引言
DNAJ 蛋白(也叫 HSP40 和 J 结构域蛋白(JDP)),其 J 结构域可调节分子伴侣 HSP70 的多种功能和特异性。J 结构域是一种由 70 个氨基酸序列组成的四螺旋发夹结构,在螺旋 II 和 III 之间有保守的 His-Pro-Asp(HPD)三肽基序,靠螺旋 I 和 IV 之间的相互作用形成反平行环结构。大肠杆菌的 HSP40 即 DnaJ,协助 DnaK(大肠杆菌中的 HSP70)参与新生蛋白质折叠、蛋白质转运、热休克反应和底物蛋白解聚。人体细胞编码 11 种 HSP70 和超 49 种 DNAJ。
DNAJ 蛋白基于结构域架构分为 DNAJA、DNAJB 和 DNAJC 三类。DNAJA 与大肠杆菌 DnaJ 结构域架构相似,有 N 端 J 结构域、甘氨酸和苯丙氨酸(G/F)富集区、锌指样区域(ZFLR)等。无 ZFLR 的 DNAJ 蛋白归为 DNAJB 类,其他含 J 结构域的归为 DNAJC 类。不过,由于 DNAJ 蛋白功能重叠,这种分类存在混淆。
DNAJAs 主要协助 HSP70 维持蛋白质稳态,促进蛋白质折叠和降解;DNAJCs 有复杂细胞功能,如维持突触和单胺代谢 ,对神经功能很重要。DNAJBs 在蛋白质聚集相关疾病中作用关键,可预防和分解致病蛋白聚集,减轻细胞内有毒聚集体负担。而且,DNAJBs 突变与多种神经和神经肌肉疾病有关,表明其对维持细胞蛋白质稳态意义重大,它能分解和降解与多种神经退行性疾病相关的致病蛋白,像阿尔茨海默病(AD)中的淀粉样 β(Aβ)和 tau 蛋白、帕金森病(PD)中的 α- 突触核蛋白(α-syn)等。
DNAJ 蛋白的分类和结构组织
人类 DNAJ 蛋白的三个类别,是依据其结构域组织以及与大肠杆菌 DnaJ 的序列相似性来划分的。DNAJA 包含一个 N 端 J 结构域,接着是一段无规则结构且富含甘氨酸 - 苯丙氨酸(G/F 富集)的连接区域,两个 C 端双 β - 桶状结构域(也称作 β - 夹心结构域,βS I 和 βS II ),其中 CTDI 含有锌指样区域(ZFLR) ,CTDII ,还有一个二聚化结构域。而 DNAJBs 的结构组成较为多样,在后续探讨其功能机制时,这种结构上的差异发挥着关键作用。
DNAJBs 在蛋白质重折叠中的作用
DNAJ 蛋白与核苷酸交换因子(NEF)协同,助力 HSP70 介导错误折叠蛋白的重折叠,以此维持细胞蛋白质稳态。具体过程为,DNAJ 先结合到底物的疏水残基上,促使底物与 ATP 结合的、低亲和力的 HSP70 的底物结合结构域相结合。随后,J 结构域与 HSP70 的相邻区域结合,刺激与底物结合的 HSP70 的 ATP 酶活性。ATP 水解后,HSP70 转变为高亲和力状态,紧紧抓住底物,之后在 NEF 作用下,ADP 被 ATP 取代,HSP70 恢复低亲和力状态,释放底物,完成一次蛋白质重折叠循环。这一过程对于维持细胞内蛋白质的正常构象和功能至关重要,一旦出现异常,就可能引发蛋白质聚集相关疾病。
结论和未来方向
DNAJBs 的多样性以及它们在细胞不同区室的定位,使其能对多种易于聚集的底物蛋白产生有效选择性。目前,已对 DNAJB1 - HSP70 - HSP110 系统分解淀粉样聚集体的潜力展开研究,但其他 DNAJBs 在改善淀粉样病变方面的活性尚未深入探索。另外,像 DNAJB6 和 DNAJB8 中富含丝氨酸 / 苏氨酸(S/T)区域在预防蛋白质聚集方面的机制和具体功能也有待进一步研究。深入探究这些内容,将有助于挖掘 DNAJBs 在蛋白质聚集相关疾病治疗方面的潜力,为开发新的治疗策略提供理论依据 。