Дело в белке теплового шока. Малые белки теплового шока – очень большая и гетерогенная группа, объединяющая в своем составе белки с молекулярными мас сами от 12 до 43 кДа.
Как «работает» лекарство, и какие виды рака можно будет лечить с его помощью
- Белки теплового шока: биологические функции и перспективы применения
- Клиническая Нефрология » Защитное действие белков теплового шока при заболеваниях почек
- Белки теплового шока — Википедия с видео // WIKI 2
- Как работает технология HIFES
Новые методы лечения рака: белки теплового шока
БТШ-70 действительно есть в мембранах всех клеток. Его повышенный уровень обнаружен во многих опухолевых клетках, в частности при раке молочной железы. Однако некоторые опухоли продуцируют этот белок в меньшей степени, чем нормальные ткани, например рак почки или шейки матки. Александр Ищенко : Безусловно. Механизм, хорошо работающий на животных, может иметь свои особенности при работе с людьми. И это надо иметь в виду. Кроме того, в ходе исследований мы модифицировали БТШ связыванием его с супермагнитными наночастицами. В таком виде белок избирательно концентрируется в опухолях.
И это позволяло нам рассматривать снижение дозы, например. Мы целенаправленно шли на два вида опухоли. Те задачи, которые перед собой ставили, мы выполнили. Безусловно, и сейчас еще есть над чем работать: есть варианты для совершенствования, для повышения эффективности. БТШ — это лекарственный препарат. И мы, например, убедились, что его введение в опухоль гораздо более эффективно, чем подкожно или внутривенно. То есть надо работать над формой выпуска ЛП.
Это индивидуальная вакцина: у больного берется биопсия опухоли, клетка лизируется, ее содержимое переходит в раствор. Вместе с противоопухолевыми пептидами выделяется белок и снова вводится больному. Таким образом, проводится иммунизация. Наши партнеры в Институте цитологии РАН изучили механизм. И показали, что белок внутри опухолевой клетки существует, но в очень ограниченном количестве. А экзогенное введение белка выталкивает эндогенный белок, который напичкан противоопухолевыми антигенами. Таким образом, активируется работа иммунной системы.
Это основное действие. Но еще остается много вопросов. Почему БТШ входит в опухолевую клетку? А входит ли он в нормальную с такой же интенсивностью? То есть механизмы транспорта белка внутрь клетки и экспорта из нее до конца непоняты. Но есть гипотезы, которые позволяют такой механизм рассматривать.
Br J Cancer 2008; 22; 98 8 : 1336—41.
Guidelines for the nomenclature of the human heat shock proteins. Cell Stress Chaperones 2009; 14 1 : 105—11. Synthesis and evaluation of geldanamycin-testosterone hybrids. J Bioorg Med Chem Lett 2000; 10 11 : 1303—6. Combination of imatinib mesylate with autologous leukocyte-derived heat shock protein 70 vaccine for chronic myelogenous leukemia. Vaccination with autologous tumor-derived heat-shock protein Gp96 after liver resection for metastatic colorectal cancer. Clin Cancer Res 2003; 9: 3235—42.
Cisplatin abrogates the geldanamycin-induced heat shock response. Mol Cancer Ther 2008; 7 10 : 3256—64. Binding of benzoquinoid ansamycins to p100 correlates with their ability to deplete the erbB2 gene product p185. Biochem Biophys Res Commun 1994; 30; 201 3 : 1313—29. J Clin Oncol 2007; 25 34 : 5410—7. Neckers L. Hsp90 inhibitors as novel cancer chemotherapeutic agents.
Trends Mol Med 2002; 8: 55—61. Oki Y, Younes A. Heat shock protein-based cancer vaccines. Expert Rev Vaccines 2004; 3: 403—11. Heat shock proteins gp96 and hsp70 activate the release of nitric oxide by APCs. J Immunol 2002; 168: 2997—3003. Parmiani G.
Cancer regression and autoimmunity induced by cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 blockade in patients with metastatic melanoma. Picard D. Chaperoning steroid hormone action. Trends Endocrin Metab 2006; 17 6 : 229—35. Antitumor activity in melanoma and anti-self response in a phase I trial with anti-cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 monoclonal antibody CP-675. J Clin Oncol 2005; 23: 8968—77. The treatment of relapsed and refractory multiple myeloma.
ASH Education Book 2007; 1: 317—23. Potentiation of paclitaxel activity by the HSP90 inhibitor 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin in human ovarian carcinoma cell lines with high levels of activated AKT. Mol Cancer Ther 2006; 5 5 : 1197—208.
Основная функция HSPs — защита биологических систем от повреждающих стрессорных воздействий.
В процессе эволюции эукариот некоторые HSPs приобрели функции, позволившие им интегрироваться в систему иммунитета. Белки теплового шока обеспечивают важные жизненные функции и представлены у всех живых организмов. Продукты генов, наименованные белками теплового шока или белками клеточного стресса, вырабатываемые в условиях гипертермии, изначально были идентифицированы как молекулы, вырабатываемые в ответ на присутствие в клетках белков с нарушенной конформацией. Затем было установлено, что HSPs играют роль шаперонов в нековалентной сборке и демонтаже других макромолекулярных структур, хотя сами не являются перманентными компонентами этих структур при выполнении своих биологических функций.
Реакция белков теплового шока зафиксирована не только в условиях гипертермии, но также при оксидативном стрессе, ацидозе, ишемии, гипоксии-гипероксии, энергетическом истощении клеток и т п. В этих условиях HSPs высвобождаются из некротизированных клеток при разрушении ткани или лизисе инфицированных клеток. Благодаря особенности распознавания гидрофобных аминокислотных последовательностей на поверхности белков, как предупредительного сигнала о конформационной их нестабильности, HSPs способны осуществлять такие жизненно важные функции, как участие в обеспечении пространственной организации белковых молекул фолдинге , их стабилизации, коррекции конформационных изменений рефолдинге , транслокации белков через мембраны внутриклеточных органелл, предотвращении белковой агрегации и деградации нестабильных белков. Наряду с этим, HSPs проявляют антиапоптотическую активность.
Исследователи дополнили выборку данными об аллельных частотах мутаций из больших общедоступных баз данных экзомного секвенирования: DiscovEHR более 50 000 образцов и ExAC более 45 000 образцов. Авторы проанализировали результаты секвенирования и обнаружили повышенное количество редких генных вариантов, ассоциированных с производством укороченных форм белков protein-truncating variants, PTV у пациентов с БАС. Причем эти варианты встречались в генах, находящихся под сильным давлением очищающего отбора и потому наименее подверженных вредным мутациям. Этот белок входит в семейство белков теплового шока DNAJ HSP40 , осуществляющих фолдинг только что синтезированных полипептидов и очистку клетки от разрушенных белков.
Пути передачи инфекции, клинические проявления заболевания и осложнения
- Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь | 27.03.2024 | Крым.Ньюз
- Медицинская иммунология
- Белок теплового шока - Heat shock protein
- Как работает технология HIFES
- Как российские ученые работали над новым методом лечения болезни Альцгеймера? - smart-smi
Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG)
Патогенетические механизмы формирования хгрс, реализуемые белком теплового шока HSP-70 и аутоантителами к нему. Биолог Максим Шевцов рассказывает, почему в последние годы радикально изменились подходы к лечению рака, какие методы иммунотерапии сегодня применяются в онкологии и что такое белки теплового шока. Учёные из БелГУ вместе с российскими и британскими коллегами нашли подтверждения существования прямой связи между последовательностью гена, который контролирует выработку белка теплового шока HSP70, и характером протекания ишемического инсульта.
Ген белка теплового шока ассоциирован с боковым амиотрофическим склерозом
| Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь | 27.03.2024 | Крым.Ньюз | Белки теплового шока (англ. HSP, Heat shock proteins) — это класс функционально сходных белков, экспрессия которых усиливается при повышении температуры или при других стрессирующих клетку условиях.[1] Повышение экспрессии генов. |
| Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG) | Белки теплового шока в этой ситуации выступают не только как шапероны, но и как потенциальные антиоксиданты. |
| Белки теплового шока (стресс-белки) | Определение антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) позволяет диагностировать персистирующую форму хламидийной инфекции. |
| Как лечить белок теплового шока к хламидиям - Вопрос гинекологу - 03 Онлайн | В этом участвует белок теплового шока. |
В Петербурге испытали на мышах вещество от болезни Альцгеймера
БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, РАЗВИТИЕ ТРОМБОТИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ И ПЕПТИДНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНОМА (обзор литературы и собственных данных). Учёный пояснил, что сама конструкция состоит из человеческого белка теплового шока, который встраивается в геном животного – в область молочного промотора. Научная статья на тему 'Белки теплового шока: биологические функции.
Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG)
Дело в белке теплового шока. Препарат «Белок теплового шока» был разработан на основе уникальной молекулы, которую «вырастили» в космосе. лено белкам теплового шока семейств а HSP70 и малым шаперонам sHSPs, высту.
132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока.
| Российские ученые заявили, что создали революционное лекарство от рака | БТШ72 и БТШ90 — измеряли при остром и хроническом воспалениях. |
| Белок теплового шока | Белки теплового шока (БТШ), называемые также шапероны, являются ответом опухолевых клеток на условия стресса. |
| «Это не то лекарство, которое поднимет Лазаря»: правда о разработке «от всех видов рака» | Белки теплового шока также синтезируются у D. melanogaster во время восстановления после длительного воздействия холода в отсутствие теплового шока. |
| Новые методы лечения рака: белки теплового шока | Низкий уровень экспрессии белка теплового шока 47 (HSP47), который отвечает за активацию тромбоцитов коллагеном и тромбином, спасает медведей в спячке от тромбоза. |
Стрессовый белок поможет в борьбе с сепсисом
Изначально Hsp70 содержится в межклеточном пространстве и вызывает иммунный ответ, благодаря которому организм борется с опухолью. Если ввести белок в виде экзосом — пузырьков диаметром 30-100 нм, перемещающихся внутри клеток и выделяющихся в межклеточное пространство, — рост опухолей значительно снижается. Это подтвердили эксперименты, проведённые на мышах.
Вы также можете задать новый вопрос, и через некоторое время наши врачи на него ответят. Это бесплатно. Также можете поискать нужную информацию в похожих вопросах на этой странице или через страницу поиска по сайту.
Часто хламидиоз у женщин протекает с малыми клиническими признаками, иногда практически бессимптомно. Болезнь часто распознается уже при наличии осложнений. Осложнения хламидиоза протекают форме воспалительным заболеваниям органов малого таза — уретрит, эндометрит, цервицит, сальпингит, сальпингоофорит, проктит. Эти осложнения являются, в свою очередь, причиной серьезных нарушений в репродуктивной сфере — бесплодие, спонтанные аборты.
Исследователи предположили, что изучение белков, формирование молекул которых нарушено из-за экспрессии полиглутамина или сходных причин, поможет разобраться в работе молекулярного термометра.
В процессе работы над созданием животных моделей экспрессии в нейронах и мышечных клетках белков, содержащих избыточные полиглутаминовые последовательности, исследователи установили, что степень агрегации и ассоциированной с ней токсичности таких белков пропорциональна их длине и возрасту организма. Это навело их на мысль, что подавление опосредуемого инсулином сигнального механизма, регулирующего продолжительность жизни организма, может повлиять на процесс агрегации полиглутаминсодержащих белков. Результаты дальнейших исследований подтвердили существование предполагаемой взаимосвязи, а также продемонстрировали, что влияние функционирования фактора транскрипции Hsf1 на продолжительность жизни организма опосредовано инсулинзависимым сигнальным механизмом. Эти наблюдения сделали очевидным тот факт, что реакция теплового шока одинаково важна как для выживания организма в условиях острого стресса, так и для постоянной нейтрализации токсичного действия белков, отрицательно сказывающегося на функционировании и продолжительности жизни клеток. Использование живых организмов в качестве экспериментальной модели позволило ученым перевести исследования на качественно новый уровень. Они стали обращать внимание на механизмы, посредством которых организм воспринимает и интегрирует поступающую извне информацию на молекулярном уровне. Если стресс влияет на процесс старения, логично предположить, что белки теплового шока, регистрирующие появление и предотвращающие накопление в клетке поврежденных белков, вполне способны замедлять развитие эффектов старения. То, что для многих заболеваний, ассоциированных с накоплением склонных к агрегации белков, характерны симптомы старения, а все болезни, в основе которых лежат нарушения формирования белковых молекул, ассоциированы со старением, наводит на мысль, что чувствительные к температуре метастабильные белки теряют свою функциональность по мере старения организма. И действительно, эксперименты на C. Однако оказалось, что активация фактора транскрипции Hsf1 на ранних этапах развития может препятствовать нарушению стабильности белковых молекул протеостаза.
Возможно, это наблюдение, предполагающее весьма интригующие возможности, не распространяется на более сложные многоклеточные организмы, однако все живое состоит из белков, поэтому полученные в экспериментах на круглых червях результаты с большой степенью вероятности могут помочь ученым разобраться в механизмах старения человека. Однако это еще не конец истории. Результаты работы, недавно проведенной под руководством профессора Моримото, указывают на существование механизмов корректировки протеостаза, не требующих непосредственного вмешательства в функционирование фактора транскрипции Hsf1. Исследователи решили провести классический генетический скрининг мутантов C. В результате они установили, что влияющая на этот процесс мутация находится в гене фактора транскрипции, контролирующего продукцию нейротрансмиттера гамма-аминомасляной кислоты ГАМК. ГАМК управляет функционированием нейротрансмиттеров возбуждения и регулирует мышечный тонус. Интересен тот факт, что любое нарушение стабильности работы опосредуемых ГАМК механизмов ведет к гиперстимуляции, заставляющей постсинаптические мышечные клетки реагировать на несуществующий стресс, что приводит к нарушению процессов формирования белковых молекул. Другими словами, оказалось, что активность нейронов может влиять на функционирование молекулярных термометров других клеток организма, что еще более усложнило вырисовывающуюся картину.
Низкий уровень белка теплового шока защитил медведей от тромбоза во время спячки
| EMFace: влияние белков теплового шока на ремоделирование миофасциального каркаса | Подтверждение этой теории, а также доскональное изучение структуры белка теплового шока и его действия в опухолевых тканях на молекулярном уровне, стало возможным только после того, как это уникальное вещество попало на международную космическую станцию. |
| Белок теплового шока | Определение антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) позволяет диагностировать персистирующую форму хламидийной инфекции. |
| Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь | Белок теплового шока Hsp70B prime, 96. |
| Попасть в клетку: белковый препарат восстановит нервы | Статьи | Известия | БТШ72 и БТШ90 — измеряли при остром и хроническом воспалениях. |
Российские учёные обнаружили белок, подавляющий развитие опухолей
Сладкая ложь о белках теплового шока или даже «удара», льющаяся с экранов и мониторов, вызвала шок и у самих специалистов по этим белкам. При сепсисе и других воспалительных заболеваниях происходит увеличение синтеза и секреции белков теплового шока (HSP70). Хламидийный белок теплового шока ответственен за развитие различных иммунопатологических процессов, которые могут привести к хроническому инфекционному заболеванию.
Белок теплового шока ХЛАМИДИЯ
Некоторые белки теплового шока экспрессируются в малых или умеренных количествах во всех типах клеток всех живых организмов, так как играют ключевую роль в существовании белков. Внутриклеточные функции. Белки теплового шока присутствуют в клетках и при нестрессовых условиях, как бы следят за белками в клетке. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составепротеасомыи помогат корректно свернуться заново синтезированным белкам. Сердечно-сосудистая система. По-видимому, белки теплового шока играют важную роль в сердечно-сосудистой системе. Для белков теплового шока hsp90, hsp84, hsp70, hsp27, hsp20, и альфа-B-кристаллин показана роль деятельности сердечно-сосудистой системы. Hsp90 связываетэндотелиальнуюсинтетазуоксида азотаигуанилатциклазу, которые в свою очередь участвуют в расслаблениисосудов. В системе передачи сигнала при помощи оксида азота далеепротеинкиназа Gфосфорилирует малый белок теплового шока,hsp20, который принимает участие в расслаблении гладких мышц.
The 90-kDa molecular chaperone family: structure, function, and clinical applications. Ellis R. Mehlen P. Netzer, W. Preville X. Waters E. В 1974 году Тиссиерес и соавт. Эта группа белков получила название белки теплового шока — шапероны heat shock proteins, Hsp. Позже было установлено, что синтез этих белков индуцируется не только при повышении температуры, но и при многих других неблагоприятных стрессорных на организм воздействиях, а также под влиянием некоторых гормонов и ростовых факторов. В связи с этим белки теплового шока стали называть стресс-белками [6]. Было установлено, что в ответ на тепловой шок в клетках эукариот включается активация транскрипции всех генов, индуцируемых стрессом, осуществляемая специальным транскрипционным фактором фактор теплового шока HSF. В клетках, не подвергшихся стрессу, HSF присутствует и в цитоплазме и в ядре в виде мономерной формы, связанной с шапероном Hsp70, и не имеет ДНК-связывающей активности. В ответ на тепловой шок или другой стресс, Hsp70 отсоединяется от HSF и начинает укладывать денатурированные белки. HSF собирается в тримеры, у него появляется ДНК связывающая активность, он аккумулируется в ядре и связывается с промотором.
С тех пор роль белков теплового шока в организме растений, животных и человека активно изучалась. Вначале считалось, что они выполняют исключительно защитную роль, предупреждая возникновение необратимых нарушений. Однако со временем выяснилось, что эти соединения могут принимать активное участие в регенерации поврежденных структур клетки, а также в работе иммунной системы. Белки теплового шока активно участвуют в клеточном метаболизме В том числе, была выдвинута гипотеза, что HSP участвуют в связывании белковых фрагментов, появляющихся при разрушении клеток злокачественных опухолей. При этом образуются конгломераты, распознаваемые противораковым иммунитетом в качестве «агрессора», то есть происходит так называемая «презентация антигена». Другими словами, иммунная система человека получает возможность «видеть рак», который в обычных условиях может достаточно успешно от нее маскироваться. В результате запускается естественный процесс уничтожения опухоли. Подтверждение этой теории, а также доскональное изучение структуры белка теплового шока и его действия в опухолевых тканях на молекулярном уровне, стало возможным только после того, как это уникальное вещество попало на международную космическую станцию. Директор НИИ ОЧБ Андрей Симбирцев и его сотрудники рассказывают о своих разработках участникам конференции Благодаря невесомости, из исходного материала, «упакованного» в тончайшие молекулярные трубочки, выросли идеально ровные кристаллы белка, пригодные для рентгеноструктурного анализа. Космический этап позволил успешно решить главную проблему, стоявшую перед учеными: в условиях земного притяжения белки росли неравномерно, и получить кристаллы с правильной геометрией на Земле было невозможно. Анализ выращенных в космосе кристаллических белков был проведен российскими и японскими учеными на современном сверхмощном оборудовании.
Белки часто работают на пороге стабильности, и их состояние может быть поставлено под сомнение в условиях стресса. Кроме того, как уже говорилось ранее, многие белки особенно сигнальные содержат по своей природе неструктурированные области, важные для их функции. Такая белковая динамичность вынуждает клетку содержать сеть поддерживающих шаперонов. Помимо уже рассмотренных Hsp70 и Hsp90, важную роль здесь играют так называемые малые белки теплового шока small heat shock proteins, sHsp. Это широко распространенные и разнообразные белки, часто формирующие крупные олигомерные сборки [71]. Мономеры в них связываются нековалентными взаимодействиями. Количество мономеров в конечном олигомере бывает разным, в среднем 12—24 рис. Рисунок 14. Художественное изображение олигомерного комплекса, составленного из 24 мономерных белков семейства sHsp рисунок автора статьи Еще одно свойство — неумение связывать и гидролизовать AТФ, но зато они могут узнавать и захватывать ненативные белки. Таким образом, sHsp создают и стабилизируют резервуар неправильно свернутых белков для последующего рефолдинга. Предполагается, что образование мультимерных комплексов играет регуляторную роль [72]. В зависимости от условий, какие-то компоненты уходят из комплекса, какие-то приходят. Такие перестановки позволяют настраивать связывающие способности всего комплекса. Особенно значимы sHsp в те моменты, когда сеть протеостаза перегружена и не успевает оперативно обрабатывать все расхлябанные белки. Они начинают агрегировать, и с этими сборками связываются sHsp, что помогает последующей обработке ненативных белков [74] , [75]. Малые белки теплового шока очень разнообразны: каждый член семейства обладает уникальными свойствами [76]. Благодаря этому, sHsp задействованы во множестве клеточных процессов, а различные мутации в этих белках коррелируют с развитием ряда врожденных заболеваний, например катаракты, различных типов миопатии и некоторых нейродегенеративных нарушений. Утилизация путем деградации Жизнь белков в клетке полна интриг. Как бы сеть протеостаза ни старалась, всё равно белки время от времени теряют свою нативную конформацию. Грустно об этом говорить, но после неудачных попыток рефолдинга этих белков может возникнуть необходимость в их утилизации. Такие бракованные белки подвергаются деградации в основном по двум механизмам: через убиквитин-протеасомную систему UPS или аутофагию. Убиквитин-протеасомная система устроена остроумно [77]. Ее работу можно условно поделить на две части. Первая заключается в том, чтобы неправильно сложенный белок пометить специальной «черной меткой». Вторая часть обеспечивает химическое разрезание помеченного белка. Удивительный убиквитин В качестве «черной метки» выступает по-настоящему удивительный белок убиквитин от англ. Ученые долго не могли выявить его функцию, пока в 1980 г. Присоединение убиквитина к белку-мишени называется убиквитинилированием [80]. Это довольно сложный биохимический процесс, осуществляемый комплексом из трех ферментов — белков Е1, Е2 и Е3, которые работают циклично друг за другом рис. Е1 активирует убиквитин, проводя химические модификации. Затем он передает его в руки E2, который выступает в качестве своеобразного «держателя» для фермента убиквитинлигазы — E3. Последняя катализирует образование ковалентной химической связи убиквитина с белком-мишенью. Рисунок 15. Присоединение убиквитина осуществляют три фермента рисунок автора статьи Казалось бы, зачем такая сложность? Во-первых, такая каскадная система позволяет тонко регулировать убиквитинилирование сразу на нескольких стадиях. Во-вторых, использование нескольких белков открывает пространство для эволюционного творчества. Так, на фоне консервативных Е1 и Е2, убиквитинлигазы Е3 очень вариативны, что обеспечивает широкую адаптацию под самые различные белки-мишени. Интересно то, что убиквитин присоединяется к мишени посредством особой изопептидной связи. Она похожа на пептидную, которой соединяются аминокислоты в белках. Присоединять убиквитин к белку-мишени через остаток лизина — это канонический вариант. На самом деле, присоединение может происходить и по другим аминокислотам серин, треонин, цистеин , а также через свободную аминогруппу на N-конце белка [82]. При всем при этом, убиквитинилирование с целью деградации белка должно произойти многократно с образованием длинной цепочки из последовательно соединенных убиквитинов рис. Такой процесс называется полиубиквитинилированием. Тут аналогично, Е3 присоединяет С-концевой глицин следующего убиквитина к лизину предыдущего убиквитина. Поэтому на самом деле, именно цепочка из убиквитинов и есть та самая «черная метка». Рисунок 16. Благодаря наличию в составе убиквитина остатков аминокислоты лизина появляется возможность многократного убиквитинилирования. Последовательное присоединение убиквитинов друг за другом наращивает полиубиквитиновую цепочку. Благодаря горячему интересу ученых, было показано, что по-разному собранные полиубиквитиновые метки выполняют различные «мирные задачи», не связанные с утилизацией. Это свойство убиквитина позволяет ему быть мощным молекулярным инструментом модификации белков [83]. Сейчас в этом направлении активно ведутся исследования. Однако в контексте нынешней статьи мы рассматриваем работу убиквитина лишь в качестве «черной метки». Вполне логично, что убиквитинилирование синхронизировано с сетью протеостаза. Известно, что системы шаперонов Hsp70 и Hsp90 тесно вовлечены в эти процессы рис. Рисунок 17. В случае неудачи при обработке клиента, шаперон может обратиться за помощью к ферментам убиквитинилирования, которые любезно навесят полиубиквитиновую цепь на неправильный белок рисунок автора статьи Белковый шредер Минимум четыре убиквитина, последовательно связанные через лизин-48, распознаются грозой всех неправильных белков — протеасомой. Это еще одна бочкообразная участница сети протеостаза рис. Размер ее значительно больше, чем у шаперонов — около 2000 кДа. Соответственно размеру, протеасома обладает внушительной сложностью строения. Рисунок 18. Протеасома — «белковый шредер» из множества субъединиц. Центральная часть кор цилиндрическая, на ее внутренних стенках располагаются активные сайты. Белок-жертва в линейной форме протаскивается через полость кора, а активные сайты разрезают пептидные связи, в результате чего белок разбирается на короткие фрагменты. Шапки представляют собой мультибелковые комплексы, контролирующие работу протеасомы [85]. После узнавания на шапке, белок-жертва АТФ-зависимо разворачивается специальным молекулярным моторчиком. Примерно тут же с жертвы снимается полиубиквитиновая метка [86]. Не уничтожать же понапрасну убиквитин! После всех этих подготовительных этапов белок-жертва направляется в полость кора. Коровые субъединицы очень разнообразны, в сумме они составляют полый цилиндр, составленный из четырех колец, каждое из которых содержит по семь субъединиц. Развернутые белковые жертвы попадают внутрь коровой частицы протеасомы через канал, работающий как затвор на фотоаппарате [87]. Этот канал специально узок, чтобы позволять проходить только развернутым линеаризованным полипептидам. Кульминация в устройстве протеасомы — центральная протеолитическая камера, образованная субъединицами внутренних колец [88]. В составе каждого из них есть протеолитические субъединицы, чьи рабочие домены направлены внутрь полости. Эти субъединицы осуществляют протеолиз — разрезание белков на мелкие пептиды посредством разрыва пептидных связей рис. Центральная камера эффективно улавливает белки до тех пор, пока они не укоротятся до пептидов длиной около 7—9 аминокислот [89]. Рисунок 19. В активном сайте протеасомы содержится N-концевой остаток аминокислоты треонина [90] , боковая цепь которой содержит гидроксильную группу -OH , чей атом кислорода жаждет с кем-нибудь поделиться электронами. Этот кислород производит атаку — насильно делится электронной парой с атомом углерода в пептидной связи с образованием новой химической связи 1. Эта атака вынуждает углерод порвать связь с азотом, иначе электронов будет слишком много 2. Таким образом пептидная связь разрывается, и один фрагмент высвобождается 3. Второй фрагмент связан через кислород с треонином. Затем приходит вода и помогает отсоединить углерод от треонина, восстанавливается карбоксильная группа на фрагменте и освобождается активный центр протеасомы 4. Цикл может повторяться много раз. Несколько десятилетий интенсивных исследований выявили фундаментальную значимость протеасом практически для каждого клеточного процесса [91]. Ее работа влияет на клеточный цикл, рост и дифференцировку клеток, транскрипцию генов, передачу сигналов и апоптоз. Неправильное функционирование протеасом приводит к тому, что протеолитическая активность снижается и накапливаются поврежденные и неправильно свернутые белки. Поэтому предполагается, что снижение активности протеасом может быть центральным фактором при старении и возникновении множества заболеваний: сердечно-сосудистых, аутоиммунных и особенно нейродегенеративных [92] , [93]. Протеасома также вносит незаменимый вклад в систему адаптивного иммунитета, отвечая за генерацию пептидов для главного комплекса гистосовместимости I MHC I. Таким образом, нарушение активности протеасом будет влиять на работу иммунной системы [94]. Помимо угрозы жизненно важным функциям цитозольных процессов и органелл, накапливающиеся отходы также будут препятствовать круговороту аминокислот и убиквитинов, которые необходимы для жизнедеятельности клеток. Некоторые, но не все из этих последствий могут быть смягчены компенсаторными действиями других частей сети протеостаза. Молекулярная «пищеварительная система» Главный партнер в нелегком деле утилизации белковых отходов — система аутофагии [95]. Это сложный многогранный процесс, в ходе которого различные клеточные компоненты из цитоплазмы тем или иным образом отправляются на переваривание внутрь лизосом. Лизосомы представляют собой мембранные пузырьки с агрессивным кислым содержимым, которое химически разрушает то, что попадает внутрь. Таким образом, лизосомы по своей сути очень напоминают желудок, только на клеточном уровне. Внутри лизосом находится множество гидролитических ферментов-разрушителей, включая различные протеазы, режущие пептидные связи в белках. Мы помним, что протеасомы отвечают за деградацию отдельных белков. Аутофагия же предпочтительна для расщепления крупных цитоплазматических компонентов, которые зачастую попросту не помещаются в протеасому. Это могут быть белковые агрегаты, целые органеллы, липидные капли и даже бактерии. Клетки реализуют аутофагию по разным механизмам, отличающимся друг от друга способом доставки жертв в лизосому [96]. Наиболее характерной формой аутофагии является макроаутофагия в литературе ее часто называют просто аутофагией. Ее отличительная черта — постепенное поглощение клеточного материала мембранной структурой фагофором , которая затем, замыкаясь, образует аутофагосому рис. Зрелые аутофагосомы транспортируются в области, где находится много лизосом. В конечном итоге аутофагосомы сливаются с лизосомами, что приводит к расщеплению содержащихся внутри компонентов на мономерные составляющие. Рисунок 20. Макроаутофагия [91] , рисунок адаптирован Так макроаутофагия обеспечивает клетку строительными материалами во время дефицита питательных веществ, а также устраняет нежелательное клеточное содержимое. Рисунок 21. Селективная макроаутофагия обеспечивается рецепторами аутофагии — особыми белками, которые узнают полиубиквитинилированные мишени и способствуют их поглощению фагофором [91] , рисунок адаптирован Считается, что при недостатке питательных веществ или факторов роста аутофагия неселективна и, грубо говоря, направлена на деградацию любого цитозольного белка и других макромолекул, лишь бы обеспечить клетку питательными веществами. Тем не менее макроаутофагия также может избирательно утилизировать клеточные структуры, в том числе испорченные протеасомы и белковые агрегаты. Тогда такой процесс называют селективной макроаутофагией. В этом контексте она функционирует как важный защитный механизм, который может активироваться с помощью различных сигналов стресса [98]. Основными игроками тут являются белки-рецепторы макроаутофагии. Они специфично распознают жертву и крепко «привязывают» ее к зарождающемуся фагофору рис. В клетках человека неплохо изучен белковый рецептор макроаутофагии секвестосома-1 SQSTM1 , распознающая полиубиквитинированные белки и их агрегаты [99]. Критическая роль рецепторов макроаутофагии подчеркивается в недавних исследованиях. Было обнаружено большое число их мутантных форм при некоторых нейродегенеративных заболеваниях [100] , [101]. Этот тип селективной аутофагии белков до сих пор идентифицируют только в клетках млекопитающих [102]. Чтобы шаперон-опосредованная аутофагия заработала, цитозольный белок-мишень должен содержать особую пептидную последовательность из пяти аминокислот — мотив KFERQ. HSPA8 связывает жертву и направляет ее к лизосоме. Необычно то, как белок-жертва попадает внутрь лизосомы. Это происходит при участии особых белков LAMP-2A, которые пронизывают мембрану лизосомы и вместе могут формировать сквозной канал рис. Рисунок 22. Шаперон-опосредованная аутофагия. Когда белок теряет нативную конформацию, содержащаяся в нем аминокислотная последовательность KFERQ становится видимой 1. Эту последовательность узнает белок HSPA8 2. Связав клиента, HSPA8 тащит его к лизосоме. В середине этого комплекса формируется канал, через который развернутый белок протаскивается в полость лизосомы 4. В лизосоме этот белок расщепляется протеазами. Это позволяет расщеплять неважные в данный момент белки и направлять их аминокислоты для синтеза жизненно необходимых компонентов [103]. Другая важная функция CMA — контроль качества белка посредством избирательной деградации. CMA активируется в ответ на стрессовые факторы, которые вызывают разворачивание белка [104—106]. Однако при определенных патологических состояниях, например в результате генетических мутаций, могут накапливаться неправильно свернутые белки. В таком случае, даже самые отчаянные попытки предотвратить, перестроить или разрушить бракованные белки могут потерпеть неудачу. Тогда, в качестве последней защитной меры, клетка идет на компромисс, позволяя неправильно свернутым белкам делать то, что они так хотят — агрегировать. Однако происходит это под чутким контролем самой клетки, в результате чего получаются менее токсичные агрегаты [107]. Агрегация также изолирует потенциально опасные ненужные белки, так что в этом аспекте она является защитной и облегчает последующие действия по контролю протеостаза [108]. При делении клеток такие агрегаты асимметрично распределяются в одну из дочерних клеток, в результате чего другая дочерняя клетка освобождается от накопленного балласта [109] , [110]. Открытие и изучение этих агрегатов стало возможным благодаря развитию технологии визуализации живых клеток [111].