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Studying heat shock proteins through single-molecule mechanical manipulation.
Cell Stress and Chaperones ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-04-06 , DOI: 10.1007/s12192-020-01096-y
Dhawal Choudhary 1, 2 , Laura Mediani 3 , Serena Carra 3 , Ciro Cecconi 1, 2
Affiliation  

Imbalances of cellular proteostasis are linked to ageing and human diseases, including neurodegenerative and neuromuscular diseases. Heat shock proteins (HSPs) and small heat shock proteins (sHSPs) together form a crucial core of the molecular chaperone family that plays a vital role in maintaining cellular proteostasis by shielding client proteins against aggregation and misfolding. sHSPs are thought to act as the first line of defence against protein unfolding/misfolding and have been suggested to act as “sponges” that rapidly sequester these aberrant species for further processing, refolding, or degradation, with the assistance of the HSP70 chaperone system. Understanding how these chaperones work at the molecular level will offer unprecedented insights for their manipulation as therapeutic avenues for the treatment of ageing and human disease. The evolution in single-molecule force spectroscopy techniques, such as optical tweezers (OT) and atomic force microscopy (AFM), over the last few decades have made it possible to explore at the single-molecule level the structural dynamics of HSPs and sHSPs and to examine the key molecular mechanisms underlying their chaperone activities. In this paper, we describe the working principles of OT and AFM and the experimental strategies used to employ these techniques to study molecular chaperones. We then describe the results of some of the most relevant single-molecule manipulation studies on HSPs and sHSPs and discuss how these findings suggest a more complex physiological role for these chaperones than previously assumed.

中文翻译:

通过单分子机械操作研究热休克蛋白。

细胞蛋白质稳态失衡与衰老和人类疾病有关,包括神经退行性疾病和神经肌肉疾病。热休克蛋白 (HSP) 和小热休克蛋白 (sHSP) 共同构成分子伴侣家族的关键核心,其通过保护客户蛋白免受聚集和错误折叠而在维持细胞蛋白质稳态方面发挥着至关重要的作用。sHSP 被认为是抵御蛋​​白质解折叠/错误折叠的第一道防线,并被建议充当“海绵”,在 HSP70 伴侣系统的帮助下,快速隔离这些异常物种以进行进一步加工、重折叠或降解。了解这些分子伴侣如何在分子水平上发挥作用将为它们作为治疗衰老和人类疾病的治疗途径的操作提供前所未有的见解。在过去的几十年中,光镊 (OT) 和原子力显微镜 (AFM) 等单分子力谱技术的发展使得在单分子水平上探索 HSP 和 sHSP 的结构动力学成为可能。检查其分子伴侣活动背后的关键分子机制。在本文中,我们描述了 OT 和 AFM 的工作原理以及用于采用这些技术研究分子伴侣的实验策略。然后,我们描述了一些对 HSP 和 sHSP 最相关的单分子操作研究的结果,并讨论这些发现如何表明这些分子伴侣的生理作用比以前假设的更复杂。例如光镊 (OT) 和原子力显微镜 (AFM),在过去的几十年里,已经可以在单分子水平上探索 HSP 和 sHSP 的结构动力学,并检查其分子伴侣活动背后的关键分子机制. 在本文中,我们描述了 OT 和 AFM 的工作原理以及用于采用这些技术研究分子伴侣的实验策略。然后,我们描述了一些对 HSP 和 sHSP 最相关的单分子操作研究的结果,并讨论这些发现如何表明这些分子伴侣的生理作用比以前假设的更复杂。例如光镊 (OT) 和原子力显微镜 (AFM),在过去的几十年里,已经可以在单分子水平上探索 HSP 和 sHSP 的结构动力学,并检查其分子伴侣活动背后的关键分子机制. 在本文中,我们描述了 OT 和 AFM 的工作原理以及用于采用这些技术研究分子伴侣的实验策略。然后,我们描述了一些对 HSP 和 sHSP 最相关的单分子操作研究的结果,并讨论这些发现如何表明这些分子伴侣的生理作用比以前假设的更复杂。在过去的几十年里,研究人员可以在单分子水平上探索 HSP 和 sHSP 的结构动力学,并研究其分子伴侣活性背后的关键分子机制。在本文中,我们描述了 OT 和 AFM 的工作原理以及用于采用这些技术研究分子伴侣的实验策略。然后,我们描述了一些对 HSP 和 sHSP 最相关的单分子操作研究的结果,并讨论这些发现如何表明这些分子伴侣的生理作用比以前假设的更复杂。在过去的几十年里,研究人员可以在单分子水平上探索 HSP 和 sHSP 的结构动力学,并研究其分子伴侣活性背后的关键分子机制。在本文中,我们描述了 OT 和 AFM 的工作原理以及用于采用这些技术研究分子伴侣的实验策略。然后,我们描述了一些对 HSP 和 sHSP 最相关的单分子操作研究的结果,并讨论这些发现如何表明这些分子伴侣的生理作用比以前假设的更复杂。
更新日期:2020-04-06
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