Strukturní a funkční analýza TPR ko-chaperonů Hsp70/Hsp90

Mgr. Filip Trčka, Ph.D.

Doctoral thesis

Structural and functional analysis of Hsp70/Hsp90 TPR co-chaperones

Abstract:

Proteostatické mechanismy udržující chod buněčného proteinového prostředí významně závisejí na funkci molekulárních chaperonů Hsp70 a Hsp90. Spektrum dějů, kterých se molekulární chaperony účastní, je řízeno strukturně a funkčně rozmanitou skupinou proteinů, tzv. ko-chaperonů. Tyto proteiny se asociují s molekulárními chaperony a ovlivňují jejich aktivitu a lokalizaci. Řada ko-chaperonů obsahuje ve své struktuře TPR doménu, která představuje vazebné místo pro molekulární chaperony. Lidský proteom obsahuje dosud neanotované proteiny s TPR doménami, které mohou sloužit jako interakční rozhraní pro vazbu molekulárních chaperonů. Zároveň existují TPR proteiny, jejichž vazba k chaperonům již byla prokázána, ale detailní analýza topologie této vazby chybí. V této práci jsme se zabývali vazebnými vlastnostmi funkčně neanotovaných proteinů LONRF1-3, které obsahují TPR a RING doménu. Naše výsledky ukazují, že protein LONRF2 se vyskytuje v buněčné struktuře akumulující proteinové agregáty. Protein LONRF3 je lokalizován v jádře, kde je součástí komplexů obsahujících chaperon Hsp90. Dále jsme analyzovali vliv struktury a post-translačních modifikací N konce TPR domény proteinu CHIP na jeho interakci s Hsp70/Hsp90. Naše výsledky naznačují, že struktura N konce proteinu ovlivňuje interakci proteinu CHIP s Hsp70/Hsp90 in vitro a že N konec proteinu CHIP interagujícího s Hsp70/Hsp90 je konstitutivně fosforylován ex vivo. Dále jsme provedli detailní analýzu topologie interakce proteinu Tomm34, který obsahuje dvě TPR domény, s molekulárními chaperony Hsp70/Hsp90. Výsledky těchto experimentu přinesly informaci o vazebných preferencích TPR domén proteinu Tomm34 k molekulárním chaperonům, o přítomnosti ternárního komplexu Hsp70-Tomm34-Hsp90 a o konformační závislosti interakcí Hsp70-Tomm34 a Hsp90-Tomm34. Analýza funkce proteinu Tomm34 in vitro a in vivo naznačuje, že jeho přítomnost inhibuje chaperonovou aktivitu Hsp70.

Abstract:

Cellular proteostasis is largely dependent on the activity of molecular chaperones Hsp70 and Hsp90. The spectrum of processes involving molecular chaperones is governed by structurally and functionally divergent group of proteins called co-chaperones. These proteins interact with molecular chaperones and influence their activity and localization. Many co-chaperones contain TPR domain which represents the binding site for chaperones. Human proteome contains so far un-annotated proteins with TPR domains, which might serve as an interaction interface for chaperone binding. There are also proteins known to bind chaperones, but the detailed analysis of the interaction topology is still missing. In this thesis we focused on the interaction studies of functionally un-annotated LONRF1-3 proteins, which contain TPR and RING domains. Our results show that LONRF2 protein is localized in cellular structures accumulating aggregated proteins. LONRF3 protein is localized in nucleus, where it participates in complexes involving Hsp90. Next, we analyzed the role of structure and post-translational modifications of N terminus of CHIP protein TPR domain in regulation of its interaction with Hsp70/Hsp90. Our results show that the structure of N terminal part of CHIP protein influences its interaction with Hsp70/Hsp90 in vitro and that this region undergoes constitutive phosphorylation in CHIP molecules interacting with Hsp70/Hsp90 ex vivo. Next, we performed detailed analysis of the interaction topology between TPR domains of Tomm34 protein and molecular chaperones Hsp70/Hsp90. Our results revealed binding preferences of Tomm34 TPR domains towards molecular chaperones, the existence of tripartite complex Hsp70-Tomm34-Hsp90 and the conformational restraints of Hsp70-Tomm34 and Hsp90-Tomm34 interactions. The functional analysis of Tomm34 protein suggests its inhibitory role in the regulation of Hsp70 activity in vitro and in vivo.

Keywords

Molekulární chaperon, ko-chaperon, Hsp90, Hsp70, HOP, CHIP, Tomm34, posttranslační modifikace, fosforylace, TPR doména, HDX, Molecular chaperone, co-chaperone, posttranslational modification, phosphorylation, TPR domain

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 6. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 25. 9. 2015
• Supervisor: RNDr. Bořivoj Vojtěšek, DrSc.
• Reader: doc. Mgr. Jan Paleček, Dr. rer. nat., MVDr. Juraj Kopáček, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology