Aunque es conocido desde los trabajos seminales de Anfinsen que las proteínas almacenan en su propia secuencia aminoacídica la información con la que adquirir su conformación final, también es cierto que en muchas ocasiones no les es posible adquirir tal conformación por sí solas, rodeadas como están en la célula por una concentración tan alta de solutos (1). Para resolver este problema, la naturaleza ha diseñado un tipo de proteínas que se encargan de ayudar a todas las demás a adquirir esa conformación nativa, son las denominadas chaperonas moleculares. Éstas forman un grupo muy variado en cuanto a su tamaño y estructura, una gran parte de ellas actúa mediante un mecanismo similar, que consiste en ofrecer a la proteína desnaturalizada una superficie con la que interaccionar adecuadamente, librándola de otro tipo de interacciones contraproducentes.
Uno de los ejemplos más evidentes de este mecanismo es el de las chaperoninas o proteínas de choque térmico de 60 kDa (Hsp60) (2). Estas chaperonas se encuentran en todos los organismos, y en realidad son mucho mayores, pues son grandes oligómeros compuestos por subunidades de esa masa molecular que forman siempre la misma estructura, un doble anillo dispuesto espalda contra espalda (Figura). La unidad funcional de las chaperoninas es sin embargo el anillo, compuesto por 7-9 subunidades (dependiendo del tipo de chaperonina) y su funcionamiento es a grandes rasgos común para todas ellas, con una conformación en la que la cavidad del anillo está abierta, lista para reconocer la proteína desnaturalizada y unirse a ella, y otra conformación en la que la cavidad se cierra y libera la proteína en su interior, donde libre de otras interacciones puede adquirir su conformación nativa utilizando la información codificada en su secuencia (2). El cierre de la cavidad se produce a la vez en todas las subunidades por la unión e hidrólisis de ATP. Aunque la unidad funcional sea el anillo, la presencia de dos unidos entre sí se explica porque el funcionamiento de cada anillo está controlado por el otro, como en un motor de dos cilindros en el que la explosión en uno de ellos empuja a la compresión en el otro, y viceversa.
Las chaperoninas se clasifican en dos grupos, las de tipo I que se encuentran en las eubacterias y en organelos endosimbiontes, y las de tipo II que se localizan en las arqueobacterias y en el citosol de eucariotas (2,3). Las de tipo II son más complejas que las de tipo I, pero todas ellas funcionan como chaperonas generales, capaces de plegar casi cualquier proteína desnaturalizada en cualquier conformación, mediante interacciones hidrófobas entre los residuos de las proteínas desnaturalizadas y los que se encuentran en la entrada de la cavidad de la chaperonina (2).
¿Todas las chaperoninas funcionan, pues, de la misma manera? Todas no. Una de ellas, denominada CCT (Chaperonin Containing TCP-1 protein), que se encuentra en el citosol de los organismos eucariotas, aunque utiliza la misma arquitectura que las demás chaperoninas, ha evolucionado para realizar una función más compleja (4,5). Para empezar, CCT está compuesta por ocho subunidades diferentes, lo que sugiere una cierta especialización y ciertamente es así, pues se ha especializado en el plegamiento de un grupo de proteínas, entre las que destacan la actina y la tubulina. Estas dos proteínas forman parte del citoesqueleto de las células eucariotas y se ha sugerido que su aparición está en el origen de este tipo de organismos, y de que hayan adquirido una serie de propiedades (motilidad, fagocitosis, división, etc.) que les hacen diferentes de las eubacterias o arqueobacterias. Se ha propuesto que CCT evolucionó de una chaperonina primitiva para lidiar con los problemas de plegamiento asociados con actina y tubulina. Sea como fuere, lo cierto es que estas dos proteínas requieren la acción de CCT para poder plegarse, y el mecanismo que utiliza esta chaperonina para plegar éstas y otras proteínas también es distinto. A diferencia del resto de chaperoninas, CCT reconoce secuencias específicas de sus proteínas sustrato que tienen una cierta conformación, y lo hace mediante subunidades específicas. Una vez unida a CCT, los cambios conformacionales que se producen en la chaperonina inducen el plegamiento de la proteína sustrato sin que se produzca su liberación en la cavidad. También se diferencia en que los cambios conformacionales que se inducen en las distintas subunidades durante el cierre del anillo no se producen al unísono, propiedad probablemente muy importante para el correcto plegamiento de sus sustratos. Finalmente, muchas de esas proteínas sustrato son presentadas a CCT por otras chaperonas con las que llega a formar un complejo estable, que hace que el plegamiento de los sustratos sea mucho más eficiente. Todas estas diferencias sugieren que la naturaleza ha utilizado la arquitectura general de las chaperoninas, que realizan una función muy general aunque de una manera poco eficiente, para producir CCT, una chaperonina que hace una labor muy específica y muy eficiente, a veces con la colaboración de otras chaperonas.
Referencias:
- Mogk, A., Bukau, B. y Deuerling, E. Cellular functions of cytosolic E. coli chaperones. in Molecular Chaperones in the Cell. (ed. Lund, P.) 1-34 (Oxford Univ. Press, Oxford, 2001).
- Gómez-Puertas, P., Martín-Benito, J., Carrascosa, J.L., Willison, K.R. y Valpuesta, J.M. (2004). The substrate recognition mechanisms in chaperonins. J. Mol. Recog. 17, 85-94.3.
- Gutsche, I., Essen, L.O., y Baumeister, W. (1999). Group II chaperonins: new TRIC(k)s and turns of a protein folding machine. J. Mol. Biol. 293, 295-312.
- Valpuesta, J.M., Martín-Benito, J., Gómez-Puertas, P., Carrascosa, J.L. y Willison, K.R. (2002). Structure and function of a protein folding machine: the eukaryotic cytosolic chaperonin CCT. FEBS letters 529, 11-16.
- Valpuesta, J.M., Carrascosa, J.L. y Willison, K.R. Structure and function of the cytosolic chaperonin CCT. in Protein Folding Handbook (eds. Buchner, J. & Kiefhaber, T.) 725-755 (Wiley-VCH, Weinheim, 2005).