HSPB5のシャペロン様活性：第四紀構造ダイナミクスとクラウディングの効果

Chaperone-Like Activity of HSPB5: The Effects of Quaternary Structure Dynamics and Crowding.

• Natalia A Chebotareva
• Svetlana G Roman
• Vera A Borzova
• Tatiana B Eronina
• Valeriya V Mikhaylova
• Boris I Kurganov

抄録

小型ヒートショック蛋白質(sHSP)は、ATPに依存しない分子シャペロンであり、部分的に展開した蛋白質と相互作用して異常な凝集を防ぎ、シャペロン様活性を示す。sHSPのシャペロン様活性には、第四級構造のダイナミクスが重要な役割を果たしています。しかし、sHSPのダイナミックな構造とシャペロン様活性との関係は、まだ十分に解明されていません。sHSPの構造や活性には、温度、イオン、標的タンパク質、クラウディングなど多くの要因が影響を与えます。その中で最も研究が進んでいないのが、クラウディングがsHSPの活性に及ぼす影響である。本研究では、48℃での筋グリコーゲンホスホリラーゼ(Ph)の熱誘導凝集と37℃でのα-ラクトアルブミンのジチオスレイトール誘導凝集の2つの試験系を用いて、動的光散乱法によりHSPB5のシャペロン様活性を定量的に評価した。HSPB5と標的タンパク質のオリゴマー状態を制御するために、分析的超遠心分離を使用した。HSPB5のサブオリゴマー形態の可能性のある抗凝集機能について議論する。HSPB5の抗凝集活性に対するクラウディングの効果を、標的タンパク質としてPhを用いて特徴付けた。クラウディング条件下でのHSPB5の存在下では、核生成段階の持続時間は、Phの凝集の相対的な速度の同時増加とともに減少することが示された。クラウディングはsHSPsの活性を微妙に調節している可能性がある。

Small heat-shock proteins (sHSPs) are ATP-independent molecular chaperones that interact with partially unfolded proteins, preventing their aberrant aggregation, thereby exhibiting a chaperone-like activity. Dynamics of the quaternary structure plays an important role in the chaperone-like activity of sHSPs. However, relationship between the dynamic structure of sHSPs and their chaperone-like activity remains insufficiently characterized. Many factors (temperature, ions, a target protein, crowding etc.) affect the structure and activity of sHSPs. The least studied is an effect of crowding on sHSPs activity. In this work the chaperone-like activity of HSPB5 was quantitatively characterized by dynamic light scattering using two test systems, namely test systems based on heat-induced aggregation of muscle glycogen phosphorylase (Ph) at 48 °C and dithiothreitol-induced aggregation of α-lactalbumin at 37 °C. Analytical ultracentrifugation was used to control the oligomeric state of HSPB5 and target proteins. The possible anti-aggregation functioning of suboligomeric forms of HSPB5 is discussed. The effect of crowding on HSPB5 anti-aggregation activity was characterized using Ph as a target protein. The duration of the nucleation stage was shown to decrease with simultaneous increase in the relative rate of aggregation of Ph in the presence of HSPB5 under crowded conditions. Crowding may subtly modulate sHSPs activity.