Der Begriff molekulare Chaperone umfasst eine Reihe spezialisierter Proteine, die Faltungsintermediate anderer Proteine von unproduktiven Reaktionen wie Aggregation und Fehlfaltung abhalten. Eine Unterfamilie stellen die HSP60-Proteine (Hitze-Schock-Proteine mit einer Masse von 60 kDa pro Untereinheit) oder Chaperonine dar. Sie sind zylindrische, multimere Doppelring-Komplexe, welche Polypeptiden nicht-nativer Konformation ein hydrophiles, abgeschlossenes Kompartiment bieten, in dem der Faltungsvorgang ATP-abhängig und unbeeinflusst von der dicht konzentrierten Umgebung in der Zelle stattfinden kann. Allen Chaperoninen ist die Einteilung ihrer Untereinheiten gemein: Die ATP-Hydrolyse erfolgt an den äquatorialen Domänen, welche über intermediäre Abschnitte mit den substratbindenden oder apikalen Domänen verknüpft sind. Die in Bakterien und eukaryotischen Zellorganellen bakteriellen Ursprungs vorkommenden Gruppe I oder GroEL-homologen Chaperonine schließen für den Faltungsprozess ihre Kammer mit Hilfe des Ko-Chaperonins GroES ab. Stattdessen besitzen die archaealen Thermosomen und das eukaryotische CCT oder TriC (CCT für Chaperonin Containing TCP-1, TRiC für TCP-1 Ring Complex) als Vertreter der Gruppe II Chaperonine ein eingebautes Deckelsegment in Form eines helikalen Fortsatzmotivs, das aus dem globulären Kernbereich der substratbindenden Domänen herausragt. Im offenen Zustand der Gruppe II Chaperonine sind diese helikalen und vornehmlich hydrophoben Fortsätze ringsum an den Rändern der zentralen Zylinderhöhlung exponiert. Während des Übergangs zum geschlossenen Zustand kommt es zu quarternären Konformationsänderungen im Komplex. Die apikalen Domänen rotieren im Uhrzeigersinn einwärts, so dass nun alle Fortsätze gemeinsam, ähnlich einer Irisblende, das Deckelsegment bilden, ihre hydrophoben Flächen gegenseitig verdecken und zum hydrophilen Inneren der Kavität beitragen. Die Kristallstrukturen der separat exprimierten apikalen Domäne der α-Untereinheit des Thermosoms (αADT) aus Thermoplasma acidophilum sowie der geschlossenen Form des Gesamtkomplexes weisen in den Fortsatzregionen, nicht aber in den globulären Kernbereichen strukturelle Diskrepanzen auf. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zusätzlich die Röntgenstruktur der β-apikalen Domäne (βADT) aufgeklärt und mit den bereits vorhandenen Strukturen verglichen. Dabei wurde deutlich, dass besonders die N-terminale Fortsatzhälfte trotz hoher Sequenzhomologie in jeder der vorhandenen Kristallstrukturen unterschiedliche Sekundärstruktur-Elemente aufwies und im Fall der αADT sogar die Merkmale einer Chamäleonsequenz erfüllte. Der starke Einfluss der Kristallkontakte in allen Strukturen gab Anlass zur weiteren Untersuchung der Domänen mittels NMR-Spektroskopie. Während sich die Kernregionen als relativ rigide Strukturen herausstellten, zeigten die N-terminalen Fortsatzhälften der Domänen in Lösung im Unterschied zu den Röntgenstrukturen keinerlei Tendenz zu distinkten Sekundärstrukturelementen, dagegen hohe Flexibilität sowie eine ausgeprägte Neigung zu ungeordneter Konformation. Schon aufgrund ihrer Hydrophobizität und ihrer Konserviertheit innerhalb der Gruppe II Chaperonine waren die Fortsatzregionen bereits früher für eine Beteiligung an der Substratbindung zusätzlich zur Verschlussfunktion für die Faltungskammer vorgeschlagen worden. Die Ergebnisse der strukturellen Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit deuteten ebenfalls auf eine derartige Möglichkeit hin. Zusätzliche Sequenzanalysen zeigten einige hochkonservierte Cluster auf, die aufgrund ihrer exponierten Lage in einem hypothetischen, offenen Zustand des Thermosoms und ihrer hohen Konserviertheit in allen bisher bekannten Gruppe II Chaperoninen prinzipiell für die Erkennung von Substraten geeignet wären.     «

Der Begriff molekulare Chaperone umfasst eine Reihe spezialisierter Proteine, die Faltungsintermediate anderer Proteine von unproduktiven Reaktionen wie Aggregation und Fehlfaltung abhalten. Eine Unterfamilie stellen die HSP60-Proteine (Hitze-Schock-Proteine mit einer Masse von 60 kDa pro Untereinheit) oder Chaperonine dar. Sie sind zylindrische, multimere Doppelring-Komplexe, welche Polypeptiden nicht-nativer Konformation ein hydrophiles, abgeschlossenes Kompartiment bieten, in dem der Faltungs...     »

The term molecular chaperones comprises a group of highly specialised proteins preventing folding intermediates of other proteins from unproductive reactions such as aggregation or misfolding. The HSP60 proteins (heat shock proteins with a molecular mass of 60 kDa per subunit) or chaperonins are a particular subclass of the molecular chaperones. They are cylindrical, multimeric double-ring complexes providing a hydrophilic compartment for non-native polypeptides. In these almost sealed off cavities, the (re-)folding reaction can be accomplished unaffected from the crowded cell environment. All chaperonins share the same subunit architecture: ATP-hydrolysis takes place at the equatorial domains which are connected to the substrate-binding or apical domains via flexible hinge or intermediate regions. The group I or GroEL-homologous chaperonins which occur in bacteria and eukaryotic cell organells of bacterial decent close their folding compartment with the help of the co-chaperonin GroES. Instead of that, the archaeal thermosomes as well as the eukaryotic CCT or TRiC (CCT for Chaperonin Containing TCP-1, TRiC for TCP-1 Ring Complex) as representatives of the group II chaperonins possess a built-in lid segment in the form of a helical protrusion motif emanating from the globular core region of the substrate-binding domains. In the open state of the group II chaperonins, these helical and primarily hydrophobic protrusions are exposed circumferentially at the rims of the central cavities. During the transition to the closed state, the whole complex is subjected to large, quarternary conformational changes. The apical domains are rotating inwards clockwise, so that all protrusions now form the lid segment, similar to a photographic lens aperture. Thus, their hydrophobic patches occlude each other contributing to the hydrophilic interior of the cylinder in that way. In the crystal structures of the separately expressed α-subunit apical domain (αADT) of the thermosome from Thermoplasma acidophilum as well as the closed form of the whole thermosome complex, significant structural discrepancies in the protrusion regions, but not in the globular parts of the apical domains were discovered. In the course of this work, the crystal structure of the β-subunit apical domain (βADT) was solved in addition and compared to the atomic thermosomal structures already known. Thereby, the existence of different secondary structural elements, especially in the N-terminal protrusion parts of each of the present crystal structures despite of high sequence homology became evident. αADT even fulfilled the criteria of a chameleon sequence. A considerable influence of the crystal contacts on the structures of all apical domains gave reason to further investigations by means of NMR-spectroscopy. While the core regions of the domains turned out to be of rather rigid character, the N-terminal protrusion parts showed no significant tendency to form distinct secondary structural elements in solution. In contrast to the x-ray structures, they even featured high flexibility and a pronounced propensity for conformational disorder. Because of their hydrophobicity and their high amount of conserved residues, the protrusion regions have already previously been suggested to be involved in substrate binding in addition to their sealing function for the folding compartment. The results of the structural investigations presented in this work confirmed this possibility. Continuative sequence analyses highlighted several clusters, which might, in principle, be well suited for substrate recognition due to their exposed position in a hypothetically open state of the thermosome and their high degree of conservation in all group II chaperonin sequences known so far.     «

The term molecular chaperones comprises a group of highly specialised proteins preventing folding intermediates of other proteins from unproductive reactions such as aggregation or misfolding. The HSP60 proteins (heat shock proteins with a molecular mass of 60 kDa per subunit) or chaperonins are a particular subclass of the molecular chaperones. They are cylindrical, multimeric double-ring complexes providing a hydrophilic compartment for non-native polypeptides. In these almost sealed off cavit...     »