Chaperones zijn gespecialiseerde eiwitten in de cel die andere eiwitten helpen hun functionele 3D-vormen te bereiken, die overeenkomen met de toestanden die de voorkeur hebben bij thermodynamisch evenwicht. Maar een nieuwe studie van EPFL, UNIL en INSERM (Frankrijk) wetenschappers tonen aan dat chaperonnes ook eiwitten in niet-evenwichtstoestanden kunnen houden, mogelijk hun lot veranderen. Het werk is gepubliceerd in Natuur Chemische Biologie .

Na vertaling, eiwitten moeten vouwen tot hun functionele 3D-vorm en deze behouden terwijl ze worden aangevallen door verschillende verstoringen:externe stress zoals temperatuurveranderingen, verkeerde interacties met andere eiwitten in de cel, en zelfs schadelijke mutaties. Om ervoor te zorgen dat eiwitten functioneel blijven, de cel gebruikt een bepaalde klasse eiwitten, de begeleiders. Deze zijn aanwezig in alle organismen en behoren tot de meest voorkomende eiwitten in cellen, benadrukken hoe cruciaal ze zijn om het leven in stand te houden.

De huidige opvatting is dat de functionele 3D-vorm van een eiwit ook de thermodynamisch meest stabiele toestand is, en dat chaperonnes eiwitten helpen deze toestand te bereiken door ze te weerhouden van aggregatie en door ze te laten ontsnappen aan zogenaamde "kinetische vallen" - punten waar het eiwit kan "vastlopen" in een niet-functionele toestand. En om dit allemaal te doen, begeleiders hebben energie nodig, die in de cel komt in de vorm van adenosinetrifosfaat, of ATP.

De laboratoria van Paolo De Los Rios bij EPFL en Pierre Goloubinoff bij UNIL, in samenwerking met Alessandro Barducci (INSERM - Montpellier) hebben nu aangetoond dat de energie van ATP door chaperonnes wordt gebruikt om de eiwitten waar ze aan werken actief in stand te houden in een niet-evenwichtige maar tijdelijk stabiele versie van de functionele vorm, zelfs onder omstandigheden waarop de functionele vorm niet thermodynamisch stabiel zou moeten zijn.

"Wat we hebben gevonden, is dat chaperonnes actief de eiwitten waarop ze inwerken, kunnen repareren en terugdraaien in een niet-evenwichtige stabiele toestand, " zegt De Los Rios. "In deze staat, de eiwitten zijn in hun oorspronkelijke staat, zelfs als, vanuit een evenwichtsthermodynamica perspectief, zij moeten niet."

De onderzoekers combineerden theoretische en experimentele benaderingen om te bewijzen dat chaperonnes moleculaire motoren zijn, in staat om werk uit te voeren en het stabiliteitsbereik van eiwitten uit te breiden. De resultaten kunnen delen van de heersende opvatting uitdagen dat evolutie aminozuursequenties heeft ontworpen zodat de functionele toestand van het eiwit waartoe ze behoren thermodynamisch optimaal is.

"In aanwezigheid van begeleiders, zelfs thermodynamisch suboptimale eiwitten zouden hun functionele vorm kunnen bereiken, het faciliteren van evolutie in zijn eindeloze verkenning van chemische mogelijkheden, ', zegt De Los Rios.