Chaperones är specialiserade proteiner i cellen som hjälper andra proteiner att nå sina funktionella 3D-former, som motsvarar de tillstånd som föredras vid termodynamisk jämvikt. Men en ny studie av EPFL, UNIL och INSERM (Frankrike) forskare visar att chaperoner också kan upprätthålla proteiner i icke-jämviktstillstånd, potentiellt förändra deras öde. Verket publiceras i Naturens kemiska biologi .
Efter översättning, proteiner måste vikas till sin funktionella 3D-form och behålla den medan de attackeras av olika störningar:extern stress som temperaturförändringar, felaktig interaktion med andra proteiner i cellen, och även skadliga mutationer. För att säkerställa att proteiner förblir funktionella, cellen använder en viss klass av proteiner, ledsagarna. Dessa finns i alla organismer och är bland de vanligaste proteinerna i celler, betonar hur avgörande de är för att upprätthålla livet.
Den nuvarande uppfattningen är att den funktionella 3D-formen av ett protein också är dess mest termodynamiskt stabila tillstånd, och att chaperones hjälper proteiner att nå detta tillstånd genom att hindra dem från att aggregeras och genom att låta dem fly så kallade "kinetiska fällor" - punkter där proteinet kan "fastna" i ett icke-funktionellt tillstånd. Och för att göra allt detta, ledsagare behöver energi, som i cellen kommer i form av adenosintrifosfat, eller ATP.
Laboratoriet för Paolo De Los Rios vid EPFL och Pierre Goloubinoff vid UNIL, i samarbete med Alessandro Barducci (INSERM - Montpellier) har nu visat att energin från ATP används av chaperoner för att aktivt bibehålla proteinerna de arbetar med i en icke-jämvikt men övergående stabil version av den funktionella formen, även under förhållanden under vilka den funktionella formen inte bör vara termodynamiskt stabil.
"Vad vi fann är att chaperones aktivt kan reparera och återställa proteinerna de verkar på i ett icke-jämviktsstabilt tillstånd, " säger De Los Rios. "I detta tillstånd, proteinerna är i sitt ursprungliga tillstånd även om, ur ett termodynamiskt jämviktsperspektiv, de borde inte."
Forskarna kombinerade teoretiska och experimentella metoder för att bevisa att chaperones är molekylära motorer, kan utföra arbete och utöka stabilitetsintervallet för proteiner. Resultaten kan utmana delar av den rådande uppfattningen att evolutionen har utformat aminosyrasekvenser så att det funktionella tillståndet för proteinet de tillhör är termodynamiskt optimalt.
"I närvaro av chaperones, även termodynamiskt suboptimala proteiner kanske kan nå sin funktionella form, underlättar evolutionen i dess oändliga utforskning av kemiska möjligheter, säger De Los Rios.
