Structural insights into the chaperone-dependent ubiquitin/proteasome protein degradation pathway

• Autores: Lucía Quintana Gallardo
• Directores de la Tesis: Jaime Martín-Benito Romero (dir. tes.), José M. Valpuesta (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 168
• Tribunal Calificador de la Tesis: Óscar Antonio Llorca Blanco (presid.), José María Almendral del Río (secret.), Andrzej Dziembowski (voc.), Aurora Martínez Ruiz (voc.), Arturo Muga Villate (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
      • Microscopia electrónica
    • Física molecular
      • Estructura molecular
  • Química
    • Bioquímica
      • Proteínas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    El mantenimiento de la integridad del proteoma es esencial para la viabilidad celular. El estado nativo de las proteínas, aunque está energéticamente favorecido, también se ve amenazado por mutaciones, estrés, etc. que pueden desestabilizarlo, y perturbar la estabilidad celular, desencadenando procesos como el envejecimiento, estados patológicos e incluso muerte celular. El correcto funcionamiento de la célula incluye estrategias paralelas e interconectadas, que se focalizan en el plegamiento de las proteínas afectadas, o la degradación o acumulación en compartimentos de las proteínas que puedan amenazar este correcto funcionamiento. Las chaperonas moleculares no solo previenen la desnaturalización de sus sustratos, sino que también pueden también dirigirlos hacia su degradación. Este proceso se produce, en el caso de las chaperonas Hsp70 y Hsp90, gracias a la presencia de la cochaperona CHIP, que puede actuar como una proteína E3 ligasa, dirigiendo el complejo Hsp70:sustrato hacia degradación. Hemos realizado una caracterización estructural, utilizando microscopía electrónica y procesamiento de imagen, de varios de los complejos involucrados en esta vía, desde la transferencia del sustrato a la chaperona Hsp70 gracias a la cochaperona Hsp40, el complejo Hsp70:sustrato y el complejo Hsp70:sustrato:CHIP. Por otro lado hemos caracterizado otra de las vías de degradación, la que involucra a Hsp90, resolviendo a baja resolución las estructuras de los complejos Hsp90:sustrato, Hsp90:CHIP y Hsp90:sustrato:CHIP. Toda esta información estructural nos ha permitido proponer un modelo general de interacción del sustrato con ambas chaperonas, de la posterior interacción con éstas de la cochaperona CHIP y de la consiguiente ubiquitinación del sustrato, como primer paso para su transferencia al proteasoma.

  • English

    Maintaining the integrity of the proteome is essential for cell viability. The native state of proteins, although energetically favoured, is in precarious balance with destabilizing mutations and stress conditions that perturb cell proteostasis and trigger aging, pathological states, and even cell death. Maintenance of protein homeostasis includes parallel and interconnected strategies that focus on folding, degrading or accumulating potentially dangerous species in different compartments. Molecular chaperones not only prevent misfolding of their substrates, but can also drive them towards degradation. In the case of chaperones Hsp70 and Hsp90, this is achieved through the co-chaperone CHIP, which can act as an E3 ligase and direct the Hsp70:substrate complex to substrate degradation. Using electron microscopy and image processing, we characterized the mechanism of Hsp40-mediated substrate transfer to Hsp70. Using the same techniques and a chimeric p53 protein as substrate, we characterized the complex formed with Hsp70, the interaction between Hsp70 and its co-chaperone CHIP, and the complex formed by the chaperone, the co-chaperone and the substrate. A similar approach was used to describe the degradation pathway controlled by chaperone Hsp90. All this structural information allows us to propose a model of chaperone interaction with the co-chaperone CHIP and substrate ubiquitination in the ubiquitin/proteasome pathway.