Короткие гидрофобные петли в доменах BRICHOS определяют активность шаперонов против агрегации аморфных белков, но не против образования амилоида.

Jun 23, 2024

Биология связи, том 6, Номер статьи: 497 (2023) Цитировать эту статью

441 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

АТФ-независимые молекулярные шапероны важны для поддержания клеточной приспособленности, но молекулярные детерминанты предотвращения агрегации частично развернутых белковых субстратов остаются неясными, особенно в отношении состояния сборки и основы распознавания субстратов. Домен BRICHOS может выполнять функции шаперона, подобные небольшому тепловому шоку (sHSP), в самых разных степенях в зависимости от состояния и последовательности его сборки. Здесь мы наблюдали три мотива гидрофобной последовательности в шаперон-активных доменах и обнаружили, что они экспонируются на поверхности, когда домен BRICHOS собирается в более крупные олигомеры. Исследования вариантов с заменой петель и сайт-специфических мутантов дополнительно показали, что биологическая гидрофобность трех коротких мотивов линейно коррелирует с эффективностью предотвращения агрегации аморфного белка. В то же время они совершенно не коррелируют со способностью предотвращать образование упорядоченных амилоидных фибрилл. Линейные корреляции также точно предсказывают активность химер, содержащих мотивы коротких гидрофобных последовательностей из sHSP, не связанных с BRICHOS. Наши данные показывают, что короткие открытые гидрофобные мотивы, собранные вместе путем олигомеризации, достаточны и необходимы для эффективной шаперонной активности против агрегации аморфных белков.

Молекулярные шапероны играют центральную роль в механизме протеостаза, помогая правильному сворачиванию полипептидов1,2. Среди них АТФ-независимые молекулярные шапероны, такие как малые белки теплового шока (sHSP), предотвращают токсические последствия агрегации белков, связываясь с несвернутыми или неправильно свернутыми субстратами и сохраняя их в растворимом, способном к рефолдингу состоянии3,4. Bri2 представляет собой трансмембранный белок типа II, экспрессирующийся повсеместно, и его протеолитический процессинг высвобождает домен молекулярного шаперона - BRICHOS5,6. Интересно, что другие молекулярные шапероны, такие как HSP60, HSP70 и HSP90, являются частью интерактома Bri2 в мозге и сетчатке7,8. Изолированный домен Bri2 BRICHOS модулирует пути агрегации нескольких субстратов, образующих амилоид, предотвращает амилоид-ассоциированную токсичность и предотвращает агрегацию нефибриллярных, аморфных белков, подобно АТФ-независимым молекулярным шаперонам, таким как кристаллины или кластерин9,10,11,12. 13. Способность домена Bri2 BRICHOS взаимодействовать с субстратами, участвующими в нарушениях агрегации белков, таких как болезнь Альцгеймера14,15,16, диабет II типа17 и болезнь Паркинсона18, подчеркивает его потенциальную важность для клеточного протеостаза.

Домен BRICHOS имеет размер около 100 аминокислотных остатков и существует в виде мономеров или мультимеров, от димеров до крупных полидисперсных олигомеров, стабилизированных ковалентными и нековалентными взаимодействиями11,19,20. Человеческие домены Bri2 и Bri3, BRICHOS собираются в крупные олигомеры, состоящие примерно из 20–30 субъединиц, которые эффективно ингибируют агрегацию аморфных белков. Напротив, мономеры и димеры Bri2 BRICHOS, а также домен BRICHOS из просурфактантного белка C (proSP-C), который в основном существует в виде тримеров, неактивны в отношении агрегации аморфных белков9,11,19,20. Домены BRICHOS из разных семейств имеют низкую идентичность парных последовательностей, но модели гомологии мономера Bri2 BRICHOS, основанные на кристаллической структуре proSP-C BRICHOS, показывают консервативный центральный пятицепочечный β-лист, окруженный двумя α-спиралями, соединенными длинной гибкая петля (рис. 1а, б)19,20,21,22. На сегодняшний день не существует экспериментальной атомной структуры домена Bri2 BRICHOS, что, вероятно, связано с тем фактом, что мономерная субъединица конформационно динамична23 и что более крупные олигомеры являются полидисперсными (см. ниже).

a Отдельная субъединица кристаллической структуры тримеров proSP-C BRICHOS дикого типа (инвентарный номер PDB: 2yad). Пунктиром обозначена петля, отсутствующая в кристаллической структуре, а ее сердцевинная область отмечена синей тенью. Последовательность помечена с шагом от синего для полярных остатков до красного для гидрофобных остатков. b Wt Bri2 BRICHOS, смоделированный с помощью AlphaFold 2, где сердцевина петли обозначена, как на (а). c Аминокислотные последовательности областей петли BRICHOS человека (выравнивание см. на дополнительном рисунке 1) имеют цветовую кодировку, как показано на (a, b). Исследованные здесь домены BRICHOS выделены жирным шрифтом, мотивы 1–3 заключены в рамку, а T206 обозначен стрелкой. d Схематические модели вариантов замены контура и контура «дельта». e SEC вариантов олигомера BRICHOS (слева) и расчетное количество субъединиц (справа). Количество субъединиц оценивали по максимумам пиков SEC (обозначенным центральными линиями и цифрами над прямоугольниками), а прямоугольники представляют их полную ширину на половине максимума.