Новости и СМИ. Обучение. Дело в белке теплового шока. Российские исследователи выяснили, что один из белков теплового шока может замедлять рост опухолей.
Найден ген, отвечающий за тяжесть инсульта
Определение антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) позволяет диагностировать персистирующую форму хламидийной инфекции. 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. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, РАЗВИТИЕ ТРОМБОТИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ И ПЕПТИДНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНОМА (обзор литературы и собственных данных). Российские исследователи выяснили, что один из белков теплового шока может замедлять рост опухолей.
РОЛЬ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 70 В ПАТОГЕНЕЗЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИИ
Для этого на белке, предназначенном для деградации, имеется определенная последовательность аминокислот, которая узнается конститутивным шапероном Hsc70. Cвязанный с белком-клиентом Hsc70 взаимодействует с рецептором лизосомальной мембраны LAMP2A, который транслоцирует этот комплекс в лизосому [ 25 , 26 ]. Стабильность белка-рецептора LAMP2A, а значит и эффективность работы шаперон-опосредованной аутофагии, поддерживается другим представителем семейства HSP70 — резидентом лизосомы Lys-Hsc70 [ 27 ]. Наряду с этими системами немаловажный вклад в поддержание протеостаза может вносить открытая в 2012 г. В патологических условиях мутации, воздействие средовых факторов, оксидативного стресса и стресса эндоплазматического ретикулума ЭПР , митохондриальной дисфункции, радиации и др. Это ведет к снижению эффективности их работы или даже инактивации всей системы, что приводит к развитию протеотоксического стресса и гибели нервных клеток. Некоторые области головного мозга имеют более высокую экспрессию HSPs и поэтому менее уязвимы к патологии, чем другие, что приводит к гетерогенным паттернам нейродегенерации и характерным топографическим картам белковых включений, которые типичны для конформационных болезней [ 31 ]. Показано, что при моделировании патологии, характерной для болезни Паркинсона БП , в компактной части черной субстанции кчЧС мозга крыс погибают преимущественно дофамин ДА -ергические нейроны с пониженным уровнем экспрессии стресс-индуцируемого белка Hsp70 [ 32 ]. Заметная гибель нейронов в кчЧС отмечается и при физиологическом старении у людей и грызунов, поскольку степень выраженности протеотоксического стресса в нейронах кчЧС больше, чем в других структурах [ 8 , 33 ].
Это связано с исходно низкой степенью мобилизации защитного механизма, основанного на Hsp70, а также с ослаблением функции протеасом в кчЧС при старении, что снижает надежность регуляции клеточного протеостаза и ведет к накоплению мутантных, конформационно-дефектных и патологических амилоидных белков. Экспериментально доказано, что снижение экспрессии Hsp70 в ДА-ергических нейронах кчЧС с помощью технологиии микроРНК или при физиологическом старении в модели БП у крыс приводит к более быстрому прогрессированию нейродегенеративной патологии в нигростриатной системе [ 35 , 36 ]. Таким образом, неспособность нейронов регулировать собственную систему протеома вследствие ослабления молекулярных механизмов конформационного контроля белков и дисфункции системы утилизации белков, лежит в основе патогенеза конформационных заболеваний. Это открывает перспективу выяснения нейропротективных свойств шаперонов при протеасомной дисфункции, типичной для патогенеза конформационных заболеваний. К настоящему моменту накопилось достаточно фактов, что члены семейств HSP70 и sHSPs способны проявлять защитные эффекты в моделях нейродегенеративных патологий [ 38 , 39 ]. Рассмотрим основных представителей этих семейств. Данное семейство включает в себя несколько членов, различных по функциям и локализации в клетке: конститутивно экспрессируемый Hsс70, индуцируемый Hsp70, митохондриальный mtHsp70, глюкозо-регулируемый белок ЭПР Grp78. Основной функцией HSP70 в клетке является осуществление конформационного контроля на всех этапах жизни белка-клиента.
HSP70 участвуют в фолдинге новосинтезированных полипептидов, рефолдинге белков с неверной структурой, разрушении старых или мутантных белков в УПС и лизосомах, растворении белковых олигомеров и агрегатов [ 40 ]. Все эти функции связаны со способностью HSP70 узнавать гидрофобные участки, экспонированные на поверхности поврежденных белков, и подвергать белки-клиенты АТФ-зависимому циклу связывания и высвобождения. Такие циклы позволяют коротким молекулам с высокой скоростью фолдинга принять правильную конформацию. Более длинные молекулы могут повторно связываться с HSP70, что предотвращает их агрегацию [ 9 ]. Кошапероны модулируют активность шаперонов, регулируя их АТФазную активность и влияя на взаимодействие с белками-мишенями. Так, кошаперон с J-доменом Hsp40 первым узнает неправильно сложенные полипептиды, передает их Hsp70 и запускает гидролиз АТФ [ 42 ]. TRP-содержащий кошаперон CHIP является убиквитин-лигазой и метит для протеолиза в протеасоме субстраты, эффективный фолдинг которых невозможен [ 44 ]. Индуцируемый белок теплового шока Hsp70, находящийся в цитоплазме, является одним из наиболее распространенных белков в клетке.
О его важной роли в поддержании нормальной жизнедеятельности клеток и целого организма говорит эволюционная консервативность его аминокислотной последовательности и обнаружение практически во всех живых организмах на Земле [ 45 ]. Hsp70 является классическим шапероном, способным связывать неправильно свернутые белковые молекулы и придавать им правильную конформацию с использованием энергии АТФ. Многочисленные исследования показывают, что Hsp70 способен связывать разнообразные патологические белки с нарушенной конформацией, возникающие при развитии нейродегенеративных заболеваний, и облегчать их рефолдинг. Кроме этого, Hsp70 вступает в белок-белковое взаимодействие с некоторыми везикулярными белками и ферментами, а также способен модулировать ГАМК- и аденозин-связанные процессы в головном мозге [ 49 — 51 ]. Являясь полифункциональным белком, Hsp70 вовлекается в молекулярные механизмы регуляции сна и температурного гомеостазиса, судорожной активности, воспалительных и иммунных реакций, эмоционального поведения [ 49 , 52 — 56 ]. Конститутивный цитоплазматический член семейства HSP70 — белок Hsc70 — выполняет множество функций, связанных с поддержанием нормальной жизни клетки. Hsc70 осуществляет фолдинг новосинтезированных полипептидов в цитоплазме, помогая принять функционально-активную структуру огромному разнообразию белков [ 57 ]. Hsc70 способен выступать челноком между цитоплазмой и ядром и с помощью АТФ транспортировать белки между этими компартментами [ 58 ].
Недостаточное содержание Hsc70 в цитоплазме останавливает процесс убиквитинирования белков с нарушенной структурой и затрудняет их последующую протеасомную деградацию [ 59 ]. Немаловажную роль Hsc70 играет в процессах шаперон-опосредованной аутофагии, ведь именно он направляет неправильно свернутые белки в лизосомы для деградации. В случае если в клетке присутствуют белковые агрегаты или поврежденные органеллы, Hsc70 запускает процесс их селективной макроаутофагии в фагосомах [ 60 ]. Помимо участия в процессах фолдинга и деградации белков, Hsc70 играет роль в процессах клатрин-опосредованного эндоцитоза, презентации антигена, регуляции гематопоэза и других физиологических функций клетки и целого организма [ 45 ]. Grp78 отвечает за фолдинг и рефолдинг белков, поступающих в ЭПР, контролирует кальциевый баланс клетки. Важной функцией Grp78 является его участие в запуске реакции, известной как стресс ЭПР unfolded protein response , вызываемой накоплением в клетке поврежденных белков с открытыми гидрофобными сайтами в результате действия различных стрессорных факторов [ 61 ]. Развитие стресса ЭПР характеризуется увеличением экспрессии Grp78 и Grp94 член семейства HSP90 , участвующих в ремонте поврежденных белков, подавлении процесса трансляции и запуске деградации поврежденных белков при участии УПС [ 62 ]. Таким образом, стресс ЭПР может рассматриваться как защитная реакция, направленная на восстановление нормальных функций белков, работающих в ЭПР.
Сигналами для активации шаперона-резидента митохондрий mtHsp70 или морталина являются недостаток глюкозы, нарушение баланса кальция и тиреоидных гормонов.
Функция в презентации антигена HSP являются незаменимыми компонентами путей презентации антигена - классических, а также перекрестной презентации и аутофагии. Hsp90 может связываться с протеасомой и принимать на себя генерируемые пептиды. Впоследствии он может связываться с hsp70 , который может доставить пептид дальше к TAP. Эта передача с пептидами важна, потому что HSP могут защищать гидрофобные остатки в пептидах, которые в противном случае были бы проблематичными в водном цитозоле. Также простая диффузия пептидов была бы слишком неэффективной.
Также, когда HSP являются внеклеточными, они могут направлять связанные с ними пептиды в путь MHCII, хотя неизвестно, как они отличаются от перекрестно представленных пептидов см. Аутофагия HSP участвуют в классической макроаутофагии, когда белковые агрегаты окружены двойной мембраной и впоследствии разрушаются. Они также участвуют в особом типе аутофагии, называемом «шаперон-опосредованная аутофагия», когда они позволяют цитозольным белкам проникать в лизосомы. Перекрестная презентация Когда HSP являются внеклеточными, они могут связываться со специфическими рецепторами дендритных клеток DC и способствовать перекрестной презентации переносимых ими пептидов. Но теперь его актуальность вызывает споры, потому что большинство типов DC не экспрессируют CD91 в соответствующих количествах, а способность связывания для многих HSP не доказана. Стимуляция некоторых рецепторов скавенджеров может даже привести к иммуносупрессии, как в случае SRA.
LOX-1 связывает в основном hsp60 и hsp70. В настоящее время считается, что SRECI является обычным рецептором белка теплового шока, поскольку он связывает hsp60 , hsp70 , hsp90 , hsp110, gp96 и GRP170. Актуальность этого типа перекрестной презентации особенно высока при иммунном надзоре за опухолями. Благодаря HSP связанный пептид защищен от деградации в компартментах дендритных клеток, и эффективность перекрестной презентации выше. Также интернализация комплекса HSP-пептид более эффективна, чем интернализация растворимых антигенов. Опухолевые клетки обычно экспрессируют только несколько неоантигенов, на которые может воздействовать иммунная система, а также не все опухолевые клетки их экспрессируют.
Из-за этого количество опухолевых антигенов ограничено, и для создания сильного иммунного ответа необходима высокая эффективность перекрестной презентации. Hsp70 и hsp90 также участвуют внутриклеточно в цитозольном пути перекрестной презентации, где они помогают антигенам проникать из эндосомы в цитозоль. Белки теплового шока как молекулярные паттерны, связанные с повреждениями Внеклеточные белки теплового шока могут восприниматься иммунитетом как молекулярные паттерны, связанные с повреждениями DAMP. Белки теплового шока могут также передавать сигналы через рецепторы-поглотители , которые могут либо связываться с TLR, либо активировать провоспалительные внутриклеточные пути, такие как MAPK или NF- kB. За исключением SRA, который подавляет иммунный ответ. Как белки теплового шока попадают во внеклеточное пространство Белки теплового шока могут секретироваться из иммунных клеток или опухолевых клеток неканоническим путем секреции или путем без лидера, поскольку они не имеют лидерного пептида, который направляет белки в эндоплазматический ретикулум.
Неканонической секреции может быть похожа на ту, что имеет место для IL1 б , и индуцируется условиях стресса. Во время особых типов апоптотической гибели клеток например, вызванной некоторыми химиотерапевтическими средствами HSP также могут появляться на внеклеточной стороне плазматической мембраны. Существует дискуссия о том, как долго HSP может удерживать свой пептид во внеклеточном пространстве, по крайней мере, для hsp70 комплекс с пептидом довольно стабилен.
В активном сайте протеасомы содержится N-концевой остаток аминокислоты треонина [90] , боковая цепь которой содержит гидроксильную группу -OH , чей атом кислорода жаждет с кем-нибудь поделиться электронами. Этот кислород производит атаку — насильно делится электронной парой с атомом углерода в пептидной связи с образованием новой химической связи 1. Эта атака вынуждает углерод порвать связь с азотом, иначе электронов будет слишком много 2. Таким образом пептидная связь разрывается, и один фрагмент высвобождается 3. Второй фрагмент связан через кислород с треонином. Затем приходит вода и помогает отсоединить углерод от треонина, восстанавливается карбоксильная группа на фрагменте и освобождается активный центр протеасомы 4. Цикл может повторяться много раз. Несколько десятилетий интенсивных исследований выявили фундаментальную значимость протеасом практически для каждого клеточного процесса [91]. Ее работа влияет на клеточный цикл, рост и дифференцировку клеток, транскрипцию генов, передачу сигналов и апоптоз. Неправильное функционирование протеасом приводит к тому, что протеолитическая активность снижается и накапливаются поврежденные и неправильно свернутые белки. Поэтому предполагается, что снижение активности протеасом может быть центральным фактором при старении и возникновении множества заболеваний: сердечно-сосудистых, аутоиммунных и особенно нейродегенеративных [92] , [93]. Протеасома также вносит незаменимый вклад в систему адаптивного иммунитета, отвечая за генерацию пептидов для главного комплекса гистосовместимости I MHC I. Таким образом, нарушение активности протеасом будет влиять на работу иммунной системы [94]. Помимо угрозы жизненно важным функциям цитозольных процессов и органелл, накапливающиеся отходы также будут препятствовать круговороту аминокислот и убиквитинов, которые необходимы для жизнедеятельности клеток. Некоторые, но не все из этих последствий могут быть смягчены компенсаторными действиями других частей сети протеостаза. Молекулярная «пищеварительная система» Главный партнер в нелегком деле утилизации белковых отходов — система аутофагии [95]. Это сложный многогранный процесс, в ходе которого различные клеточные компоненты из цитоплазмы тем или иным образом отправляются на переваривание внутрь лизосом. Лизосомы представляют собой мембранные пузырьки с агрессивным кислым содержимым, которое химически разрушает то, что попадает внутрь. Таким образом, лизосомы по своей сути очень напоминают желудок, только на клеточном уровне. Внутри лизосом находится множество гидролитических ферментов-разрушителей, включая различные протеазы, режущие пептидные связи в белках. Мы помним, что протеасомы отвечают за деградацию отдельных белков. Аутофагия же предпочтительна для расщепления крупных цитоплазматических компонентов, которые зачастую попросту не помещаются в протеасому. Это могут быть белковые агрегаты, целые органеллы, липидные капли и даже бактерии. Клетки реализуют аутофагию по разным механизмам, отличающимся друг от друга способом доставки жертв в лизосому [96]. Наиболее характерной формой аутофагии является макроаутофагия в литературе ее часто называют просто аутофагией. Ее отличительная черта — постепенное поглощение клеточного материала мембранной структурой фагофором , которая затем, замыкаясь, образует аутофагосому рис. Зрелые аутофагосомы транспортируются в области, где находится много лизосом. В конечном итоге аутофагосомы сливаются с лизосомами, что приводит к расщеплению содержащихся внутри компонентов на мономерные составляющие. Рисунок 20. Макроаутофагия [91] , рисунок адаптирован Так макроаутофагия обеспечивает клетку строительными материалами во время дефицита питательных веществ, а также устраняет нежелательное клеточное содержимое. Рисунок 21. Селективная макроаутофагия обеспечивается рецепторами аутофагии — особыми белками, которые узнают полиубиквитинилированные мишени и способствуют их поглощению фагофором [91] , рисунок адаптирован Считается, что при недостатке питательных веществ или факторов роста аутофагия неселективна и, грубо говоря, направлена на деградацию любого цитозольного белка и других макромолекул, лишь бы обеспечить клетку питательными веществами. Тем не менее макроаутофагия также может избирательно утилизировать клеточные структуры, в том числе испорченные протеасомы и белковые агрегаты. Тогда такой процесс называют селективной макроаутофагией. В этом контексте она функционирует как важный защитный механизм, который может активироваться с помощью различных сигналов стресса [98]. Основными игроками тут являются белки-рецепторы макроаутофагии. Они специфично распознают жертву и крепко «привязывают» ее к зарождающемуся фагофору рис. В клетках человека неплохо изучен белковый рецептор макроаутофагии секвестосома-1 SQSTM1 , распознающая полиубиквитинированные белки и их агрегаты [99]. Критическая роль рецепторов макроаутофагии подчеркивается в недавних исследованиях. Было обнаружено большое число их мутантных форм при некоторых нейродегенеративных заболеваниях [100] , [101]. Этот тип селективной аутофагии белков до сих пор идентифицируют только в клетках млекопитающих [102]. Чтобы шаперон-опосредованная аутофагия заработала, цитозольный белок-мишень должен содержать особую пептидную последовательность из пяти аминокислот — мотив KFERQ. HSPA8 связывает жертву и направляет ее к лизосоме. Необычно то, как белок-жертва попадает внутрь лизосомы. Это происходит при участии особых белков LAMP-2A, которые пронизывают мембрану лизосомы и вместе могут формировать сквозной канал рис. Рисунок 22. Шаперон-опосредованная аутофагия. Когда белок теряет нативную конформацию, содержащаяся в нем аминокислотная последовательность KFERQ становится видимой 1. Эту последовательность узнает белок HSPA8 2. Связав клиента, HSPA8 тащит его к лизосоме. В середине этого комплекса формируется канал, через который развернутый белок протаскивается в полость лизосомы 4. В лизосоме этот белок расщепляется протеазами. Это позволяет расщеплять неважные в данный момент белки и направлять их аминокислоты для синтеза жизненно необходимых компонентов [103]. Другая важная функция CMA — контроль качества белка посредством избирательной деградации. CMA активируется в ответ на стрессовые факторы, которые вызывают разворачивание белка [104—106]. Однако при определенных патологических состояниях, например в результате генетических мутаций, могут накапливаться неправильно свернутые белки. В таком случае, даже самые отчаянные попытки предотвратить, перестроить или разрушить бракованные белки могут потерпеть неудачу. Тогда, в качестве последней защитной меры, клетка идет на компромисс, позволяя неправильно свернутым белкам делать то, что они так хотят — агрегировать. Однако происходит это под чутким контролем самой клетки, в результате чего получаются менее токсичные агрегаты [107]. Агрегация также изолирует потенциально опасные ненужные белки, так что в этом аспекте она является защитной и облегчает последующие действия по контролю протеостаза [108]. При делении клеток такие агрегаты асимметрично распределяются в одну из дочерних клеток, в результате чего другая дочерняя клетка освобождается от накопленного балласта [109] , [110]. Открытие и изучение этих агрегатов стало возможным благодаря развитию технологии визуализации живых клеток [111]. Она позволила отслеживать крупные молекулы в пространстве и времени в их естественной клеточной среде. При грамотном подходе, такой метод дает много информации о динамике и стадиях биологических процессов. Для визуализации используются хорошо видимые светящиеся флуоресцентные белки, которые сшивают с интересующим белком при помощи генной инженерии. Благодаря пришитому ярлыку, с помощью флуоресцентного микроскопа можно следить за белком внутри клетки [112] , [113]. Далее открывается пространство для научного творчества. Исследователь может всячески воздействовать на клетку например, вызывать накопление неправильно свернутых белков , а затем анализировать изменение свойств меченого объекта. Можно распознать изменение уровня синтеза белка по уровню флуоресценции или смену локализации белка, например, переброску из цитозоля в ядро. Также можно учитывать растворимость или взаимодействие с внутриклеточной средой. В самом конце XX века в клетках млекопитающих идентифицировали агресомы [114]. Это нерастворимые белковые агрегаты, образующиеся путем АТФ-зависимой транспортировки белков вдоль микротрубочек в область микротрубочкового организатора. В перемещении участвуют моторные белки динеины. Образование агресомы происходит с участием особого белка виментина, из которого формируется своеобразная клетка, заковывающая ядро из агрегированного белка рис 23. Рисунок 23. Фотографии клеток, полученные с помощью флуоресцентного микроскопа. Ядра окрашиваются бибензимидом — флуоресцентным красителем, который связывается с ДНК. Виментин окрашен с помощью флуоресцентно меченных антител. Агрегирующий белок был сшит в одну молекулу с зеленым флуоресцирующим белком GFP. На фото 1 можно наблюдать ядро и организацию виментина. Фото 2 отражает перестройку сетей виментина в кольцевые и сферические формы в ответ на агрегацию белка. Фото 3 и 4 показывают совместную локализацию виментина и белковых агрегатов. Также ненативные белки могут быть напрямую нацелены на агресому через кошаперон BAG3, который переносит их с Hsp70 прямиком на динеин [115]. Агресома накапливает и задерживает в себе потенциально цитотоксичные молекулы и в конечном итоге нацеливается на аутофагическую деградацию. Это приводит к тому, что агресомы образуют тельца включения при болезни Паркинсона их называют тельцами Леви , которые ведут к нарушению работы клетки. С 2008 года описано еще несколько типов агрегатных структур в клетках млекопитающих и дрожжей S. Формирование этих белковых агрегатов зависит от нескольких компонентов сети протеостаза, включая шапероны [121] , [122]. Недавние исследования на культурах клеток млекопитающих раскрывают неожиданную протеостазную значимость таких удивительных компонентов как ядрышки [123]. Ядрышки — это немембранные структуры внутри ядра, которые обособляются от жидкой среды ядра благодаря фазовому разделению [124] , [125]. В этом смысле они схожи с каплями масла, плавающими в супе. Только вот состоят ядрышки не из масла, а из белков и РНК, и выполняют очень важную функцию — производство рибосом. И вот оказывается, жидкий периферический слой ядрышек гранулярный компонент служит в качестве депо для неправильно свернутых белков в условиях клеточного стресса. Эта нетривиальная роль ядрышек особенно важна ввиду того, что ядерный протеом обогащен белками, содержащими неструктурированные домены [126]. В итоге, текущие успехи в области белковых агрегатов убедительно доказали, что агрегация белка в клетке не случайна и иногда хорошо контролируется. Постепенное изучение пространственного протеостаза заставляет по-новому взглянуть на то, как клетка управляет различными видами неправильно свернутых белков. Однако, несмотря на неоспоримые достижения, молекулярные детали всех этих процессов пока что носят статус «всё сложно». Свистать всех наверх! Для того чтобы грамотно реагировать на эти катаклизмы, клетки организовали многочисленные сигнальные пути. Благодаря им, появляется возможность регулировать внутриклеточные биохимические процессы, приспосабливаясь к окружающей обстановке: влиять на экспрессию генов, увеличивать или уменьшать продукцию необходимых компонентов, модулировать активность ферментов и т. Такой принцип работает и в сети протеостаза. При благоприятных конформационных условиях необходимость в контроле качества белка снижается, соответственно сеть протеостаза может отдохнуть. Напротив, в условиях конформационного стресса возникает нужда в быстрой мобилизации многих компонентов сети. Специально для этого в клеточной программе прописан путь стресс-ответной реакции на несвернутые белки unfolded protein response, UPR. Ассортимент реализующих стресс-реакцию компонентов определяется местом, в котором она развивается. Например, в цитоплазме UPR главным образом протекает через белок Hsf1. Когда в белковой жизни все спокойно, Hsf1 находится в спящем состоянии из-за связывания с шаперонами [127]. При конформационном стрессе шапероны идут на работу с ненативными белками и освобождают Hsf1, позволяя ему начать свою работу рис. Свободный Hsf1 идет в ядро и стимулирует работу широкого спектра генов, кодирующих компоненты сети протеостаза. В результате увеличивается количество шаперонов, участников протеасомных путей и т. Когда ситуация стабилизируется, Hsf1 снова «засыпает» в объятиях шаперонов [128]. Рисунок 24. Hsf1 в покое и на работе. При благоприятных условиях Hsf1 находится в неактивном состоянии в компании шаперонов 1. Когда случается белковый стресс, шапероны мобилизуются на обработку ненативных белков 2 , а освободившийся Hsf1 проникает в ядро и там связывается с определенными участками на ДНК 3. Таким образом, он работает в качестве транскрипционного фактора, стимулируя транскрипцию генов, важных для PN 4. И хотя сами компоненты стресс-ответа в разных местах отличаются, цели этих реакций схожи: повышение качества компонентов сети протеостаза и уменьшение количества бракованных белков. То, как протекает стресс-ответ на развернутые белки в ЭПР, очень хорошо изучено [129] , [130]. Он состоит, по крайней мере, из трех ветвей, которые регулируют работу многочисленных генов, тем самым поддерживая протеостаз или, в крайнем случае, активируя апоптоз. Эта часть сигнальной системы очень важна ввиду того, что подавляющее большинство белков, которые клетка экспортирует наружу или выводит на клеточную поверхность, сначала попадают в ЭПР. Здесь они принимают рабочую конформацию и всячески модифицируются. Кроме того, ЭПР обширен, что позволяет ему взаимодействовать с другими мембранными структурами клетки [131]. Таким образом, ЭПР имеет хорошие возможности для определения клеточных возмущений и корректировки сигнальных путей. Митохондриальный ответ на развернутые белки UPRmt был описан гораздо позже, и многие нюансы тут пока не ясны [132]. Длительный стресс После восстановления протеостаза сигнальные UPR-пути подавляются, чтобы клетки могли должным образом реагировать на будущий стресс. Поэтому пути реагирования разработаны так, чтобы временно активироваться до нужной величины, соответствующей уровню нарушений и позволяющей эффективно восстановить протеостаз. Но сигнальная система может сбиться под действием длительного стресса или частых активаций в течение долгого времени. Исследования обращают внимание на непредсказуемость длительной активации белкового стресса [133]. При старении или некоторых заболеваниях UPR успешно активируется, но очиститься от неправильно свернутых и агрегированных белков у клеток не получается. Стрессовая сигнализация продолжает бить тревогу, и из-за этого «шума» клетки становятся менее чувствительными к дополнительным стрессорам. Кроме того, долговременное воздействие белкового стресса может пагубно сказываться на самой работе UPR [134] , [135]. Воздействия, усиливающие стресс-ответные реакции, могут иметь прикладное терапевтическое значение, благодаря уменьшению клеточных повреждений, накапливающихся при старении и конформационных заболеваниях [136]. Однако чтобы использовать такой подход, нам необходимо научиться предсказывать пока мало понятные последствия длительной активации стресс-ответных реакций. Более серьезно о токсичности агрегатов Различные состояния белков сосуществуют в сложном равновесии рис. Склонение чаши весов в такой системе будет определяться многими параметрами, например аминокислотной последовательностью конкретного белка, взаимодействиями с молекулярными шаперонами, процессами деградации и другими механизмами управления белковой жизнью. Рисунок 25. Многообразие функциональных форм белков и их агрегатов [5] , рисунок адаптирован Хотя белки и их биологическая среда совместно эволюционировали, чтобы поддерживать здоровое состояние, всё же белки не утратили свою конформационную хрупкость. Поэтому они сохраняют способность терять нативную структуру и собираться в трудноизлечимые агрегаты, в том числе прочные нитевидные амилоиды. Мы помним, что энергетически это очень выгодно для белка, но физиологически очень неприятно для клетки.
По словам разработчиков, препарат успешно прошел доклинические испытания. И сейчас вполне целесообразно переходить на этап клинических исследований. Однако научное сообщество не склонно считать данную разработку сенсацией. В мировой научной литературе описано уникальное свойство данного белка — он синтезируется при ответе клетки на любой стресс и является одним из эндогенных клеточных белков, которые регулируют деятельность клетки в этих нестандартных условиях. Но помимо прочих свойств, есть одно очень важное: БТШ может участвовать в предоставлении антигенов для иммунной системы. То есть он облегчает задачу по выводу антигенов на клеточную поверхность, чтобы их могла увидеть иммунная система. Лимфоциты активируются, когда видят эти антигены. Если речь идет об опухолевой клетке, она приобретает особые опухолевые антигены, которые могут быть распознаны, и эта клетка будет убита собственной иммунной системой организма. На этом строится внутренняя защита организма. В этом участвует белок теплового шока. Но целый ряд опухолей избегает, ускользает от подобного воздействия, развивается рак. А вот если белок получить с помощью биотехнологий, то его можно извне ввести в организм и усилить этот процесс представления опухолевых антигенов, увеличить ответ иммунной системы на перерожденные раковые клетки и вылечить рак. Андрей Панченко : Работы в этом направлении ведутся уже почти 30 лет. БТШ-70 обладает иммуногенным действием, что пытаются использовать для создания противоопухолевых вакцин. Основано это на способности БТШ-70 связывать опухолевые белки и «обучать» иммунную систему бороться против опухолевых клеток. Из описания, которое приводят в НИИ ОЧБ, следует, что синтезируется белок, лишенный опухолевых антигенов, что вызывает вопросы в механизмах иммунного ответа в отношении опухоли определенного вида и применении препарата, поскольку иммунный ответ обладает специфичностью, а белок — нет. Кроме того, у БТШ-70 есть одна очень неприятная особенность довольно прочно связываться с бактериальным липополисахаридом ЛПС из микробных клеток, в которых его и нарастили. Именно ЛПС создает все эти противоопухолевые свойства - он активирует врожденный иммунитет и посредством этого усиливает и противоопухолевые иммунные ответы. На любые опухоли. Но проблема в том, что он токсичен, пирогенен и вызывает шок. Сегодня иммунотерапия опухолей в стадии активных исследований, есть успехи в лечении меланомы, однако этого нельзя сказать в отношении других опухолей. БТШ-70 действительно есть в мембранах всех клеток. Его повышенный уровень обнаружен во многих опухолевых клетках, в частности при раке молочной железы. Однако некоторые опухоли продуцируют этот белок в меньшей степени, чем нормальные ткани, например рак почки или шейки матки. Александр Ищенко : Безусловно. Механизм, хорошо работающий на животных, может иметь свои особенности при работе с людьми. И это надо иметь в виду. Кроме того, в ходе исследований мы модифицировали БТШ связыванием его с супермагнитными наночастицами.
Новые методы лечения рака: белки теплового шока
| Клиническая Нефрология » Защитное действие белков теплового шока при заболеваниях почек | МОСКВА, 18 сен – РИА Новости. Связь между структурой гена, кодирующего белок теплового шока, и течением ишемического инсульта обнаружили специалисты БелГУ в составе научного коллектива. |
| Найден ген, отвечающий за тяжесть инсульта - | Белки теплового шока являются основными молекулярными маркерами как непосредственно теплового шока, так и практически любого экзогенного стресса. |
| «Космическое» российское лекарство от всех видов рака будет доступным // Новости НТВ | Белки Теплового Шока ДЖАФАРОВ РАШИД ДЖАХАНГИР Общие представления Что же такое БТШ? Главной задачей живых клеток является выживание. Для выживания клетки в период воздействия вредных условий вовлекаются несколько механизмов. Одним из наиболее. |
Что такое белки теплового шока (БТШ70)
- Как лечить белок теплового шока к хламидиям - Вопрос гинекологу - 03 Онлайн
- Содержание
- Передовое общество
- Как лечить белок теплового шока к хламидиям
- EMFace: влияние белков теплового шока на ремоделирование миофасциального каркаса | Портал
Антитела к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (Anti-cHSP60), IgG
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. Чтобы идентифицировать молекулярные изменения, лежащие в основе морфологической трансформации от клеток-предков овальной формы к палочковидным клеткам, ученые исследовали транскриптомы анаэробной линии, у которой выросли самые большие скопления. Hsp90 был выбран в качестве белка особого интереса, поскольку он участвует в заключительных стадиях сворачивания специализированных белков, которые включают факторы транскрипции и киназы, и, таким образом, контролирует их активность посттрансляционно.
Так, он может модифицировать взаимосвязь генотип-фенотип, изменяя активность ключевых путей развития.
С ними мы скрещиваем других животных, у которых такая генетическая модель, которая приводит к повышенной выработке белков теплового шока. Их потомство будет иметь в себе и те или иные признаки. И вот именно у них мы будем стараться найти, что переборет», пояснил эксперт.
Предварительные результаты можно будет ожидать осенью текущего года.
Причем эти варианты встречались в генах, находящихся под сильным давлением очищающего отбора и потому наименее подверженных вредным мутациям. Этот белок входит в семейство белков теплового шока DNAJ HSP40 , осуществляющих фолдинг только что синтезированных полипептидов и очистку клетки от разрушенных белков. Недостаток DNAJ-белков приводит к нарушениям фолдинга, агрегации аберрантных белков и повреждениям нейронов. Таким образом, в данной работе ученые не только подтвердили вклад уже известных генных вариантов в развитие БАС, но и выявили новый ген, связанный с заболеванием.
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. Прежде всего, речь идет о получении аминокислот для построения новых белков. С другой стороны, аутофагия может быть древнейшей системой защиты клеток от «вторжения извне», если вместе с частью цитоплазмы будут захвачены вирусы или другие внутриклеточные паразиты. Могут ли самопереваривание при помощи аутофагии и починка при помощи БТШ уживаться друг с другом? Есть ли контроль одного процесса со стороны другого? Существует ряд работ, посвященных этой проблеме. Например, недавно была показана роль HSP70 в развитии аутофагии в клетках сердца кардиомиоцитах см. Attenuating heat-induced cellular autophagy, apoptosis and damage in H9c2 cardiomyocytes by pre-inducing HSP70 with heat shock preconditioning. Судя по всему, БТШ могут смягчать проявления аутофагии в определенных условиях. 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.
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
Усиление стресса Производство высоких уровней белков теплового шока также может быть вызвано воздействием различных стрессовых условий окружающей среды, таких как инфекция , воспаление , физические упражнения, воздействие на клетку вредных материалов этанол , мышьяк и следы металлов , среди многих других , ультрафиолетовое излучение, голодание , гипоксия кислородное голодание , дефицит азота у растений или недостаток воды. Как следствие, белки теплового шока также называют стрессовыми белками, и их активация иногда описывается в более общем плане как часть стрессовой реакции. Механизм, с помощью которого тепловой шок или другие факторы стресса окружающей среды активирует фактор теплового шока, был определен на бактериях. 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, протеазой внутренней мембраны , 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 обнаружил , что в дрозофилы мягкий тепловой шок предварительной обработки , который индуцирует теплового шока экспрессию гена и значительно повышает выживаемость после последующей температуры выше теплового шока в первую очередь влияет перевод на матричную РНК , а не транскрипции РНК. 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 сопровождающего 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 формы белка 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 белка. Управление Белки теплового шока также возникают в нестрессовых условиях, просто «контролируя» белки клетки. Некоторые примеры их роли в качестве «мониторов» заключаются в том, что они переносят старые белки в «мусорную корзину» клетки протеасому и помогают правильно складываться вновь синтезируемым белкам.
Эти действия являются частью собственной системы восстановления клетки, называемой «клеточной стрессовой реакцией» или «реакцией на тепловой шок». Недавно 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-сосудистые Белки теплового шока, по-видимому, играют важную роль в сердечно-сосудистой системе. Сообщалось , что Hsp90, hsp84 , hsp70, hsp27 , hsp20 и альфа-B-кристаллин играют роль в сердечно-сосудистой системе. Hsp90 связывает как эндотелиальную синтазу оксида азота, так и растворимую гуанилатциклазу , которые, в свою очередь, участвуют в расслаблении сосудов.
Krief et al. Gata4 - важный ген, ответственный за морфогенез сердца. Он также регулирует экспрессию генов hspb7 и hspb12.
Истощение Gata4 может приводить к снижению уровней транскриптов hspb7 и hspb12, и это может приводить к сердечным миопатиям у эмбрионов рыбок данио, как наблюдали Gabriel et al.
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. Финальный этап конструирования выполнит компания-партнёр «Евроген». Задача на этот год — получить и прогенотипировать такое животное, после чего сможем приступить к следующему этапу — технологии выделения в чистом виде белка теплового шока, его верификации и фармакологическим исследованиям для фармацевтических целей, — подчеркнул профессор Покровский.
Этот белок входит в семейство белков теплового шока DNAJ HSP40 , осуществляющих фолдинг только что синтезированных полипептидов и очистку клетки от разрушенных белков. Недостаток DNAJ-белков приводит к нарушениям фолдинга, агрегации аберрантных белков и повреждениям нейронов. Таким образом, в данной работе ученые не только подтвердили вклад уже известных генных вариантов в развитие БАС, но и выявили новый ген, связанный с заболеванием. Источник Farhan, S.
Влияние бани на продолжительность жизни усиливается применением бани в дни голода, так как аутофагия переваривание организмом внутриклеточного мусора это тоже сильнейший инструмент, для востановления, оздоровления и омоложения организма. 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.
Anti-cHSP60-IgG (Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis)
БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, РАЗВИТИЕ ТРОМБОТИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ И ПЕПТИДНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНОМА (обзор литературы и собственных данных). Хламидийный белок теплового шока ответственен за развитие различных иммунопатологических процессов, которые могут привести к хроническому инфекционному заболеванию. Наличие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза.
Применение белков теплового шока в клинической онкологии
Наличие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. Белки теплового шока (англ. HSP, Heat shock proteins) — это класс функционально сходных белков, экспрессия которых усиливается при повышении температуры или при других стрессирующих клетку условиях.[1] Повышение экспрессии генов. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, РАЗВИТИЕ ТРОМБОТИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ И ПЕПТИДНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНОМА (обзор литературы и собственных данных). Ученые остановили старение клеток человека с помощью белков "бессмертных" тихоходок Американские биологи из Университета штата Вайоминг и других научных учреждений выяснили, что произойдет при введении белков тихоходок в человеческие. Белки теплового шока являются основными молекулярными маркерами как непосредственно теплового шока, так и практически любого экзогенного стресса. БТШ72 и БТШ90 — измеряли при остром и хроническом воспалениях.
Белки теплового шока
Сначала зоологи провели оценку гематологических показателей медведей. По повышенным уровням гемоглобина и гематокрита ученые выявили обезвоживание у медведей во время спячки. При оценке свертывающей функции крови ученые обнаружили, что во время спячки время образования сгустка при активации внутреннего пути свертывания увеличивается по сравнению с бодрствующими особями. Упругость сгустка была незначительно снижена в зимнее время. Количество фактором свертываний было одинаковым для обоих состояний, зимой лишь немного снижалась их активность. Ученые решили сосредоточиться на тромбоцитарном гемостазе, поскольку обнаружили, что концентрация естественного эндотелиального ингибитора агрегации тромбоцитов простациклина зимой снижается. В целом тромбоцитов и нейтрофилов в крови медведей зимой было меньше, чем летом. Агрегация тромбоцитов зимой также снижалась, при этом она еще больше снижалась при стимуляции фибриллярным коллагеном и низкими дозами тромбина. Аденозиндифосфат, аналог тромбоксана A и пептид, активирующий рецептор тромбина, меняли форму тромбоцитов, но не вызывали агрегацию. Так как при агрегации из тромбоцитов высвобождаются гранулы с фибриногеном, ученые исследовали активность этого процесса.
Зимой высвобождение гранул под действием коллагена и тромбина проходило не так активно, как летом. Чтобы изучить этот феномен ученые проанализировали медвежий геном и протеом.
Мы рассчитываем на поддержку Минпромторга или Минздрава», — сообщил профессор.
Он отметил, что в случае выделения достаточного объема средств новый препарат может появиться в больницах уже через 3-4 года. К сожалению, быстрее не получится — это серьезное исследование. То есть с учетом финальной стадии доклинических исследований пациенты получат новое лекарство через три-четыре года», — пояснил Андрей Симбирцев.
Москва, Иван Гридин Москва. Другие новости 02. Их планируют обязать платить взносы на медобслуживание.
Врачи были в шоке и не решались к нему подойти.
Конституциональные БТШ синтезируются в клетке постоянно под действием факторов роста, гормонов , для их активации не требуется воздействия на клетку повреждающего фактора, т. Данные, полученные in vivo, свидетельствуют о том, что разделение БТШ на конституциональные и индуцибельные в человеческом организме достаточно условно, т. Цитопротекторные свойства БТШ Как цитопротекторные свойства БТШ, так и их роль в процессах нормальной жизнедеятельности клетки во многом определяются тем, что эти белки являются шаперонами. Шапероны находятся почти во всех органеллах и цитоплазме. БТШ связываются с растущим полипептидом, как только он отделяется от рибосомы. Это удерживает растущую молекулу в конформации, предотвращающей случайную преждевременную укладку и способствующей переносу полипептида в митохондриальное пространство. В компетенции БТШ-шаперонов находятся временное связывание и облегчение скручивания незрелых пептидов в процессе трансляции, облегчение транспорта белков вдоль мембран органелл, разработка олигомерных белковых комплексов, контроль биологической активности регуляторных белков в т.
Ряд БТШ например, БТШ-90 и БТШ-70 , будучи компонентами апорецепторных комплексов стероидных гормонов, посредством шаперонного механизма обеспечивают поддержание стероидных рецепторов в конформационном состоянии, необходимом для взаимодействия с гормонами. Именно шаперонно-кошаперонные комплексы помогают вновь сформированной полипептидной цепочке проходить фолдинг, восстанавливают поврежденные белки рефолдинг , а при невозможности восстановления направляют их в протеиназные комплексы. Таким образом, синтез БТШ в ответ на различные повреждающие факторы, в т. Повышение экспрессии БТШ внутри клетки обеспечивает стабилизацию и восстановление поврежденных белковых молекул и оптимальный баланс между синтезом и деградацией белков. Это приводит к повышению резистентности клеток к стрессу. Вместе с тем БТШ могут высвобождаться во внеклеточную среду или экспрессироваться на поверхности клеток, и в этом случае их особая протективная роль заключается в контроле воспалительного иммунного ответа [12]. Пептидные последовательности микробных БТШ-60 и -70 являются основными эпитопами, стимулирующими противоинфекционный иммунный ответ. Это может означать, что БТШ — потенциальные кандидаты для молекулярной мимикрии и могут распознаваться иммунной системой как потенциально патогенные антигены, т. Данные о повышении уровня БТШ-60 и -70 или антител к ним в сыворотке крови при аутоиммунных заболеваниях — ревматоидном артрите, системной красной волчанке, дерматомиозите, склеродермии, сахарном диабете, нефрите, а также при трансплантации органов, свидетельствуют в пользу этого предположения [15—20].
В исследовании Н. Мухина и соавт. В дальнейшем регуляторный эффект БТШ был подтвержден в эксперименте и при других аутоиммунных заболеваниях: энцефаломиелите, коллаген-индуцированном артрите и диабете I типа [15, 18]. Установлено, что эпитопы собственных БТШ, экспрессируемых в очаге воспаления, распознаются Т-клетками. Противовоспалительный ИЛ-10 одним из первых выделяется регуляторными клетками в очаге воспаления и является основным стрессорным цитокином, опосредующим многие иммунорегуляторные эффекты БТШ. Так, преиммунизация экспериментальных животных БТШ-60 и -70 приводила к повышению числа продуцирующих ИЛ-10 Т-регуляторных клеток в очаге воспаления [25]. Под воздействием БТШ продукция противовоспалительных цитокинов увеличивается не только в Т-лимфоцитах, но и в мононуклеарных клетках — моноцитах и дендритных клетках [27]. В частности, Caldas C. Снижение способности клеток к экспрессии БТШ может вызывать потерю резистентности к хроническим воспалительным заболеваниям и, наоборот, повышенная экспрессия БТШ в ответ на повреждение способствует эффективной иммунорегуляции.
Противовоспалительный потенциал БТШ при заболеваниях почек мало изучен. Выявлено повышение внеклеточной экспрессии БТШ при экспериментальном нефрите, а также у больных с различными формами нефрита [29, 30]. Исследование Marzec L. При этом выраженное уменьшение моноцитарной экспрессии БТШ-72 отмечено у пациентов с терминальной ХПН, что сочеталось с развитием системного воспаления [31]. Роль БТШ в регуляции апопотза Апоптоз — высокорегулируемая форма программированной смерти клетки с характерными морфологическими и биохимическими признаками. Расшифровка механизмов апопотоза явилась важным этапом в толковании не только смерти клеток, но и патогенеза многих болезней, в т. Благодаря апоптозу поврежденные, завершившие свой жизненный путь и нежелательные клетки удаляются из организма без нарушения клеточного микроокружения. Для распространения стимулов апоптоза необходимо, чтобы инициирующие сигналы были восприняты и переданы эффекторным системам, ответственным за гибель клетки. Наиболее древним регулятором гибели клеток млекопитающих является протоонкоген bcl-2, впервые выделенный из В-клеток фолликулярной лимфомы.
БТШ оказывают антиапоптотическое действие подобно белку bcl-2 [32]. Обсуждается несколько механизмов, посредством которых БТШ главным образом семейство БТШ-70 участвуют в регуляции клеточной гибели. Во-первых, БТШ защищают генетический аппарат клетки. Показано, что они обладают способностью связываться с хроматином и ядерными белками, таким образом предохраняя клетку от апоптоза [5]. В поврежденной клетке они распределяются преимущественно в участках деконденсированной, нуклеазодоступной ДНК. Во-вторых, БТШ способны связываться с цитохромом С, аномально локализованным в цитоплазме поврежденных клеток [33]. В-третьих, отдельные БТШ обладают свойством взаимодействовать со стресс-активируемыми протеинкиназами, которые участвуют в инициации программированной клеточной гибели [32]. Кроме того, установлено, что БТШ-70, накапливаясь в клетке, способен образовывать комплексы с другими клеточными белками, в которые помимо полипептидов с нарушенной структурой включаются вполне нормальные, активные белки, в частности белки — составляющие NF-kB [7]. Взаимодействие с БТШ-70 задерживает эти регуляторные белки в цитоплазме и поэтому временно откладывает исполнение их основной функции — контроля над экспрессией ряда генов.
Этот факт позволяет объяснить отдельные этапы процесса активации иммунных клеток и роль БТШ-70 в клеточной защите от некоторых цитотоксических факторов, например фактора некроза опухоли ФНО , а также самостоятельный, связанный с БТШ-70 путь регуляции апоптоза. Белки теплового шока в системе самозащиты почки В ткани почки в норме экспрессируются ряд БТШ, уровень которых изменяется при ряде острых и хронических заболеваний почек. БТШ-90 взаимодействует со многими белками клетки, включая протеинкиназы и стероидные рецепторы, регулирует их кинетику и активность [34]. Небольшая экспрессия БТШ-90 отмечена в петле Генле, подоцитах, париетальном эпителии Боуменовой капсулы, в эндотелиальных и интерстициальных клетках, свидетельствуя о том, что этот протеин выполняет и другие функции в клетках почек. В частности, показано, что БТШ-90 участвует в поддержании нормального почечного кровотока и влияет на скорость клубочковой фильтрации СКФ , регулируя синтез оксида азота, зависимого от эндотелиальной NO-синтазы. Так, в исследовании V. Ramirez et al. Показано, что экспрессия этого белка повышается в клетках канальцев после ишемического повреждения [37], а также при токсической острой почечной недостаточности ОПН [38]. Обсуждается роль БТШ-90 как компонента протективной системы, обеспечивающей регенерацию поврежденных и дифференциацию новых тубулярных клеток.
При нефрите с полулуниями у человека также отмечено повышение экспрессии БТШ-90 в цитоплазме пролиферирующих клеток полулуний [39]. В целом публикации о БТШ-90 при заболеваниях почек немногочисленны, для уточнения его нефропротективной роли необходимы дальнейшие исследования. БТШ-70 участвуют в формировании структуры вновь синтезированных нативных белков, восстановлении частично денатурированных белков и в деградации необратимо поврежденных белковых молекул. БТШ-70 могут взаимодействовать со структурами цитоскелета и участвовать в транспорте белков через внутриклеточные мембраны в органеллы, а также в расщеплении белковых агрегатов [34]. В семейство БТШ-70 входят белки с молекулярной массой 73 и 72 кДа. БТШ-73 — главный конституциональный белок семейства, в норме он экспрессируется во всех зонах почечной ткани. В ткани почки крыс установлена его экспрессия подоцитами, клетками Боуменовой капсулы, эпителием проксимальных канальцев, собирательных трубочек, а также в папиллярном эпителии и интерстиции. У человека БТШ-73 синтезируется преимущественно клетками дистальных канальцев, в меньшей степени — проксимальных [40]. При экспериментальном PAN-нефрозе модель нефрита с мининальными изменениями МИ и фокального сегментарного гломерулярного гломерулосклероза ФСГС выявлено усиление внутриклеточной экспрессии БТШ-73 в мезангии, эпителиальных клетках проксимальных, дистальных канальцев, петли Генле, собирательных трубочек.
Также обсуждается, что БТШ-73 выполняет функцию защиты мезангиоцитов от апоптоза, т. При экспериментальной ОПН выявлена усиленная экспрессия БТШ-73, главным образом в проксимальных канальцах — основном месте повреждения [37]. БТШ-72 синтезируется в почке преимущественно в ответ на повреждение индуцибельный белок , однако его экспрессия выявлена и в норме. Особенность его внутрипочечного распределения вдоль кортикопапиллярных областей свидетельствует об участии этого белка в адаптации клеток мозгового слоя к высокой внеклеточной концентрации солей и мочевины — гипертоническому стрессу. БТШ-72 стабилизирует внутриклеточные белки и, таким образом, уменьшает денатурирующий эффект гипертонической среды [34]. Экспрессия этого белка резко возрастает при ишемической ОПН. Обсуждается, что при ОПН БТШ-72 участвует в деградации необратимо поврежденных белков, в восстановлении структуры частично денатурированных белков, способствует восстановлению цитоскелета и клеточной полярности [4]. Экспрессия БТШ-72 усиливается в месте повреждения — в корковом слое почки, однако снижается во внутреннем мозговом слое. Это объясняется уменьшением осмолярности мочи в мозговом слое при повреждении и, следовательно, снижением влияния осмотического стресса в этой зоне [43].
Mueller T. Резкое повышение экскреции БТШ-72 отмечено в первые часы после операции, что отражает мобилизацию защитных механизмов в ответ на ишемическое повреждение тубулярного эпителия. Прогностически неблагоприятным признаком в данном исследовании было уменьшение уровня БТШ-72 в моче, коррелирующее с уровнем гиперкреатининемии и указывающим на тяжесть ишемического повреждения почечного трансплантата. Изменения экспрессии БТШ-72 выявлены среди больных хронической почечной недостаточностью. Так, Dinda A. Среди пациентов на диализе экспрессия БТШ была еще выше, что, по-видимому, связано с дополнительными факторами повреждения канальцев токсическими экзогенными химическими соединениями [40].
Keywords: secretion, heat shock proteins, exosomes, lysosomes, lipid rafts. Белки теплового шока БТШ, hsp длительное время считали исключительно внутриклеточными белками, однако, в последние годы накопились экспериментальные данные, свидетельствующие о выходе БТШ из клеток [1, 2] и участии экстраклеточных БТШ в процессах формирования врожденного и приобретенного иммунитета, в том числе и противоопухолевого [3, 4]. Эти данные, в основном, получены при изучении стрессовых воздействий на клетки [2], а также при ряде заболеваний и травматических повреждениях клеток и тканей [5, 6]. Механизм секреции БТШ70 является недостаточно изученным на сегодняшний момент. Известно, что БТШ не способны использовать классический путь секреции белков. БТШ70, например, не содержит N-концевого лидерного пептида, необходимого для котрансляционного транспорта секреторных белков в ЭПР и далее — в аппарат Гольджи. Hsp96 БТШ 90-го семейства , являющийся резидентным белком ЭПР, содержит лидерный пептид, необходимый для транслокации белка в ЭПР, однако наличие «заякоривающей» аминокислотной последовательности предотвращает его секрецию в экстраклеточное пространство [8]. В литературе встречаются противоречивые данные, касающиеся механизмов секреции БТШ70. Показано, что некоторые клеточные линии секретируют БТШ70 по неклассическому пути в составе секреторных везикул. Анализируя литературные данные, можно заключить, что конкретные механизмы неклассической секреции могут быть видо- или ткане-специфическими. В работе, проведенной на одноядерных клетках крови человека, показано, что секреция БТШ70 осуществляется в составе экзосом [10]. Другой исследовательской группой продемонстрировано, что перевиваемые клетки аденокарциномы простаты секретируют БТШ70 посредством лизосом, но не экзосом [2]. О секреции hsp96 в литературе практически нет данных. Ранее мы показали, что клетки фибробластов ВНК-21 секретируют hsp96 в обход классического пути [11]. Цель настоящей работы заключалась в исследовании механизмов секреции hsc73, hsp72 конститутивная и индуцибельная изоформа БТШ70, соответственно и hsp96 опухолевыми клетками перевиваемых клеточных линий А172 глиобластома человека и НТ1080 фибросаркома человека. После этого клетки отмывали и культивировали в среде DMEM без сыворотки.
Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь
Также можете поискать нужную информацию в похожих вопросах на этой странице или через страницу поиска по сайту. Мы будем очень благодарны, если Вы порекомендуете нас своим друзьям в социальных сетях. Медпортал 03online.
Мы упаковали сверхчистый белок в капиллярные трубочки и отправили их на МКС.
За шесть месяцев полета в трубочках сформировались идеальные кристаллы, которые были спущены на землю и проанализированы в России и Японии». По словам Уйбы, в мире «давно бьются вокруг этого белка, но мы первыми получили кристалл в космосе, и нужно воспользоваться этим преимуществом». Картина дня.
Здоровье и благополучие физиологии человека зависят от поддержания трехмерного качества белков. Когда белки теряют целостность своей формы или бесцельно задерживаются между клетками, негативные последствия для здоровья становятся экстремальными. Представьте себе автобус, полный тридцати детей школьного возраста, которые отправляются на увлекательную экскурсию в холодный февральский день. Если за детьми будет один взрослый сопровождающий, некоторый порядок будет поддерживаться, но обеспечить, чтобы все зимние пальто были застегнуты на молнии, надеты варежки, завязаны шапки и так далее, будет сложно. Добавьте еще троих взрослых, и вдруг о многих детях будет специально заботиться, зимняя одежда крепится с большей легкостью, а больше детей защищено от холода. Представьте, если бы на каждого ребенка был один взрослый сопровождающий, то все куртки застегнуты, варежки надеты, и все дети защищены от холода! HSP играют очень похожую роль в физиологии человека в отношении их функции молекулярных шаперонов: для обеспечения того, чтобы белки и пептиды сохраняли свою форму и назначение. Все части здоровья и хорошего самочувствия улучшаются, когда количество производства HSP увеличивается. Что мы можем сделать, чтобы увеличить количество и регулярную секрецию HSP в нашем организме?
К счастью, сегодня лучшее время в истории, чтобы сделать выбор в пользу образа жизни, который поддерживает выработку HSP в организме: среди наиболее эффективных инструментов, доступных сегодня, — инфракрасная сауна широкого спектра действия. Инструменты для увеличения количества белков теплового шока в организме: древняя традиция термальной терапии Наши предки создавали и использовали различные формы термальной терапии на протяжении веков.
Эндогенные протективные медиаторы могут изменять течение патологического процесса в почке, в связи с этим они представляют особый интерес для понимания основных закономерностей прогрессирования поражения почек и как объект — для разработки новых путей воздействия с целью предупреждения развития фиброза в почке. Настоящий обзор посвящен одному из компонентов системы самозащиты почки — белкам теплового шока БТШ. Авторами анализируются нарушения функционирования БТШ при различных заболеваниях почек, в т. Laskey в 1978 г. По своей сути шапероны — белки, облегчающие фолдинг, рефолдинг, сборку и разборку других белков и макромолекулярных комплексов. Шапероны, синтез которых активируется стрессорными факторами, обозначают как стресс-белки. Если стрессорным фактором является тепловой шок, такие белки называют белками теплового шока БТШ, англ. БТШ являются высококонсервативными белками и обнаруживаются во всех организмах — от бактерий до человека.
Они выполняют фундаментальную защитную роль — облегчают образование вторичной и третичной структур других белков, а также участвуют в процессах репарации или элиминации токсических для клетки неправильно свернутых или денатурированных белков [7, 8]. Своим названием БТШ обязаны истории их открытия. В 1962 г. Ritossa обнаружил вздутия пуфы в структурных единицах хромосомы слюнной железы мушки Drosophila, перенесшей воздействие высоких температур. В 1974 г. Tissieres et al. Индуцированные умеренным прогреванием тела, эти белки обеспечивали транзиторную толерантность к высоким, обычно летальным, температурам. Позже было установлено, что синтез БТШ индуцируется не только при повышении температуры, но и при многих других неблагоприятных воздействиях, таких как добавление к клеткам органических растворителей, тяжелых металлов, оксидантов, а также под влиянием некоторых гормонов и ростовых факторов. Показано, что при повышенной экспрессии БТШ растет резистентность не только к высоким температурам, но и к воспалению, гипоксии, ишемии, токсинам и свободным радикалам. В связи с этим БТШ относят к стресс-белкам [9].
Виды белков теплового шока, их структурно-функциональная характеристика По характеру синтеза БТШ подразделяются на коституциональные и индуцибельные. Конституциональные БТШ синтезируются в клетке постоянно под действием факторов роста, гормонов , для их активации не требуется воздействия на клетку повреждающего фактора, т. Данные, полученные in vivo, свидетельствуют о том, что разделение БТШ на конституциональные и индуцибельные в человеческом организме достаточно условно, т. Цитопротекторные свойства БТШ Как цитопротекторные свойства БТШ, так и их роль в процессах нормальной жизнедеятельности клетки во многом определяются тем, что эти белки являются шаперонами. Шапероны находятся почти во всех органеллах и цитоплазме. БТШ связываются с растущим полипептидом, как только он отделяется от рибосомы. Это удерживает растущую молекулу в конформации, предотвращающей случайную преждевременную укладку и способствующей переносу полипептида в митохондриальное пространство. В компетенции БТШ-шаперонов находятся временное связывание и облегчение скручивания незрелых пептидов в процессе трансляции, облегчение транспорта белков вдоль мембран органелл, разработка олигомерных белковых комплексов, контроль биологической активности регуляторных белков в т. Ряд БТШ например, БТШ-90 и БТШ-70 , будучи компонентами апорецепторных комплексов стероидных гормонов, посредством шаперонного механизма обеспечивают поддержание стероидных рецепторов в конформационном состоянии, необходимом для взаимодействия с гормонами. Именно шаперонно-кошаперонные комплексы помогают вновь сформированной полипептидной цепочке проходить фолдинг, восстанавливают поврежденные белки рефолдинг , а при невозможности восстановления направляют их в протеиназные комплексы.
Таким образом, синтез БТШ в ответ на различные повреждающие факторы, в т. Повышение экспрессии БТШ внутри клетки обеспечивает стабилизацию и восстановление поврежденных белковых молекул и оптимальный баланс между синтезом и деградацией белков. Это приводит к повышению резистентности клеток к стрессу. Вместе с тем БТШ могут высвобождаться во внеклеточную среду или экспрессироваться на поверхности клеток, и в этом случае их особая протективная роль заключается в контроле воспалительного иммунного ответа [12]. Пептидные последовательности микробных БТШ-60 и -70 являются основными эпитопами, стимулирующими противоинфекционный иммунный ответ. Это может означать, что БТШ — потенциальные кандидаты для молекулярной мимикрии и могут распознаваться иммунной системой как потенциально патогенные антигены, т. Данные о повышении уровня БТШ-60 и -70 или антител к ним в сыворотке крови при аутоиммунных заболеваниях — ревматоидном артрите, системной красной волчанке, дерматомиозите, склеродермии, сахарном диабете, нефрите, а также при трансплантации органов, свидетельствуют в пользу этого предположения [15—20]. В исследовании Н. Мухина и соавт. В дальнейшем регуляторный эффект БТШ был подтвержден в эксперименте и при других аутоиммунных заболеваниях: энцефаломиелите, коллаген-индуцированном артрите и диабете I типа [15, 18].
Установлено, что эпитопы собственных БТШ, экспрессируемых в очаге воспаления, распознаются Т-клетками. Противовоспалительный ИЛ-10 одним из первых выделяется регуляторными клетками в очаге воспаления и является основным стрессорным цитокином, опосредующим многие иммунорегуляторные эффекты БТШ. Так, преиммунизация экспериментальных животных БТШ-60 и -70 приводила к повышению числа продуцирующих ИЛ-10 Т-регуляторных клеток в очаге воспаления [25]. Под воздействием БТШ продукция противовоспалительных цитокинов увеличивается не только в Т-лимфоцитах, но и в мононуклеарных клетках — моноцитах и дендритных клетках [27]. В частности, Caldas C. Снижение способности клеток к экспрессии БТШ может вызывать потерю резистентности к хроническим воспалительным заболеваниям и, наоборот, повышенная экспрессия БТШ в ответ на повреждение способствует эффективной иммунорегуляции. Противовоспалительный потенциал БТШ при заболеваниях почек мало изучен. Выявлено повышение внеклеточной экспрессии БТШ при экспериментальном нефрите, а также у больных с различными формами нефрита [29, 30]. Исследование Marzec L. При этом выраженное уменьшение моноцитарной экспрессии БТШ-72 отмечено у пациентов с терминальной ХПН, что сочеталось с развитием системного воспаления [31].
Роль БТШ в регуляции апопотза Апоптоз — высокорегулируемая форма программированной смерти клетки с характерными морфологическими и биохимическими признаками. Расшифровка механизмов апопотоза явилась важным этапом в толковании не только смерти клеток, но и патогенеза многих болезней, в т. Благодаря апоптозу поврежденные, завершившие свой жизненный путь и нежелательные клетки удаляются из организма без нарушения клеточного микроокружения. Для распространения стимулов апоптоза необходимо, чтобы инициирующие сигналы были восприняты и переданы эффекторным системам, ответственным за гибель клетки. Наиболее древним регулятором гибели клеток млекопитающих является протоонкоген bcl-2, впервые выделенный из В-клеток фолликулярной лимфомы. БТШ оказывают антиапоптотическое действие подобно белку bcl-2 [32]. Обсуждается несколько механизмов, посредством которых БТШ главным образом семейство БТШ-70 участвуют в регуляции клеточной гибели. Во-первых, БТШ защищают генетический аппарат клетки. Показано, что они обладают способностью связываться с хроматином и ядерными белками, таким образом предохраняя клетку от апоптоза [5]. В поврежденной клетке они распределяются преимущественно в участках деконденсированной, нуклеазодоступной ДНК.
Во-вторых, БТШ способны связываться с цитохромом С, аномально локализованным в цитоплазме поврежденных клеток [33]. В-третьих, отдельные БТШ обладают свойством взаимодействовать со стресс-активируемыми протеинкиназами, которые участвуют в инициации программированной клеточной гибели [32]. Кроме того, установлено, что БТШ-70, накапливаясь в клетке, способен образовывать комплексы с другими клеточными белками, в которые помимо полипептидов с нарушенной структурой включаются вполне нормальные, активные белки, в частности белки — составляющие NF-kB [7]. Взаимодействие с БТШ-70 задерживает эти регуляторные белки в цитоплазме и поэтому временно откладывает исполнение их основной функции — контроля над экспрессией ряда генов. Этот факт позволяет объяснить отдельные этапы процесса активации иммунных клеток и роль БТШ-70 в клеточной защите от некоторых цитотоксических факторов, например фактора некроза опухоли ФНО , а также самостоятельный, связанный с БТШ-70 путь регуляции апоптоза. Белки теплового шока в системе самозащиты почки В ткани почки в норме экспрессируются ряд БТШ, уровень которых изменяется при ряде острых и хронических заболеваний почек. БТШ-90 взаимодействует со многими белками клетки, включая протеинкиназы и стероидные рецепторы, регулирует их кинетику и активность [34]. Небольшая экспрессия БТШ-90 отмечена в петле Генле, подоцитах, париетальном эпителии Боуменовой капсулы, в эндотелиальных и интерстициальных клетках, свидетельствуя о том, что этот протеин выполняет и другие функции в клетках почек. В частности, показано, что БТШ-90 участвует в поддержании нормального почечного кровотока и влияет на скорость клубочковой фильтрации СКФ , регулируя синтез оксида азота, зависимого от эндотелиальной NO-синтазы. Так, в исследовании V.
Ramirez et al. Показано, что экспрессия этого белка повышается в клетках канальцев после ишемического повреждения [37], а также при токсической острой почечной недостаточности ОПН [38]. Обсуждается роль БТШ-90 как компонента протективной системы, обеспечивающей регенерацию поврежденных и дифференциацию новых тубулярных клеток. При нефрите с полулуниями у человека также отмечено повышение экспрессии БТШ-90 в цитоплазме пролиферирующих клеток полулуний [39]. В целом публикации о БТШ-90 при заболеваниях почек немногочисленны, для уточнения его нефропротективной роли необходимы дальнейшие исследования. БТШ-70 участвуют в формировании структуры вновь синтезированных нативных белков, восстановлении частично денатурированных белков и в деградации необратимо поврежденных белковых молекул. БТШ-70 могут взаимодействовать со структурами цитоскелета и участвовать в транспорте белков через внутриклеточные мембраны в органеллы, а также в расщеплении белковых агрегатов [34]. В семейство БТШ-70 входят белки с молекулярной массой 73 и 72 кДа.
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
Симбирцев рассказал, что «Белок теплового шока» – молекула, которая синтезируется любыми клетками организма человека в ответ на различные стрессорные воздействия. 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. "Белка теплового шока". Белки теплового шока утилизируют старые белки в составе протеасомы и помогают корректно свернуться заново синтезированным белкам. Белки теплового шока (англ. HSP, Heat shock proteins) — это класс функционально сходных белков, экспрессия которых усиливается при повышении температуры или при других стрессирующих клетку условиях.[1] Повышение экспрессии генов. 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.