Folding proteico e patologie da scorretto ripiegamento

Protein misfolding disease

Come avviene il processo di folding?

Per poter ottenere il corretto ripiegamento nello spazio e poter svolgere la sua funzione, la proteina deve andare incontro al processo di "folding". Si parte da una proteina che esce denaturata e unfolded dal ribosoma e può essere rilasciata nel citoplasma così, non ancora ripiegata, oppure può cominciare a ripiegarsi ancora prima che la traduzione sia terminata e perciò non sia ancora del tutto sintetizzata.

Proteina unfolded inizia a strutturarsi passando da intermedi, fino a raggiungere lo stato nativo. A volte però, non è detto che lo stato nativo sia anche lo stato attivo della proteina; alcune proteine necessitano di uno step in più:

Formazione di oligomeri proteici

• Può servire cioè che porzioni diverse di una stessa proteina, o di proteine diverse, si associno tra loro, formando oligomeri o fibre, che assicurino funzione a proteina; esempio sono le proteine integrali di membrana.

Di un gruppo prostetico

• Alcune proteine hanno bisogno dell'aggiunta che sia un componente lipidico, come per le lipoproteine, uno saccaridico, come nei proteoglicani e nelle glicoproteine, oppure uno metallico come nelle metallo-proteine, o anche un gruppo eme per le emoproteine.

Per raggiungere il corretto folding e farlo nei tempi giusti intervengono in aiuto alla proteina stessa una classe di proteine, gli chaperoni molecolari. Gli chaperoni intervengono non solo nell’aiutare proteine neosintetizzate a raggiungere corretto folding, ma anche nel permettere a proteine denaturate, in seguito a sbalzo termico o variazione di pH, a raggiungere nuovamente la sua struttura nativa. Tutti gli chaperon molecolari intervengono utilizzando energia per poter determinare corretto ripiegamento.

Tipi di chaperoni molecolari

Vi sono più tipi di chaperoni molecolari che intervengono nel processo di folding proteico, tra questi:

• HSP, Heat Shock Protein: Proteine regolate nel momento in cui c'è esposizione a fattori denaturanti a livello cellulare e che permettono recupero corretto folding.
• PDI, Proteina Disolfuro Isomerasi: Proteina che interviene quando all’interno dello stato nativo sono presenti anche i ponti disolfuro S-S.

Le HSP

Queste proteine formano una gabbia intorno alla proteina denaturata che riesce ad entrarvi grazie al riconoscimento degli amminoacidi idrofobici esposti all’esterno. Di norma, gli amminoacidi idrofobici sono esposti all’interno della proteina, costituendo il core idrofobico, e perciò è proprio l’esposizione all’esterno degli amminoacidi idrofobici il segnale riconosciuto dalle HSP. Quindi le HSP, spendendo energia, legano la proteina e la racchiudono in questo spazio piccolo in cui può ripiegarsi nel modo corretto senza interferenza di agenti esterni. Se la proteina quando esce è riuscita a foldarsi completamente non avrà più i residui idrofobici all’esterno e non verrà più riconosciuta dalle HSP, ma se uscendo non è ancora completamente foldata, questa riesporrà i residui idrofobici all’esterno e verrà rilegata dalle HSP con un nuovo ciclo di refolding. Questi cicli possono essere diversi ma non infiniti, e se la proteina non riesce a trovare suo folding viene indotta la poliubiquitinazione della proteina.

La PDI

I ponti disolfuro si formano sempre nelle stesse posizioni, ma è possibile che durante folding si formi un ponte S-S non definitivo, che deve essere rotto per la corretta riformazione del ponte tra due cisteine precise. Questa proteina PDI agisce aiutando la proteina a stabilire i ponti S-S nelle corrette posizioni, eliminando quelli formati non correttamente.

Gli chaperon molecolari rendono temporalmente più compatibile il processo di folding, ma non sono indispensabili perché la proteina può raggiungere stato nativo indipendentemente grazie all’informazione contenuta nella sua struttura primaria (aiuto cinetico). In ogni caso, la proteina non può tentare un numero infinito di volte di raggiungere lo stato nativo, non può permanere troppo tempo in uno stato partially unfolded e così viene deviata verso la degradazione.

A volte però, a partire dallo stato unfolded o da intermedi del processo di folding (partially unfolded intermediate), si possono formare degli aggregati, che a volte vengono eliminati dagli chaperon molecolari, ma altre volte si formano così velocemente che non riescono ad essere eliminati.