分子生物学：Hsp70の機能的可塑性は相手によって異なる結合方式をとることで可能となっている
Nature 539, 7629 doi: 10.1038/nature20137
Hsp70系は生物の全てのドメインでシャペロン活性の中心的なハブとなっている。Hsp70は、タンパク質折りたたみの補助や凝集防止、タンパク質トラフィッキングや酵素活性調節など、非常に多くの作業を行っており、また折りたたまれていない状態のアミノ酸鎖だけでなく、ほぼ天然状態のタンパク質や不適切に折りたたまれたタンパク質、凝集したタンパク質とも相互作用する。Hsp70は、ATPによって駆動されるヘリックス状の蓋で覆うことのできる溝の内部に、これらの多様なタンパク質配座異性体から伸びたペプチド部分を結合させることで、多くの生理学的役割を達成すると考えられている。しかし、Hsp70が多様な折りたたみ段階にあるタンパク質基質と相互作用する仕組みや、Hsp70がそれら基質の構造に影響を及ぼす仕組みを直接調べることは困難であるとされてきた。その上、Hsp70–基質複合体では蓋がさまざまなコンホメーションをとることが最近示され、相互作用機構が他にも存在する可能性が浮上している。シャペロンと結合相手の両方のコンホメーション動態、その相互作用の一過性、コシャペロンやATP加水分解サイクルの関与を考えると、このような問題に取り組むことは技術的に非常に困難である。今回我々は、光ピンセットを用いて、細菌のHsp70ホモログ（DnaK）が、伸びたペプチド部分だけでなく、部分的に折りたたまれているタンパク質構造や天然状態に近いタンパク質構造にも結合して安定化することを示す。折りたたまれた構造を安定化する際、Hsp70の蓋と溝は相乗的に機能しており、蓋部分を切り詰めると安定化が見られなくなり、溝の方に変異を導入すると効率が低下する。結合様式の多様性は重要な結果をもたらし、Hsp70はヌクレオチドによる調節を受けて、折りたたまれた構造を安定化することも不安定化することもできる。Hsp70は、Hsp90やGroELのように、タンパク質の折りたたみ過程の後の方の段階に影響を及ぼすことができ、部分的に折りたたまれた構造に加えて、折りたたまれていない状態のタンパク質鎖をも保護することで凝集を抑制できる。まとめると、DnaK系で得られたこれらの知見は、Hsp70のカノニカルモデルを拡大し、Hsp70系の広範囲にわたる生理的役割に影響を及ぼす可能性がある。
