Kleine Hitzeschockproteine

Kleine Hitzeschockproteine (engl. small heat shock proteins, kurz sHsps) sind Proteine mit Molekülmassen von 12 bis 42 kDa, die in allen Lebewesen vorkommen. Sie gehören zur Familie der Hitzeschockproteine, die bei Hitze und anderen zellulären Stresssituationen vermehrt gebildet werden.[1] Kleine Hitzeschockproteine sind molekulare Chaperone[2], die nicht-native Substratproteine binden.[3] Dadurch verhindern sie mögliche irreversible Proteinaggregation und tragen so dazu bei, dass Proteine während chemischer oder physikalischer Stresszustände, z. B. während eines Hitzeschocks, geschützt werden. Beim Menschen sind neun sHsps bestätigt; Mutationen in ihren Genen sind für mehrere seltene Erbkrankheiten verantwortlich (siehe Tabelle).

Protein	Gen (HGNC)	UniProt	Länge (AA)	Pathologie
Hitzeschockprotein β-1	HSPB1	P04792	205	Morbus Charcot-Marie-Tooth Typ 2F; Hereditäre motorisch-sensible Neuropathie Typ 2B
Hitzeschockprotein β-2	HSPB2	Q16082	182
Hitzeschockprotein β-3	HSPB3	Q12988	150	Hereditäre motorisch-sensible Neuropathie Typ 2C
α-Crystallin A-Kette	CRYAA	P02489	173	Erblicher Katarakt
α-Crystallin B-Kette	CRYAB	P02511	175	Myopathie (MFM2); Erblicher Katarakt; Kongenitale Muskeldystrophie (MFMFIH-CRYAB)
Hitzeschockprotein β-6	HSPB6	O14558	160
Hitzeschockprotein β-7	HSPB7	Q9UBY9	170
Hitzeschockprotein β-8	HSPB8	Q9UJY1	196	Morbus Charcot-Marie-Tooth Typ 2L; Hereditäre motorisch-sensible Neuropathie Typ 2A
Hitzeschockprotein β-9	HSPB9	Q9BQS6	159

Weiters unbestätigt:

ODFP1 (sperm outer dense fiber protein) (HSPB10)
HSPB11[4]

Aufbau

Das konservierte Strukturmerkmal aller sHsps – die sogenannte alpha-Crystallin-Domäne – wurde aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu α-A/B-Crystallin benannt. α-A/B-Crystallin sind wichtige humane Augenlinsenproteine. Diese konservierte, C-terminale Domäne ist typischerweise 80 bis 100 Aminosäuren lang und ist das charakteristische Merkmal dieser Proteinfamilie. Das Faltungsmotiv besteht aus β-Faltblättern und ähnelt in seiner Topologie dem sogenannten Immunglobulin-Faltungsmotiv (siehe Antikörper).

Sowohl die N-terminale Domäne, als auch das kurze C-terminale Ende der sHsps sind weder in Sequenz noch Länge konserviert und variieren zwischen den einzelnen Vertretern erheblich. Für α-Crystallin und murines HSP25 wurde durch NMR-Messungen gezeigt, dass die C-terminalen Erweiterungen flexibel sind. Einige sHSPs besitzen Phosphorylierungsstellen. Humanes HSP27 wird z. B. an Serinen verschiedener Positionen im Protein phosphoryliert (S15, S78 und S82).

Kleine Hitzeschockproteine bilden Oligomere von bis zu 800 kDa. Bei HSP27 scheint die Oligomerisierung durch die Phosphorylierung reguliert zu werden. Kleinere Oligomere von HSP27 scheinen eine zytoskelettstabilisierende Funktion zu haben, während große Oligomere eine Chaperonfunktion haben.

Funktion

In ihrer Struktur und biologischen Funktion ähneln die sHsps einander. Zu den Funktionen der kleinen Hitzeschockproteinen zählen der Schutz vor dem programmierten Zelltod (Apoptose), die Stabilisierung des Zellskeletts (Zytoskelett) und die Unterstützung der korrekten Faltung anderer Proteine (Chaperon-Funktion). Einige Vertreter der sHsps sind Phosphoproteine, die von Mitgliedern der MAPKAPK-Familie phosphoryliert werden.

Einige Bakterien besitzen keine oder nur ein sHSP.[5]

Literatur

Kappe, G et al. (2003): The human genome encodes 10 alpha-crystallin-related small heat shock proteins: HspB1-10. In: Cell Stress Chaperones 8 (1): 53–61. PMID 12820654, PMC 514853 (freier Volltext)
Haslbeck, M. et al. (2005): Some like it hot: the structure and function of small heat-shock proteins. In: Nat Struct Mol Biol. 12 (10); 842–6. PMID 16205709

Einzelnachweise

H. Kleinig, U. Maier: Kleinig/Sitte - Zellbiologie, 4. Auflage, Gustav-Fischer-Verlag 1999, ISBN 3-437-26010-3.
Jakob, U. et al. (1993). Small heat shock proteins are molecular chaperones. In: J Biol Chem 268 (3), 1517–20; PMID 8093612, PDF (freier Volltextzugriff, engl.).
Haslbeck, M. et al. (1999). Hsp26: a temperature-regulated chaperone. In: EMBO J. 18 (23), 6744–51; PMID 10581247; PMC 1171736 (freier Volltext)
Bellyei, S. et al. (2002): Inhibition of cell death by a novel 16.2 kD heat shock protein predominantly via Hsp90 mediated lipid rafts stabilization and Akt activation pathway. In: Apoptosis. 2007 (12), 97–112.
Kappé, G. et al. (2002): Evolution and diversity of prokaryotic small heat shock proteins. In: Prog Mol Subcell Biol. 28, 1–17, PMID 11908054.

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[1] H. Kleinig, U. Maier: Kleinig/Sitte - Zellbiologie, 4. Auflage, Gustav-Fischer-Verlag 1999, ISBN 3-437-26010-3.

[2] Jakob, U. et al. (1993). Small heat shock proteins are molecular chaperones. In: J Biol Chem 268 (3), 1517–20; PMID 8093612, PDF (freier Volltextzugriff, engl.).

[3] Haslbeck, M. et al. (1999). Hsp26: a temperature-regulated chaperone. In: EMBO J. 18 (23), 6744–51; PMID 10581247; PMC 1171736 (freier Volltext)

[4] Bellyei, S. et al. (2002): Inhibition of cell death by a novel 16.2 kD heat shock protein predominantly via Hsp90 mediated lipid rafts stabilization and Akt activation pathway. In: Apoptosis. 2007 (12), 97–112.

[5] Kappé, G. et al. (2002): Evolution and diversity of prokaryotic small heat shock proteins. In: Prog Mol Subcell Biol. 28, 1–17, PMID 11908054.