í pi cament eexponen resi duos y regi onesdelesquel et o delpol i pépti do no est ruct urada de ami noáci dos hi dróf obos al di sol vent e caract erí st i cas que se ent i erran en elest ado nat i vo.Como pl egabl e i nt ermol ecul ar ,l aagregaci ón esi mpul sadoen gran medi daporf uerzas hi dr of óbi cas y pri nci pal ment el os resul t ados en est ruct uras amorf as ( Fi g.1) .Al t ernati vament e,l os agregados fibri l ares l l amados ami l oi de pueden f ormar ,defini daporβ-fil ament osquecorren perpendi cul ares alej el argodefibri l l as( est ruct uraencruzβ) .Aunquemuchasprot eí nas pueden
adopt ar
est as
est ruct uras
al t ament e
ordenadas,
t ermodi námi cament eest abl esbaj ocondi ci onesenvi t ro,l af ormaci ónde est os agregados en vi vo est áf uert ement el i mi t ado porl a maqui nari a chaper ona,l oquesugi erequepuedenl l egarasermásgener al i zadabaj o est résocuandoelcont roldecal i dad del aprot eí nano.Esi mport ant e
dest acarquel af ormaci ón deagregadosfibri l aressuel ei racompañada del af ormaci óndeest adosol i goméri cossol ubl es,quesecreequet i enen un papelcl aveen l asenf ermedadesdepl egami ent oaberrant e( Fi g.1) . La t oxi ci dad deest asf ormasmenosordenadasybast ant ehet er ogénea se ha suger i do que se correl aci ona con l a exposi ci ón de super fici es hi dr óf obas, pegaj osas y accesi bl e est ruct ura de pépt i do - col umna vert ebralqueaún noest ái nt egradoen unnúcl eot ransversalβest abl e. Los ol i gómeros sol ubl es deben somet erse a una consi der abl e reor denami ent o a l as fibri l l as de f ormul ari o, el es t ado final t er modi námi co delproceso de agregaci ón,y por l ot ant o pueden ser comparabl es a l os i ntermedi os ci nét i cament e at rapados en el pl egami ent o( Fi g.1) .Cabedest acarqueal gunosepí t oposest ruct ur al es comunessehan det ect ado en l os ol i gómer os prefibri l l ardedi f er ent es pol i pépt i dos,pero,¿cómoest ascaract erí st i casest ánrel aci onadasconl a t oxi ci dad aún no se ent i ende.Est ai nf ormaci ón es una necesi dad urgent e de desar rol l ar t rat ami ent os para l os numer osos est ados pat ol ógi cosasoci adosconl aagregaci óndeprot eí nas. Laspri nci pal escl asesdechaperonas
Se define un chaper ón mol ecul ar como cual qui er prot eí na que i nt er act úa o est abi l i za o ayuda a ot ra prot eí na para adqui ri r su conf ormaci ón f unci onal ment e act i va, si n est ar present e en su est ruct ura final . Exi st en vari as cl ases di f er ent es de chaper ones est ruct ural ment eno rel aci onadosen l as cél ul as,f ormando cami nosy redesdecooper aci ón.Losmi embrosdeest asf ami l i asdeprot eí nasson a menudo conoci dos como prot eí nas de est réso prot eí nas de choque t érmi co( HSP) ,yaqueson regul adoshast aen condi ci onesdeest résen
el que l as concent raci ones de agregaci ón propensos aument o i nt ermedi os pl egabl es.Los chaper ones se cl asi fican gener al ment e de acuer doasupesomol ecul ar( HSP40,HSP60,HSP70,HSP90,Hsp100y l ospequeños HSP) .Est án i nvol ucr adosen una mul t i t ud de f unci ones prot eoma - mant eni mi ent o, i ncl uyendo de novo de pl egado, el repl egami ent o de l as prot eí nas de est rés desnat ural i zados, de ensambl aj e ol i goméri co,elt ráfico de prot eí nas y l a asi st enci a en l a degradaci ón prot eol í t i ca.Losacompañant esquepart i ci pan ent érmi nos gener al esen elpl egami ent odeprot eí nasdenovoyrepl egami ent o,t al es comol osHsp70s,HSP90syl a chaper oni nas( HSP60s) ,son máqui nas mol ecul aresde múl t i pl escomponent esquepromueven pl egabl et ravés del aATP-yelcof act or-regul adoci cl osdel i beraci ónydeuni ón.Porl o gener al reconocen cadenas l at er al es de ami noáci dos hi dróf obos expuest osporprot eí nasnonat i vasypueden cooperarf unci onal ment e con chaperonas ATP -i ndependi ent es,t al escomo l as pequeñas HSP, quef unci onancomo' hol dases' ,agregaci óndeal macenami ent oenbúf er . En elmecani smodependi ent edeATP deacci ón chaperona,denovode pl egado y repl egado de prot eí nas se promueve a t ravés de part i ci onami ent o ci nét i ca ( Fi g. 2) . Uni ón ( o reconsol i daci ón) a l as regi oneshi dróf obasdeunaprot eí nanonat i vat ransi t ori ament ebl oques de agr egaci ón Chaper ona;ATP -l i beraci ón desencadenada per mi t e el pl egadodepr oceder .Esi mport ant edest acarque,apesardel osHsp70s y l as chaperoni nas t ant o operan porest e mecani smo bási co,que se di f er enci an f undament al ment eenquel apri meral i ber aci ón( comot odos l osotroschaper onasdependi ent esdeATP)l aprot eí nasust rat oparael pl egadoen sol uci ón agranel ,mi ent rasquel aschaperoni nasci l í ndri cas
permi t en elpl egadodeun sol omol écul asdeprot eí nasen eli nt eri orde unaj aul a.Losdossi st emasact úan secuenci al ment e,medi ant eelcual HSP70 i nt er act úa aguas arr i ba con pol i pépt i dos naci ent es y reci én si nt et i zadayl af unci ón chaper oni nasaguasabaj oenelfinaldepl egado del as prot eí nas quenol l egan a est adonati voporelci cl i smo en sol o HSP7020, 21( figuras2y3) .Enl assi gui ent essecci ones,seut i l i zarál a HSP70,HSP90 chaper oni na y model os para i l ust rarl osmecani smos bási cos de l as pri nci pal es máqui nas de pl egami ent o de prot eí nas ci t osól i cas.Chaper onasespecí ficadelcl i ent equef unci onanaguasabaj o depl egadoenl amedi aci óndelensambl aj edecompl ej osol i goméri cosno sedi scut en( véase,porej empl o,ref s22y23) . Elsi st emadeHSP70
El expresan const i t ut i vament e ( HSC70, tambi én conoci do como HSPA8)yf ormasi nduci bl esporest résdeHSP70son act orescent ral es en elpl egami ent odeprot eí nasyelcont rolprot eost asi s.Elaument ode l osni vel esdeHSP70t ambi énhademost radosereficazenl aprevenci ón de l a agregaci ón de prot eí nas t óxi cas en model os de enf ermedad.El ci cl o de reacci ón dependi ent e de ATP de HSP70 se regul a por chaperonasdel aHSP40 ( t ambi énconoci docomoDnaJ)del af ami l i ay l os f act ores de cambi o de nucl eót i dos. Al gunos de est os f act ores t ambi én est án i nvol ucr ados en l a vi ncul aci ón de l as f unci ones de acompañant e con elSAIy l a aut of agi a para l a el i mi naci ón de l as prot eí nasmalpl egadas.Encuadernaci ónyl al i ber aci ónporl aHSP70se l ogra a t ravés delacopl ami ent o al ost ér i co de un domi ni o de pase AT ami no - t ermi nalconservado con un domi ni o de uni ón alpépt i do carboxi t ermi nal ,est eúl t i moconsi st eenunsubdomi ni oβ-sándwi chy
un segment odet apaα -hel i coi dal( Fi g.2) .Elβ-r econocesegment os l argos, si et e resi duos enri queci dos en ami noáci dos hi drof óbi cos, pref erent ement e cuando est án enmar cadas por resi duos de carga posi t i va. Tal es segment os se producen en promedi o cada 50100 ami noáci dos en l as prot eí nas,y l a exposi ci ón de est os f ragment os se corr el aci onaconl apropensi ón deagregaci ón del aprot eí na.Lat apaαhel i coi daly un cambi o conf ormaci onalen eldomi ni o β - sándwi ch regul anelest adoafini dadporelpépt i dodeunamaner adependi ent ede ATP.En elest adodeATP deruedas,l at apaadopt aunaconf ormaci ón abi ert a,l oqueresul t aenl oal t odel ast asasyt ari f asdedescuent opara elpépt i do.La hi dról i si sdeATP a ADP est áf uert ement eacel er ada por HSP40,queconduceaci erredel at apaydeuni ón delpépt i doest abl e ( baj aenl ospr eci osyt ari f asdedescansoparaelsust rat opept í di co)( fig. 2) .HSP40t ambi éni nt er act úadi rect ament econ despl egadapol i pépti dos y puede recl ut ara l os sust rat os de prot eí na HSP70.Después de l a hi dr ól i si sdeATP,un f act ordei nt er cambi odenucl eót i dos-seuneal domi ni opaseATdel aHSP70ycatal i zaeli nt er cambi odeADP-ATP,l o que resul t a en l a apert ura de l at apa y l al i ber aci ón de sust rat o. Lanzami ent opermi t equel asmol écul asder ápi dopl egadoparaent errar resi duoshi drof óbi cos,mi ent ras quel as mol écul as quenecesi t an más que unos pocos segundos para elpl egado sevuel va a enl azara l a HSP70, evi t ando así l a agr egaci ón. Uni ón HSP70 t ambi én pueden resul t arenl aremodel aci ón conf ormaci onal ,t alvezl ael i mi naci ón del as barrerasci nét i casparaelprocesodepl egado. Lasprot eí nasqueson i ncapacesdepart i ci ón det rayect ori asderápi do pl egadodespuésdeci cl i smoHSP70puedensert ransf eri dasenelmedi o
especi al i zado de l aj aul a chaper oni na para elpl egado.Ent r e el l as se encuent ran vari as prot eí nas esenci al es,t al escomo acti nas t ubul i nas, queseenf rent an a al t asbarr er asener gét i casen elpl egami ent oyson compl et ament e i ncapaces de l l egar a sus est ados nat i vos espont áneament e,i ncl usoensol uci óndi l ui dai nvi t r o. Laschaperoni nas
Chaper oni nas son gr andescompl ej os dobl et i mbre de 800-900 kDa quef unci onan port odoelmundoenci er raprot eí nassust rat ohast a60 kDa para elpl egado.Grupo Ichaperoni nas ( t ambi én conoci do como HSP60s en eucari ot as y GroEL en bact er i as)t i enen ani l l os de si et e mi embrosen bact eri as,mi t ocondri as ycl oropl ast os,yf unci onal ment e cooper arconHSP10( prot eí nasGroESenbact eri as) ,quef orman l at apa de l a j aul a pl egabl e. El grupo de chaper oni nas I I en ar queas ( t her mosome)y elci t osoleucari ót i co ( TRi C,t ambi én conoci do como AAC) por l o general t i enen ani l l os de ocho mi embros. Son i ndependi ent esdeHSP10f act ores. Elsi st ema Gr oELGroES chaperoni na de Escher i chi a col iha si do est udi adomásext ensi vament e( fig.3) .GroEL i nt er act úa con almenos 250di f erent esprot eí nasci t osól i cas.Lamayorí adeel l ost i enenent re20 y 50 kDa en t amaño y t i enen compl ej o α / β o α + βt opol ogí as de domi ni o,comoelbarr i lTI M 33veces.Est asprot eí nasseest abi l i zanpor muchasi nt eracci onesdel argoal canceysecreequerel l enarflexi bl es, pl egabl esi nt ermedi os ci nét i cament e at rapados exponi endo super fici es hi dr óf obas. Los domi ni os api cal es de l as present es resi duos de ami noáci dos hi dróf obos GroEL para l a uni ón en elcentro delani l l o sust rat o. Pl egado subsi gui ent e depende de encapsul aci ón gl obal de
sust rat o porGroES ( fig.3) .GroES de uni ón de ATP esregul ado y se asoci aconuncambi oconf ormaci onalmarcadadeGroELqueconducea l af ormaci ón de una j aul a con una par ed al t ament e hi drófil o,net acargadonegat i vament ei nt eri or .Prot eí naencapsul adaesl i brededobl ar en est e ambi ent e durant e 10 segundos -elt i empo necesari o para l a hi dr ól i si sdeATP en elani l l odeGroES -enl azado( ani l l oci s) .Sust rat o prot eí na sal e de l aj aul a después de GroES di soci aci ón, que se desencadenaporal ost éri cament eATPvi ncul ant eenelri ngf rent e( ani l l o t rans) .Sust rat oaún nodobl adovuel veaenl azarr ápi dament eaGroEL paranuevosi nt ent osdepl egado. Encerrando despl egada prot eí na, una mol écul aal a vez, evi t al a i nt errupci ón de pl egado porl a agregaci ón o ( re)uni ón a chaper onas aguas arri ba. Además, un ef ect o de confinami ent o est éri co probabl ement e modul a el pai saj e pl egado - energí a. Aunque l as f unci onesdechaper oni na como un di sposi t i vodeprevenci ón pasi vaagregaci ón para al gunas prot eí nas, encapsul aci ón t ambi én pueden acel er ar pl egado sust anci al ment e.Est a acel er aci ón de l af recuenci a puede ser debi do al confinami ent o est éri co, ent rópi cament e desest abi l i zarderrumbói nt ermedi ari osdepl egami ent oper oflexi bl es,y promovi endo su conversi ón a más compact osconf ormaci ones,nat i vo. Comosemuest rareci ent ement e,elef ect odel aj aul apl egabl epuedeser comparabl ea l af unci ón del os enl aces di sul f ur o en l a rest ri cci ón de espaci o conf ormaci onalen elpl egami ent o del as prot eí nas secr et oras. Además,repi t e curso de l osacont eci mi ent os en l a uni ón y l os ci cl os sucesi vos de l i ber aci ón se han sugeri do para revert i rmalpl egadas, est adosci nét i cament eat rapadosqueseest abi l i zanpori nt eracci onesno
nat i vas.Porl ot ant o,l aschaper oni naspuedesercapazdesupri mi rl as barrerasent rópi casyent ál pi coen escarpadaspai saj esdeenergí al i bre depl egado( Fi g.1) . TRi C,elI Ichaperoni nagrupoenelci t osoleucari ót i co,const adeocho subuni dades paral ogous por ani l l o.Todos I Ichaper oni nas grupo se desví an de GroEL en que sus domi ni os api cal es cont i enen prot uber anci as en f orma de dedo,que act úan como un i ri scomo, i nt egradoenl atapayreempl azarl af unci óndeGroES.Est ossegment os seabrenyci erran enun ci cl odeprot eí na-encapsul aci ón dependi ent e deATP,si mi l arenpri nci pi oa l adeGroEL-GroES44.Si n embargo,el ci cl o de reacci ón TRi C es mucho más l ent o que el de GroEL, probabl ement eproporci onarun per í ododeencapsul aci ón deprot eí nas yelpl egami ent oenl aj aul asust anci al ment emásl argo.TRi Ci nt eract úa con aproxi madament e el10 % de l as prot eí nas ci t osól i cas reci én si nt et i zados,i ncl uyendo l a act i na y l at ubul i nas.Curi osament e,TRI C t ambi én f unci ona en l a prevenci ón de l a acumul aci ón de agr egados t óxi cosdeprot eí nadel aenf ermedaddeHunt i ngt on. Elsi st emadeHSP90
HSP90 f ormas de un concent rador prot eost asi s que cont rol a numer ososi mport ant esví asdeseñal i zaci ón en l ascél ul aseucari ot as. Est as f unci ones pl ei ot rópi cos i ncl uyen,ent re ot ros l a progresi ón del ci cl o cel ul ar , mant eni mi ent o de l os t el ómer os, l a apopt osi s, l a t ransducci ón deseñal esmi t ót i co,elt ransport edevesí cul asmedi ada,l a i nmuni dad i nnat ayl adegr adaci ón deprot eí nasespecí ficas.Dehecho, secreequel aevol uci ónyelmant eni mi ent odeest asredesf unci onal esa dependerdel acapaci dad deHSP90paraamort i guarl osef ect osdel as
mut aci ones est ruct ural ment e desest abi l i zadores en l os compl ej os de prot eí nas subyacent es, permi t i endo de ese modo l a adqui si ci ón de nuevosr asgos. HSP90f unci onesaguasabaj odeHSP70enl amaduraci ónest ruct ural y l a regul aci ón conf ormaci onal de numerosas mol écul as de t ransducci ón de señal es, t al es como qui nasas y l os recept ores de est er oi des.Además,cooper a en est eprocesocon vari os regul adoresy compañeros de acompañantes, muchos de l os cual es ut i l i zan l a repet i ci ón t et rat ri copepti de ( TPR)domi ni os de at racaren HSP90.Por ej empl o,elHOP prot eí na TPR proporci ona un ví ncul o di rect o ent rel a HSP70yHSP90,permi t i endot ransf erelsust rat o.Aunqueelmecani smo porelcuall aHSP90ysuscof act oresmedi arcambi osconf ormaci onal es enprot eí nassust rat oaúnnoseent i ende,l asest ruct urascri st al i nasde l os úl t i mos HSP90s de l arga duraci ón proporci onan i nf ormaci ón l argament eesper ada.HSP90f unci onacomoundí mer odesubuni dades que se ensambl an por sus domi ni os Ct ermi nal es.Un domi ni o Nt ermi nalse une e hi drol i za ATP y se une aldomi ni oC t ermi nal medi ant eun domi ni omedi o( Fi g.4) .Eldomi ni omedi opart i ci pa en l a uni ón alsust rat o ei nt er act úa con elAHA1 co-chaper ona.Si mi l ara ot roschaperones,l a HSP90 dí mer o sesomet e a un ci cl o de reacci ón ATP - acci onado que est á acompañada por una consi derabl e reor gani zaci ón est ruct ural ( fig. 4) . La uni ón delATP conduce a l a di meri zaci ón de l os domi ni os Nt ermi nal es, f ormando “ abrazader a mol ecul ar” HSP90. Est o resul t a en una compact aci ón del dí mer o HSP90,en elquel osmonómer osi ndi vi dual esseentrel azan una con ot ra.Despuésdel a hi dról i si s,l osdomi ni ospase AT sedi soci an yl as
HSP90 monómer osdi f er ent esN-t ermi nal es.Vari oscof act oresregul an est eci cl o:Cdc37,queof receci ert ossust rat osdequi nasa paraHSP90, i nhi bel aact i vi daddepaseAT,yHOPi nhi bel adi meri zaci ónNt ermi nal . AHA1 est i mul al a hi dról i si sdeATP,mi ent rasquep23 seest abi l i za l a f ormadi meri zadadeHSP90ant esdel ahi dról i si sdeATP.Est osf act ores secreequeaj ust arl aspropi edadesci nét i casdelci cl oparal ograrci ert as t ransi ci onesconf ormaci onal esen sust rat osdeHSP90 -enl azados,así comosul i ber aci ónapart i rdel aHSP90. ¿Cómo HSP90 recl ut a di f er ent es t i pos de prot eí nas sust rat o con l a ayuda de di ver sos co- chaperonas si gue si endo eni gmát i ca.HSP90 parecet enervari asr egi onesdei nt eracci ón sust rat oyl af uerz adeuni ón pareceest arf uert ement ei nfluenci adaporl aflexi bi l i dadest ruct uraldel sust rat o,en l í nea con l af unci ón propuest a de l a HSP90 como un condensador evol ut i va en l a prot ecci ón de vari ant es de prot eí nas mut adasde l a degr adaci ón.Debi do a vari ossust rat osdeHSP90 son qui nasascon papel esbi endocument adosen eldesarrol l odelt umor ,l a i nhi bi ci óndeHSP90conf ármacost al escomogel danami ci nahasurgi do comounaest rat egi apromet edoraparaelt ratami ent odeci ert osti posde cáncer .Est osf ármacosi nhi ben especí ficament el af unci ón depaseAT de l a HSP90.Probabl ement e serán út i l es no sól o en l at er api a del cáncer ,si not ambi énenelt ratami ent odeenf ermedadesvi ral es,debi do a elhecho de que var i os vi rus pat ógenos secuest rar elsi st ema de HSP90 y l o ut i l i zan para ensambl aj e de l a cápsi da.Si n embargo,l a i nhi bi ci ón gl obaldel aHSP90esprobabl equeresul t eenunaal t er aci ón marcadadeci rcui t oscel ul ares,yserí adeseabl eencont rarmaner asde i nhi bi rsól oaspect osespecí ficosdel af unci óndeHSP90.
Deri bosomaal apr ot eí napl egada
La sí nt esi svect ori aldepol i pépt i dos en elri bosoma t i enei mport ant es i mpl i caci onesen elprocesodepl egadoqueseent i enden sól oen part e. Laspregunt ascl avesserefier en al af aseen l aquel acadenanaci ent e comi enza a pl egarse y l a medi da en que elproceso de t raducci ón modul a el pai saj e de energí al i bre de pl egado. Al abordar est as cuest i ones,esút i lconsi derarpri mer o,l asprot eí nasdeunsol odomi ni o pequeños,que t i enden a pl egarse de f orma espont ánea i n vi t ro.El procesodet raducci ónparatal esprot eí naspareceaument arelri esgode malpl egami ent o yl a agregaci ón consi der abl ement e,debi do a que un pol i pépt i do naci ent ei ncompl et a no es capaz de pl egarse en una conf ormaci ón nat i va est abl eyl a concent raci ón l ocalde l as cadenas naci ent es en elcontext o de pol iri bosomas esmuy al t a.Además,el canaldesal i dadel asubuni dadri bosómi cagrande,queesde100Å de l argo,per oenl amayorí ade20Ådeancho,esdesf avorabl eparadobl ar más al l á de α hél i ces y pequeños el ement os t er ci ari os que pueden comenzaraf ormarcer cadel asal i dadelt únel ;seporl otant oevi t aque l asCt ermi nalderesi duosdeami noáci dosdel acadenadepart i ci paren i nt er acci ones de l argo al cance que son necesari os para cooper ati va domi ni o pl egado.Como consecuenci a,puede ocurri rsól o despuésde pl egami ent o product i vo de l a prot eí na compl et a ha surgi do del ri bosoma.Debi do a que l at raducci ón es rel at i vament el ent o (420 ami noáci dos s - 1) ,cadenas naci ent es est án expuest os en est ados parci al ment epl egados,sensi bl esa l a agregaci ón durant eperí odos de t i empo consi derabl es.Porot ra part e,l os cont act os i nt racat enari os no nat i vosf ormadosdurant el at raducci ónoi nt er acci onesconl asuper fici e
ri bosómi coal t ament ecargado podrí an r et rasarpl egado despuésdel a final i zaci ón del a sí nt esi s.Porest as razones,secr eequel as cadenas naci ent esdei nt er act uarco -t raducci onalcon chaper onesri bosomas det ermi nada,quei nhi ben su pl egami ent opremat uro( mal )ymant ener l acadenanaci ent eenunest adonoagregado,pl egabl ecompet ent e( Fi g. 5) .Porej empl o,elf act ordeact i vaci ón bact eri anaseuneal apequeña t i t i na I 27 cadena ( 120 ami noáci dos) a l ol argo de t raducci ón, presumi bl ement er et rasarcol apsodel acadenahast aqueeldomi ni oβsándwi ch compl et o ha surgi do delri bosoma y est á di sponi bl e para pl egado. Por ot ra part e, l a agregaci ón de cadenas naci ent es se desf avoreci doporeldensament epobl ado,pseudohel i caldi sposi ci ón de l osri bosomas en l os compl ej ospol yri bosome-una organi zaci ón que maxi mi zal adi st anci aent rel ossi t i osdesal i dadel acadenanaci ent een ri bosomes65adyacent e. Aunquel asprot eí nasdeun sol odomi ni oal canzarán su est adonat i vo despuésdel at raducci ón,l asprot eí nasmul t i domi ni opuedensomet er se a domi ni o - sabi a pl egabl e co t raducci onal , como pl egar i ndependi ent ement e uni dades est ruct ural es (50300 ami noáci dos de l ongi t ud)emer gedef orma secuenci aldesdeelri bosoma.Est eproceso evi t a elcont act o ent redomi ni os no nat i vos,suavi zando asíelpai saj e pl egado - ener gí a para l as grandes prot eí nas. Secuenci al domi ni o pl egadodurant el at raducci ón,queesal t ament eefici ent een ri bosomas eucari ót i cos, probabl ement e promueve l a evol uci ón expl osi va de prot eí nas mul t i domi ni o compl ej as en eucari ot as.Se cr ee pl egabl e Co t raducci onalqueserayudadoporl avel oci dad deel ongaci ón másl ent o del osri bosomaseucari ot as(4ami noáci doss-1en eucari ot asf rent ea
20 ami noáci doss-1 en l as bact eri as)y,como resul t ado dedi ver sas adapt aci onesdel amaqui nari adepl egado.Porej empl o,l osri bosomas eucari ot asseunenl oscompl ej osespeci al i zadoschaper onaHSP70( Fi g. 5) y l a uni ón y l i ber aci ón de l a HSC70 canóni ca de l as cadenas naci ent espueden coordi narsecon vel oci dad dedespl azami ent o con el findeapoyarpl egabl edomi ni oser efier e.Eleucari ot achaper oni naTRi C esrecl ut adoparacadenasnaci ent esporHSC70( ref .69)yot rosf act ores de aguas arr i ba,t al escomo pre pl egado,per mi t i endo de pl egado co t raducci onal .Por ot ra part e,elaj ust e de pl egado cot ransl aci onal puedeconsegui rseport r asl aci ón haci endo una pausaen l oscodones raros.En gener al ,l at raducci ón yl a chaper ona maqui nari a eucari ot a han si do al t ament eopti mi zados a t ravésde l a evol uci ón,asegurando pl egado efici ent e para l a mayor part e de l as prot eí nas reci én si nt eti zada. . Elchaper ón ví asdeoperarenelret í cul oendopl asmát i co( ER)si guenl os pri nci pi os deorgani zaci ón anál ogos,per o maqui nari a especi al i zada se ut i l i zaen l af ormaci ón dedi sul f uro-bonoyl agl i cosi l aci ón demuchas prot eí nassecret oras. Mant eni mi ent opr ot eomayl ar edpr ot eost asi s
Aunque en general se acept a que no se requi ere l a maqui nari a acompañant edepl egadodeprot eí nasi ni ci al ,sól oest amosempezandoa apreci arl amedi daenquemuchasprot eí nasdependendel aasi st enci a macromol ecul arl argodesuvi dacel ul arparamant enerorecuper arsus conf ormaci ones f unci onal ment e act i vas. En comparaci ón con l os procari ot as, l os prot eomas de cél ul as eucari ot as son al t ament e compl ej o,quecomprendeun númeromuchomayoryl a di versi dad de
l as prot eí nas mul t i domi ni o. En el ent orno cel ul ar di námi co, est as prot eí nasseenf rent anconst ant ement eanumer ososr et osasusest ados pl egados ; son elresul t ado de modi ficaci ones post t raducci onal es ( f osf ori l aci ón y acet i l aci ón) ,l os cambi os en l a fisi ol ogí a cel ul ar y al t er aci ones en l a composi ci ón y l a concent raci ón de l i gandos de mol écul as pequeñas que pueden i nflui ren prot eí nas est abi l i dad.Por ot rapart e,el2030% det odasl asprot eí nasen cél ul asdemamí f er oson i nt rí nsecament e no est ruct urada, es deci r , que pueden adopt ar conf ormaci onest ri di mensi onal esdefini dossól odespuésdel a uni ón a ot ras macr omol écul as o super fici es de membrana. Tal es prot eí nas probabl ement enecesi t an ayuda para evi t ari nt er acci onesaberrant esy deagregaci ón,en part i cul arcuandosei ncr ement asu concent raci ón y noseencuent ranencompl ej osconmol écul asasoci adas. Est asconsi der aci onesayudan aexpl i carporquél ascél ul asti enenque i nvert i renunaampl i areddef act ores,quecomprendeprot eí nas800en l ascél ul ashumanas(200acompañant esycompañer osdechaperones y600 UPS ycomponent esaut of agi a) ,quecooperan para mant enerl a i nt egri dad conf ormaci onaldelprot eomayproporci onarl aadapt aci ón a l os cambi os en el medi o ambi ent e. Est a red prot eost asi si nt egr a component esgeneral esy especi al i zados chaper onas para pl egami ent o del aprot eí nayelt ráficocon l amaqui nari aparal adesagregaci ón yl a degr adaci ón
prot eol í t i ca
de
l as
prot eí nas
mal pl egadas
( i rr eversi bl ement eelSAIyelsi st emadel aaut of agi a)( Fi g.6) .Lanot abl e compl ej i dad delsi st ema sederi vadel a expansi ón,en l osorgani smos mul t i cel ul ares,de l a di ver si dad de l os component esregul adorespara l os si st emas de chaperonas pri nci pal es ( HSP70 y HSP90) y de l os
f act oresdeacopl ami ent of unci onal ment eest aschaper onasconelSAIy elsi st emadel aaut of agi a.Porej empl o,di versoscof act oresHSP70,t al es como elat hanogeno BCL2 -asoci ado ( BAG)y ci ert as prot eí nas de l a f ami l i a HSP40s,cont i enen domi ni os de t i po ubi qui t i na o ubi qui t i na i nt er act uando.Elcof act or HSP70 y HSP90 conoci do como car boxi l o t ermi nalde l a prot eí na Hsp70 de i nt eracci ón ( CHI P)t i ene act i vi dad ubi qui t i na l i gasa E3 y canal es ci er t as prot eí nas mut ant es o dañado haci al a degradaci ón prot easomal .En part i cul ar ,CHI P essól ounode vari os ci ent os de l i gasas E3 di f erent es, l o que reflej al a enorme i mport anci a del asví asprot eol í t i caspara prot eostasi sy l ar egul aci ón cel ul ar . Curi osament e, mi ent ras que l a el i mi naci ón de especi es de prot eí nas malpl egadas por elSAIr equi er e que est as mol écul as se mant i enen en un est ado no agr egado porchaper ones,secr eequel a el i mi naci ón de l a aut of agi a para i nvol ucr armecani smos act i vos para obl i gara esas mol écul as en gr ande,presumi bl ement e menos t óxi cos, agregados.Est as i ncl usi ones son a menudo deposi t adas en si t i os subcel ul aresespecí ficoscer ca delcent roorgani zadordemi cr ot úbul os, conoci doscomoagregados. La red prot eost asi s est á regul ada por vari as ví as de señal i zaci ón i nt er conect adas,al gunas del as cual esson l at ensi ón derespuest ay garant i zarqueelpl egami ent odeprot eí nascel ul aresy/odegradaci ón est á adapt ada para evi t arl a acumul aci ón demalpl egada yespeci es propensasal aagregaci ón ( Fi g.6) .Est as ví asi ncl uyen l arespuest a al est résci t osól i cayl arespuest adel aprot eí nadespl egadadel asví asde ER ymi t ocondri as,asícomodeseñal i zaci ónquecont rol anl abi ogénesi s de ri bosomas y l a capaci dad de t rasl aci ón ( Cuadro 1) . ¿Cómo l as
aport aci onesde l as di f er ent esramas est én coor di nadas y afinado es sól oparci al ment eent endi da,perol acapaci dadprot eost asi sycapaci dad de respuest a alest rés puede vari ar consi der abl ement e en di f er ent es t i posdecél ul as. Col apsoPr ot eos t asi senelenvej eci mi ent oyl aenf ermedad
Laacumul aci ón deprot eí nasmalpl egadasy/u oxi dadaenl ascél ul as durant e elenvej eci mi ent o es un r et o para elsi st ema prot eost asi sy event ual ment e resul t a en l a deposi ci ón de l os agregados,como se muest ra en or gani smos model ot al escomo Caenorhabdi t i s el egans y Drosophi l a.La i ncapaci dad del as cél ul as para rest aurarprot eost asi s normalpueder esul t arenl aenf ermedad,ei ncl usoenl amuert ecel ul ar . En ef ect o,numer osas enf er medades son ahora reconoci dos para ser asoci adocon elpl egami ent odeprot eí nasaberrant eyporl ogener alse cl asi fican comodepér di dadef unci ón ol asenf ermedadesdegananci a def unci ón t óxi ca,aunquel osest adospat ol ógi cosespecí ficosamenudo muest ran el ement osdeambosgrupos.Lospri mer ossongener al ment e causadospormut aci onesher edi t ari asei ncl uyennumer osost rast ornos como l a fibrosi s quí st i ca, enf ermedades de depósi t ol i sosomal y l a defici enci adeα1-ant i t ri psi na.Est eúl t i mo,t rast ornosdegananci ade f unci ón, i ncl uye l a di abet es t i po 2 y l as pri nci pal es enf ermedades neurodegenerat i vas ( enf ermedad de Parki nson, enf ermedad de Hunt i ngt on,escl erosi sl at er alami ot róficayl aenf ermedaddeAl zhei mer ) yson yaseaesporádi caocausadapormut aci onesquehacen quel as prot eí nasespecí ficasmásdeagregaci ónpropensos.Est asenf ermedades gananci a de f unci ón son t í pi cament e rel aci onada con l a edad y son causadasporl aacumul aci óndeami l oi deoami l oi decomoagregadosde
l aprot eí nadel aenf ermedad.Unaposi bl eexpl i caci ón paral aapari ci ón t ardí adeest asenf ermedadesesprovi st aporl aevi denci areci ent edel os or gani smos model o que l as ví as de señal i zaci ón que regul an prot eost asi s sei nt egran con l os mecani smos genét i cos y epi genét i cos que cont rol an l al ongevi dad ( Cuadro 1) .Porl ot ant o,l a di smi nuci ón rel aci onada con l a edad en prot eost asi s y especí ficament e en l a i ncapaci dad para regul ar al al za chaperones en respuest aal as presi ones de conf ormaci ón desencadenarí a mani f est aci ón de l a enf ermedadyasuvez,acel er arelcol apsoprot eost asi s. Aunqueelpri nci pi odef unci onami ent ot óxi cosenest ost rast ornosest á l ej osdesercomprendi do,est ásurgi endounconsensoquel osagregados ol i goméri cossol ubl es,quepueden ser' en -ví a" o"f ueraderut a'haci a l af ormaci ón defibri l l as,son l asespeci esci t ot óxi cospri mari os( Fi g.1) . Una hi pót esi s dest acada sugi er e que est os ol i gómer os exponen a superfici es hi dróf obas promi scuas que pueden medi ar i nt er acci ones aberrant escon vari asot rasprot eí nasocon l asmembranascel ul ares. En apoyo deest a propuest a,un est udi o reci ent edel a prot eómi ca en cél ul as humanas most raron que ci ert as prot eí nas met aest abl es se di ri gen pref erent ement eport al esi nt eracci ones,l oqueresul t aen su co -agregaci ón con l aenf ermedad ami l oi dogéni caprot eí na.Lasprot eí nas co-agr egaci ón en gener alson grandesen t amañoyseenri quecen en regi ones i nt rí nsecament e no est ruct urados, l as propi edades que se acopl anconunal t ogradodef unci onal i dad.Enconsecuenci a,t i endena ocuparposi ci onesdecuboesenci al esen redesdeprot eí nas cel ul ares, i ncl uyendo l a regul aci ón de l at ranscri pci ón, l at raducci ón y el mant eni mi ent o de l a arqui t ect ura cel ul ar ,l o que sugi er e que su
secuest ro por l os agregados ami l oi des resul t ados en l at oxi ci dad mul t i f act ori al .Una mani f est aci ón i nt er esant e de est e mecani smo de t oxi ci dad es l a reci ent e demost raci ón de que l a agregaci ón de p53 mut ant epuedeej er cerpot enci aloncogéni codomi nant eporelsecuest ro de p53 de t i po sal vaj e en l os compañer os de l os agregados,l o que resul t aenunapér di dacompl et adel af unci óndep53. Toxi ci dad agregada puede ser agravado por l ai ncapaci dad de l as cél ul asaf ect adaspararesponderadecuadament eaest í mul osdeest rés. Est o es consi st ent e con l a evi denci a reci ent e de que l as especi es de prot eí nas aberrant e pl egadas pueden i nt er f eri r con l as f unci ones Prot eost asi s cent ral es,i ncl uyendo elpl egami ent o de prot eí nas y l os mecani smos de acl arami ent o.En part i cul ar ,l a sobreexpresi ón de l os mi embros delsi st ema de HSP70 se ha demost rado que i nhi ben l a f ormaci ón de ol i gómer os t óxi cos y para preveni rl af ormaci ón de agregadosdeami l oi dedel a enf ermedad dedi f er ent esprot eí nas.En el caso del asprot eí nasdepol i gl ut ami nas-r epet i ci ón,l a cualcausa l a enf ermedad de Hunt i ngt on y var i os t rast ornos neurodegenerat i vos rel aci onados,HSP70 cooper a con l a chaper oni na TRi C para evi t arl a acumul aci ón de ol i gómeros pot enci al ment e t óxi cos, que es una remi ni scenci a de l a cooper aci ón f unci onal ent re est os si st emas de chaper onasenprot eí nasdenovopl egado. Sobrel a basedeest os hal l azgos,l a regul aci ón alal zadel af unci ón chaperona f armacol ógi ca promet e abri r nuevas est rat egi as para el t rat ami ent o de numer osos est ados pat ol ógi cos asoci ados con el pl egami ent o aber rant eyl a agr egaci ón.Experi ment os de prueba de pri nci pi o que ut i l i zan compuest os de mol écul as pequeñas para
aument arl a sí nt esi s de acompañant e y reequi l i brarprot eost asi s( por ej empl o, medi ant e l a act i vaci ón de choque t ér mi co f act or de t ranscri pci ón -1 ( ví as HSF- 1)-r egul ados)ya han demost rado su eficaci a en l a pér di da de l af unci ón y model os de enf ermedad de gananci adef unci ónt óxi ca.Delmi smomodo,reci ent ement ei dent i ficado act i vadores del prot easoma 94 t i enen el pot enci al de acel er ar l a l i qui daci ón deespeci esdeprot eí nast óxi cas,part i cul arment ecuandose apl i ca en combi naci ón con l a regul aci ón posi t i va chaperona. A di f er enci a de l os f ármacos convenci onal es, tal es " regul adores Prot eost asi s 'no serí a especí fica de l a enf ermedad o de l a prot eí na especí fica, por l o que puede ser apl i cabl eat odo un grupo de enf ermedadesr el aci onadas-unnuevoconcept oenl apráct i camédi ca. Pr onóst i co
Est udi osreal i zadosdurant el asúl t i masdosdécadashan proporci onado una vi si ón f asci nant edel a mecáni ca del a chaper ona asi st i da porel pl egami ent odeprot eí nas,per ot odaví ahaygrandesl agunasennuest ra comprensi ón decómol asví asdepl egadoenl acél ul asedi f er enci an de l osest udi adosen elt ubo deensayo.Elprogresosevef renada porel probl ema de que l os mét odos bi of í si cos sofist i cados ut i l i zados para caract eri zari nt ermedi ari os de pl egami ent oi n vi t ro no son f áci l ment e t ransf eri bl esal asi t uaci ón i nvi vo.Mayorpot enci aldei nnovaci ón t ant o, sepuedeesperardel aevol uci ón del ast écni casdei magen avanzadas, conelt i empoquenospermi t emoni t orearl oscambi osconf ormaci onal es en unasol acadenapol i pept í di cacomosedesprendedel osri bosomas, l l evaacabosu f unci ón bi ol ógi cayesfinal ment edegradadoen l acél ul a vi va. Mucha i nvest i gaci ón t ambi én se est i mul a por el concept o
emergent e de que l as chaper onas mol ecul ar es f unci onan como el el ement ocent raldeuna red cel ul armucho másgrande decont rolde prot eost asi s,quecomprende,además,l amaqui nari adel abi ogénesi sde prot eí nas,asícomoelSAIyelsi st emadel aaut of agi a.Desent rañarel compl ej oci rcui t oderegul aci óndeest aredyent enderporquépi erdesu agarr edurant e elenvej eci mi ent o pl ant eará un ret oi mport ant e en l os próxi mos años.La sol uci ón de est e probl ema requeri rá un ampl i o enf oque de bi ol ogí a de si st emas basándose en una combi naci ón de perfil es de ri bosoma, prot eómi ca
cuant i t at i va y model ado
comput aci onal .¿Cómoreacci onan l ascél ul asalest r ésconf ormaci onalo defici enci aprot eost asi sani velprot eomaest ácl ar o.Laspregunt ascl ave i ncl uyen l a det ermi naci ón de cómo ci ert os aber rant e pl egami ent o de prot eí nas agregadas en especi es t óxi cas, mi ent ras que ot ros se degradan,cómol a composi ci ón del oscambi osprot eosoma durant eel envej eci mi ent o,l o que l a firma de un prot eoma j uveni les,y cómo podemos encont rar maner as de mant ener por más t i empo de l o que edad.Paraabordarest asyot rascuest i onesrel aci onadasnosól oof rece grandes opor t uni dades par a l a i nt ervenci ón de numerosas enf ermedades act ual ment ei ncurabl es, si no t ambi én con elt i empo revel arál a rel aci ón f undament al ment ei mport ant eent reprot eost asi sy longevidad.
Fi gur a1 | Confli ct o de r eacci onesde pl egami ent o de pr ot eí nasy agregados.Esquema del a super fici een f orma de embudo de ener gí a
l i brequel asprot eí nasexpl orara medi daqueavanzan haci aelest ado nat i vo ( ver de)medi ant el af ormaci ón de cont act os i nt ramol ecul ares ( modi ficado de ref er enci as 19 y 95) .La robust ez de l os resul t ados pai saj e de ener gí a l i bre en l a acumul aci ón de conf ormaci ones ci nét i cament e at rapadas que necesi t an para at ravesar barrer as de energí al i bref avorabl epar al l egaraunarut acuest aabaj o.I nvi vo,est os pasospueden seracel er adosporchaper ones.Cuandovari asmol écul as sepl i egan si mul t áneament een elmi smocompart i ment o,l a superfici e de ener gí al i bre de pl egado puede sol aparse con l a de l a agregaci ón i nt er mol ecul ar , dando como resul t ado l af ormaci ón de agregados amorf os, ol i gómer os t óxi cos o fibri l l as ami l oi des ordenado ( roj o) . Agregaci ón fibri l ar se produce normal ment e por pol i meri zaci ón dependi ent edel anucl eaci ón.Sepuedei ni ci arapart i rdei nt ermedi os de pobl aci ón dur ante el pl egami ent o de novo o después de l a desest abi l i zaci ón delest ado nat i vo ( est ados parci al ment e pl egadas)y, normal ment e,esi mpedi doporchaper onasmol ecul ares.
Fi gura2 |Elci cl ochaper onaHSP70.HSP70cambi aentreal t aybaj a
afini dad para l os est ados despl egado y parci al ment e pl egado de prot eí nas de uni ón a ATP y l a hi dr ól i si s. Despl egada y sust rat o parci al ment e pl egada ( cadena naci ent e o prot eí na de est rés desnatural i zado) ,l a exposi ci ón desegment ospept í di coshi dróf obos,se ent regaaATPdet ermi nadaHSP70( abi ert o;baj aafini dadporelsust rat o con al t aen l ast asasdeyf uer adetasas)porunodevari oscof act ores HSP40.La hi dról i si sdeATP,queseacel er aporHSP40,resul t adosen ci erre de l at apa un - hel i coi dal deldomi ni o de uni ón al pépt i do
( amari l l o) y l a uni ón f uer t e de sust rat o por HSP70 ( cerrado; al t a afini dadconbaj aen l ast asasdeyf ueradel ast asas) .Ladi soci aci ónde ADPcat al i zadaporunodevari osf act or esdei nt ercambi odenucl eót i dos ( NEF) se requi er e para elreci cl aj e. La apert ura de l at apa un hel i coi dal ,i nduci daporl auni ón delATP,l osresul t adosen l al i beraci ón desust rat o.Pl egabl esepromuevel aagregaci ón yseevi t acuandot ant o l at asa de pl egado const ant e( Kf ol d)es mayor que l a const ant e de asoci aci ón ( Kon)paral auni ón dechaperona( oreconsol i daci ón)del os est adosparci al ment epl egados,yKon esmayorqueporl a asoci aci ón i nt ermol ecul ar de orden superi or agregaci ón t asa const ant e K agg ( Kf ol d>Ken>Kagg)( part i ci ónci nét i ca) .Paral asprot eí nasmalpl egadas quepuebl an est ados,KonpuedesermayorqueK veces( K =K vecesen > Kagg) .Est as prot eí nas seest abi l i zan porHSP70 en un est ado no agregado,si no querequi er en l at ransf er enci a en l aj aul a chaper oni na para elpl egado.Despuésde l at ensi ón conf ormaci onal ,K agg puede l l egarasermásrápi doqueKon,yl aagregaci ónseproduce( Kagg>Kon =Kf ol d) ,amenosquel aexpresi ón chaper ón esi nduci daat ravésdel a ví a derespuest a alest r és.Est ruct urasen est a figura serefieren a l a prot eí na Dat a Bank ( PDB)l a adhesi ón códi gos1DKG,1DKZ,2KHO y 2QXL.Pi ,f osf at oi norgáni co. Fi gur a3 | pl egabl een elchaper oni nacage. Subst r at eGr oEL.Gr oES
uni ón aGroEL( t raselcambi odeHSP70)puederesul t arendesarrol l o l ocal de 42. La uni ón delATP a cont i nuaci ón, desencadena una reor denaci ón conf ormaci onaldel osdomi ni osapi cal esGroEL.Est o es segui do por l a uni ón de GroES ( f ormando elcompl ej o ci s) y l a encapsul aci ónsust rat oparaelpl egado.Almi smoti empo,ADPyGroES
sedi soci an del o cont rari o ani l l o deGroEL ( t rans) ,l o quepermi t el a l i beraci ón delsust rat oquehabí asi doencerr adoen elant i guocompl ej o ci s 32 ( omi t i do de l a figura por si mpl i ci dad) . El nuevo sust rat o permaneceencapsul ado,l i bre de dobl ar ,durant e elt i empo necesari o para hi drol i zarl os si et e mol écul as de ATP en elcompl ej o ci s reci én f ormado (10 s) .La uni ón deATP y GroES alani l l ot ransprovoca l a apert ura delcompl ej o ci s.Un si mét ri ca GroEL -( GroES)2 compl ej o puede f ormartransi t ori ament e.Model o est ruct uralsebasa en 1AON adhesi ónAP.
i dohorari o Fi gur a4 |ci cl odepas eAT deun si st emaHSP90.Ensent desdel apart esuperi ori zqui er da,l auni ón delATPalpasedeldomi ni o ATNt ermi nal( ND)del aapoHSP90i nduceun cambi oconf ormaci onal yelci erredel at apadel aATPenl aND.Despuésdeci erredel at apa,el NDs di meri ze, f or mando l a HSP90 dí mero cerrado ( abr azadera mol ecul ar)con subuni dadesret orci dos.Est aconf ormaci ón met aest abl e secompromet ea l ahi dról i si sdeATP.Despuésdel ahi dról i si s,l aEND sedi soci an.Lamol écul adesust rat oi nact i voi nt eract úapri nci pal ment e con eldomi ni o medi o( MD)y se conf ormaci onal ment e act i va como HSP90 procedea t ravésdel a alci cl o dePase.Loscof act oresCdc37, sal t o,AHA1 yp23 acel er aro ral ent i zardet ermi nadas et apasdelci cl o. Est ruct uras rel aci onadas con adhesi ones AP 2I OQ,2O1U,2CG9 y 2O1V.CD,Ct er mi nalATPasedomi ni o.
Fi gur a 5 | Or gani zaci ón de l as ví as de acompañant es en l as
eri aal a( i zqui erda) y eucari otas ( derecha) , bact er i as ci t osol . Bact chaperonesesaf unci ónenl aest abi l i zaci óndepol i pépt i dosnaci ent esen l osri bosomasyen eli ni ci odepl egadocooper arconl amaqui nari aque act úaaguasabaj oenl areal i zaci ón depl egado.Elnúmer odesust rat os que i nt er act úan sei ndi ca como un porcentaj e delprot eoma t ot al .La pri mer a cat egorí ai ncl uye f act ores de chaper onas que se unen en est recha proxi mi dad con elsi t i o desal i da delpol i pépt i do ri bosómi co, t al es como elf act or desencadenant e( TF)en bact eri as y compl ej os HSP70
especi al i zados ( compl ej o ri bosomaasoci ado ( Rac) en
Saccharomycescer evi si ae,MPP11yHSP70L1encél ul asdemamí f er o)y del anaci ent ecadenaasoci adaalcompl ej o( NAC)en eucari ot as) .Est as chaperonasseunensegment osdecadenahi dróf obos.Losmi embrosno ri bosomas det ermi nada de l af unci ón como chaper ones de segundo ni velparal ascadenasnaci ent esyal af ami l i aHSP70( DnaK enbact eri as y en eucari ot as HSC70) , comedi aci ón o pl egado después de l a t raducci ón.Tambi éndi st ri buyensubconj unt osdeprot eí naschaper onas deaguasabaj o,t al escomol a chaper oni nas( GroEL en bact eri asyen eucari ot as TRI C)y HSP9052.Subst rat o detransf er enci a HSC70 a l a HSP90 sepromueveporelHOP prot eí na de acopl ami ent o.La flecha i ndi caquel aví anoest ábi enest abl eci da.Est ruct urasrel aci onadascon adhesi onesAP 1DKG,1DKZ,2KHO,1W26,3I YF,2AVY,2AW4,1FXK, 3LKX,2I OQ,2QWR y1NLT.N,prot eí nanat i va;GrpE,GrpE prot eí nas, ARNm,ARN mensaj ero,PFD,prepl egado.
Lafigur a6|dest i nodepr ot eí nasen l ar edpr ot eost asi s.