Hsp90 (heat shock protein of 90 kDa) is a ubiquitous molecular chaperone responsible for the assembly and regulation of many eukaryotic signalling systems and is an emerging target for rational chemotherapy of many cancers. Although the structures of isolated domains of Hsp90 have been determined, the arrangement and ATP-dependent dynamics of these in the full Hsp90 dimer have been elusive and contentious. Here we present the crystal structure of full-length yeast Hsp90 in complex with an ATP analogue and the co-chaperone p23/Sba1. The structure reveals the complex architecture of the ‘closed’ state of the Hsp90 chaperone, the extensive interactions between domains and between protein chains, the detailed conformational changes in the amino-terminal domain that accompany ATP binding, and the structural basis for stabilization of the closed state by p23/Sba1. Contrary to expectations, the closed Hsp90 would not enclose its client proteins but provides a bipartite binding surface whose formation and disruption are coupled to the chaperone ATPase cycle. The molecular chaperone Hsp90 activates many oncogenic proteins whose mutation or disregulation drives cancer. It depends on ATP, and inhibition of ATP binding blocks oncogene activation. All this makes Hsp90 a prime target for rational chemotherapy. Its biochemistry is poorly understood, though, and the means by which it utilizes ATP is contentious. Ali et al. have now determined the structure of Hsp90 in a complex with ATP and a co-chaperone. It reveals how the ATP-coupled chaperone cycle works, and how it drives conformational change in 'client' proteins dependent on Hsp90. The structure of full-length Hsp90 in association with an ATP analogue and a co-chaperone details for the first time how ATP binding changes Hsp90's conformation, and how the co-chaperone stabilizes the overall structure so that target proteins can bind.

Client protein activation by Hsp90 involves a plethora of cochaperones whose roles are poorly defined. A ubiquitous family of stress-regulated proteins have been identified (Aha1, activator of Hsp90 ATPase) that bind directly to Hsp90 and are required for the in vivo Hsp90-dependent activation of clients such as v-Src, implicating them as cochaperones of the Hsp90 system. In vitro, Aha1 and its shorter homolog, Hch1, stimulate the inherent ATPase activity of yeast and human Hsp90. The identification of these Hsp90 cochaperone activators adds to the complex roles of cochaperones in regulating the ATPase-coupled conformational changes of the Hsp90 chaperone cycle.

Activation of client proteins by the Hsp90 molecular chaperone is dependent on binding and hydrolysis of ATP, which drives a molecular clamp via transient dimerization of the N-terminal domains. The crystal structure of the middle segment of yeast Hsp90 reveals considerable evolutionary divergence from the equivalent regions of other GHKL protein family members such as MutL and GyrB, including an additional domain of new fold. Using the known structure of the N-terminal nucleotide binding domain, a model for the Hsp90 dimer has been constructed. From this structure, residues implicated in the ATPase-coupled conformational cycle and in interactions with client proteins and the activating cochaperone Aha1 have been identified, and their roles functionally characterized in vitro and in vivo. Activation of client proteins by the Hsp90 molecular chaperone is dependent on binding and hydrolysis of ATP, which drives a molecular clamp via transient dimerization of the N-terminal domains. The crystal structure of the middle segment of yeast Hsp90 reveals considerable evolutionary divergence from the equivalent regions of other GHKL protein family members such as MutL and GyrB, including an additional domain of new fold. Using the known structure of the N-terminal nucleotide binding domain, a model for the Hsp90 dimer has been constructed. From this structure, residues implicated in the ATPase-coupled conformational cycle and in interactions with client proteins and the activating cochaperone Aha1 have been identified, and their roles functionally characterized in vitro and in vivo.

Abstract Identification of intracellular targets of anticancer drug candidates provides key information on their mechanism of action. Exploiting the ability of the anticancer (C^N)-chelated half-sandwich iridium(III) complexes to covalently bind proteins, click chemistry with a bioorthogonal azido probe was used to localize a phenyloxazoline-chelated iridium complex within cells and profile its interactome at the proteome-wide scale. Proteins involved in protein folding and actin cytoskeleton regulation were identified as high affinity targets. Upon iridium complex treatment, HSP90 folding activity was inhibited in vitro and major cytoskeleton disorganization was observed. We used a wide array of imaging and biochemical methods to validate selected targets and obtain a multiscale overview of the effects of this complex on live human cells. We demonstrate that it behaves as a dual agent, inducing both electrophilic and oxidative stresses in cells that account for its cytotoxicity.