МОСКВА, 18 сен – РИА Новости. Связь между структурой гена, кодирующего белок теплового шока, и течением ишемического инсульта обнаружили специалисты БелГУ в составе научного коллектива. 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. Потому что белки теплового шока уже не первое десятилетие изучаются учеными во всем мире.
Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии
Новости и СМИ. Обучение. Специалисты МГМУ впервые в России предложили использовать белки теплового шока для борьбы с нейродегенерацией, что может привести к остановке развития таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз. Препарат «Белок теплового шока» был разработан на основе уникальной молекулы, которую «вырастили» в космосе. Так как белки теплового шока производятся организмом только в специфических ситуациях, они имеют ряд отличий от продуцируемых нормально соединений. Ключевые слова: белки теплового шока, метаболический синдром, сахарный диабет 2-го типа, малые белки теплового шока, полиморфизм, сердечно-сосудистые заболевания. Белки теплового шока (англ. HSP, Heat shock proteins) — это класс функционально сходных белков, экспрессия которых усиливается при повышении температуры или при других стрессирующих клетку условиях.[1] Повышение экспрессии генов.
Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG)
Стресс-белок обладает не только защитными свойствами, но и способен запускать новые звенья патогенеза ХГРС, так как, являясь высокоиммуногенным, может индуцировать выработку аутоантител аАт [5]. До настоящего времени роль БТШ как в механизмах создания местной резистентности, так и его участие в развитии патологического процесса в полости носа и ОНП, практически не исследовалось, что и составило предмет нашего исследования. Материалы и методы исследования Под нашим наблюдением находилось 20 больных ХГРС в возрасте от 18 до 55 лет. Контрольная группа состояла из 20 здоровых лиц без сопутствующей и ЛОР патологии. Материалом для иммунологического исследования служили сыворотка крови и назальный секрет здоровых и больных ХГРС до и после лечения. После 30 минутной инкубации при комнатной температуре планшет трижды отмывали дистиллированной водой, затем вводили 200 мкл исследуемой сыворотки или смыва полости носа, разведенных в соотношении 1:100 забуференным физиологическим раствором и после инкубации вновь трижды отмывали лунки планшетов. Полученные результаты выражали в единицах оптической плотности. Традиционный метод включал назначение системного антибиотика, антигистаминных препаратов, сосудосуживающих капель в нос, ирригационную терапию и по показаниям пункцию гайморовой пазухи или «ЯМИК - метод». За основу предлагаемой нами схемы лечения был взят запатентованный способ Н. Логиной «Способ лечения хронических рецидивирующих заболеваний слизистой носа и околоносовых пазух методом эндоназальной аутолимфоцитотерапии» патент RU 2403071 С1 , включающий получение аутологичных лимфоцитов из венозной крови больного, их культивирование совместно с иммуномодулятором и введение в придаточные пазухи носа, посредством установленного ЯМИК-катетера, после предварительной эвакуации содержимого. Ввиду сложности и дороговизны процесса получения аутологичных лимфоцитов было предложено некоторое упрощение указанной методики.
Это достигается постоянным синтезом белковых молекул и удалением поврежденных. В клетках человека обычно экспрессируется свыше 10 000—13 000 различных белков [ 1 ]. Совокупность всех белков клетки называется протеомом. Являясь наиболее универсальными и структурно сложными биологическими макромолекулами, белки выполняют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности клетки и организма, вовлекаясь почти в каждый биологический процесс. Белки являются уязвимыми макромолекулами из-за своего сложного строения: для того чтобы быть биохимически и функционально активными, они должны формировать и поддерживать нативную трехмерную конформацию. Некоторые белки способны спонтанно принимать правильную структуру, а другие нуждаются в помощниках — специализированных белках-шаперонах [ 2 — 4 ]. Примерно 1 из 20 синтезируемых белковых молекул имеет неправильную конформацию [ 6 ]. Такие полипептиды бесполезны, а иногда токсичны для клетки, склонны к спонтанной агрегации и могут откладываться как в телах нервных клеток, так и за их пределами. Для поддержания белкового протеостаза и правильного баланса протеома клетки используют взаимосвязанные молекулярные машины, основанные на шаперонах и системах утилизации белков, которые составляют основные функциональные модули протеостазной сети. В этом обзоре представлены современные данные об организации протеостазной сети, ключевых функциях шаперонов семейства HSP70 и малых шаперонов sHSPs и протективных механизмах их действия при развитии конформационных заболеваний.
Важнейшей функцией HSPs является способность узнавать и связывать de novo синтезированные полипептидные цепи и складывать их в активные молекулы белков, предотвращать агрегацию белков, обеспечивать их частичную или полную ренатурацию, а также доставлять аберрантные белки к местам их протеолитической деградации [ 3 , 4 , 9 , 10 ]. В каждое семейство входят как конститутивно экспрессируемые, так и стресс-индуцируемые формы [ 9 ]. Конститутивные белки присутствуют в клетке постоянно, и их количество всегда поддерживается примерно на одинаковом уровне. Экспрессия индуцируемых форм шаперонов многократно возрастает при стрессе тепловой и холодовой шок, окислительный стресс, воздействие тяжелых металлов, токсинов, окислителей и т. Быстрый процесс транскрипции и трансляции стресс-индуцируемых HSPs обусловлен отсутствием в их генах интронов [ 14 ]. Им помогают регуляторные кошапероны 244 белка , которые дополнительно вовлекаются в процесс субстратной селективности при фолдировании полипептидных цепей. Все HSPs способны узнавать экспонированные на поверхности олигомеров и неправильно свернутых белков остатки гидрофобных аминокислот, но осуществляют рефолдинг белков-клиентов разными способами. Так, шапероны семейства HSP70 могут удерживать полипептидные цепи и способствовать их спонтанному фолдингу [ 9 ]. Некоторые шапероны из семейств HSP60 и HSP70 связываются с белками с нарушенной конформацией и помогают им принять нативную функционально активную структуру, используя энергию АТФ [ 15 ]. Если достижение нативной структуры невозможно, а также в случаях, когда белок необратимо поврежден или мутантен, шапероны направляют его на деградацию.
В клетке существуют системы, отвечающие за деградацию белков — убиквитин-протеасомная УПС и аутофагии. Основной функцией УПС является протеолиз мутантных, неверно свернутых и агрегированных белков, направленных шаперонами на деградацию. Но, прежде чем подвергнуться протеолизу, агрегированные белки должны быть дезагрегированы [ 18 ]. Важность системы HSPs в протеасомной деградации белков была продемонстрирована в конце прошлого века, когда A. Ciechanover с соавт. Кроме того, установлено, что при недостатке шаперонов функция УПС ослабевает, а при повышении их содержания — восстанавливается [ 20 ]. Высокие концентрации индуцируемого Hsp70 способствуют повышению протеолитической активности 26S протеасомы, что особенно важно в условиях накопления в клетках токсичных белковых форм [ 21 ]. Однако крупные комплексы агрегированных белков и нерастворимых агрегатов не могут быть расщеплены в протеасоме, поэтому для их деградации в клетке запускается процесс аутофагии: такие белки направляются в аутофагосомы, где разрушаются лизосомальными ферментами [ 24 ]. В то же время некоторые растворимые олигомеры могут утилизироваться путем шаперон-опосредованной аутофагии. 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.
И вот именно у них мы будем стараться найти, что переборет», пояснил эксперт. Предварительные результаты можно будет ожидать осенью текущего года. Еще по теме:.
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. С химической точки зрения для поддержания стабильных растворенных белков важно не превышать их предельную концентрацию. Иначе процесс агрегации и образования амилоидов усиливается [137]. Ученые продолжают идентифицировать наиболее склонные к агрегации белки, чьи клеточные концентрации высоки по сравнению с их растворимостью. Такие белки называют «перенасыщенными».
Оказалось, что они активно участвуют в патологической агрегации во время стресса и старения, и чрезмерно представлены в биохимических процессах, связанных с нейродегенерацией. Так, агрегация перенасыщенных белков приводит к образованию нерастворимых отложений при болезнях Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и боковом амиотрофическом склерозе ALS [138—140]. К перенасыщенным относят много РНК-связывающих белков, которые содержат неструктурированные и слабоструктурированные последовательности. Такие белки часто способны подвергаться фазовым переходам жидкость-жидкость, благодаря чему образуют каплеобразные скопления в цитозоле и ядре [125]. Клетке нужны такие белки для метаболизма РНК, биогенеза рибосом, передачи сигналов и других процессов [141]. Тем не менее их динамическое поведение очень чувствительно к изменениям физико-химической среды клеток. Во время агрегации сначала появляются белковые скопления из относительно небольшого числа молекул, которые сохраняют структурную память о своих здоровых состояниях. Эти ранние агрегаты довольно нестабильны, поскольку успевают наладиться только слабые межмолекулярные взаимодействия.
Однако по мере усугубления ситуации такие агрегаты могут подвергаться внутренней перестройке с образованием более стабильных скоплений. При этом получаются пластинчатые структуры, поддерживаемые большим числом взаимодействий. Эти структурированные олигомеры могут расти дальше за счет самоассоциации или за счет добавления мономеров, часто с дальнейшими структурными перестройками. В итоге могут образоваться четкие фибриллы с пластинчатой структурой, похожие на стопки монет. На сегодняшний день отмечено около 40 белков, склонных к формированию крупных агрегатов при различных заболеваниях человека [5]. Другим уязвимым белкам например актину, фибронектину и лактоферрину свойственна четкая нативная структура. По факту, между патологическими белками нет очевидного сходства в последовательности, структуре или функции. Бывает и так, что неупорядоченные или нативные агрегаты разрастаются без каких-либо серьезных преобразований и, в конце концов, просто дают большие аморфные отложения, сохраняющие структуру исходных олигомеров.
Такие образования, включая амилоидные, аморфные или нативные агрегаты, накапливаются при определенных патологических состояниях. Если они располагаются в центральной нервной системе, то это ассоциируется с нейродегенеративными состояниями, например болезнями Альцгеймера и Паркинсона. В других тканях наблюдаются многочисленные амилоидозы и дистрофии. Больше половины таких заболеваний носит случайный характер, хотя встречаются и наследственные формы, например болезнь Хантингтона. Данные заболевания имеют относительно поздний возраст начала, что позволяет предположить, что агрегации белков происходят в основном из-за прогрессирующей потери регуляторного контроля с возрастом. Примечательно, что наличие крупных агрегатов не всегда соотносится с тяжестью заболевания [142]. Исследования последних лет показали, что наиболее токсичными белковыми агрегатами могут быть растворимые олигомеры и мелкие нерастворимые скопления [143]. Опасность таких агрегатов состоит в том, что они активно выставляют наружу гидрофобные остатки и химически активные участки.
Это сильно повышает их способность вступать во взаимодействия с другими белками, особенно с компонентами сети протеостаза рис. Точная природа наиболее токсичных агрегатов остается горячим предметом изучения. Рисунок 26. Порочные круги протеостаза. Ненативный белок может накапливаться по разным причинам 1. В ответ на это происходит мобилизация сети протеостаза, которая пытается защитить клетку 2. Но если ненативный белок всё равно будет появляться, то со временем сеть протеостаза может ослабнуть. Сократится число свободных шаперонов, переполнятся протеасомы 3 и т.
Кроме того, на стабильности PN могут негативно сказаться многие факторы, например старение или дефицит энергии. Ослабление PN будет способствовать накоплению уже других ненативных белков и агрегатов 4 , что в конечном итоге скажется на функционировании клетки 5. С другой стороны, в них могут изолироваться и важные компоненты сети протеостаза, взаимодействующие с растворимыми олигомерами перед их попаданием в амилоид. Это может негативно сказаться на функционировании клетки [149]. В целом, на сегодняшний день принято считать, что агрегация играет двойную роль, сочетая защитные и токсические эффекты. Это сильно усложняет ситуацию. Старение — это, несомненно, основной фактор риска практически всех заболеваний, связанных с отложением белка. С возрастом количество шаперонов снижается, потому что они выключаются из игры нарастающим числом белковых агрегатов.
К тому же и экспрессия шаперонов, по-видимому, снижается с возрастом. При старении снижается и активность UPS, возможно, из-за уменьшения количества активных протеасом, дефектов в системе нацеливания белков на деградацию и накопления сшитых белков, которые трудно переваривать [150]. Как только сеть протеостаза нарушается, агрегаты получают способность распространяться не только за счет их роста, но также за счет вторичных процессов, таких как фрагментация фибрилл и вторичное зародышеобразование. Более того, теперь ясно, что агрегаты могут распространяться от клетки к клетке в пределах одной и той же ткани, способствуя развитию патологических процессов [151]. Шаперонотерапия И тут возникает логичный вопрос: если предполагается, что многие заболевания связаны с ухудшением белкового контроля, то почему бы не попытаться как-то использовать наши знания о сети протеостаза для борьбы с болезнями? Действительно, часто так бывает, что естественным результатом фундаментальных исследований становятся различные терапевтические техники и фармакологические препараты. И есть основания полагать, что эта тенденция не оставит в стороне сеть протеостаза. Одна из терапевтических стратегий связана с шаперонами.
В главе про сигнальные пути протеостаза ключевой фигурой был белок Hsf1 — фактор, регулирующий активность генов большинства шаперонов. На моделях болезней Хантингтона, Альцгеймера и Паркинсона было показано, как при накоплении патологического белка активировались некоторые посредники, которые запускали существенную деградацию Hsf1 [152—154]. Такой эффект угнетал сеть протеостаза и способствовал прогрессии заболевания.
Белок теплового шока ХЛАМИДИЯ
Последнее, как полагают, является одной из основных причин вторичного бесплодия у мужчин и женщин в результате инфекционного процесса хламидийной этиологии. Системный характер поражений в том числе при синдроме Рейтера имеет аутоиммунный характер и не связан с бактериемией. Клиническая картина инфекции в большинстве случаев не является специфичной. Манифестные формы хламидиоза у мужчин могут протекать в виде уретрита, проктита, конъюнктивита, фарингита. Значительные терапевтические проблемы связаны с осложнениями хламидиоза.
Наибольшие диагностические трудности представляют бессимптомные формы. Это могут быть: поражения суставов, синдром Рейтера, опухоли урогенитального тракта, а также сальпингит, внематочная беременность, бесплодие, послеродовый эндометрит, преждевременные роды, невынашивание беременности, мертворождение — у женщин; эпидидимит, простатит — у мужчин. Подготовка специальная подготовка не требуется. Рекомендуется взятие крови не ранее, чем через 4 часа после последнего приема пищи.
HSP70 подавляет развитие аутофагии. Количество модифицированного LC3 LC3-II, по оси ординат , который является маркером аутофагии, измеряли с помощью иммуноблоттинга спустя 2 часа после индукции аутофагии. Значит, HSP70 ингибирует аутофагию. Об этом говорят красные точки — аутофагосомы.
В клетках окрашен белок LC3, который находится в аутофагосомах. Если в голодающих клетках экспрессируется HSP70, то аутофагосом становится меньше. Это подтверждает, что HSP70 ингибирует аутофагию. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Biological Chemistry с изменениями Два механизма помогают нашим клеткам выжить при стрессе — белки теплового шока задача которых — сохранить структуру других белков и аутофагия самопереваривание частей клетки.
Связаны ли эти системы между собой? Как клетка может сделать выбор в пользу одной из них? Оказывается, белки теплового шока управляют аутофагией, не давая клетке принять радикальные меры там, где достаточно легкой починки. Организмы часто попадают в неблагоприятные условия, и должны каким-то образом бороться с ними, чтобы выжить.
Если рассматривать эту проблему на уровне отдельной клетки, то стресс например, повышение температуры может нарушить структуру белков — элементарных винтиков клеточной машины. Нарушение структуры многих белков выливается в сбои целых метаболических путей, появлению свободных радикалов так называемому окислительному стрессу и повреждению отдельных органелл клетки в первую очередь, митохондрий. В процессе эволюции живых организмов возникло множество механизмов защиты от подобных негативных последствий стресса. Один из механизмов выживания клетки в экстремальных условиях связан с так называемыми белками теплового шока БТШ, HSP — Heat shock protein.
Их задача — контролировать правильное сворачивание белковых молекул. При повышении температуры, как и при целом ряде других возможных воздействий на клетку, белки разворачиваются, теряя правильную структуру, а при понижении температуры могут неправильно свернуться обратно, что помешает нормальному функционированию белка. Все сталкивались с этим эффектом в быту: белки куриного яйца при варке приобретают другую структуру, за счет чего содержимое яйца затвердевает. В таком случае белки теплового шока связываются с развернутым белком и удерживают его от слишком быстрого сворачивания, которое, скорее всего, окажется неправильным.
Некоторые БТШ представляют собой большую бочку, внутри которой белок может спокойно свернуться. Если же после нескольких попыток белок всё равно оказывается свернут неправильно, то БТШ направляют его на уничтожение. На самом деле, белки, регулирующие структуру белка шапероны , в том числе БТШ, работают в клетке и в нормальных условиях. Однако в условиях стресса, когда риск нарушения структуры белков повышается, роль БТШ усиливается и их количество увеличивается.
Недостаток питательных веществ — тоже один из типов стресса. В этом случае в клетке может возникнуть необходимость «разобрать» некоторые органеллы на отдельные молекулы и использовать получившийся «строительный материал». Такое часто происходит при травмах или инфекционных заболеваниях которые сопровождаются и снижением аппетита. Разрушение белков до аминокислот в одной части организма требуется для поддержания их усиленного синтеза в поврежденной части, а также для синтеза антител, необходимых для защиты от инфекции.
Для обеспечения клеток строительным материалом в таких экстренных случаях предусмотрен механизм аутофагии. Существует как минимум два разных типа аутофагии — микро- и макроаутофагия. Первый позволяет направить в лизосому клеточную органеллу, содержащую ферменты для расщепления белков, жиров и углеводов для уничтожения отдельные белковые молекулы. Такой путь называет аутофагией, опосредованной шаперонами CMA, chaperone-mediated autophagy.
Этот шаперон направляет белок, который необходимо уничтожить, к поверхности лизосомы. Этот путь хорошо изучен, и в нём центральная роль принадлежит шаперонам, что вполне объяснимо, поскольку как было сказано выше, шапероны например, БТШ могут «направлять на уничтожение» неправильно свёрнутые белки, и логично было бы предположить, что при определенном изменении условий функционирование шаперонов может измениться таким образом, что «черная метка» будет прикрепляться и к правильно свёрнутым белкам тоже.
После того, как стресс прошел, освободившийся Hsp70 опять присоединяется к HSF, который при этом теряет ДНК-связывающую активность и все возвращается в нормальное состояние.
Аналогичным образом все происходит и при других стрессах. Согласно современной классификации, в основу которой положены различия в молекулярных массах, выделяют пять основных классов шаперонов Hsp : Hsp100, 90, 70, 60 и малые Hsp small Hsp, sHsp. Каждый из этих классов белков теплового шока выполняет характерные функции.
Белки семейства Hsp60 могут участвовать в фолдинге сложно устроенных много доменных белков таких как актин или тубулин , а также в АТР-зависимом исправлении ошибок в структуре частично денатурированных белков [8]. Hsp90 образуют сложный комплекс с шаперонами. Такой комплекс взаимодействует с рецепторами стероидных гормонов, обеспечивает эффективное связывание гормона с рецепторами и последующий перенос гормон-рецепторного комплекса в ядро.
Помимо этого, белки класса Hsp90 участвуют в направленном переносе нескольких типов протеинкиназ к участкам их функционирования [5]. К последней группе белков теплового шока относятся Hsp с малыми молекулярными массами sHsp — small heat shock proteins — малые белки теплового шока, выполняющие множество разных функций в клетке. По данным ряда авторов окислительный стресс сопровождается усиленным синтезом sHsp [9].
В настоящее время большая часть исследователей склоняется к заключению, что sHsp защищают клетку от окислительного шока, хотя в литературе высказывается и противоположная точка зрения. Установлено, что N-концевой домен sHsp состоит аминокислотных остатков богатый метионином. Для всех sHsp хлоропластов этот участок очень консервативен и, по всей видимости, участвует в распознавании субстратов [10].
Предполагают, что sHsp каким-то образом активируют или стабилизируют глюкозо-6-фосфат дегидрогеназу — фермент, продуктом которого является NADPH [7].
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. Он использовался аутологичным образом в клинических исследованиях для gp96 и hsp70, но in vitro он работает для всех иммунных HSP.
«Это не то лекарство, которое поднимет Лазаря»: правда о разработке «от всех видов рака»
Белки теплового шока (heat shock proteins, HSP) – класс белков, синтез которых повышается в ответ на стрессовое воздействие. Затем белки теплового шока начинают воздействовать на белки с другими функциями с целью нормализовать их работу или утилизировать те белки, которые перестали корректно работать в результате стресса. Оказывается, белки теплового шока управляют аутофагией, не давая клетке принять радикальные меры там, где достаточно легкой починки.
Белки теплового шока
Белки теплового шока, по-видимому, более восприимчивы к саморазрушению, чем другие белки, из-за медленного протеолитического действия на самих себя.[21]. Оказывается, белки теплового шока управляют аутофагией, не давая клетке принять радикальные меры там, где достаточно легкой починки. ность и сложность состава низкомолекулярных (15—30 кДа) полипептидов, негомологичных соответствующим БТШ других организмов. Раковые клетки часто содержат высокий уровень белков теплового шока (heat shock protein или Hsp), а одним из наиболее распространенных является Hsp70.
БЕЛКИ́ ТЕПЛОВО́ГО ШО́КА
Macielag, K. Investig Drugs. Известно, что одной из причин развития хронического гнойного риносинусита ХГРС является иммунная недостаточность как на системном, так и местном уровне [1, 2, 7]. Основным методом в лечении обострения ХГРС является системная антибактериальная терапия, длительное применение которой сопровождается повышением резистентности микроорганизмов и рецидивирующим течением [4, 6]. Исходя из сказанного, очевидно, что раскрытие новых звеньев механизма развития ХГРС представляется актуальным, так как открывает перспективы новых путей патогенетической терапии этого заболевания.
Доказано, что белок теплового шока БТШ, HSP-70, шаперон, стресс-белок экспрессируется на клетках слизистой носа и микроорганизмах. Стресс-белок обладает не только защитными свойствами, но и способен запускать новые звенья патогенеза ХГРС, так как, являясь высокоиммуногенным, может индуцировать выработку аутоантител аАт [5]. До настоящего времени роль БТШ как в механизмах создания местной резистентности, так и его участие в развитии патологического процесса в полости носа и ОНП, практически не исследовалось, что и составило предмет нашего исследования. Материалы и методы исследования Под нашим наблюдением находилось 20 больных ХГРС в возрасте от 18 до 55 лет.
Контрольная группа состояла из 20 здоровых лиц без сопутствующей и ЛОР патологии. Материалом для иммунологического исследования служили сыворотка крови и назальный секрет здоровых и больных ХГРС до и после лечения.
Следовательно, для устранения возрастных изменений лица необходимо применять более глубокие алгоритмы лечения. Они могут включать совместное воздействие на более глубокие фасциальные и мышечные слои, поскольку они способствуют изменению положения тканей лица. Данное сочетанное воздействие реализовано в аппарате EMFace BTL Industries Ltd , воздействующем на лицевые мышцы, их фасции и дермальный слой для омоложения лица.
Результаты исследования показали, что процедура индуцирует плотную сеть коллагеновых и эластиновых волокон после обработки синхронизированными радиочастотами и HIFES. Как работает технология HIFES С помощью специальных аппликаторов, которые наклеиваются на лицо в проекции мышц-леваторов, создается сигнал, проходящий вдоль нейрона вплоть до нервно-мышечного соединения — места, где двигательный нейрон соединяется с мышцей. Эти сигналы преодолевают барьер нервно-мышечного соединения и передаются мышце, которая вынуждена сокращаться. Этот процесс обходит произвольное намерение мозга, вызывая принудительное сокращение с помощью электрической стимуляции. Стимулы HIFES повторяются с такой частотой, что лицевые мышцы не могут расслабляться в промежутках между отдельными импульсами.
Поскольку мышца не может расслабиться при дополнительных раздражителях, она вынуждена сокращаться еще больше, что постоянно увеличивает силу сокращения с каждым дополнительным сигналом. Правильный выбор этих двух факторов напряженность электрического поля и частота приводит к так называемому супрамаксимальному сокращению, запускающему деление миоядер, что увеличивает плотность мышечного волокна1. Белки теплового шока и клетки-сателлиты: физиология Исследования, проведенные на скелетных мышцах, показали, что белки теплового шока HSP и клетки-сателлиты SCs могут активироваться при интенсивных мышечных нагрузках в ответ на применяемые стимулы. Белки теплового шока — это класс функционально сходных белков, экспрессия которых возрастает при повышении температуры или при других стресс-воздействиях на клетку. Тепловым шоком является реакция клеток и систем на температуру, превышающую нормальные для организма показатели.
Белки теплового шока являются основными молекулярными маркерами как непосредственно теплового шока, так и практически любого экзогенного стресса. Повышение экспрессии генов, кодирующих белки теплового шока, регулируются на этапе транскрипции и являются универсальными молекулярными шаперонами от англ. Chaperon — сопровождать , т. Основной функцией HSP считается контроль образования новых белков и формирование их третичной структуры фолдинг. Связываясь с растущими пептидными цепями на рибосоме, HSP предотвращают их неспецифическую агрегацию, предохраняют от преждевременного протеолитического распада и способствуют правильному и своевременному сворачиванию полипептида в третичную структуру.
HSP также связывают измененные белки или белки, третичная структура которых уже сформировалась неправильно, защищая клетку от их воздействия. Клетки-сателлиты — это стволовые клетки мышечного происхождения, ответственные за развитие и обновление миоволокон. В состоянии покоя SCs остаются неподвижными, готовыми к активации, и обеспечивают дифференцировку для создания новых миоядер к существующим мышечным волокнам или генерируют новые мышечные волокна. В здоровой мышце это может привести к уплотнению мышечной ткани и общему улучшению качества мышц. В атрофированной мышце изменение структуры мышцы может привести к гипертрофической реакции, обращающей атрофию вспять.
Однако не только мышца реагирует на сигнальные молекулы. Также было задокументировано, что фасциальный слой реконструирует себя в ответ на тепловые и механические раздражители. Heat shock factor — фактор теплового шока. При стрессорном воздействии HSF отделяется от HSP, приобретает ДНК-связывающую активность и накапливается в ядре, где активирует транскрипцию новых шаперонов и подавляет транскрипцию других генов. Белки теплового шока принимают участие в транспортировке белковых молекул через мембраны митохондрий и ядерную оболочку в процессинге белков до антигенных пептидов и их связывании с молекулами главного комплекса гистосовместимости Major histocompatibility complex — MHC 1-го класса.
Взаимодействуя с микротрубочками и микрофиламентами, HSP стабилизирует цитоскелет, что увеличивает устойчивость клетки к механическому повреждению, денатурации и агрегации белков клетки.
Следующим этапом исследования станет изучение эффектов увеличенного производства этих белков на замедление нейродегенеративных процессов, что открывает новые перспективы для разработки лекарств и методов лечения этих серьезных заболеваний. Ученые надеются, что их работа приведет к созданию новых терапевтических стратегий, способствующих замедлению прогрессирования нейродегенерации и улучшению качества жизни миллионов людей по всему миру.
Ему предшествовало огромное количество исследований.
Дело в том, что белки теплового шока, с которыми мы работаем, это белки шапироны, которые выполняют роль белков, защищающих организм от разрушения белковых структур, и, помимо этого, белки теплового шока ускоряют процессы трансформации, утилизации вот таких патологических изменений. В связи с этим есть вероятность, что эти белки теплового шока и их повышенное введение в организм какими-то либо способами вызовет не только замедление процессов нейродегенерации, но и сведет их образование и развитие к минимальным значениям, что нивелирует полностью клинику нейродегенеративных заболеваний», — заявил эксперт. Геннадий Пьявченко рассказал, что в распоряжение им были предоставлены мыши, у которых развивается к определенному времени жизни та или иная нейродегенеративная патология.