Шаперонин TRiC. Структура

По статье: Cong et al. (2010) "4.0-A resolution cryo-EM structure of the mammalian chaperonin TRiC/CCT reveals its unique subunit arrangement".

В этом посте я хочу рассказать всем о своем любимом шаперончике – шаперонине TRiC. Как и все шаперонины, TRiC представляет собой многосубъединичный комплекс (а всего в нем 16 субъединиц), состоящий из двух колец – по 8 субъединиц в каждом. Внутри каждого кольца между субъединицами имеется полость, в которой происходит сворачивание субстратов этого шаперона.

 Шаперонины имеются у представителей всех трех доменов – Бактерий, Архей и Эукариот. И что интересно, структура этих белков у всех организмов удивительно сходна. Однако если структуры бактериального GroEL и термосомы архей уже давно расшифрованы и не раз, структуру TRiC долгое время можно было лишь воображать себе в мечтах. Причиной этого, отчасти, было несовершенство современных методов расшифровки структур и сложность выделения чистого TRiC в больших количествах.

И наконец – свершилось! В марте 2010 года большая исследовательская группа из Стэнфорда под руководством Judith Frydman определила структуру TRiC при помощи ставшего особенно модным в последнее время метода криоэлектронной микроскопии. Конечно, разрешение структуры по меркам тех, кто занимается рентгено-структурным анализом, оставляет желать лучшего – то есть составляет всего 4Å… Но все же, у нас появилась возможность наконец взглянуть на общую форму молекулы, расположение субъединиц, и ход полипептидного остова. А уж боковые остатки – бог с ними, придет и их время.

Итак, на рисунке перед нами – структура шаперонина TRiC.

Общий вид комплекса, как и предполагалось, идентичен термосоме архей. Размер комплекса также соответствует размеру цилиндра термосомы, т.е. в полость шаперонина могут погружаться белки размером до 60 кДа. Каждая субъединица TRiC, аналогично субъединицам комплекса термосомы, состоит из апикального, промежуточного и экваториального доменов. Экваториальные домены субъединиц обеспечивают взаимодействие и связь (нековалентную) двух колец, и потому практически не изменяют своей формы и расположения в ходе цикла работы TRiC. Кроме того, в составе экваториальных доменов имеется сайт связывания АТФ, необходимого для прохождения полного цикла сворачивания субстрата. В составе апикального домена (как и у термосомы архей) имеется α-спираль, необходимая для закрывания полости шаперонина. Благодаря наличию таких спиралей апикального домена шаперонин TRiC, также как и термосома, для сворачивания субстратов не нуждается в помощи кошаперонина. Промежуточные домены также как и апикальные, довольно подвижны и важны для закрывания-открывания полости TRiC (модель перемещений доменов в процессе работы шаперонина была разработана этой же группой еще в 2008 году). 

Помимо расшифровки структуры в статье приведен еще и анализ распределения зарядов внутри полости шаперонина. На рисунке представлено схематическое изображение полости TRiC, в сравнении с полостью термосомы и бактериального шаперонина GroEL. Можно видеть, что большинство аминокислотных остатков в полости всех трех шаперонинов несут положительный (красный) или отрицательный (синий) заряд. Однако, в сравнении с GroEL, гидрофобных остатков на поверхности полости TRiC и термосомы гораздо меньше. Кроме того, заряды в полости термосомы и GroEL распределены довольно симметрично, в то время как поверхность различных субъединиц шаперонина TRiC обладает различными электростатическими свойствами. К примеру, поверхность субъединицы 6 (ζ) несет преимущественно положительный заряд, в то время как поверхность субъединицы 2 (β) заряжена в основном отрицательно. Предполагается, что описанные различия могут быть важны для связывания TRiC со своими субстратами и обеспечивают его способность сворачивать различные белки. Известно, например, что многие субстраты TRiC не могут принимать нативное состояние в присутствии термосомы или GroEL/GroES.

И, наконец, на примере полученной модели и при помощи биохимических методов (химического сшивания субъединиц) в статье было показано, что расположение 8 различных субъединиц в кольце является неизменным и положение колец относительно друг друга во всех молекулах TRiC одинаково. Как предполагают авторы, на основе этих данных в будущем можно разработать модель аллостерической регуляции 16-субъединичного комплекса.

Итак, первый шаг на пути к подробной расшифровке структуры TRiC уже сделан. Остается ждать и надеяться, что наши технологии достигнут когда-нибудь такого сказочного уровня, что студентам будут показывать шапероны в микроскоп – в качестве учебного пособия. Учитывая то, что бензол в микроскоп мы уже разглядели, шаперонины – это лишь вопрос времени.