Оказывается, белки теплового шока управляют аутофагией, не давая клетке принять радикальные меры там, где достаточно легкой починки. При сепсисе и других воспалительных заболеваниях происходит увеличение синтеза и секреции белков теплового шока (HSP70). Функциональное состояние компонентов белков теплового Шока Глутатионредуктазы и глутатионовой редокс-системы при перегревании и охлаждении.
Найден ген, отвечающий за тяжесть инсульта
| Новые методы лечения рака: белки теплового шока | В связи с этим есть вероятность, что эти белки теплового шока и их повышенное введение в организм какими-то либо способами вызовет не только замедление процессов нейродегенерации, но и сведет их образование и развитие к минимальным значениям. |
| 132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока. | Антитела к белку теплового шока хламидии (HSP60) являются маркером хламидийной инфекции любой формы (от острой до персистирующей). |
Война и мир: как устроить белковую жизнь?
Однако ученые убеждены, что в будущем пациентам с ишемическим инсультом можно будет сразу подобрать лечение, основываясь на типе белка теплового шока. Подписывайтесь на «Газету. Ru» в Дзен и Telegram.
После докладов состоялось обсуждение проблемы и перспектив научного сотрудничества.
Популярные тэги.
PMID 2197269. Biochemical pharmacology 59 1 : 55—63.
PMID 10605935. Angewandte Chemie International ed. In English 41 7 : 1098—113. CO;2-9 10.
PMID 12491239. Protein and peptide letters 12 3 : 257—61. PMID 15777275. Circulation research 83 2 : 117—32.
PMID 9686751. Clinical hemorheology and microcirculation 37 1-2 : 19—35.
Но как доказать, что в этом процессе участвует HSP70? В культуре клеток всё просто — надо выключить его и посмотреть, как изменится ответ. Если вы работаете с мышами, то можно вывести животных с дефицитом интересующего белка — такназываемых нокаутных животных подробнее про нокаутных животных см. Но если в эксперименте принимают участие люди, то остается надеяться только на физиологические способы изменения активности белков. В случае HSP70 известно, что его активность увеличивается при добавлении глутамина в пищу. Исследователи использовали такой подход: одна группа добровольцев в течение недели три раза в день выпивала раствор глутамина, а вторая группа — раствор, не содержащий глутамина плацебо. На восьмой день проводили тест с физической нагрузкой. После него у добровольцев брали кровь, выделяли из нее мононуклеарные клетки и уже в них анализировали интенсивность протекания аутофагии и количество HSP70.
Оказалось, что прием глутамина значительно снижает проявление аутофагии, что согласовывалось с повышением количества HSP70. Сам по себе этот факт — только интересная корреляция. Однако вместе с экспериментами на культуре клеток он говорит о том, что аутофагия непосредственно связана с белками теплового шока. Показатели для добровольцев, принимавших глутамин, показаны черными столбиками, для принимавших плацебо — белыми. По оси абсцисс показано время после физической нагрузки. Видно, что у добровольцев, принимавших плацебо, с течением времени развивается аутофагия, а у принимавших глутамин — остается на низком уровне. Напротив, количество HSP70 у принимавших глутамин больше, чем у принимавших плацебо. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Biological Chemistry В недавней работе японских ученых также было получено важное подтверждение участия HSP70 и его регулятора — HSF — в развитии аутофагии см. Regulation of autophagy by nucleoporin Tpr. Эта команда изучала эффекты выключения одного из белков-компонентов ядерной поры.
Внезапно оказалось, что удаление белка Tpr вызывает активацию аутофагии. Участвует он и в транспорте мРНК других белков, участвующих в развитии аутофагии, а также вообще обладает свойствами регулятора транскрипции. Что эти исследования дают для общего понимания процессов, происходящих при стрессе? Системы аутофагии и белков теплового шока имеют одну цель — выживание клетки в трудных условиях. БТШ способствуют этому путем исправления ошибок в сворачивании белков. Аутофагия обеспечивает клетки строительным материалом. Однако она может использоваться при стрессе и для уничтожения поврежденных органелл вместе с неправильно свернутыми белками. Следовательно, аутофагия — это более радикальный способ решения проблем. Логично, что ее стоит «включать» тогда, когда БТШ не справляются со своей задачей. В обсуждаемых работах показано, что усиление функции БТШ предотвращает запуск аутофагии.
Был найден и один из возможных регуляторов связи между БТШ и аутофагией на уровне клеточного ядра. Кроме того, с определенной долей уверенности можно сказать, что и в организме в целом система БТШ подчиняет себе аутофагию. Надо сказать, что БТШ регулируют не только аутофагию, но и воспалительный ответ — реакцию на «вторжение чужаков». Следовательно, БТШ — не простые исполнители. Возможно, на них сходятся важные регуляторные сигналы от разных систем, участвующих в ответе организма на стресс. Дмитрий Кирюхин.
Белки теплового шока: биологические функции и перспективы применения
- Биохимические и иммунологические свойства белков теплового шока и их роль в диагностике и лечении.
- Найден ген, отвечающий за тяжесть инсульта -
- Общая информация
- Первых кроликов-продуцентов человеческого белка теплового шока планируют получить в 2022 году
- БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА • Большая российская энциклопедия - электронная версия
- Белки теплового шока | это... Что такое Белки теплового шока?
Ген белка теплового шока ассоциирован с боковым амиотрофическим склерозом
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. Научная статья на тему 'Белки теплового шока: биологические функции. Низкий уровень экспрессии белка теплового шока 47 (HSP47), который отвечает за активацию тромбоцитов коллагеном и тромбином, спасает медведей в спячке от тромбоза. Название отражает некоторые свойства белков теплового шока, но далеко не все.
белки теплового шока
| Российские учёные обнаружили белок, подавляющий развитие опухолей | Белки теплового шока называют белками стресса, так как повышение экспрессии соответствующих генов часто наблюдается при ответе на стресс. |
| Война и мир: как устроить белковую жизнь? | Российские исследователи выяснили, что один из белков теплового шока может замедлять рост опухолей. |
| Клиническая Нефрология » Защитное действие белков теплового шока при заболеваниях почек | Малые белки теплового шока в поддержании большого протеома. Многие белки нуждаются в конформационной поддержке на протяжении всего срока их работы, ведь в клетке им приходится не сладко. |
| Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток | В данной работе проведен анализ последних литературных данных, посвященных роли белка теплового шока 70 (HSP70) в сердечно-сосудистой патологии. |
| Белки теплового шока by Rashid Jafarov on Prezi | Специалисты МГМУ впервые в России предложили использовать белки теплового шока для борьбы с нейродегенерацией, что может привести к остановке развития таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз. |
Как лечить белок теплового шока к хламидиям
Показано, что при культивировании in vitro клеток глиобластомы человека А172 и фибросаркомы человека НТ1080 в среде накапливаются различные белки теплового шока (БТШ): hsp72, hsc73 и hsp96. Белки теплового шока являются основными молекулярными маркерами как непосредственно теплового шока, так и практически любого экзогенного стресса. Затем белки теплового шока начинают воздействовать на белки с другими функциями с целью нормализовать их работу или утилизировать те белки, которые перестали корректно работать в результате стресса. Научная статья на тему 'Белки теплового шока: биологические функции. Открытие белков теплового шока в начале 1960-х годов объясняет на молекулярно-биологическом уровне, почему люди обратились к термальной терапии, чтобы очистить тело, очистить разум и найти связь с более высокой силой во времени и странах (1). Белки теплового шока называют белками стресса, так как повышение экспрессии соответствующих генов часто наблюдается при ответе на стресс.
Белок теплового шока - Heat shock protein
Это подтвердили эксперименты, проведённые на мышах. Животные с введённым белком Hsp70 дольше жили, а опухоли практически замедлялись в развитии.
Остается найти спонсора, который разделит с государством финансирование клинических испытаний.
Пока приоритеты отдаются российскому бизнесу. Если же российских спонсоров найти не удастся, будут рассматриваться варианты партнерства с японскими предпринимателями или бизнес-структурами из других стран. На завершение процесса испытаний может понадобиться еще 3-4 года.
При их положительном исходе онкологи смогут получить высокоэффективный инструмент в борьбе с раком. Что может сдерживать инвесторов и снижать уровень оптимизма при прогнозах Вложения в любые клинические испытания несут достаточно большие риски для бизнеса. Ведь даже при современном развитии науки нельзя со стопроцентной вероятностью предположить, как поведет себя новое лекарство, насколько эффективным и безопасным оно окажется не в пробирке и в организме лабораторной мыши, а на практике.
Тем не менее, поиски инвестиций — всего лишь вопрос времени. Насколько действенным будет новый метод, также покажет время. Например, нельзя исключить, что при ослабленном естественном иммунитете его возможностей для борьбы с опухолью может просто не хватить.
И, разумеется, только по истечении нескольких лет можно будет понять: смогут ли раковые клетки мутировать в поисках защиты от «ударных доз» БТШ; не вызовет ли действие препарата нежелательных последствий в отдаленном периоде.
Структура Hsp90. Это семейство шаперонов функционирует в форме димера — комплекса из двух субъединиц показаны разными цветами. Субъединицы удерживаются вместе благодаря «соединяющим» доменам. На другом конце каждого мономера расположен регуляторный домен, который обеспечивает замыкание димера в кольцо для удержания белка-клиента во время работы над ним. Хоть для фолдинга большинства обычных белков Hsp90 не требуются, они невероятно важны в качестве шаперонов для сигнальных белков-переключателей, характеризующихся конформационной нестабильностью. Посредством слабых взаимодействий Hsp90 сохраняют эти нестабильные сигнальные белки готовыми к активации. Благодаря многочисленным взаимодействиям Hsp90 обеспечивает правильное протекание различных клеточных процессов, таких как регуляция клеточного цикла и апоптоз программируемая клеточная гибель , поддержание теломер, везикулярный транспорт, врожденный иммунитет, целевая деградация белка и т.
Поражает то, что Hsp90 способен точно взаимодействовать с таким широким ассортиментом белков-партнеров. По этой причине Hsp90 иногда называют одним из самых «липких» белков в клетке. Рисунок 13. Благодаря широкому разнообразию белков-клиентов, шапероны Hsp90 могут влиять на множество клеточных процессов рисунок автора статьи Примечательно, что эволюционное развитие клеточных сигнальных путей во многом могло быть обязано белкам системы Hsp90 [62]. Теория эволюции гласит, что материалом для эволюции являются мутации. Ученые полагают, что белки Hsp90 способны сглаживать структурные эффекты мутаций и тем самым защищать мутантные белки от деградации. Таким образом, Hsp90 могут позволить наследственным изменениям существовать в природе, находясь в молчащем состоянии [63—65]. Hsp90 балансируют проявления этих изменений, способствуя накоплению мутаций в нейтральных условиях среды.
Когда этот баланс нарушается, генетические изменения начинают проявляться, и естественный отбор может привести к распространению и закреплению новых признаков. Особенно интересна роль Hsp90 при изменениях, связанных с процессами онкогенеза образования опухолевых клеток. На молекулярном уровне повышенная активность шаперонов Hsp90 может помогать опухолевым клеткам взламывать свою внутреннюю сигнальную систему и, таким образом, избегать гибели-апоптоза [66]. Это облегчает их выживание и рост, делая их неподвластными нормальному контролю и устойчивыми к защитным механизмам хозяина [67]. Тем не менее ввиду своей функции, Hsp90 играет более сложную роль в онкогенезе, чем просто ингибирование апоптоза. По мере изучения Hsp90, возрастал интерес к фармакологическому воздействию на функции этих шаперонов с целью лечения рака [68] , [69]. Несколько низкомолекулярных препаратов, нацеленных на Hsp90, были идентифицированы как потенциальные противораковые агенты. Интерес к Hsp90 как к противоопухолевой мишени сохраняется и по сей день [70] , однако опыт последних десятилетий говорит, что модуляторы Hsp90 вряд ли окажутся полезными в качестве первичных лекарств.
Скорее они будут актуальны в качестве усилителей эффекта других терапевтических воздействий. Малые белки теплового шока в поддержании большого протеома Многие белки нуждаются в конформационной поддержке на протяжении всего срока их работы, ведь в клетке им приходится не сладко. 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.
Так было положено начало изучению группы белков, названных белками теплового шока БТШ. Название отражает некоторые свойства белков теплового шока, но далеко не все. Во-первых, БТШ синтезируются в некотором количестве постоянно в любых ядерных клетках, во множестве внутриклеточных структур в цитоплазме, ядре, эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях и хлоропластах у всех многоклеточных организмов, начиная с самых примитивных, как у растений, так и у животных, вне зависимости от воздействия стрессовых факторов.
132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока.
Также участвовать в адаптации могут и динамические взаимопревращающиеся состояния сворачивания и сборки белков. Однако эти механизмы изучены недостаточно. Недавние исследования показали , что удлинение клеток сыграло центральную роль в эволюции новых многоклеточных признаков, позволяя ветвям клеток переплетаться друг с другом и, таким образом, становиться на порядки более механически прочными. Предполагается, что ведущую роль в этом удлинении сыграла модуляция фолдинга белков, которая привела к морфологическому изменению цитоскелета клеток. Эту гипотезу выдвинула группа ученых под руководством Юхи Саарикангаса Juha Saarikangas из Университета Хельсинки, они изучили молекулярные механизмы, лежащие в основе клеточного удлинения и макроскопической многоклеточности. Исследователи проводили эволюционные эксперименты на штаммах Saccharomyces cerevisiae, у которых отсутствовала открытая рамка считывания ACE2. Эта многоклеточная адаптация была результатом морфологической трансформации клеток из овальных в палочковидные, что привело к значительному увеличению соотношения размеров клеток отношение длины к ширине. Удлиненные клетки образовали длинные ветви, которые взаимно переплетались, что приводило к появлению гораздо более прочных многоклеточных групп.
Об увеличении синтеза выбранных белков в клетках дрозофилы после стрессов, таких как тепловой шок, впервые было сообщено в 1974 году. В 1974 году Тиссьер, Митчелл и Трейси обнаружили, что тепловой шок вызывает выработку небольшого количества белков и подавляет выработку большинства других. Это первоначальное биохимическое открытие привело к большому количеству исследований, посвященных индукции теплового шока и его биологической роли. Белки теплового шока часто действуют как шапероны при рефолдинге белков, поврежденных тепловым стрессом. Белки теплового шока были обнаружены у всех исследованных видов, от бактерий до людей, что позволяет предположить, что они эволюционировали очень рано и выполняли важную функцию. Функция Согласно Marvin et al. Экспрессия гена hspb4, который кодирует альфа-кристаллин , значительно увеличивается в хрусталике в ответ на тепловой шок. Повышение регуляции при стрессе Выработка высоких уровней тепла белки шока также могут быть вызваны воздействием различных видов условий окружающей среды стресса , таких как инфекция , воспаление , упражнения, воздействие на клетку токсинов этанол , мышьяк , следы металлов и ультрафиолет свет и многие другие , голодание , гипоксия кислородное голодание , дефицит азота у растений или недостаток воды. Как следствие, белки теплового шока также называют стрессовыми белками, и их повышающая регуляция иногда описывается в более общем плане как часть стрессовой реакции. Во время теплового стресса белки внешней мембраны OMP не сворачиваются и не могут правильно вставляться во внешнюю мембрану. Они накапливаются в периплазматическом пространстве. Эти OMP обнаруживаются DegS, внутренней мембраной протеазой , которая передает сигнал через мембрану к фактору транскрипции sigmaE. Однако некоторые исследования показывают, что увеличение количества поврежденных или аномальных белков приводит в действие HSP. Петерсен и Митчелл обнаружили, что у D. Белки теплового шока также синтезируются у D. Предварительная обработка мягким тепловым шоком того же типа, которая защищает от смерти от последующего теплового шока, также предотвращает смерть от воздействия холода. Роль как шаперон Некоторые белки теплового шока действуют как внутриклеточные шапероны для других белков. Они играют важную роль во взаимодействиях белок-белок, таких как сворачивание, и помогают в установлении правильной конформации белка формы и предотвращении нежелательной агрегации белка. Помогая стабилизировать частично развернутые белки, HSP помогают транспортировать белки через мембраны внутри клетки. Некоторые члены семейства HSP экспрессируются на низких или умеренных уровнях во всех организмах из-за их важной роли в поддержании белков. Управление Белки теплового шока также возникают в нестрессовых условиях, просто «отслеживая» белки клетки. Некоторые примеры их роли в качестве «мониторов» заключаются в том, что они переносят старые белки в «мусорную корзину» клетки протеасома и помогают правильно складываться вновь синтезируемым белкам. Эти действия являются частью собственной системы восстановления клетки, называемой «клеточной стрессовой реакцией» или «реакцией на тепловой шок». В последнее время было проведено несколько исследований, которые предполагают корреляцию между HSP и двухчастотным ультразвуком, что продемонстрировано при использовании аппарата LDM-MED. Белки теплового шока, по-видимому, более подвержены саморазложению, чем другие белки, из-за медленного протеолитического действия на самих себя. Сердечно-сосудистая система Тепловой шок белки, по-видимому, играют важную роль в сердечно-сосудистой системе.
Благодаря своей уникальной трехмерной структуре белок способен связываться с определенными липидными молекулами часть стенки каждой клетки организма , встраиваться в мембрану клетки опухоли и изменять ее биофизические свойства — увеличивать плотность упаковки липидов и уменьшать толщину мембраны. Такая перестройка стенки клетки, называемая интердигитацией, происходит в ограниченном участке мембраны домене и играет существенную роль в жизнедеятельности и функционировании клеток. Повышение жесткости мембраны за счет присутствия Hsp70 приводит к изменению процессов транспортировки веществ через мембрану, что, в свою очередь, влияет на чувствительность клеток к химиотерапевтическим препаратам.
Clinical hemorheology and microcirculation 37 1-2 : 19—35. PMID 17641392. Journal of the American College of Surgeons 201 1 : 30—6. PMID 15978441. Circulation 111 14 : 1792—9. PMID 15809372. PMID 18579210. Int J Pharm 354 1-2 : 23—7. PMID 17980980. EMBO Rep. PMID 18451878. Cell 130 6 : 1005—18.
Найден ген, отвечающий за тяжесть инсульта
PMID 18451878. Cell 130 6 : 1005—18. PMID 17889646. PMID 17684010. Expert Rev Vaccines 7 3 : 383—93. PMID 18393608. PMID 18045130. Curr Top Med Chem 6 11 : 1205—14. PMID 16842157. Current opinion in biotechnology 16 2 : 123—32.
PMID 15831376.
Положение LC3 можно определить, если покрасить клетки флуоресцирующими светящимися при определенных условиях антителами против него см. Флуоресцентный иммуноанализ.
Клетки, в которых запущена аутофагия, не окрашены равномерно. LC3 собирается на поверхности аутофагосом, поэтому клетка выглядит пятнистой. И снова, если в голодающих клетках увеличена экспрессия белка HSP70, аутофагия в них развивается медленнее. Таким образом, белок HSP70 ингибирует аутофагию в культуре клеток.
Аутофагия может быть вызвана не только голоданием, но и ингибированием белка mTOR. В зависимости от условий он запускает процессы запасания или расходования энергии. Если mTOR активен, то аутофагия не запускается. HSP70 является только одним звеном в развитии ответа на тепловой шок.
Точнее, он — непосредственный исполнитель, который участвует в стабилизации структуры других белков и ее исправлении. Чтобы проверить, участвует ли он в развитии аутофагии в условиях стресса, исследователи подавили экспрессию HSF-1 при помощи миРНК короткой молекулы РНК — около 20 нуклеотидов, комплементарной участку мРНК определенного гена в данном случае, HSF-1 , и способной вызывать «выключение» конкретного гена рис. Это само по себе вызвало развитие аутофагии, что было показано по увеличившемуся количеству модифицированного белка LC3. Повышение экспрессии HSP70 в таких условиях предотвращало развитие аутофагии.
Следовательно, можно сделать вывод, что именно HSP70 является промежуточным звеном между HSF-1 и предотвращением развития аутофагии. При этом важна именно каталитическая активность HSP70 — мутация в той его части, которая ответственна за проявление активности, приводит к развитию аутофагии в стрессовых условиях. Клетки помещали в нормальные условия белые столбики или в среду с недостатком питательных веществ EBSS, черные столбики. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Biological Chemistry Все описанные эксперименты были проведены на культуре клеток.
Это хорошая модель, однако организм — более сложная система. И проверка полученных результатов на уровне организма необходима. Авторы исследования не остановились на модельных экспериментах и изучили аутофагию у людей рис. Простейшим способом вызвать стресс является выполнение упражнений.
Было показано, что у людей после физической нагрузки интенсивность аутофагии в мононуклеарных клетках крови лимфоциты , моноциты , макрофаги увеличивается рис. Но как доказать, что в этом процессе участвует HSP70? В культуре клеток всё просто — надо выключить его и посмотреть, как изменится ответ. Если вы работаете с мышами, то можно вывести животных с дефицитом интересующего белка — такназываемых нокаутных животных подробнее про нокаутных животных см.
Но если в эксперименте принимают участие люди, то остается надеяться только на физиологические способы изменения активности белков. В случае HSP70 известно, что его активность увеличивается при добавлении глутамина в пищу. Исследователи использовали такой подход: одна группа добровольцев в течение недели три раза в день выпивала раствор глутамина, а вторая группа — раствор, не содержащий глутамина плацебо. На восьмой день проводили тест с физической нагрузкой.
После него у добровольцев брали кровь, выделяли из нее мононуклеарные клетки и уже в них анализировали интенсивность протекания аутофагии и количество HSP70. Оказалось, что прием глутамина значительно снижает проявление аутофагии, что согласовывалось с повышением количества HSP70. Сам по себе этот факт — только интересная корреляция. Однако вместе с экспериментами на культуре клеток он говорит о том, что аутофагия непосредственно связана с белками теплового шока.
Состоялся научный семинар «Диагностический и прогностический потенциал белков теплового шока при ожирении» Состоялся научный семинар «Диагностический и прогностический потенциал белков теплового шока при ожирении» 25 апреля 2024 Новости Центра 25 апреля 2024 года в ФГБУ «НМИЦ ТПМ» Минздрава России прошел научный семинар «Диагностический и прогностический потенциал белков теплового шока при ожирении», на котором обсуждалась возможность проведения НИР, посвященных исследованию доступных иммуноферментных биомаркеров из группы белков теплового шока БТШ, HSP у больных с ожирением, в том числе на фоне диетотерапии. В ходе семинара с докладом «Биохимия клеточного стресса» выступил руководитель лаборатории изучения биохимических маркеров риска ХНИЗ имени Н. Перовой отдела фундаментальных и прикладных аспектов ожирения к.
Авторы исследования не остановились на модельных экспериментах и изучили аутофагию у людей рис. Простейшим способом вызвать стресс является выполнение упражнений. Было показано, что у людей после физической нагрузки интенсивность аутофагии в мононуклеарных клетках крови лимфоциты , моноциты , макрофаги увеличивается рис. Но как доказать, что в этом процессе участвует HSP70? В культуре клеток всё просто — надо выключить его и посмотреть, как изменится ответ. Если вы работаете с мышами, то можно вывести животных с дефицитом интересующего белка — такназываемых нокаутных животных подробнее про нокаутных животных см. Но если в эксперименте принимают участие люди, то остается надеяться только на физиологические способы изменения активности белков. В случае HSP70 известно, что его активность увеличивается при добавлении глутамина в пищу. Исследователи использовали такой подход: одна группа добровольцев в течение недели три раза в день выпивала раствор глутамина, а вторая группа — раствор, не содержащий глутамина плацебо. На восьмой день проводили тест с физической нагрузкой. После него у добровольцев брали кровь, выделяли из нее мононуклеарные клетки и уже в них анализировали интенсивность протекания аутофагии и количество HSP70. Оказалось, что прием глутамина значительно снижает проявление аутофагии, что согласовывалось с повышением количества HSP70. Сам по себе этот факт — только интересная корреляция. Однако вместе с экспериментами на культуре клеток он говорит о том, что аутофагия непосредственно связана с белками теплового шока. Показатели для добровольцев, принимавших глутамин, показаны черными столбиками, для принимавших плацебо — белыми. По оси абсцисс показано время после физической нагрузки. Видно, что у добровольцев, принимавших плацебо, с течением времени развивается аутофагия, а у принимавших глутамин — остается на низком уровне. Напротив, количество HSP70 у принимавших глутамин больше, чем у принимавших плацебо. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Biological Chemistry В недавней работе японских ученых также было получено важное подтверждение участия HSP70 и его регулятора — HSF — в развитии аутофагии см. Regulation of autophagy by nucleoporin Tpr. Эта команда изучала эффекты выключения одного из белков-компонентов ядерной поры. Внезапно оказалось, что удаление белка Tpr вызывает активацию аутофагии. Участвует он и в транспорте мРНК других белков, участвующих в развитии аутофагии, а также вообще обладает свойствами регулятора транскрипции. Что эти исследования дают для общего понимания процессов, происходящих при стрессе? Системы аутофагии и белков теплового шока имеют одну цель — выживание клетки в трудных условиях. БТШ способствуют этому путем исправления ошибок в сворачивании белков. Аутофагия обеспечивает клетки строительным материалом. Однако она может использоваться при стрессе и для уничтожения поврежденных органелл вместе с неправильно свернутыми белками. Следовательно, аутофагия — это более радикальный способ решения проблем. Логично, что ее стоит «включать» тогда, когда БТШ не справляются со своей задачей. В обсуждаемых работах показано, что усиление функции БТШ предотвращает запуск аутофагии. Был найден и один из возможных регуляторов связи между БТШ и аутофагией на уровне клеточного ядра. Кроме того, с определенной долей уверенности можно сказать, что и в организме в целом система БТШ подчиняет себе аутофагию. Надо сказать, что БТШ регулируют не только аутофагию, но и воспалительный ответ — реакцию на «вторжение чужаков».
Антитела к белку теплового шока HSP60 Chlamydia trachomatis, IgG (Anti-cHSP60-IgG), кач. в Москве
| Ген белка теплового шока ассоциирован с боковым амиотрофическим склерозом | Учёный пояснил, что сама конструкция состоит из человеческого белка теплового шока, который встраивается в геном животного – в область молочного промотора. |
| Что такое белки теплового шока | БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА (шапероны), семейство специализированных внутриклеточных белков. |
| Белки теплового шока (стресс-белки) | Вопрос гинекологу: Здравствуйте, пол года назад были обнаружены белки теплового шока к хламидиям, КП 11,69, мазок чистый, иные антитела были отрицательные. |
Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG)
Открытие белков теплового шока в начале 1960-х годов объясняет на молекулярно-биологическом уровне, почему люди обратились к термальной терапии, чтобы очистить тело, очистить разум и найти связь с более высокой силой во времени и странах (1). ность и сложность состава низкомолекулярных (15—30 кДа) полипептидов, негомологичных соответствующим БТШ других организмов. Функциональное состояние компонентов белков теплового Шока Глутатионредуктазы и глутатионовой редокс-системы при перегревании и охлаждении. Инфекционно-аутоиммунно-воспалительная гипотеза патогенеза атеросклероза Белки теплового шока Белки теплового шока (или шапероны) являются олигомерными белками, которые помогают сворачиванию нативных или денатурированных. Ген DNAJC7 кодирует белок теплового шока, который вовлечен в процессы фолдинга и деградации белков.
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
На следующий день при исследовании хромосом из слюнных желез мушек были выявлены интересные изменения, свидетельствующие о необычном характере экспрессии генов. Так было положено начало изучению группы белков, названных белками теплового шока БТШ. Название отражает некоторые свойства белков теплового шока, но далеко не все.
Антитела к сохраненным эпитопам бактериальных сHSP60 вступают в перекрестную реакцию с человеческим сHSP60, которая в итоге приводит к аутоиммунным ответам. Данный белок играет важную роль в иммунопатогенезе персистирующей инфекции и поддержании постоянной воспалительной реакции. БТШ ведет к антигенной перегрузке организма и запуску вторичного гуморального ответа с гиперпродукцией IgG и IgA, к активированию реакции гиперчувствительности замедленного типа, обуславливая инфильтрацию слизистых оболочек лимфоцитами и моноцитами, к стимуляции запуска аутоиммунного перекрестного ответа. При выздоровлении эти антитела быстро исчезают из крови. Интоксикация для хламидийной инфекции не характерна. Исходом воспалительного процесса при хламидиозе является утолщение пораженной слизистой оболочки, метаплазия эпителиоцитов в многослойный плоский эпителий с последующим разрастанием рубцовой соединительной ткани. Последнее, как полагают, является одной из основных причин вторичного бесплодия у мужчин и женщин в результате инфекционного процесса хламидийной этиологии.
Системный характер поражений в том числе при синдроме Рейтера имеет аутоиммунный характер и не связан с бактериемией. Клиническая картина инфекции в большинстве случаев не является специфичной.
Их задача — контролировать правильное сворачивание белковых молекул. При повышении температуры, как и при целом ряде других возможных воздействий на клетку, белки разворачиваются, теряя правильную структуру, а при понижении температуры могут неправильно свернуться обратно, что помешает нормальному функционированию белка. Все сталкивались с этим эффектом в быту: белки куриного яйца при варке приобретают другую структуру, за счет чего содержимое яйца затвердевает. В таком случае белки теплового шока связываются с развернутым белком и удерживают его от слишком быстрого сворачивания, которое, скорее всего, окажется неправильным. Некоторые БТШ представляют собой большую бочку, внутри которой белок может спокойно свернуться. Если же после нескольких попыток белок всё равно оказывается свернут неправильно, то БТШ направляют его на уничтожение.
На самом деле, белки, регулирующие структуру белка шапероны , в том числе БТШ, работают в клетке и в нормальных условиях. Однако в условиях стресса, когда риск нарушения структуры белков повышается, роль БТШ усиливается и их количество увеличивается. Недостаток питательных веществ — тоже один из типов стресса. В этом случае в клетке может возникнуть необходимость «разобрать» некоторые органеллы на отдельные молекулы и использовать получившийся «строительный материал». Такое часто происходит при травмах или инфекционных заболеваниях которые сопровождаются и снижением аппетита. Разрушение белков до аминокислот в одной части организма требуется для поддержания их усиленного синтеза в поврежденной части, а также для синтеза антител, необходимых для защиты от инфекции. Для обеспечения клеток строительным материалом в таких экстренных случаях предусмотрен механизм аутофагии. Существует как минимум два разных типа аутофагии — микро- и макроаутофагия.
Первый позволяет направить в лизосому клеточную органеллу, содержащую ферменты для расщепления белков, жиров и углеводов для уничтожения отдельные белковые молекулы. Такой путь называет аутофагией, опосредованной шаперонами CMA, chaperone-mediated autophagy. Этот шаперон направляет белок, который необходимо уничтожить, к поверхности лизосомы. Этот путь хорошо изучен, и в нём центральная роль принадлежит шаперонам, что вполне объяснимо, поскольку как было сказано выше, шапероны например, БТШ могут «направлять на уничтожение» неправильно свёрнутые белки, и логично было бы предположить, что при определенном изменении условий функционирование шаперонов может измениться таким образом, что «черная метка» будет прикрепляться и к правильно свёрнутым белкам тоже. Второй тип аутофагии связан с образованием мембранной структуры — аутофагосомы — вокруг той части клетки, которую предполагается уничтожить. В этом процессе играют роль белки семейства Atg один из них — LC3, являющийся маркером начала аутофагии. Интересно, что эти белки — родственники убиквитина , который участвует в уничтожении белков-мишеней протеасомой. Убиквитин, на который похож белок LC3, — это та самая молекулярная «метка смерти», которая обеспечивает его узнавание и, в конечном итоге, разрушение протеасомой.
Следовательно, две системы — протеасомы и аутофагия — оказываются как бы родственниками: они регулируются сходным образом, а также выполняют сходные функции. В последнее время аутофагия всё чаще привлекает внимание исследователей. Нарушения в молекулярных механизмах ее запуска связаны со старением, развитием рака и нейродегенеративных заболеваний. Например, было доказано, что усиление аутофагии при травмах спинного мозга связано с ускорением восстановления нарушенных функций см. The role of mTOR signaling pathway in spinal cord injury. Таким образом, у клетки есть два пути спасения в условиях стресса — прибегнуть к помощи БТШ или же запустить аутофагию. В эволюции эти два пути появились в разное время. БТШ — древний механизм, имеющийся не только у эукариот , но и у бактерий.
А вот аутофагия появилась только у эукариот. Есть мнение, что все механизмы, необходимые для данного процесса, существовали уже у последнего общего предка всех эукариот. Аутофагии нет только у сильно деградировавших облигатных внутриклеточных паразитов, таких как некоторые микроспоридии. Среди предположений по поводу роли макроаутофагии первое и самое очевидное — поддержание жизни в неблагоприятных условиях за счет использования частей клетки.
Так было положено начало изучению группы белков, названных белками теплового шока БТШ. Название отражает некоторые свойства белков теплового шока, но далеко не все. Во-первых, БТШ синтезируются в некотором количестве постоянно в любых ядерных клетках, во множестве внутриклеточных структур в цитоплазме, ядре, эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях и хлоропластах у всех многоклеточных организмов, начиная с самых примитивных, как у растений, так и у животных, вне зависимости от воздействия стрессовых факторов.