Il sistema Hsp70 interagisce con segmenti peptidici estesi di proteine così come con proteine parzialmente ripiegate per causare l’aggregazione di proteine in percorsi chiave per deregolare l’attività.Quando non interagisce con un peptide substrato, Hsp70 è solitamente in uno stato legato all’ATP. Hsp70 di per sé è caratterizzata da un’attività ATPasi molto debole, tale che l’idrolisi spontanea non si verifica per molti minuti. Quando le proteine appena sintetizzate emergono dai ribosomi, il dominio di legame del substrato di Hsp70 riconosce sequenze di residui idrofobici di aminoacidi e interagisce con essi. Questa interazione spontanea è reversibile, e nello stato legato all’ATP Hsp70 può legare e rilasciare peptidi in modo relativamente libero. Tuttavia, la presenza di un peptide nel dominio di legame stimola l’attività ATPasi di Hsp70, aumentando il suo tasso normalmente lento di idrolisi dell’ATP. Quando l’ATP viene idrolizzato in ADP, la tasca di legame di Hsp70 si chiude, legando strettamente la catena peptidica ora intrappolata. Ad accelerare ulteriormente l’idrolisi dell’ATP sono i cosiddetti cochaperoni del dominio J: principalmente Hsp40 negli eucarioti e DnaJ nei procarioti. Questi cochaperoni aumentano drammaticamente l’attività ATPasi di Hsp70 in presenza di peptidi interagenti.

Collegandosi strettamente a sequenze di peptidi parzialmente sintetizzati (proteine incomplete), Hsp70 impedisce loro di aggregarsi ed essere resi non funzionali. Una volta che l’intera proteina è sintetizzata, un fattore di scambio nucleotidico (GrpE procariotico, BAG1 e HspBP1 eucariotico sono tra quelli che sono stati identificati) stimola il rilascio di ADP e il legame di ATP fresco, aprendo la tasca di legame. La proteina è quindi libera di ripiegarsi da sola o di essere trasferita ad altri chaperon per un’ulteriore elaborazione. HOP (la proteina organizzatrice Hsp70/Hsp90) può legarsi a Hsp70 e Hsp90 allo stesso tempo, e media il trasferimento di peptidi da Hsp70 a Hsp90.

Hsp70 aiuta anche nel trasporto transmembrana delle proteine, stabilizzandole in uno stato parzialmente ripiegato. È anche nota per essere fosforilata, il che regola diverse sue funzioni.

Le proteine Hsp70 possono agire per proteggere le cellule dallo stress termico o ossidativo. Questi stress agiscono normalmente per danneggiare le proteine, causando uno spiegamento parziale e una possibile aggregazione. Legandosi temporaneamente ai residui idrofobici esposti dallo stress, Hsp70 impedisce a queste proteine parzialmente denaturate di aggregarsi e inibisce il loro refolding. Il basso ATP è caratteristico dello shock termico e il legame prolungato è visto come soppressione dell’aggregazione, mentre il recupero dallo shock termico coinvolge il legame del substrato e il ciclo del nucleotide. In un anaerobo termofilo (Thermotoga maritima) l’Hsp70 dimostra un legame sensibile al redox a peptidi modello, suggerendo una seconda modalità di regolazione del legame basata sullo stress ossidativo.

Hsp70 sembra poter partecipare allo smaltimento di proteine danneggiate o difettose. L’interazione con CHIP (Carboxyl-terminus of Hsp70 Interacting Protein) – un’ubiquitina ligasi E3 – permette a Hsp70 di passare le proteine alle vie di ubiquitinazione e proteolisi della cellula.

Infine, oltre a migliorare l’integrità generale delle proteine, Hsp70 inibisce direttamente l’apoptosi. Un segno distintivo dell’apoptosi è il rilascio del citocromo c, che poi recluta Apaf-1 e dATP/ATP in un complesso apoptosoma. Questo complesso poi scinde la procaspasi-9, attivando la caspasi-9 e infine inducendo l’apoptosi attraverso l’attivazione della caspasi-3. Hsp70 inibisce questo processo bloccando il reclutamento di procaspasi-9 nel complesso apoptosoma Apaf-1/dATP/citocromo c. Non si lega direttamente al sito di legame di procaspase-9, ma probabilmente induce un cambiamento conformazionale che rende il legame di procaspase-9 meno favorevole. Hsp70 ha dimostrato di interagire con la proteina sensore di stress del reticolo endoplasmatico IRE1alpha proteggendo così le cellule dallo stress ER – apoptosi indotta. Questa interazione ha prolungato lo splicing dell’mRNA XBP-1 inducendo così l’upregulation trascrizionale dei bersagli dello splicing XBP-1 come EDEM1, ERdj4 e P58IPK salvando le cellule dall’apoptosi. Altri studi suggeriscono che Hsp70 può svolgere un ruolo anti-apoptotico in altre fasi, ma non è coinvolto nell’apoptosi mediata dal Fas-ligando (sebbene Hsp 27 lo sia). Quindi, Hsp70 non solo salva componenti importanti della cellula (le proteine), ma salva anche direttamente la cellula nel suo complesso. Considerando che le proteine di risposta allo stress (come Hsp70) si sono evolute prima del macchinario apoptotico, il ruolo diretto di Hsp70 nell’inibire l’apoptosi fornisce un interessante quadro evolutivo di come il macchinario più recente (apoptotico) abbia accolto il macchinario precedente (Hsps), allineando così la migliore integrità delle proteine di una cellula con le migliori possibilità di sopravvivenza di quella particolare cellula.