Эти белки впервые были открыты при «тепловом шоке» клеток, то есть при воздействии высоких температур,— в таких условиях большинство внутриклеточных белков может перестать функционировать из-за изменения их трехмерного строения (пространственной конфигурации).
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
| Применение белков теплового шока в клинической онкологии | Раковые клетки часто содержат высокий уровень белков теплового шока (heat shock protein или Hsp), а одним из наиболее распространенных является Hsp70. |
| Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь | 27.03.2024 | Крым.Ньюз | БТШ72 и БТШ90 — измеряли при остром и хроническом воспалениях. |
| Тепловой шок и старение - | Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. |
| БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ | Белки теплового шока способны эффективно стимулировать врожденный и адаптивный противоопухолевый иммунный ответ организма. |
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
Антитела к белку теплового шока хламидии (HSP60) являются маркером хламидийной инфекции любой формы (от острой до персистирующей). Ключевые слова: белки теплового шока, метаболический синдром, сахарный диабет 2-го типа, малые белки теплового шока, полиморфизм, сердечно-сосудистые заболевания. Хламидийный белок теплового шока ответственен за развитие различных иммунопатологических процессов, которые могут привести к хроническому инфекционному заболеванию. Стимулируя выработку белков теплового шока, этот метод формирует устойчивость нейронов к стрессу и в свою очередь стимулирует клетки-предшественники, которые восполняют и замещают погибшие нервные клетки. Вопрос гинекологу: Здравствуйте, пол года назад были обнаружены белки теплового шока к хламидиям, КП 11,69, мазок чистый, иные антитела были отрицательные. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА (шапероны), семейство специализированных внутриклеточных белков.
Передовое общество
- Белки теплового шока | это... Что такое Белки теплового шока?
- Что такое белки теплового шока
- Белок теплового шока - Heat shock protein -
- Белок теплового шока - Heat shock protein
- Белки теплового шока
Белки теплового шока
Болезнь часто распознается уже при наличии осложнений. Осложнения хламидиоза протекают форме воспалительным заболеваниям органов малого таза — уретрит, эндометрит, цервицит, сальпингит, сальпингоофорит, проктит. Эти осложнения являются, в свою очередь, причиной серьезных нарушений в репродуктивной сфере — бесплодие, спонтанные аборты. Не исключено инфицирование новорожденных, матери которых являются носителями этой инфекции, что проявляется конъюктивитом новорожденных.
Обсудить Специфика этого белка в том, что он содержится в раковых клетках, наиболее быстро размножающихся и устойчивых к препаратам.
Изначально Hsp70 содержится в межклеточном пространстве и вызывает иммунный ответ, благодаря которому организм борется с опухолью. Если ввести белок в виде экзосом — пузырьков диаметром 30-100 нм, перемещающихся внутри клеток и выделяющихся в межклеточное пространство, — рост опухолей значительно снижается.
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.
Роль внеклеточных HSP может быть разной. Во многом от контекста ткани зависит, будут ли HSP стимулировать иммунную систему или подавлять иммунитет. Они могут стимулировать ответы Th17 , Th1 , Th2 или Treg в зависимости от антигенпрезентирующих клеток. В результате клиническое использование белков теплового шока заключается как в лечении рака усиление иммунного ответа , так и в лечении аутоиммунных заболеваний подавление иммунитета. Клиническое значение Фактор теплового шока 1 HSF1 - это фактор транскрипции, который участвует в общем поддержании и повышении экспрессии белка Hsp70. Недавно было обнаружено, что HSF1 является мощным многогранным модификатором канцерогенеза. HSF1 нокаутных мыши показывают значительное снижение частоты опухоли кожи после местного применения ДМБЫ 7,12- д я м этил б Enz nthracene , в мутагене.
Кроме того, некоторые исследователи предполагают, что HSP могут быть вовлечены в связывание фрагментов белка из мертвых злокачественных клеток и представление их иммунной системе. Следовательно, HSP могут быть полезны для повышения эффективности противораковых вакцин. Также изолированные HSP из опухолевых клеток могут сами по себе действовать как специфическая противоопухолевая вакцина. Опухолевые клетки экспрессируют много HSP, потому что они должны сопровождать мутировавшие и сверхэкспрессированные онкогены , опухолевые клетки также находятся в постоянном стрессе. Когда мы выделяем HSP из опухоли, пептидный репертуар, связанный с HSP, является своего рода отпечатком пальцев этих конкретных опухолевых клеток. Применение таких HSP обратно к пациенту затем стимулирует иммунную систему способствует эффективной презентации антигена и действует как DAMP конкретно против опухоли и приводит к регрессии опухоли. Эта иммунизация не действует против другой опухоли.
Белки теплового шока— это класс функционально сходных белков,экспрессиякоторых усиливается при повышении температуры или при другихстрессирующихклетку условиях. Повышение экспрессии генов, кодирующих белки теплового шока, регулируется на этапетранскрипции. Чрезвычайное усиление экспрессии генов, кодирующих белки теплового шока является частью клеточного ответа на тепловой шок и вызывается в основном фактором теплового шока HSFангл.
Белки теплового шока обнаружены в клетках практически всех живых организмов, отбактерийдочеловека. Высокие уровни белков теплового шока в клетке наблюдают после воздействия различныхстрессирующихфакторов — приинфекциях,воспалительных процессах, внешних воздействияхтоксинов этанол,мышьяк,тяжелые металлы , приультрафиолетовомоблучении,голодании,гипоксии, недостаткеазота у растений или нехватке воды. Белки теплового шока называют белками стресса, так как повышение экспрессии соответствующих генов часто наблюдается при ответе на стресс.
Точный механизм, по которому тепловой шок активирует экспрессию генов белков теплового шока, не выяснен. Однако, некоторые исследования свидетельствуют о том, что активация белков теплового шока происходит неправильно сложеннымиили поврежденными белками. Белки теплового шока действуют как внутриклеточныешапероныв отношении других белков.
Ген белка теплового шока ассоциирован с боковым амиотрофическим склерозом
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. PMID 17889646.
PMID 17684010. Expert Rev Vaccines 7 3 : 383—93.
Еженедельная баня и выработка белков теплового шока! Посещение бани может продлить жизнь и помогает омолодить организм.
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. 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.
Благодаря своей уникальной трехмерной структуре белок способен связываться с определенными липидными молекулами часть стенки каждой клетки организма , встраиваться в мембрану клетки опухоли и изменять ее биофизические свойства — увеличивать плотность упаковки липидов и уменьшать толщину мембраны. Такая перестройка стенки клетки, называемая интердигитацией, происходит в ограниченном участке мембраны домене и играет существенную роль в жизнедеятельности и функционировании клеток. Повышение жесткости мембраны за счет присутствия Hsp70 приводит к изменению процессов транспортировки веществ через мембрану, что, в свою очередь, влияет на чувствительность клеток к химиотерапевтическим препаратам.
Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG)
| «Это не то лекарство, которое поднимет Лазаря»: правда о разработке «от всех видов рака» | Ключевые слова: белки теплового шока, метаболический синдром, сахарный диабет 2-го типа, малые белки теплового шока, полиморфизм, сердечно-сосудистые заболевания. |
| Ген белка теплового шока ассоциирован с боковым амиотрофическим склерозом | 25 апреля 2024 года в ФГБУ «НМИЦ ТПМ» Минздрава России прошел научный семинар «Диагностический и прогностический потенциал белков теплового шока при ожирении», на котором обсуждалась возможность проведения НИР. |
| Применение белков теплового шока в клинической онкологии | Белки теплового шока утилизируют старые белки в составепротеасомыи помогат корректно свернуться заново синтезированным белкам. |
Стрессовый белок поможет в борьбе с сепсисом
Антитела к белку теплового шока хламидии (HSP60) являются маркером хламидийной инфекции любой формы (от острой до персистирующей). Белки теплового шока утилизируют старые белки в составе протеасомы и помогают корректно свернуться заново синтезированным белкам. Белки теплового шока (БТШ), называемые также шапероны, являются ответом опухолевых клеток на условия стресса. Малые белки теплового шока – очень большая и гетерогенная группа, объединяющая в своем составе белки с молекулярными мас сами от 12 до 43 кДа. Для справки: Белки теплового шока (Hsp 70) могут использоваться для коррекции нейродегенеративных заболеваний, а также последствий инсультов, инфарктов и нарушений периферического кровообращения.
«Это не то лекарство, которое поднимет Лазаря»: правда о разработке «от всех видов рака»
Определение антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) позволяет диагностировать персистирующую форму хламидийной инфекции. 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. Если стрессорным фактором является тепловой шок, такие белки называют белками теплового шока (БТШ, англ.
Война и мир: как устроить белковую жизнь?
Этот фактор особенно важен ввиду того, что скорость трансляции меньше скорости фолдинга белка. Из-за неполноты информации на некоторых этапах сворачивания у полипептида появляется возможность принять частично неправильную структуру или уйти с верного пути сборки до завершения синтеза [24]. Рисунок 6. Рибосома и ее выходной канал в увеличении. Часть полипептида еще не вышла из канала, следовательно, закодированная в нем информация о пути фолдинга пока не доступна.
Например, для большинства белков основная часть выходного канала рибосомы слишком узка, чтобы обеспечить формирование пространственной структуры [25]. Таким образом, зарождающиеся аминокислотные цепи крупных белков должны сначала выйти из рибосомы, прежде чем они смогут правильно сложиться [26] , [27]. Это подвергает их риску неправильной укладки и вредных взаимодействий. В-четвертых, трансляция обычно протекает в форме «полисомы», когда много рибосом работают на одной молекуле мРНК.
Такое тесное сближение рибосом может негативно сказываться на фолдинге. Чтобы облегчить жизнь свежим аминокислотным цепям, рибосомы выстраиваются вдоль молекулы мРНК ступенчато по спирали. Благодаря такому расположению сайты выхода полипептидов находятся на максимальном расстоянии друг от друга, что снижает риск вредных взаимодействий [28]. Молекулярные шапероны — центральные организаторы протеостаза И вот, наконец, мы добрались до самых известных действующих лиц сети протеостаза — молекулярных шаперонов.
Они были созданы эволюцией, чтобы преодолевать описанные выше проблемы с укладкой белка. Молекулярный шаперон — это белок, который помогает другим белкам принимать их нативную конформацию, параллельно защищая их «ахилесовы пятки» от неправильных взаимодействий и агрегации рис. Повышенная выработка шаперонов наблюдается в тканях, подвергающихся воздействию различных неблагоприятных факторов тепло, тяжелые металлы, нехватка кислорода, повышенная кислотность и др. Это адаптивный ответ, повышающий выживаемость клеток.
Рисунок 7. Шаперон может помочь исправить изъян в пространственной структуре ненативного белка рисунок автора статьи В клетках есть несколько различных по структуре классов шаперонов. Многие из них активируются в условиях белкового стресса, вызванного повышением температуры, поэтому эти шапероны известны как белки теплового шока Heat shock protein, Hsp. Для удобства, ученые классифицировали их в соответствии с примерной средней молекулярной массой Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90, Hsp100 и малые sHsp.
Эти ребята возложили на себя обязанности по поддержанию протеома, включая фолдинг синтезированных белков, рефолдинг развернутых белков, помощь в сборке мультибелковых комплексов, трафик белков и помощь в их деградации. Шапероны, работающие с самым свежим белком Разные шапероны могут работать с белком на разных этапах его жизни рис. В начале синтеза первых 35—40 аминокислот зарождающиеся цепи выходят из рибосомного туннеля. На этой стадии с будущим белком начинает взаимодействовать первый уровень шаперонов [29].
К нему относят «комплекс, связанный с рибосомой» RAC , контролирующий ранние стадии фолдинга во время трансляции, и «комплекс, связанный с формирующейся цепью» NAC , который действует ниже по цепи синтезируемого белка [30]. Они взаимодействуют с открытыми гидрофобными последовательностями возникающей цепи и предотвращают преждевременный неправильный фолдинг. Таким образом эти комплексы поддерживают полипептид до тех пор, пока не появятся достаточные структурные элементы для протекания продуктивного фолдинга. Рисунок 8.
Шаперонный путь в цитозоле. Об основных этапах будет рассказано далее. Оставшиеся белки загружаются в комплекс TRiC 4. Однако в клетках есть белки со сложной организацией доменов, которые нуждаются в дополнительных классах шаперонов.
Такие белки до или после полного выхода из рибосомы начинают взаимодействовать с АТФ-зависимыми шаперонами класса Hsp70. Шапероны Hsp70 состоят из трех основных доменов: субстрат-связывающего, крышки и регуляторного рис. Желобок получается достаточно длинный, чтобы взаимодействовать с участками размером до семи аминокислот. Рисунок 9.
Этот процесс называется АТФ-зависимой регуляцией. В итоге, когда регуляторный домен связан с АТФ, крышка открыта, а белки-клиенты связываются и высвобождаются относительно быстро. Такие циклы связывания-высвобождения во многих случаях будут энергетически смещать субстрат к более простым конформациям — по сравнению с теми, что были до взаимодействия с шапероном. Затем, после высвобождения, субстрат может повторно включиться в процесс фолдинга или начать взаимодействовать с нужным партнером.
Молекулы, которым для сворачивания требуется побольше времени, будут повторно связываться с Hsp70, что поможет защитить их от агрегации. Повторное связывание может также привести к структурной перестройке и, возможно, устранению кинетических барьеров в процессе фолдинга [34]. Белки Hsp70 при поиске субстрата полагаются на помощников — кошаперонов класса Hsp40, которые сначала связываются с открытыми гидрофобными участками на ненативных белках и затем привлекают к этому месту Hsp70 [35]. Помимо этого, с Hsp70 может взаимодействовать множество других кошаперонов, например Hsp110 и sHsp.
Все они наделяют систему Hsp70 широкими функциональными возможностями, позволяя участвовать не только в первоначальном сворачивании зарождающихся цепей, но и в поддержании белковой конформации, борьбе с агрегатами и нацеливании белков на деградацию [36—38]. В действительности, текущие знания о механизме работы Hsp70 сильно ограничены. Из-за сложности работы с не полностью свернутыми белками существует сравнительно мало структурных данных о характере взаимодействия Hsp70 со своими клиентами. Помимо этого, большая часть современного понимания работы Hsp70 основана на моделях с очищенными компонентами, изолированными от остального клеточного содержимого, в том числе от партнерских шаперонов.
Таким образом, существует настоятельная необходимость в дальнейшем углублении знаний о работе Hsp70. Самых непослушных — в клетку! Для перевоспитания Однако в клетке есть белки, которым и такой заботы недостаточно. Например, это компоненты клеточного скелета — актины и тубулины, а также регуляторы клеточного цикла, такие как Cdc20 и p53 [39—42].
Подобные белки не могут достигнуть своих функциональных состояний на Hsp70 и после нескольких циклов на нем они переносятся в специальные бочкообразные супершапероны — шаперонины. Все они немного отличаются по структуре друг от друга, но при этом поразительно похожи по общей сути. Это мультимерные состоящие из большого числа простых мономеров цилиндрические комплексы, похожие на большие бочки рис. Такая замысловатая структура полностью определяется принципом их работы — временной изоляции отдельных белков внутри полости шаперонина, чтобы они могли складываться, не поддаваясь агрегации [43] , [44].
Рисунок 10. Структура шаперонина TRiC в открытом состоянии два рисунка справа. Разные цвета показывают 16 отдельных мономеров. Слева показана структура такого мономера.
Внутри у шаперонинов, как в норвежской тюрьме, налажена благоприятная среда для перевоспитания. Внутренняя стенка высокогидрофильная, с определенным расположением положительно и отрицательно заряженных групп [46—48]. Пептид чувствует себя внутри бочки безопасно, что позволяет ему, никого не стесняясь, принять свою функциональную конформацию. Вполне возможно, что шаперонин в ходе работы изменяет положение своих стенок, тем самым как бы сминая белковую молекулу внутри и способствуя более продуктивному фолдингу.
В конце «бочка» открывается, и окончательно свернутый белок выходит на свободу. Рисунок 11. Рабочий цикл шаперонина TRiC начинается с узнавания недоструктурированного белка. Затем этот белок «проглатывается» во внутреннюю полость, которая закрывается механизмом, напоминающим диафрагму камеры или радужку глаза [49].
После структурных преобразований белка-клиента шаперонин открывается, высвобождая готовый белок. Кроме того, особое расположение аминокислотных радикалов на внутренней поверхности шаперонина направляет пептид на правильный путь фолдинга и значительно ускоряет этот процесс [51]. Многие исследователи отмечают влияние шаперонинов на развитие некоторых патологических состояний. Например, известно, что TRiC предотвращает накопление токсичных агрегатов полиглутаминового хантингтина, белка болезни Хантингтона [52—54].
Поэтому нарушения в работе TRiC способствуют прогрессированию заболевания. Также мутации в некоторых субъединицах комплекса TRiC связаны с сенсорной нейропатией [55] , [56]. Подобные данные накоплены и для митохондриального Hsp60. Мутации в кодирующих этот комплекс генах могут вызывать нарушения миелинизации нервных волокон и нейродегенеративные состояния [57] , [58].
Постепенное расширение перечня патологических процессов, в которых задействованы шаперонины, подчеркивает их глобальное значение в поддержании протеома и правильной клеточной физиологии. Шаперонины — современная и перспективная область исследований, где предстоит еще много чего изучить. К тому же, тонкости механизма, по которому шаперонины внутри себя способствуют фолдингу пептида, тоже пока плохо понятны. Полагаю, можно в скором времени ожидать ответы на эти важные вопросы, так как внимание ученых эти шапероны-левиафаны уже точно привлекли.
Hsp90 — эволюционный конденсатор Ниже по течению от Hsp70 действует еще одна система шаперонов — Hsp90. Это большие белки, живущие почти в каждом компартменте эукариотических клеток [59]. Хотя, кристаллические структуры Hsp90 уже давно получены, подробный механизм их работы окончательно не выяснен рис. Рисунок 12.
Структура Hsp90. Это семейство шаперонов функционирует в форме димера — комплекса из двух субъединиц показаны разными цветами. Субъединицы удерживаются вместе благодаря «соединяющим» доменам. На другом конце каждого мономера расположен регуляторный домен, который обеспечивает замыкание димера в кольцо для удержания белка-клиента во время работы над ним.
Хоть для фолдинга большинства обычных белков Hsp90 не требуются, они невероятно важны в качестве шаперонов для сигнальных белков-переключателей, характеризующихся конформационной нестабильностью. Посредством слабых взаимодействий Hsp90 сохраняют эти нестабильные сигнальные белки готовыми к активации. Благодаря многочисленным взаимодействиям Hsp90 обеспечивает правильное протекание различных клеточных процессов, таких как регуляция клеточного цикла и апоптоз программируемая клеточная гибель , поддержание теломер, везикулярный транспорт, врожденный иммунитет, целевая деградация белка и т. Поражает то, что Hsp90 способен точно взаимодействовать с таким широким ассортиментом белков-партнеров.
По этой причине Hsp90 иногда называют одним из самых «липких» белков в клетке. Рисунок 13. Благодаря широкому разнообразию белков-клиентов, шапероны Hsp90 могут влиять на множество клеточных процессов рисунок автора статьи Примечательно, что эволюционное развитие клеточных сигнальных путей во многом могло быть обязано белкам системы Hsp90 [62]. Теория эволюции гласит, что материалом для эволюции являются мутации.
Ученые полагают, что белки Hsp90 способны сглаживать структурные эффекты мутаций и тем самым защищать мутантные белки от деградации. Таким образом, Hsp90 могут позволить наследственным изменениям существовать в природе, находясь в молчащем состоянии [63—65]. Hsp90 балансируют проявления этих изменений, способствуя накоплению мутаций в нейтральных условиях среды. Когда этот баланс нарушается, генетические изменения начинают проявляться, и естественный отбор может привести к распространению и закреплению новых признаков.
Особенно интересна роль Hsp90 при изменениях, связанных с процессами онкогенеза образования опухолевых клеток. На молекулярном уровне повышенная активность шаперонов Hsp90 может помогать опухолевым клеткам взламывать свою внутреннюю сигнальную систему и, таким образом, избегать гибели-апоптоза [66]. Это облегчает их выживание и рост, делая их неподвластными нормальному контролю и устойчивыми к защитным механизмам хозяина [67]. Тем не менее ввиду своей функции, Hsp90 играет более сложную роль в онкогенезе, чем просто ингибирование апоптоза.
По мере изучения Hsp90, возрастал интерес к фармакологическому воздействию на функции этих шаперонов с целью лечения рака [68] , [69]. Несколько низкомолекулярных препаратов, нацеленных на Hsp90, были идентифицированы как потенциальные противораковые агенты. Интерес к Hsp90 как к противоопухолевой мишени сохраняется и по сей день [70] , однако опыт последних десятилетий говорит, что модуляторы Hsp90 вряд ли окажутся полезными в качестве первичных лекарств. Скорее они будут актуальны в качестве усилителей эффекта других терапевтических воздействий.
Малые белки теплового шока в поддержании большого протеома Многие белки нуждаются в конформационной поддержке на протяжении всего срока их работы, ведь в клетке им приходится не сладко. Белки часто работают на пороге стабильности, и их состояние может быть поставлено под сомнение в условиях стресса. Кроме того, как уже говорилось ранее, многие белки особенно сигнальные содержат по своей природе неструктурированные области, важные для их функции. Такая белковая динамичность вынуждает клетку содержать сеть поддерживающих шаперонов.
Помимо уже рассмотренных Hsp70 и Hsp90, важную роль здесь играют так называемые малые белки теплового шока small heat shock proteins, sHsp. Это широко распространенные и разнообразные белки, часто формирующие крупные олигомерные сборки [71]. Мономеры в них связываются нековалентными взаимодействиями. Количество мономеров в конечном олигомере бывает разным, в среднем 12—24 рис.
Рисунок 14. Художественное изображение олигомерного комплекса, составленного из 24 мономерных белков семейства sHsp рисунок автора статьи Еще одно свойство — неумение связывать и гидролизовать AТФ, но зато они могут узнавать и захватывать ненативные белки. Таким образом, sHsp создают и стабилизируют резервуар неправильно свернутых белков для последующего рефолдинга. Предполагается, что образование мультимерных комплексов играет регуляторную роль [72].
В зависимости от условий, какие-то компоненты уходят из комплекса, какие-то приходят. Такие перестановки позволяют настраивать связывающие способности всего комплекса. Особенно значимы sHsp в те моменты, когда сеть протеостаза перегружена и не успевает оперативно обрабатывать все расхлябанные белки. Они начинают агрегировать, и с этими сборками связываются sHsp, что помогает последующей обработке ненативных белков [74] , [75].
Малые белки теплового шока очень разнообразны: каждый член семейства обладает уникальными свойствами [76]. Благодаря этому, sHsp задействованы во множестве клеточных процессов, а различные мутации в этих белках коррелируют с развитием ряда врожденных заболеваний, например катаракты, различных типов миопатии и некоторых нейродегенеративных нарушений. Утилизация путем деградации Жизнь белков в клетке полна интриг. Как бы сеть протеостаза ни старалась, всё равно белки время от времени теряют свою нативную конформацию.
Грустно об этом говорить, но после неудачных попыток рефолдинга этих белков может возникнуть необходимость в их утилизации. Такие бракованные белки подвергаются деградации в основном по двум механизмам: через убиквитин-протеасомную систему UPS или аутофагию. Убиквитин-протеасомная система устроена остроумно [77]. Ее работу можно условно поделить на две части.
Первая заключается в том, чтобы неправильно сложенный белок пометить специальной «черной меткой». Вторая часть обеспечивает химическое разрезание помеченного белка. Удивительный убиквитин В качестве «черной метки» выступает по-настоящему удивительный белок убиквитин от англ. Ученые долго не могли выявить его функцию, пока в 1980 г.
Присоединение убиквитина к белку-мишени называется убиквитинилированием [80].
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. Функции морталина не ограничиваются его вовлечением в разнообразные базовые процессы, происходящие в митохондриях, в частности, фолдингом новосинтезированных митохондриальных пре-протеинов, а включают также импорт и экспорт белковых молекул в различных клеточных компартментах, процессинг антигенов, интернализацию рецепторов, ингибирование процесса апоптоза.
Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии Коллектив научно-исследовательского отдела трансляционной онкологии НЦМУ «Центр персонализированной медицины» исследовал новую активность белка теплового шока Hsp70. Особенность этого белка в том, что избирательно он накапливается только в мембранах опухолевых клеток, при этом в здоровых его не найти. Благодаря своей уникальной трехмерной структуре белок способен связываться с определенными липидными молекулами часть стенки каждой клетки организма , встраиваться в мембрану клетки опухоли и изменять ее биофизические свойства — увеличивать плотность упаковки липидов и уменьшать толщину мембраны.
Jeong W. Kase S. Malin D. Miller J.
Senthivinayagam S. Schweiger T. Sharova N. Sixt S. Extracellular proteasome in the human alveolar space: a new housekeeping enzyme? Lung Cell. Spirina L. Cancer Res. Wang H. Y et al.
Cell Physiol. Weeks S. Yoo Y. Общие положения Настоящее Соглашение в соответствии с п. В соответствии с действующим законодательством РФ в части соблюдения авторского права на электронные информационные ресурсы, материалы сайта, электронного журнала или проекта не могут быть воспроизведены полностью или частично в любой форме электронной или печатной без предварительного согласия авторов и редакции журнала. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License , которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале, которое может быть выражено путем размещения соответствующего разрешения открытой лицензии Creative Commons Attribution International CC BY в соответствующем разделе сайта Журнала. При использовании опубликованных материалов в контексте других документов необходима ссылка на первоисточник. Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций Роскомнадзор. Термины, используемые в Соглашении Автор — физическое лицо лица , творческим трудом которого которых создана Статья. Журнал — научный журнал "Вопросы онкологии".
Метаданные Статьи — материалы на русском и английском языках, предназначенные для включения в базы данных научного цитирования в соответствии с оригинальной версией Статьи: название статьи; сведения об авторах фамилия, имя, отчество автора авторов полностью, место работы каждого автора с указанием почтового адреса, контактная информация e-mail для каждого автора; аннотация; ключевые слова; тематический рубрикатор: УДК либо другие библиотечно-библиографические классификационные и предметные индексы; библиографический список список ссылок. Публикация — размещение Статьи в Журнале. Редакция Журнала — творческий коллектив, осуществляющий подготовку Журнала к выпуску. Редакционная коллегия — совещательный орган при Редакции Журнала.
Anti-cHSP60-IgG (Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis)
Таким образом, активируется работа иммунной системы. Это основное действие. Но еще остается много вопросов. Почему БТШ входит в опухолевую клетку? А входит ли он в нормальную с такой же интенсивностью? То есть механизмы транспорта белка внутрь клетки и экспорта из нее до конца непоняты. Но есть гипотезы, которые позволяют такой механизм рассматривать. Проблема работы с БТШ многогранна.
Есть сторонники ингибирования - подавления БТШ. Это другая область терапии рака. В случае химио-, радиотерапии БТШ внутри клетки работает как раз против агентов, которые собираются погубить клетку. Он ее защищает. А если выйдет — работает против этой клетки. Есть КИ, которые направлены в другом векторе. Это другое направление в лечении рака.
Андрей Панченко : БТШ-70, с одной стороны, способствует выживанию опухолевых клеток, а с другой - вызывает развитие иммунного ответа на них. Это отражается в разрабатываемых методах воздействия на этот белок: одни направлены на подавление образования этого белка и способствуют гибели опухолевой клетки, а, с другой стороны, повышение его уровня может усиливать иммунный ответ против опухоли. Опухоли сильно отличаются по чувствительности к противоопухолевому лечению. Даже опухоли одной локализации сильно различаются по этой характеристике. Сегодня применяется подход подбора лечения, основанный на определении маркеров, прогнозирующих ответ опухоли на то или иное воздействие. Если у авторов есть данные по одинаковой чувствительности опухолей с различными маркерами, можно считать полученные ими результаты весьма перспективными. Однако требуется завершить доклинические исследования в этом направлении, они должны лечь в основу клинических испытаний препарата, определить показания к применению.
Авторы приводят следующие данные: «Мы провели опыты на мышах и крысах, у которых развивались меланомы и саркомы. Курсовое введение препарата в большинстве случаев приводило к полному излечению даже на поздних стадиях. То есть уже можно с уверенностью сказать, что белок обладает необходимой для лечения рака биологической активностью». Это очень хороший результат. Меланомы и саркомы являются чувствительными опухолями к иммуномодулирующим воздействиям, однако в отношении прочих опухолей данных пока ,видимо, нет. Это обстоятельство не позволяет считать завершенными доклинические испытания и делать вывод о применении препарата в отношении «всех видов и стадий злокачественных опухолей».
На этой стадии происходит повышенное производство как человеческих, так и бактериальных белков теплового шока БТШ. Антитела к сохраненным эпитопам бактериальных cHSP60 могут взаимодействовать с человеческими cHSP60, что в конечном итоге приводит к аутоиммунным реакциям. Этот белок играет важную роль в иммунопатогенезе персистирующей инфекции и поддержании хронической воспалительной реакции. Это может привести к гиперпродукции IgG и IgA, активации реакции гиперчувствительности замедленного типа и инфильтрации лимфоцитами и моноцитами слизистых оболочек. Следствием этого является развитие аутоиммунного перекрестного ответа. После выздоровления антитела обычно быстро исчезают из крови.
Однако к сообщениям СМИ надо относиться осторожно: универсальное лекарство от всех видов рака создать вряд ли возможно. Раковые клетки непрерывно мутируют, находят способы укрыться, и даже самые маленькие количества «беглецов» потом могут запустить рост новой опухоли или метастазов. Поэтому главная задача науки и медицины — находить индивидуальные, персонализированные подходы к различным видам рака у каждого конкретного человека и держать заболевание под контролем, превратив его в несмертельную хроническую болезнь.
Но сам по себе организм вырабатывает относительно небольшое количество «спасительных» белков, поэтому нужно ему помочь, решили ученые. Путем сложнейших манипуляций, в том числе с использованием космических технологий в процессе разработок понадобились уникальные чистые кристаллы, вырастить которые можно только в невесомости! Российские исследователи настроены оптимистично, судя по сообщениям СМИ, уже готовы начать клинические испытания и обещают появление нового препарата через несколько лет. Он может стать серьезным подспорьем в борьбе против рака, в том числе в комплексном лечении, помогая иммунной системе распознавать опухолевые клетки.
Белки теплового шока и клетки-сателлиты: физиология
- Новые методы лечения рака: белки теплового шока - YouTube
- Пресс-центр
- Белок теплового шока - Heat shock protein
- Применение белков теплового шока в клинической онкологии
- СОДЕРЖАНИЕ
- Последние новости
Применение белков теплового шока в клинической онкологии
- Пути передачи инфекции, клинические проявления заболевания и осложнения
- Как «работает» лекарство, и какие виды рака можно будет лечить с его помощью
- Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
- Как лечить белок теплового шока к хламидиям
- В Петербурге испытали на мышах вещество от болезни Альцгеймера
- БЕЛКИ́ ТЕПЛОВО́ГО ШО́КА
Антитела к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (Anti-cHSP60), IgG
Неосложненный хламидиоз у женщин наблюдается в виде слизисто-гнойного цервицита. Часто хламидиоз у женщин протекает с малыми клиническими признаками, иногда практически бессимптомно. Болезнь часто распознается уже при наличии осложнений. Осложнения хламидиоза протекают форме воспалительным заболеваниям органов малого таза — уретрит, эндометрит, цервицит, сальпингит, сальпингоофорит, проктит.
Circulation research 83 2 : 117—32. PMID 9686751. 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.
Название отражает некоторые свойства белков теплового шока, но далеко не все. Во-первых, БТШ синтезируются в некотором количестве постоянно в любых ядерных клетках, во множестве внутриклеточных структур в цитоплазме, ядре, эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях и хлоропластах у всех многоклеточных организмов, начиная с самых примитивных, как у растений, так и у животных, вне зависимости от воздействия стрессовых факторов.
Во-вторых, повышение внутриклеточного синтеза БТШ происходит отнюдь не только на тепловой шок, но и на любое стрессовое воздействие: внешнее УФ, тепловой шок, тяжелые металлы, аминокислоты , патологическое вирусные, бактериальные и паразитарные инфекции, лихорадка, воспаление, злокачественная трансформация, аутоиммунные реакции или даже физиологическое ростовые факторы, клеточная дифференциация, гормональная стимуляция, тканевый рост.
Энгельгардта и Института неврологии Университетского колледжа Лондона в рамках проекта по созданию средства от нейродегенерации. В конечном счете ученые хотят создать первое в своем роде лекарство против болезней Паркинсона и Альцгеймера, а также для терапии нейротравм. Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. Их синтез усиливается при повышении температуры или в других стрессовых для клетки условиях. Белок Hsp70 может вырабатываться бактериями кишечной палочки, поэтому его нетрудно получить в любых количествах. Идея использовать Hsp70, чтобы противодействовать дегенерации нейронов, пришла ученым случайно.
В ходе исследования последствий инсульта они заметили, что в клетках мозга заметно снижается концентрация Hsp70. Специалисты решили проверить, какого эффекта можно добиться, если компенсировать нехватку этого белка в нейронах белком внешнего происхождения, выработанным бактериями. Такое повреждение может приводить к смерти нервных клеток, что вызывает дегенерацию мышц и нервов и нарушает их связь с центральной нервной системой, — пояснила ведущий научный сотрудник ЮФУ Светлана Демьяненко.