The conserved methionines in the chloroplast small heat shock protein - Role in chaperone-substrate interactions and effects of methionine sulfoxidation on chaperone activity

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish I gröna växters kloroplaster finns ett s.k. sHsp-protein (small Heat shock protein) som betecknas Hsp21. Det tillhör en grupp av hjälpar-protein som kallas molekylära chaperoner. Chaperoner hjälper andra proteiner så att de inte klibbar ihop, aggregerar och blir inaktiva. Två vattenskyende ytor som sammanförs aggregerar. Genom att särskilt aggregerings-benägna (vattenskyende) ytor i proteinerna fästs upp mot chaperonets yta skyddas de från att aggregera. Denna avhandling fokuserar på en särskild sorts aminosyra som förekommer rikligt i Hsp21, aminosyran metionin. Under evolutionen då de gröna växterna utvecklats för ett liv på land har metioniner bevarats i proteinet. Metioninerna bildar tillsammans en särskild yta i Hsp21-proteinet, ytan på en helix (=spiral). Spiralen är vattenskyende på ena sidan, och vattenälskande på den andra. Om metionerna utsätts för oxidation förändras deras biofysikaliska egenskaper drastiskt. I avhandlingen har jag studerat vilken betydelse metioninerna har för att Hsp21 ska kunna verka som ett molekylärt chaperon och hjälpa och förhindra att andra proteiner aggregerar, och vad som händer om metioninerna i Hsp21 råkar ut för oxidation av tex det syre som naturligt produceras i kloroplasten. För att mäta hur mycket oxiderat metionin som finns i Hsp21 under olika betingelser användes mass spektrometri, en avancerad metod som kan uppskatta vikten på olika molekyler väldigt exakt. Jag fann att om metioninerna oxiderades så förändrades formen på Hsp21-proteinet, samtidigt som spiralen upplöstes och förmågan att verka som ett molekulärt chaperon försvann. Om aminosyran metionin byttes ut mot den oxidations-okänsliga aminosyran leucin genom s.k. riktad mutagenes förblev Hsp21 fortfarande verksamt som chaperon, men känsligheten för oxidation var borta. I avhandlingen visas också hur ett annat protein i kloroplasten, PMSR, i sin tur kan hjälpa hjälpar-proteinet Hsp21 genom att reparera dess metioniner om de blivit oxiderade. Tack vare PMSR kan alltså Hsp21 ständigt hållas i bra skick och vara verksamt som chaperon. Slutligen har jag i avhandlingen påbörjat en undersökning av hur Hsp21 hjälper andra protein: med ett s.k. peptid bibliotek kunde vi se vilka regioner i enzymet citrat-syntas som skyddades mot aggregering genom att fästas upp på Hsp21, troligen mot den metionin-innehållande spiralen. Citrat-syntas är ett enzym som finns i praktiskt taget alla levande organismer. Just de ytor som fästes upp mot Hsp21 visade sej vara en särskilt temperaturkänslig region i citrat syntas. Bakterier som anpassats till att leva vid mycket höga temperaturer i tex varma källor saknar i sitt citrat syntas helt och hållet denna känsliga region. Sammanfattningvis pekar de data som presenteras i denna avhandling på att metioninerna behövs för att bilda den spiral mot vilken proteiner fästs upp för att inte aggregera. Eftersom PMSR-proteinet kontinuerligt kan reparera oxidations-skadade metioniner tycks fördelarna med aminosyran metionin framför leucin överväga, kanske är det tom så att viss oxidation behövs för reglering av Hsp21.