Dynamics and Composition of Small Heat Shock Protein Condensates and Aggregates

蛋白质聚集 热休克蛋白 生物物理学 表型 细胞生物学 蛋白质稳态 化学 伴侣(临床) 蛋白质折叠 蛋白质组 内在无序蛋白质 热休克蛋白70 HEK 293细胞 核心 胞浆 生物 生物化学 基因 医学 病理
作者
Joep Joosten,Bob van Sluijs,Wilma Vree Egberts,Martin Emmaneel,Pascal W.T.C. Jansen,Michiel Vermeulen,Wilbert C. Boelens,Kimberly M. Bonger,Evan Spruijt
出处
期刊:Journal of Molecular Biology [Elsevier BV]
卷期号:435 (13): 168139-168139 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jmb.2023.168139
摘要

Small heat shock proteins (sHSPs) are essential ATP-independent chaperones that protect the cellular proteome. These proteins assemble into polydisperse oligomeric structures, the composition of which dramatically affects their chaperone activity. The biomolecular consequences of variations in sHSP ratios, especially inside living cells, remain elusive. Here, we study the consequences of altering the relative expression levels of HspB2 and HspB3 in HEK293T cells. These chaperones are partners in a hetero-oligomeric complex, and genetic mutations that abolish their mutual interaction are associated with myopathic disorders. HspB2 displays three distinct phenotypes when co-expressed with HspB3 at varying ratios. Expression of HspB2 alone leads to formation of liquid nuclear condensates, while shifting the stoichiometry towards HspB3 resulted in the formation of large solid-like aggregates. Only cells co-expressing HspB2 with a limited amount of HspB3 formed fully soluble complexes that were distributed homogeneously throughout the nucleus. Strikingly, both condensates and aggregates were reversible, as shifting the HspB2:HspB3 balance in situ resulted in dissolution of these structures. To uncover the molecular composition of HspB2 condensates and aggregates, we used APEX-mediated proximity labelling. Most proteins interact transiently with the condensates and were neither enriched nor depleted in these cells. In contrast, we found that HspB2:HspB3 aggregates sequestered several disordered proteins and autophagy factors, suggesting that the cell is actively attempting to clear these aggregates. This study presents a striking example of how changes in the relative expression levels of interacting proteins affects their phase behavior. Our approach could be applied to study the role of protein stoichiometry and the influence of client binding on phase behavior in other biomolecular condensates and aggregates.

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