Brevi motivi ad anello idrofobico nei domini BRICHOS determinano l'attività chaperone contro l'aggregazione delle proteine ​​amorfe ma non contro la formazione di amiloide

Jun 23, 2024

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 497 (2023) Citare questo articolo

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Gli chaperoni molecolari ATP-indipendenti sono importanti per il mantenimento della forma fisica cellulare, ma i determinanti molecolari per prevenire l'aggregazione di substrati proteici parzialmente spiegati rimangono poco chiari, in particolare per quanto riguarda lo stato di assemblaggio e le basi per il riconoscimento del substrato. Il dominio BRICHOS può eseguire funzioni chaperone simili a piccoli shock termici (sHSP) a livelli molto diversi a seconda dello stato e della sequenza dell'assemblaggio. Qui, abbiamo osservato tre motivi di sequenza idrofobica nei domini chaperone-attivi e abbiamo scoperto che vengono esposti in superficie quando il dominio BRICHOS si assembla in oligomeri più grandi. Studi su varianti di loop-swap e mutanti sito-specifici hanno inoltre rivelato che le idrofobicità biologiche dei tre motivi brevi sono correlate linearmente con l'efficienza nel prevenire l'aggregazione delle proteine ​​amorfe. Allo stesso tempo, non sono affatto correlati alla capacità di prevenire la formazione ordinata di fibrille amiloidi. Le correlazioni lineari prevedono inoltre con precisione le attività delle chimere contenenti brevi motivi di sequenza idrofobica da un sHSP non correlato a BRICHOS. I nostri dati indicano che i motivi idrofobici corti ed esposti riuniti mediante oligomerizzazione sono sufficienti e necessari per un'efficiente attività chaperone contro l'aggregazione delle proteine ​​amorfe.

Gli chaperoni molecolari sono fondamentali per il meccanismo della proteostasi poiché aiutano il corretto ripiegamento dei polipeptidi1,2. Tra questi, gli chaperoni molecolari indipendenti dall'ATP, come le piccole proteine ​​da shock termico (sHSP), prevengono le conseguenze tossiche dell'aggregazione proteica legandosi a substrati non ripiegati o mal ripiegati e mantenendoli in uno stato solubile e competente in ripiegamento3,4. Bri2 è una proteina transmembrana di tipo II, espressa ubiquitariamente, e il suo processo proteolitico rilascia un dominio chaperone molecolare: BRICHOS5,6. È interessante notare che altri chaperoni molecolari come HSP60, HSP70 e HSP90 fanno parte dell'interattoma Bri2 nel cervello e nella retina7,8. Il dominio isolato Bri2 BRICHOS modula le vie di aggregazione di diversi substrati che formano amiloide, evita la tossicità associata all'amiloide e previene l'aggregazione di proteine ​​amorfe e non fibrillari, simili agli chaperoni molecolari indipendenti dall'ATP come le cristalline o la clusterina9,10,11,12, 13. La capacità del dominio Bri2 BRICHOS di interagire con substrati coinvolti nei disturbi dell'aggregazione proteica come il morbo di Alzheimer14,15,16, il diabete di tipo II17 e il morbo di Parkinson18 evidenzia la sua potenziale importanza per la proteostasi cellulare.

Il dominio BRICHOS ha una dimensione di circa 100 residui amminoacidici ed esiste come monomeri o multimeri che vanno dai dimeri ai grandi oligomeri polidispersi stabilizzati da interazioni covalenti e non covalenti11,19,20. I domini Bri2, Bri3 e BRICHOS umani si assemblano in grandi oligomeri di circa 20-30 subunità, che inibiscono efficacemente l'aggregazione delle proteine ​​amorfe. Al contrario, i monomeri e i dimeri Bri2 BRICHOS, così come il dominio BRICHOS della proteina C protensioattiva (proSP-C), che esiste principalmente come trimeri, sono tutti inattivi contro l’aggregazione delle proteine ​​amorfe9,11,19,20. I domini BRICHOS di diverse famiglie hanno identità di sequenza a coppie basse, ma i modelli di omologia del monomero Bri2 BRICHOS basati sulla struttura cristallina BRICHOS proSP-C mostrano un foglio β centrale conservato a cinque filamenti fiancheggiato da due eliche α collegate tramite una lunga anello flessibile (Fig. 1a, b)19,20,21,22. Ad oggi, non è disponibile alcuna struttura sperimentale con dettaglio atomico per il dominio Bri2 BRICHOS, probabilmente correlato al fatto che la subunità monomerica è conformazionalmente dinamica23 e che gli oligomeri più grandi sono polidispersi (vedi più avanti).

una singola subunità dalla struttura cristallina dei trimeri BRICHOS proSP-C wt (numero di accesso PDB: 2yad). La linea tratteggiata indica l'anello mancante nella struttura cristallina e la sua regione centrale è contrassegnata da un'ombra blu. La sequenza è etichettata con incrementi dal blu per i residui polari al rosso per i residui idrofobici. b Wt Bri2 BRICHOS modellato da AlphaFold 2, dove il nucleo del circuito è etichettato come in (a). c Sequenze di amminoacidi delle regioni del ciclo BRICHOS umano (vedere la Figura 1 supplementare per l'allineamento) codificate a colori come in (a, b). I domini BRICHOS qui studiati sono in grassetto, i motivi 1–3 sono riquadrati e T206 è indicato con una freccia. d Modelli schematici delle varianti loop swap e delta loop. e SEC delle varianti oligomeriche di BRICHOS (a sinistra) e numero stimato di subunità (a destra). Il numero di subunità è stato stimato dai massimi di picco del SEC (indicati dalle linee centrali e dai numeri sopra i riquadri) e i riquadri rappresentano la loro intera larghezza a metà massimo.