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. Новости и СМИ. Обучение. лено белкам теплового шока семейств а HSP70 и малым шаперонам sHSPs, высту. Научная статья на тему 'Белки теплового шока: биологические функции. Белки теплового шока в этой ситуации выступают не только как шапероны, но и как потенциальные антиоксиданты.
Антитела к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (Anti-cHSP60), IgG
Фасциальный каркас и дерма состоят из компонентов соединительной ткани, преимущественно из коллагена и эластина. Содержание эластина и коллагена снижается с возрастом, когда возникает дисбаланс в обмене белков, поскольку деградация коллагена ускоряется, в то время как его синтез уменьшается. Это отсутствие баланса дисрегуляция приводит к дальнейшему разрушению соединительной ткани. Лицевые мышцы — тип поперечнополосатых мышц, обеспечивающих мимику и выполняющих функции жевания.
В отличие от скелетных мышц, лицевые мышцы встроены в соединительнотканный каркас, который соединяет все ткани от костей до кожи. В частности, мышцы в области щеки взаимосвязаны с помощью срединно-лицевой поверхностной мышечно-апоневротической системы SMAS. Ослабление мышц щек особенно скуловой мышцы может способствовать опущению мягких тканей средней трети лица, что приводит к увеличению выраженности носогубной складки, формированию брылей и потере контура линии подбородка.
Дисбаланс между деградацией и синтезом новых мышечных волокон приводит к функциональным сбоям, известным как саркопения. Ремоделирование мышц может помочь изменить контур лица за счет эффекта лифтинга, который в значительной степени улучшает общий вид. В целом, сочетание возрастных изменений лица приводит к изменению формы лица, которую невозможно улучшить, воздействуя только на один тип тканей.
Следовательно, для устранения возрастных изменений лица необходимо применять более глубокие алгоритмы лечения. Они могут включать совместное воздействие на более глубокие фасциальные и мышечные слои, поскольку они способствуют изменению положения тканей лица. Данное сочетанное воздействие реализовано в аппарате EMFace BTL Industries Ltd , воздействующем на лицевые мышцы, их фасции и дермальный слой для омоложения лица.
Результаты исследования показали, что процедура индуцирует плотную сеть коллагеновых и эластиновых волокон после обработки синхронизированными радиочастотами и HIFES. Как работает технология HIFES С помощью специальных аппликаторов, которые наклеиваются на лицо в проекции мышц-леваторов, создается сигнал, проходящий вдоль нейрона вплоть до нервно-мышечного соединения — места, где двигательный нейрон соединяется с мышцей. Эти сигналы преодолевают барьер нервно-мышечного соединения и передаются мышце, которая вынуждена сокращаться.
Этот процесс обходит произвольное намерение мозга, вызывая принудительное сокращение с помощью электрической стимуляции. Стимулы HIFES повторяются с такой частотой, что лицевые мышцы не могут расслабляться в промежутках между отдельными импульсами. Поскольку мышца не может расслабиться при дополнительных раздражителях, она вынуждена сокращаться еще больше, что постоянно увеличивает силу сокращения с каждым дополнительным сигналом.
Правильный выбор этих двух факторов напряженность электрического поля и частота приводит к так называемому супрамаксимальному сокращению, запускающему деление миоядер, что увеличивает плотность мышечного волокна1. Белки теплового шока и клетки-сателлиты: физиология Исследования, проведенные на скелетных мышцах, показали, что белки теплового шока HSP и клетки-сателлиты SCs могут активироваться при интенсивных мышечных нагрузках в ответ на применяемые стимулы. Белки теплового шока — это класс функционально сходных белков, экспрессия которых возрастает при повышении температуры или при других стресс-воздействиях на клетку.
Тепловым шоком является реакция клеток и систем на температуру, превышающую нормальные для организма показатели. Белки теплового шока являются основными молекулярными маркерами как непосредственно теплового шока, так и практически любого экзогенного стресса. Повышение экспрессии генов, кодирующих белки теплового шока, регулируются на этапе транскрипции и являются универсальными молекулярными шаперонами от англ.
Chaperon — сопровождать , т. Основной функцией HSP считается контроль образования новых белков и формирование их третичной структуры фолдинг. Связываясь с растущими пептидными цепями на рибосоме, HSP предотвращают их неспецифическую агрегацию, предохраняют от преждевременного протеолитического распада и способствуют правильному и своевременному сворачиванию полипептида в третичную структуру.
HSP также связывают измененные белки или белки, третичная структура которых уже сформировалась неправильно, защищая клетку от их воздействия.
Здоровье 3 марта 2017 11:50 Российские ученые заявили, что создали революционное лекарство от рака Справиться с болезнью века помогут побочные продукты стресса [комментарий эксперта] Подписаться Поделиться Исследователи использовали для борьбы с болезнью века так называемые белки теплового шока — они образуются в организме в ответ на воздействие стресса и помогают «чинить» различные поломки в клетках Специалисты Государственного научно-исследовательского института особо чистых препаратов Федерального медико-биологического агентства ФМБА заявили о создании нового грозного оружия против рака. По их словам, разработка уже прошла испытания на грызунах и успешно справилась с некоторыми видами опухолей, в том числе на поздних стадиях. Исследователи использовали для борьбы с болезнью века так называемые белки теплового шока — они образуются в организме в ответ на воздействие стресса и помогают «чинить» различные поломки в клетках.
Однако оказалось, что у этих белков есть еще и антиопухолевое действие: они способны активизировать иммунную систему, помочь ей распознавать и уничтожать раковые клетки.
Они были спущены на землю и проанализированы в России и Японии там есть сверхмощное оборудование для рентгеноструктурного анализа », — рассказал профессор. Андрей Симбирцев подчеркнул, что препарат позволил полностью излечить мышей и крыс от меланом и сарком даже на последних стадиях, а так как никакой специфичности у БТШ нет, «на другие виды опухолей препарат будет действовать благодаря этой универсальности». По его словам, космический эксперимент подтвердил, что ученые на правильном пути.
Собственно, мы уже изготавливаем препарат на производственных участках НИИ. Он представляет собой раствор белка, который можно вводить пациентам. Мышам мы вводим его внутривенно. Но, возможно, во время клинических испытаний найдем более эффективные подходы — например, оптимальной может оказаться адресная доставка белка в опухоль», — пояснил ученый.
Он также подчеркнул, что на сегодняшний день никаких противопоказаний для использования БТШ не выявлено. Но окончательно мы сможем сделать вывод о полной безопасности препарата только после завершения доклинических исследований.
Молекулярные шапероны бактерий выступают в роли лигандов для рецепторов на поверхности клеток хозяина. При взаимодействии TLR7 с HSP70, активно секретируемым, так и освобождаемым при некротической гибели клеток млекопитающих, усиливается фагоцитарная функция макрофагов. Данный эффект проявляется за несколько минут и выражается не только в стимуляции фагоцитоза, но также и функции представления антигена Т-клеткам через сигнальные пути, опосредуемые фосфоинозитид 3-киназой и р38 МАР-киназой. На сегодняшний день многие рецепторы, распознающие паттерны известных PAMPs прокариотов, грибков, вирусов, простейших патогенов остаются еще не охарактеризованными. Существует взаимосвязь между фагоцитозом и экспрессией TLRs, поскольку активация сигналов через TLR усиливает фагоцитарные процессы, а фагоцитоз модулирует последовательность активации TLR. Является очевидным, что еще неопределенные молекулярные паттерны могут искажать или направлять адаптивный имунный ответ по Тh-2 типу Возможно, что отсутствие сигналов например — PAMPs , подобно дефициту своих МНС I для NK-клеточной активации является стимулом для запуска иммунитета второго типа.
Индукция сигналов через Toll-подобные рецепторы может обеспечивать не только защиту организма от различных инфекций. Нарушение функции проводимости данных сигналов приводит к развитию целого ряда патологических процессов в организме. Например, чрезмерная продукция провоспалительных цитокинов эндогенными лигандами может стать причиной развития хронического воспаления, аутоиммунных заболеваний, таких как болезнь Крона, диабет типа 1, атеросклероз.
белки теплового шока
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. Исследовать структуру синтезированного БТШ позволило выращивание кристаллов белка в лаборатории МКС Полученные данные легли в основу создания уникального препарата, действие которого опробовали сначала в пробирках на клеточных культурах, а потом — на лабораторных животных.
Лекарством на основе синтезированного БТШ были пролечены мыши с саркомой и меланомой, включая животных с четвертой терминальной стадией заболеваний. Результаты оказались более чем впечатляющими: абсолютное большинство мышей полностью выздоровело; не было зарегистрировано ни одного побочного эффекта. Как российские ученые получают белок теплового шока HSP продуцируется клетками бактерий, в которые внедрен выделенный из клеток человека и клонированный ген. Этот ген отвечает за синтез белка теплового шока.
Разработка и производство особо чистых биопрепаратов проводятся в условиях полной стерильности Как «работает» лекарство, и какие виды рака можно будет лечить с его помощью Применение биопрепарата направлено на повышение концентрации БТШ в опухолевых тканях онкобольных до значений, вызывающих терапевтический эффект. Такая потребность существует потому, что «показывающий рак иммунитету» белок теплового шока в организме человека: вырабатывается в очень небольших количествах; не может быть «собран» в здоровых клетках и «перенесен» в атипичные клетки раковой опухоли.
Еженедельная баня и выработка белков теплового шока! Посещение бани может продлить жизнь и помогает омолодить организм.
Современные методы лечения БП направлены на устранение или ослабление моторных нарушений путем увеличения уровня ДА с помощью препарата леводопа, содержащего предшественник дофамина L-диоксифенилаланин, или повышения чувствительности рецепторов к ДА в головном мозге. Однако такое лечение не может остановить или хотя бы замедлить неизбежное прогрессирование патологического процесса [ 84 ]. Поэтому одной из глобальных проблем современной биомедицины является разработка новых технологий ранней диагностики БП и терапевтических препаратов, нацеленных на предупреждение или замедление дегенерации нейронов головного мозга, а не на элиминацию внешних проявлений БП [ 85 , 86 ]. В последнее десятилетие экспериментальные и клинические испытания прошли несколько десятков препаратов противовоспалительные средства, трофические факторы, антиоксиданты, антагонисты глутаматных рецепторов и т. На сегодняшний день ни одного действительно эффективного нейропротективного препарата для превентивной терапии БП клиницистам не предложено.
Многочисленные данные экспериментальных исследований показывают, что шапероны HSPs вовлечены в патогенез БП и могут быть первой линией защиты при нарушении укладки белков и развитии нейродегенерации [ 22 , 38 , 88 , 89 ]. Не менее важными фактами, подтверждающими вовлечение HSPs в патогенез БП, являются данные о низкой экспрессии некоторых шаперонов семейства HSP70 в секционном материале кчЧС у пациентов с БП [ 91 ], а также данные об усилении процесса нейродегенерации в нигростриатной системе при снижении экспрессии стресс-индуцируемого белка Hsp70 в модели БП у животных [ 36 , 92 ]. Представленные данные ориентируют на новую молекулярную стратегию превентивного лечения БП, направленную на усиление конформационного контроля нейрональных белков и клеточной защиты путем повышения экспрессии шаперонов семейства HSP70. К настоящему времени получено достаточно фактов, подтверждающих протективные эффекты повышенной экспрессии шаперонов HSP70 в различных животных моделях БП. Так, сверхэкспрессия генов индуцируемого белка hsp70 у Drosophila sp.
Эксперименты с использованием теплового прекондиционирования для мобилизации стресс-индуцируемых форм HSPs показали сходный защитный эффект в моделях БП [ 102 , 103 ]. Фундаментальное значение для развития технологий лечения БП имеют данные, свидетельствующие, что проведение профилактической или превентивной терапии с помощью интраназальной доставки в мозг рекомбинантных белков Hsp70 или Grp78 человека препятствует развитию нейродегенерации в нигростриатной системе и проявлению моторных нарушений, а также улучшает функцию выживших ДА-ергических нейронов в лактацистиновой модели БП у крыс [ 105 — 107 ]. Немаловажный вклад в нейропротекцию Hsp70 и Grp78 вносит также их способность вовлекаться в механизмы деградации аномальных белков [ 21 , 110 ]. Эти киназы в конечном итоге гиперфосфорилируют тау-белок, что приводит к его агрегации и образованию нейрофибриллярных клубков НФК , дестабилизации микротрубочек, нарушениям синаптической активности и, как следствие, развитию когнитивного дефицита [ 34 ]. Образцы ткани головного мозга пациентов с БА показывают ослабление экспрессии некоторых шаперонов семейств sHSPs и HSP70 [ 115 ], а также их колокализацию с амилоидными бляшками и НФК, что может указывать на взаимодействие HSPs с патологическими белками, приводящими к развитию БА [ 116 ].
Действительно, функционируя в цитоплазме, Hsp70 ингибирует агрегацию амилоидного белка тау на ранних этапах и подавляет формирование тау-агрегатов. Hsp70 изолирует олигомеры и зрелые тау-фибриллы, нейтрализуя их способность повреждать мембраны и препятствуя дальнейшему распространению тау-патологии между клетками [ 117 ]. На моделях БА у мух Drosophila sp. Нейропротективные эффекты Hsp70 обусловлены активацией различных вне- и внутриклеточных сигнальных каскадов. После интраназального введения Hsp70 мышам в генетической модели БА отмечается усиление экспрессии генов, участвующих в процессинге и презентации антигена, особенно членов главного комплекса гистосовместимости.
Авторы работы предполагают, что одной из нейропротекторных функций Hsp70 является активация адаптивного иммунитета [ 120 ]. Наряду с Hsp70 малые шапероны sHSPs также вовлечены в уменьшение токсичности амилоидных белков. Недавно выяснено, что Hsp22 и Hsp27 связываются со сформировавшимися амилоидными бляшками, ингибируют их фибриллизацию и останавливают интоксикацию [ 121 ]. Показано, что Hsp27 способен превращать маленькие токсичные олигомеры в большие нетоксичные белковые комплексы, которые затем могут удаляться из нейронов путем аутофагии. Скопления mHTT разрушают цитоскелет клеток и нарушают процесс транспорта синаптических везикул для дальнейшего экзоцитоза, что приводит к появлению у больных таких симптомов, как гипер- или гипокинезия, в зависимости от того, какой путь передачи нервного импульса прямой активирующий или непрямой тормозный затронут [ 123 ].
Частично этот процесс обусловлен включением шаперонов в состав агрегатов mHTT, а частично является следствием аномально быстрого разрушения фактора теплового шока HSF-1, индуцирующего процесс экспрессии HSPs [ 124 ]. Однако долгое время оставалось неизвестным, за счет каких механизмов Hsp70 и другие HSPs оказывают свои нейропротективные эффекты. В 2011 г. Hsp70 АТФ-зависимо связывается с белковыми фрагментами, богатыми полиQ-повторами, что предполагает участие его шаперонной активности в разрушении белковых агрегатов. В 2015 году в модели in vitro было установлено, что именно взаимодействие Hsp70 и Hsp40 с аминокислотами в N-терминальном участке гентингтина препятствует формированию его патологических агрегатов [ 127 ].
Активация ответа теплового шока и увеличение содержания в клетках HSPs приводит к ускорению процесса агрегации мутантных белков, а также способствует протеасомной деградации растворимого mHTT и аутофагии нерастворимых агрегатов [ 128 ]. Недавно продемонстрировано, что критическим участником образования токсичных белковых агрегатов в моделях БГ является глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназа ГАФД , которая может выступать как субстрат для процессов белковой агрегации. Одной из функций конститутивной формы шаперона Hsc70 является регуляция клатрин-опосредованного эндоцитоза, процесса, необходимого для интернализации некоторых мембранных рецепторов. Однако в патологических состояниях Hsc70 вовлекается в процесс агрегации гентингтина и других белков с полиQ-хвостами, содержание его в цитоплазме клетки в свободной форме снижается и процесс эндоцитоза нарушается, что может частично объяснить возникновение когнитивного дефицита, наблюдаемого при БГ [ 130 ]. При этом увеличение содержания Hsc70 останавливает развитие этих нарушений.
Практически у всех пациентов с АЛС postmortem в цитоплазме нейронов головного мозга обнаруживаются белковые агрегаты, включающие убиквитин и ДНК-связывающий белок TDP-43, который в норме присутствует только в ядрах нервных клеток [ 133 ]. Неправильная конформация и цитозольная локализация TDP-43 приводят к потере его функциональной активности, нарушая нормальное течение процессов транскрипции и трансляции в клетке. Более того, агрегаты TDP-43 являются токсичными для клеток и приводят к гиперактивации систем деградации белков, развитию нейровоспаления и гибели нейронов [ 134 ]. Исследование образцов головного мозга пациентов с АЛС показало колокализацию некоторых HSPs, в частности Hsp27, с агрегатами TDP-43, что свидетельствует о том, что в патологических условиях доступность этих шаперонов для выполнения их функций резко снижается, что ухудшает эффективность реакции нейронов на клеточный стресс и повышает их уязвимость [ 135 ]. Об участии HSPs в развитии патологического процесса при АЛС свидетельствует также тот факт, что уровни некоторых HSPs, в частности, Hsp70 и Hsp90, повышены в сыворотке крови больных людей, начиная с ранних стадий развития заболевания [ 136 ].
На модели АЛС на первичной культуре нейронов мыши и у дрожжей показано, что увеличение содержания в клетках шаперона Hsp40 снижает токсичность и агрегацию TDP43-белков, при этом общее содержание TDP43 в клетках не меняется [ 137 , 138 ]. Hsp40 способен поддерживать TDP-43 в растворимом конформационном состоянии, при этом не изменяя общее содержание TDP-43 в клетке.
Белок супероксид дисмутаза, продукт гена SOD1. Мутация в этом гене может вызвать БАС. Credit: StudioMolekuul Shutterstock. Характерным признаком нейродегенерации является накопление белковых агрегатов в нейронах.
«Космическое» российское лекарство от всех видов рака будет доступным
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. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составепротеасомыи помогат корректно свернуться заново синтезированным белкам. Учёные из Института цитологии РАН в ходе серии экспериментов выяснили, что белок теплового шока Hsp70, который начинает репродуцироваться организмом при повышении температуры тела или при стрессе, подавляет рост новообразований.
Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток
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. 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.
Ru проходил ординатуру в этом НИИ. Он убедил своего руководителя, профессора Хачатуряна, испытать этот препарат.
По тогдашнему законодательству достаточно было решения ученого совета и информированного согласия пациентов, и нам было выделено 25 больных. У них у всех были различные опухоли мозга, и они все получали то, что им полагалось по страховке, но плюс после хирургического удаления опухоли Максим вводил в операционное ложе раствор HSP70. Проблема в том, что опухоли мозга удалить полностью сложно. Всегда остаются маленькие кусочки, которые опасно удалять, потому что вместе с ними можно удалить личность, и эти кусочки дают рецидивы. Но результаты оказались совершенно потрясающими: после операции у больных увеличивалось количество клеток специфического иммунитета, понижалось количество проопухолевых «перешедших на сторону опухоли» Т-лимфоцитов и уменьшалось количество интерлейкина-10 информационной молекулы иммунной системы. Исследование было только пилотное, не рандомизированное, группы контроля тоже не было, и проводилось оно в 2011 году. В том же году был принят закон, согласно которому такие испытания запрещены, и их пришлось прекратить, едва начав. У нас осталось 12 прооперированных пациентов. Кто знаком с клинической частью исследований, тот имеет представление о том, насколько сложно отследить судьбы пациентов после того, как каждый из них покидает клинику.
Поэтому мы знаем только о восьми, которые остались доступны для контакта, и все они живы до сих пор. На начало осени прошлого года они были вполне здоровы, и те, кто продолжал учиться, осенью пошли в школу, хотя средний прогноз продолжительности жизни с обнаруженной глиомой — 14 месяцев». Сейчас, по словам докладчиков, доклинические испытания подходят к концу, и препарату необходима многоступенчатая проверка на пациентах, которая займет несколько лет вот почему в статье «Известий» фигурировал такой неправдоподобно короткий срок до выхода препарата на рынок — 3-4 года. Александр Сапожников также подчеркнул важность клинических испытаний: «Привитая мышам опухоль и человеческая — это небо и земля. Препарат может работать на этой опухоли, но быть неэффективным ни на обычной опухоли мыши, ни на человеческой. Успокойте своих коллег, лекарства от всех болезней сразу не бывает». Так считают и сами исследователи. И мы надеемся, что это случится». Просто космос У читателя может возникнуть резонный вопрос: откуда вообще взялся космос?
Ирина Гужова поясняет: «Дело в том, что испытания проходили на базе Института особо чистых препаратов, у сотрудников которого хороший опыт в регистрации патентов и написании бумаг, поэтому мы это дело отдали им. Одновременно они начали производство этого белка, а мы делали опыты на животных. Но в процессе к ним обратился представитель Роскосмоса и спросил, а нет ли у нас какого-то незакристаллизованного белка, чтобы закристаллизовать в космосе, на орбите. И им отдали HSP70, кристаллы пытались вырастить на орбите, но ничего не получилось». Проблема оказалась в строении белка. Очень подвижная часть в структуре белка мешала кристаллизации, поэтому его стали пытаться закристаллизовать по кусочкам, связывать подвижную часть специальной молекулой, чтобы она его «держала». Пытаются до сих пор. Что касается сомнений, что активирует иммунитет не шаперон, а липополисахарид ЛПС — компонент клеточной стенки бактерий, в которых нарабатывают этот белок, — такая вероятность невелика. Ученые ставят дополнительные контроли, чтобы показать, что не он, а именно шаперон — причина эффекта препарата.
Например, препарат могут кипятить, что не влияет на ЛПС, но разрушает структуру белка. Тогда его свойства HSP теряются, и препарат перестает работать, чего бы не произошло, если бы в нем действовал в основном бактериальный ЛПС. Кроме того, исследователи сравнивали эффект введения компонентов клеточной стенки бактерий с эффектом от HSP70, и эти сравнения явно были в пользу последнего.
Животные, которых лечили однократной инъекцией в мозг, получали дополнительно десять дней жизни, а животные, которым вводили белок постоянно в течение трех дней с помощью помпы, эта продолжительность увеличивалась еще на десять дней, так как опухоль росла медленнее. Мы показали, что если обеднить популяцию Т-лимфоцитов от мыши, которая имела опухоль, и убрать уже «наученные» NK-клетки или CD8-положительные лимфоциты, то они не будут узнавать опухоль так хорошо.
Можно сделать вывод, что основная функция HSP70 в этом процессе — активация специфического иммунитета». Ru проходил ординатуру в этом НИИ. Он убедил своего руководителя, профессора Хачатуряна, испытать этот препарат. По тогдашнему законодательству достаточно было решения ученого совета и информированного согласия пациентов, и нам было выделено 25 больных. У них у всех были различные опухоли мозга, и они все получали то, что им полагалось по страховке, но плюс после хирургического удаления опухоли Максим вводил в операционное ложе раствор HSP70.
Проблема в том, что опухоли мозга удалить полностью сложно. Всегда остаются маленькие кусочки, которые опасно удалять, потому что вместе с ними можно удалить личность, и эти кусочки дают рецидивы. Но результаты оказались совершенно потрясающими: после операции у больных увеличивалось количество клеток специфического иммунитета, понижалось количество проопухолевых «перешедших на сторону опухоли» Т-лимфоцитов и уменьшалось количество интерлейкина-10 информационной молекулы иммунной системы. Исследование было только пилотное, не рандомизированное, группы контроля тоже не было, и проводилось оно в 2011 году. В том же году был принят закон, согласно которому такие испытания запрещены, и их пришлось прекратить, едва начав.
У нас осталось 12 прооперированных пациентов. Кто знаком с клинической частью исследований, тот имеет представление о том, насколько сложно отследить судьбы пациентов после того, как каждый из них покидает клинику. Поэтому мы знаем только о восьми, которые остались доступны для контакта, и все они живы до сих пор. На начало осени прошлого года они были вполне здоровы, и те, кто продолжал учиться, осенью пошли в школу, хотя средний прогноз продолжительности жизни с обнаруженной глиомой — 14 месяцев». Сейчас, по словам докладчиков, доклинические испытания подходят к концу, и препарату необходима многоступенчатая проверка на пациентах, которая займет несколько лет вот почему в статье «Известий» фигурировал такой неправдоподобно короткий срок до выхода препарата на рынок — 3-4 года.
Александр Сапожников также подчеркнул важность клинических испытаний: «Привитая мышам опухоль и человеческая — это небо и земля. Препарат может работать на этой опухоли, но быть неэффективным ни на обычной опухоли мыши, ни на человеческой. Успокойте своих коллег, лекарства от всех болезней сразу не бывает». Так считают и сами исследователи. И мы надеемся, что это случится».
Просто космос У читателя может возникнуть резонный вопрос: откуда вообще взялся космос? Ирина Гужова поясняет: «Дело в том, что испытания проходили на базе Института особо чистых препаратов, у сотрудников которого хороший опыт в регистрации патентов и написании бумаг, поэтому мы это дело отдали им. Одновременно они начали производство этого белка, а мы делали опыты на животных. Но в процессе к ним обратился представитель Роскосмоса и спросил, а нет ли у нас какого-то незакристаллизованного белка, чтобы закристаллизовать в космосе, на орбите. И им отдали HSP70, кристаллы пытались вырастить на орбите, но ничего не получилось».
Проблема оказалась в строении белка. Очень подвижная часть в структуре белка мешала кристаллизации, поэтому его стали пытаться закристаллизовать по кусочкам, связывать подвижную часть специальной молекулой, чтобы она его «держала». Пытаются до сих пор. Что касается сомнений, что активирует иммунитет не шаперон, а липополисахарид ЛПС — компонент клеточной стенки бактерий, в которых нарабатывают этот белок, — такая вероятность невелика. Ученые ставят дополнительные контроли, чтобы показать, что не он, а именно шаперон — причина эффекта препарата.
Посещать парную нужно минимум в 3 подхода по 15 минут между ними должен быть интервал в 30 минут Еще пост про баню Для посещения бани есть противопоказания. Последние записи:.
Использование инфракрасной сауны и белков теплового шока
Применение белка теплового шока вместе с определенным антигеном для лечения злокачественных опухолей и инфекционных заболеваний также описано в публикации РСТ WO97/06821, датированной 27 февраля 1997. Так как белки теплового шока производятся организмом только в специфических ситуациях, они имеют ряд отличий от продуцируемых нормально соединений. В этом участвует белок теплового шока. класс белков, главная функция которых состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также. Вопрос гинекологу: Здравствуйте, пол года назад были обнаружены белки теплового шока к хламидиям, КП 11,69, мазок чистый, иные антитела были отрицательные. В данной работе проведен анализ последних литературных данных, посвященных роли белка теплового шока 70 (HSP70) в сердечно-сосудистой патологии.
Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь
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. PMID 17641392.
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.
В этой работе, как и в некоторых других, в качестве индуктора аутофагии выступало повышение температуры.
Однако, как было сказано, вероятнее всего в процессе эволюции аутофагия развилась как приспособление к недостатку питательных веществ. В таком случае между БТШ и аутофагией нет очевидной связи. Удивительно, но только недавно появилась работа исследователей из США и Дании, которые занялись исследованием этого вопроса. Один из важных белков теплового шока — HSP70. Он играет важную роль в «спасении» клетки при повышении температуры, а также при отравлении тяжелыми металлами, которые также нарушают структуру белков. Сначала исследователи проверили, может ли HSP70 влиять на аутофагию в культуре клеток. В качестве индуктора аутофагии использовали голод: клетки росли в среде, не содержащей питательных веществ.
Аутофагию можно зафиксировать, наблюдая за белком LC3 он один из участников этого процесса и родственник убиквитина. При развитии аутофагии происходит модификация этого белка. Количество модифицированного белка можно определить методом иммуноблоттинга. Уже через 2 часа в голодающих клетках аутофагия становилась хорошо заметной рис. Но если в таких клетках увеличить количество HSP70, то аутофагия замедлялась. Таким образом, HSP70 предотвращает развитие аутофагии при голодании. Этот результат удалось подтвердить и другим методом, когда аутофагию отслеживали по изменению локализации LC3 в клетках рис.
При запуске аутофагии в клетках появляются характерные органеллы — аутофагосомы. Белок LC3 локализуется на их поверхности. 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.
Медпортал 03online. Здесь Вы получаете ответы от реальных практикующих специалистов в своей области. Оставайтесь с нами и будьте здоровы!
В Петербурге испытали на мышах вещество от болезни Альцгеймера
БТШ72 и БТШ90 — измеряли при остром и хроническом воспалениях. Для справки: Белки теплового шока (Hsp 70) могут использоваться для коррекции нейродегенеративных заболеваний, а также последствий инсультов, инфарктов и нарушений периферического кровообращения. Белок теплового шока Hsp70B prime, 96.
Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии
Исследование финских ученых показало, что снижение экспрессии белка теплового шока 90 (Hsp90) через дестабилизацию циклинзависимой киназы Cdc28 приводит к задержке митоза и длительному поляризованному росту клеток. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА (шапероны), семейство специализированных внутриклеточных белков. 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. 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).
Белок теплового шока - Heat shock protein
Juha Saarikangas et al. По мнению исследователей, такая модуляция фолдинга белков могла лежать в основе повышенной биофизической прочности при появлении многоклеточных организмов. Результаты исследования опубликованы в Science Advances. Об эволюционной динамике и молекулярных механизмах, посредством которых простые группы клеток эволюционируют в многоклеточные организмы, известно не так много. Считается , что переход к многоклеточности может ускорить период быстрой эволюции, поскольку клетки адаптируются к новым организменным и экологическим условиям. Современные исследователи предполагают , что решающую роль в переходе к многоклеточности могут играть эпигенетические механизмы, поскольку они часто способны генерировать наследуемое фенотипическое разнообразие более быстрыми темпами, чем простые мутации. Также участвовать в адаптации могут и динамические взаимопревращающиеся состояния сворачивания и сборки белков. Однако эти механизмы изучены недостаточно.
Фундаментальное значение для развития технологий лечения БП имеют данные, свидетельствующие, что проведение профилактической или превентивной терапии с помощью интраназальной доставки в мозг рекомбинантных белков Hsp70 или Grp78 человека препятствует развитию нейродегенерации в нигростриатной системе и проявлению моторных нарушений, а также улучшает функцию выживших ДА-ергических нейронов в лактацистиновой модели БП у крыс [ 105 — 107 ]. Немаловажный вклад в нейропротекцию Hsp70 и Grp78 вносит также их способность вовлекаться в механизмы деградации аномальных белков [ 21 , 110 ]. Эти киназы в конечном итоге гиперфосфорилируют тау-белок, что приводит к его агрегации и образованию нейрофибриллярных клубков НФК , дестабилизации микротрубочек, нарушениям синаптической активности и, как следствие, развитию когнитивного дефицита [ 34 ]. Образцы ткани головного мозга пациентов с БА показывают ослабление экспрессии некоторых шаперонов семейств sHSPs и HSP70 [ 115 ], а также их колокализацию с амилоидными бляшками и НФК, что может указывать на взаимодействие HSPs с патологическими белками, приводящими к развитию БА [ 116 ]. Действительно, функционируя в цитоплазме, Hsp70 ингибирует агрегацию амилоидного белка тау на ранних этапах и подавляет формирование тау-агрегатов. Hsp70 изолирует олигомеры и зрелые тау-фибриллы, нейтрализуя их способность повреждать мембраны и препятствуя дальнейшему распространению тау-патологии между клетками [ 117 ]. На моделях БА у мух Drosophila sp. Нейропротективные эффекты Hsp70 обусловлены активацией различных вне- и внутриклеточных сигнальных каскадов. После интраназального введения Hsp70 мышам в генетической модели БА отмечается усиление экспрессии генов, участвующих в процессинге и презентации антигена, особенно членов главного комплекса гистосовместимости. Авторы работы предполагают, что одной из нейропротекторных функций Hsp70 является активация адаптивного иммунитета [ 120 ]. Наряду с Hsp70 малые шапероны sHSPs также вовлечены в уменьшение токсичности амилоидных белков. Недавно выяснено, что Hsp22 и Hsp27 связываются со сформировавшимися амилоидными бляшками, ингибируют их фибриллизацию и останавливают интоксикацию [ 121 ]. Показано, что Hsp27 способен превращать маленькие токсичные олигомеры в большие нетоксичные белковые комплексы, которые затем могут удаляться из нейронов путем аутофагии. Скопления mHTT разрушают цитоскелет клеток и нарушают процесс транспорта синаптических везикул для дальнейшего экзоцитоза, что приводит к появлению у больных таких симптомов, как гипер- или гипокинезия, в зависимости от того, какой путь передачи нервного импульса прямой активирующий или непрямой тормозный затронут [ 123 ]. Частично этот процесс обусловлен включением шаперонов в состав агрегатов mHTT, а частично является следствием аномально быстрого разрушения фактора теплового шока HSF-1, индуцирующего процесс экспрессии HSPs [ 124 ]. Однако долгое время оставалось неизвестным, за счет каких механизмов Hsp70 и другие HSPs оказывают свои нейропротективные эффекты. В 2011 г. Hsp70 АТФ-зависимо связывается с белковыми фрагментами, богатыми полиQ-повторами, что предполагает участие его шаперонной активности в разрушении белковых агрегатов. В 2015 году в модели in vitro было установлено, что именно взаимодействие Hsp70 и Hsp40 с аминокислотами в N-терминальном участке гентингтина препятствует формированию его патологических агрегатов [ 127 ]. Активация ответа теплового шока и увеличение содержания в клетках HSPs приводит к ускорению процесса агрегации мутантных белков, а также способствует протеасомной деградации растворимого mHTT и аутофагии нерастворимых агрегатов [ 128 ]. Недавно продемонстрировано, что критическим участником образования токсичных белковых агрегатов в моделях БГ является глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназа ГАФД , которая может выступать как субстрат для процессов белковой агрегации. Одной из функций конститутивной формы шаперона Hsc70 является регуляция клатрин-опосредованного эндоцитоза, процесса, необходимого для интернализации некоторых мембранных рецепторов. Однако в патологических состояниях Hsc70 вовлекается в процесс агрегации гентингтина и других белков с полиQ-хвостами, содержание его в цитоплазме клетки в свободной форме снижается и процесс эндоцитоза нарушается, что может частично объяснить возникновение когнитивного дефицита, наблюдаемого при БГ [ 130 ]. При этом увеличение содержания Hsc70 останавливает развитие этих нарушений. Практически у всех пациентов с АЛС postmortem в цитоплазме нейронов головного мозга обнаруживаются белковые агрегаты, включающие убиквитин и ДНК-связывающий белок TDP-43, который в норме присутствует только в ядрах нервных клеток [ 133 ]. Неправильная конформация и цитозольная локализация TDP-43 приводят к потере его функциональной активности, нарушая нормальное течение процессов транскрипции и трансляции в клетке. Более того, агрегаты TDP-43 являются токсичными для клеток и приводят к гиперактивации систем деградации белков, развитию нейровоспаления и гибели нейронов [ 134 ]. Исследование образцов головного мозга пациентов с АЛС показало колокализацию некоторых HSPs, в частности Hsp27, с агрегатами TDP-43, что свидетельствует о том, что в патологических условиях доступность этих шаперонов для выполнения их функций резко снижается, что ухудшает эффективность реакции нейронов на клеточный стресс и повышает их уязвимость [ 135 ]. Об участии HSPs в развитии патологического процесса при АЛС свидетельствует также тот факт, что уровни некоторых HSPs, в частности, Hsp70 и Hsp90, повышены в сыворотке крови больных людей, начиная с ранних стадий развития заболевания [ 136 ]. На модели АЛС на первичной культуре нейронов мыши и у дрожжей показано, что увеличение содержания в клетках шаперона Hsp40 снижает токсичность и агрегацию TDP43-белков, при этом общее содержание TDP43 в клетках не меняется [ 137 , 138 ]. Hsp40 способен поддерживать TDP-43 в растворимом конформационном состоянии, при этом не изменяя общее содержание TDP-43 в клетке. Таким образом, терапия с помощью активации ответа теплового шока или прямой индукции синтеза Hsp40 способна замедлить процесс патологического агрегирования TDP-43, интоксикации клеток и нейродегенерации [ 139 ]. В совокупности представленные результаты являются фундаментальным обоснованием для поиска нейропротективных препаратов, способных мобилизовать шаперонный механизм HSPs в нейронах головного мозга, с целью проведения превентивной или профилактической терапии конформационных заболеваний. Основным активатором транскрипции генов HSPs при развитии стресса является транскрипционный фактор теплового шока HSF1 [ 140 ]. У всех эукариотических организмов в состоянии покоя HSF1 находится в мономерном, связанном с Hsp90 состоянии. В ответ на стресс HSF1 освобождается от Hsp90, тримеризуется, фосфорилируется, транслоцируется в ядро и запускает транскрипцию стресс-индуцируемых генов hsp [ 141 ]. Старение организма и развитие конформационных заболеваний сопровождаются пониженным уровнем экспрессии и активности HSF1, а значит и сниженной способностью нейронов противостоять токсическим повреждениям и нейродегенерации [ 8 ]. Следовательно, для мобилизации защитных механизмов требуется активация HSF1. Поэтому поиск безопасных малых молекул-индукторов HSF1 является приоритетной задачей современной биомедицины. Одним из первых изученных активаторов HSF1 стал ингибитор Hsp90, антибиотик гелданамицин. Однако возможность применения гелданамицина в терапии конформационных заболеваний лимитирована его низкой растворимостью и слабой проходимостью через гематоэнцефалический барьер [ 144 ]. Другой активатор HSF1, аримокломол, лишен недостатков, свойственных гелданамицину, и поэтому проходит клинические испытания в качестве потенциального терапевтического агента для лечения АЛС [ 145 ].
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. 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.
Выделять белок будут из молока генно-модифицированного животного. Как отметил Михаил Владимирович, все подготовительные работы были успешно выполнены в 2021 году. Это позволило перейти к намеченному на 2022 год этапу — созданию конструкции трансгенной зиготы для внедрения в матку кролика, — прокомментировал профессор Покровский. Учёный пояснил, что сама конструкция состоит из человеческого белка теплового шока, который встраивается в геном животного — в область молочного промотора. Её конструкцию разрабатывают учёные Национального медицинского исследовательского центра кардиологии совместно с коллегами из Института молекулярной биологии им. Энгельгардта на базе Института биологии гена.
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
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). Купить билеты на слэм 29 мая в Москве — Максим Шевцов рассказывает, почему в последние годы радикально изменились подходы к лечению. Шаперонная функция белков теплового шока осуществляется не только в процессе биогенеза других белков, но и при иммунном ответе на антигены. Наличие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. Раковые клетки часто содержат высокий уровень белков теплового шока (heat shock protein или Hsp), а одним из наиболее распространенных является Hsp70. Белки теплового шока принимают большое участие в реализации фундаментальных клеточных процессов, и изменение их экспрессии может служить важным диагностическим марке-ром реакции клетки на повреждения.