샤페론(chaperone)과 단백질 접힘

 

 샤페론이란 용어는 히스톤과 DNA로부터 뉴클레오솜의 결합에 필요한 단백질인 뉴클레오플라스민(nucleoplasmin)을 설명할 때 처음 사용되었습니다. 뉴클레오플라스민은 히스톤과 결합하여 뉴클레오솜 형성을 도와주지만 최종적으로 뉴클레오솜 구조에는 포함되지 않습니다. 그러므로 샤페론은 조립된 복합체의 부분으로 편입됨이 없이 단지 조립을 도와주는 촉매제로서의 역할을 합니다. 이후의 연구들로부터 단백질 접힘 과정에 더 많은 단백질들이 관여한다는 사실들이 밝혀졌습니다.

 

 

 샤페론이 폴레펩타이드 사슬의 삼차원적인 접힘 형태를 조절하는 기능 이외에 다른 추가적인 정보를 제공하지 않는다는 점이 매우 중요합니다. 즉, 단백질 접힘 형태는 오로지 아미노산 배열에 의해 결정됩니다. 샤페론은 단지 자발적인 조립 과정을 도와줌으로써 단백질 접힘을 촉매 합니다. 즉, 샤페론은 최종 접힘 형태로 전환되는 도중 형성되는 완전히 풀렸거나 일부가 접힌 폴리펩타이드 중간체와 결합하여 안정화시켜주는 역할을 합니다. 샤페론이 존재하지 않을 경우 풀려있거나 부분적으로 접힌 단백질들은 세포 내에서 매우 불안정하여 흔히 잘못 접히거나 또는 불용성의 복합체로 뭉쳐집니다. 샤페론은 이러한 접히지 않은 폴리펩타이드 사슬들에 결합하여 안정화시킨 후 폴리펩타이드 사슬이 정확한 형태로 접히는 것을 도와줍니다.

 리보솜에서 번역이 진행되면서 초기의 폴리펩타이드 사슬에 결합하여 번역을 마치기 전까지 폴리펩타이드 사슬의 N말단 부분의 잘못된 접힘 또는 엉김을 막아주는 역할을 하는 것이 샤페론의 좋은 예입니다. 

 

 

 단백질은 약 100-300개의 아미노산 잔기들로 이루어진 도메인으로 접혀 전체의 도메인들이 합성된 후 정확한 형태로 접힐 때까지 초기의 폴리펩타이드 사실을 잘못된 접힘 또는 다른 단백질과의 엉김으로부터 방지하는 것이 필요합니다. 폴리펩타이드 사슬이 모두 합성되어 정확한 형태로 접힐 때까지 샤페론은 풀린 형태의 아미노말단 부위와 결합하여 안정화를 시켜줍니다. 샤페론은 또한 세포 내에서 소기관으로의 이동 중의 풀린 폴리펩타이드 사슬을 안정화시킵니다. 단백질은 세포질에 있는 샤페론에 의해 안정화되어 부분적으로 풀린 형태로서 미토콘드리아 막을 통과하게 됩니다. 이어서 미토콘드리아에 있는 샤페론에 의해 폴리펩타이드 사슬은 막 주위로 이동되며 이 소기관에서 구조를 형성합니다. 또한 샤페론은 여러 폴리펩타이드 사슬로 이루어진 단백질의 조립과 뉴클레오플라스민과 같은 거대 구조의 조립에도 관여합니다.

 

 현재 샤페론의 기능을 지닌 많은 단백질은 세포에 온도 상승 또는 다른 환경적인 스트레스가 가해질 때 발현되는 단백질인 열충격단백질(heat shock protein)로 알려진 것들입니다. Hsp로 알려진 열충격 단백질은 열 상승에 의해 손상을 입어 부분적으로 불활성화된 단백질들을 안정화시켜 구조의 재형성을 도와줍니다. Hsp70 샤페론과 샤페로닌과 같은 두 종류의 샤페론 단백질이 존재하여 모든 원핵세포와 진핵세포에서 공통적인 단백질 접힘 경로로 작용합니다. 이들 단백질들은 접히지 않은 폴리펩타이드의 짧은 소수성 부분에 결합하여 폴리펩타이드를 풀린 형태로 유지시켜 엉김을 방지합니다.