Molecular chaperone의 발견은 생명과학자들에게 살아있는 세포 내에서 어떻게 생체활성단백질이 만들어지고 유지되는지에 대한 자극과 함께 그것을 증명하기 위한 실험동기를 부여하였다. 초기에는 Molecular chaperone이 nucleosomes의 assembly에 관여하는 단백질을 설명하기 위하여 사용되었으나, 지금은 기본적인 세포생리기능의 하나인 단백질의 folding과 assembly를 돕는 assistant protein으로 주로 사용된다. 단백질합성 뿐만 아니라 단백질수송, oligomeric structure의 assembly와 disassembly, heat shock을 포함한 각종 내, 외부스트래스에 의해서 변성된 단백질의 세로내분화와 회복에도 Molecular chaperone이 관여하고 있다. 그러나 아직까지는 Molecular chaperone들의 3차구조와 그들간의 상호작용에 관한 정보가 부족하여 크게 진전되지 못하고 있지만, 많은 연구자에 의한 정보축적으로 인하여 빠른 시일 내에 Molecular chaperone에 세포내역할이 분명하게밝혀질 것이다.
Molecular chaperone의 발견은 생명과학자들에게 살아있는 세포 내에서 어떻게 생체활성단백질이 만들어지고 유지되는지에 대한 자극과 함께 그것을 증명하기 위한 실험동기를 부여하였다. 초기에는 Molecular chaperone이 nucleosomes의 assembly에 관여하는 단백질을 설명하기 위하여 사용되었으나, 지금은 기본적인 세포생리기능의 하나인 단백질의 folding과 assembly를 돕는 assistant protein으로 주로 사용된다. 단백질합성 뿐만 아니라 단백질수송, oligomeric structure의 assembly와 disassembly, heat shock을 포함한 각종 내, 외부스트래스에 의해서 변성된 단백질의 세로내분화와 회복에도 Molecular chaperone이 관여하고 있다. 그러나 아직까지는 Molecular chaperone들의 3차구조와 그들간의 상호작용에 관한 정보가 부족하여 크게 진전되지 못하고 있지만, 많은 연구자에 의한 정보축적으로 인하여 빠른 시일 내에 Molecular chaperone에 세포내역할이 분명하게밝혀질 것이다.
대장균의 GroEL과 상동성을 가지는 symbionin이 진딧물의 세포내 곤생미생물에서 유일하게 생산된다. 이것은 in vitro와 in vivo에서 moecular chaperone 활성을 가지는 것과 함께 자가인산화(autophosphory-lation)와 인산기전이효소(phosphotransferase)의 활성에 의해서 고에너지 인산기를 다른 곳에 줄 수 있다. Symbionin은 two component pathway의 센서분자의 역할을 하며, 지금까지 알려진 것과는 다른 성질을 가진 protein Kinase이다.
Heat shock protein gp96 is an endoplasmic reticulum chaperone, belonging to the HSP90 family. The function of gp96 as a molecular chaperone was discovered more than 10 years ago, but its importance has been overshadowed by the brilliance of its role in immune responses. It is now clear that gp96 is instrumental in the initiation of both the innate and adaptive immunity. Recently, the roles of gp96 in protein homeostasis, as well as in cell differentiation and development, are beginning to draw more attention due to rapid development in the structural study of HSP90 and some surprising new discoveries from genetic studies of gp96. In this review, we focus on the aspect of gp96 as an ER molecular chaperone in protein maturation, peptide binding and the regulation of its activity.
Kim, Ji-Sun;Bang, Mi-Ae;Lee, Song-Mi;Chae, Ho-Zoon;Kim, Kang-Hwa
BMB Reports
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제43권3호
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pp.170-175
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2010
Chaperone;Glutathione peroxidase;Peroxiredoxin;Schizosaccharomyces pombe;Thioredoxin peroxidase;To investigate the differences in the functional roles of peroxiredoxins (Prxs) and glutathione peroxidase (GPx) of Schizosaccharomyces pombe, we examined the peroxidase and molecular chaperone properties of the recombinant proteins. TPx (thioredoxin peroxidase) exhibited a capacity for peroxide reduction with the thioredoxin system. GPx also showed thioreoxin-dependent peroxidase activity rather than GPx activity. The peroxidase activity of BCP (bacterioferritin comigratory protein) was similar to that of TPx. However, peroxidase activity was not observed for PMP20 (peroxisomal membrane protein 20). TPx, PMP20, and GPx inhibited thermal aggregation of citrate synthase at 43$^{\circ}C$, but BCP failed to inhibit the aggregation. The chaperone activities of PMP20 and GPx were weaker than that of TPx. The peroxidase and chaperone properties of TPx, BCP, and GPx of the fission yeast are similar to those of Saccharomyces cerevisiae. The fission yeast PMP20 without thioredoxin-dependent peroxidase activity may act as a molecular chaperone.
To screen chaperone proteins from Schizosaccharomyce pombe (S. pombe), we prepared recombinant citrate synthase of the fission yeast as a substrate of anti-aggregation assay. Purified recombinant citrate synthase showed citrate synthase activity and was suitable for the substrate of chaperone assay. Several heat stable proteins including aspartyl aminopeptidase (AAP) for candidates of chaperone were screened from the supernatant fraction of heat-treated crude extract of S. pombe. The purified AAP migrated as a single band of 47 kDa on SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The native size of AAP was estimated as 200 kDa by a HPLC gel permeation chromatography. This enzyme can remove the aspartyl residue at N-terminus of angiotensin I. In addition, AAP showed the heat stability and protected the aggregation of citrate synthase caused by thermal denaturation. This study showed that S. pombe AAP is a moonlight protein that has aspartyl aminopeptidase and chaperone activities.
Hsp90, an evolutionarily conserved molecular chaperone, is involved in the folding, stabilization, activation, and assembly of a wide range of 'client' proteins, thus playing a central role in many biological processes. Especially, several oncoproteins act as Hsp90 client proteins and tumor cells require higher Hsp90 activity than normal cells to maintain their malignancy. For this reason, Hsp90 has emerged as a promising target for anti-cancer drug development. It is still largely unknown how Hsp90 can recognize structurally unrelated client proteins. However, recent progress in structural studies on Hsp90 and its interaction with various co-chaperones has broadened our knowledge of how the Hsp90 ATPase activity, which is essential for its chaperone function, is regulated and coupled with the conformational changes of Hsp90 dimer. This review focuses on the roles of various Hsp90 co-chaperones in the regulation of the Hsp90 ATPase cycle, as well as in the selection of client proteins. In addition, the current development of Hsp90 inhibitors based on the structural information will be discussed.
While screening proteins that interact with DnaA protein, the initiator protein for Escherichia coil chromosomal DNA replication, we found a 52-kD sized protein which bound to DnaA protein in a salt-dependent manner. This protein was identified as trigger factor, a ribosome-associated peptidyl-prolyl- cisltrans isomerase with chaperone activity. Trigger factor was overproduced and purified to near homogeneity, and its effect on the function of DnaA protein was examined, Enhanced binding of DnaA protein to DnaA box with no apparent supershift in the gel-shift experiments suggested that trigger factor, by virtue of its chaperone activity, exerts a change on DnaA protein thus increasing its binding affinity for DnaA box.
Much biochemical information on peroxiredoxins (Prxs) has been reported but a genuine physiological function for these proteins has not been established. We show here that two cytosolic yeast Prxs, cPrxI and II, exist in a variety of forms that differ in their structure and molecular weight (MW) and that they can act both as a peroxidase and as a molecular chaperone. The peroxidase function predominates in the lower MW proteins, whereas the chaperone function is more significant in the higher MW complexes. Oxidative stress and heat shock exposure of yeasts causesthe protein structures of cPrxI and II to shift from low MW species to high MW complexes. This triggers a peroxidase-to-chaperone functional switch. These in vivo changes are primarily guided by the active peroxidase site residue, $Cys^{47}$, which serves as an efficient $'H_2O_2-sensor'$ in the cells. The chaperone function of the proteins enhances yeast resistance to heat shock.
Streptococcus pneumoniae는 전 세계적으로 급성 호흡기 질환 높은 사망률 나타내며, 정상인의 비인후부에 존재하여 호흡기 감염을 통해 폐렴, 수막염, 중이염, 패혈증, 복막염, 골수염 등을 일으킨다. 그러나 S. pneumoniae가 폐 조직에 침입하는 분자적 메커니즘과 혈류를 통한 침입은 많은 연구에도 불구하고 아직 명확하게 알려지지 않았다. 그러므로 본 실험에서는 S. pneumoniae D39의 감염 및 침입에 대한 분자 메카니즘을 알고자 사람의 폐암상피 세포 유래 A549 세포를 이용하여 감염 후 시간의 경과에 따라 변화되는 A549 세포의 모양을 관찰하였으며, 또한 숙주세포의 단백질 패턴 변화를 조사하였다. 일부 A549 세포는 감염 후 2 시간부터 세포의 모양이 둥근형태로 변화된 것으로 관찰되었으며, 감염 3 시간째에는 세포의 모양이 둥글며 filopodia가 아주 잘 발달하였다. 감염 4 시간에 도달하게 되면 거의 모든 A549 세포가 둥글며 잘 발달된 filopodia를 형성하였다. 감염 후 각 시간 별 A549 세포의 총 단백질들을 추출하여 시간의 경과에 따라 특이적으로 양 적인 변화를 나타내는 단백질을 MALDI-TOF 분석법을 사용하여 동정하였다. Streptococcus pneumoniae D39 감염 후 시간에 따라 변화하는 단백질 중 대다수가 특이하게도 molecular chaperone에 속하는 단백질들이었다. 대표적인 cytosol chaperone인 Hsp90과 Hsp70의 경우 감소하는 패턴을 나타낸 반면에 endoplasmic reticulum (ER)에 존재하는 chaperone인 Grp94와 Grp78 (BiP)은 감염 후 점차 증가하는 패턴을 나타내었다. ER chaperone인 Grp94와 Grp78의 증가는 ER stress signaling pathway와 관련 있는 것으로 알려져 있어, S. pneumoniae D39의 감염에 의한 이들 단백질의 변화 패턴을 ER stress를 유발 시켰을 때와 비교하였다. Tunicamycin 또는 thapsigargin으로 처리하여 ER stress를 유발시킨 A549 세포의 형태는 변화하지 않았으며 흡착세포의 형태를 유지하였다. 그러나 Western blot을 통한 molecular chaperone의 분석 결과는 S. pneumoniae D39 감염의 경우와 일치하였다. 본 연구에서 얻은 결과는 S. pneumoniae D39의 감염은 A549 세포의 형태적 변화를 유발하며 또한 molecular chaperone 증가와 감소를 유발한다는 것을 보여주며, 특이적으로 Grp94와 Grp78이 증가되는 것으로 보아 S. pneumoniae D39 감염은 A549 세포 내 ER stress를 유발한다고 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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