Учёные из БелГУ вместе с российскими и британскими коллегами нашли подтверждения существования прямой связи между последовательностью гена, который контролирует выработку белка теплового шока HSP70, и характером протекания ишемического инсульта. Использование белков теплового шока (БТШ70) открывает большие перспективы в лечении онкологии.
РОЛЬ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 70 В ПАТОГЕНЕЗЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИИ
| Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485 | Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. |
| Белки теплового шока (стресс-белки) | Белки теплового шока утилизируют старые белки в составепротеасомыи помогат корректно свернуться заново синтезированным белкам. |
| 132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока. | Шаперонная функция белков теплового шока осуществляется не только в процессе биогенеза других белков, но и при иммунном ответе на антигены. |
| 132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока. | лено белкам теплового шока семейств а HSP70 и малым шаперонам sHSPs, высту. |
| РОЛЬ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 70 В ПАТОГЕНЕЗЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИИ | БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА (шапероны), семейство специализированных внутриклеточных белков. |
Использование инфракрасной сауны и белков теплового шока
Исследователи дополнили выборку данными об аллельных частотах мутаций из больших общедоступных баз данных экзомного секвенирования: DiscovEHR более 50 000 образцов и ExAC более 45 000 образцов. Авторы проанализировали результаты секвенирования и обнаружили повышенное количество редких генных вариантов, ассоциированных с производством укороченных форм белков protein-truncating variants, PTV у пациентов с БАС. Причем эти варианты встречались в генах, находящихся под сильным давлением очищающего отбора и потому наименее подверженных вредным мутациям. Этот белок входит в семейство белков теплового шока DNAJ HSP40 , осуществляющих фолдинг только что синтезированных полипептидов и очистку клетки от разрушенных белков.
Белки этого семейства регулируют сворачивание аминокислотных цепочек и предотвращают появление неправильно сформированных белковых молекул в клетках всех живых организмов. В конце 1970-х и в начале 1980-х годов с помощью оригинального приема клеточной биохимии, позволяющего увеличить количество информационных РНК, кодирующих последовательности соответствующих белков, ученым удалось клонировать первые гены теплового шока мухи-дрозофилы.
На тот момент специалисты придерживались мнения, что реакция теплового шока характерна исключительно для организма дрозофил. На этом этапе Ричард Моримото и сделал своей первый вклад в изучение белков теплового шока. Он собрал обширную коллекцию ДНК многоклеточных организмов и с помощью метода саузерн-блоттинга продемонстрировал, что все они содержат практически идентичные по структуре аналоги гена Hsp70. Результатом дальнейшего детального изучения этого вопроса стало понимание того, что гены теплового шока в практически неизменившимся в ходе эволюции виде представлены в геномах представителей всех пяти царств живого мира. Следующим достижением в цепи последовавших за этим событий стала идентификация семейства факторов транскрипции, управляющих запуском первого этапа реакции теплового шока.
В этой работе приняло участие несколько исследовательских групп из разных университетов, в том числе и группа Моримото. Ученые продемонстрировали, что повышение температуры клетки вызывает изменение формы этих факторов транскрипции, что способствует их связыванию с промоторами генов теплового шока, инициирующими синтез белков теплового шока. Более того, оказалось, что в отличие от дрожжей, мух-дрозофил и нематод Caenorhabditis elegans, имеющих только один фактор транскрипции генов теплового шока, в клетках человека имеется целых три таких фактора. Такая сложная схема регуляции экспрессии исследуемых генов навела ученых на мысль об их многофункциональности, требующей дополнительного изучения. Дальнейшие исследования показали, что белки теплового шока сами регулируют функционирование фактора транскрипции, инициирующего их продукцию в ядрах клеток.
Очевидным стало также то, что белки теплового шока выполняют функции молекулярных шаперонов — управляют сворачиванием аминокислотных цепочек, обеспечивая формирование правильных пространственных конформаций белковых молекул, а также выявляют и устраняют сбои в этом процессе. Таким образом, оказалось, что клеточный термометр не только измеряет температуру, но и осуществляет мониторинг появления в клетке неправильно сформированных и поврежденных белков. Тепловой шок и другие стрессорные воздействия наполняют клетку аномальными белками, на что шапероны реагируют связыванием этих белков и высвобождением фактора транскрипции теплового шока-1 Hsf1. Молекулы этого фактора самопроизвольно формируют тримеры комплексы из трех молекул , связывающиеся с соответствующими регионами генома, в свою очередь запускающими синтез белков теплового шока. Следующее за этим повышение концентрации белков теплового шока до необходимого уровня по принципу обратной связи подавляет транскрипционную активность фактора транскрипции Hsf1.
Изучение функционирования белков теплового шока на линиях клеток сильно ограничивало возможности исследователей, так как не обеспечивало получения информации о сопровождающих его изменениях, происходящих во всем организме. Поэтому примерно в 1999 году Моримото и его коллеги решили перейти на новую модель — круглых червей C.
Korean Med. Pockley A. Circulating heat shock protein and heat shock protein antibody levels in established hypertension. Serum heat shock protein 70 levels predict the development of atherosclerosis in subjects with established hypertension. Hypertension, 2003, Vol. Poon P.
Pryshchep O. Vessel-specific toll-like receptor profiles in human medium and large arteries. Circulation, 2008, Vol. Schlesinger M. Heat shock proteins. Sharma S. Srivastava K. Expression of heat shock protein 70 gene and its correlation with inflammatory markers in essential hypertension.
Teague H. Unraveling vascular inflammation: from immunology to imaging. Vogt S. Detection of antihsp70 immunoglobulin G antibodies indicates better outcome in coronary artery bypass grafting patients suffering from severe preoperative angina. Surg, 2004, Vol. Wallin R. Heat-shock proteins as activators of the innate immune system.
Инструменты для увеличения количества белков теплового шока в организме: древняя традиция термальной терапии Наши предки создавали и использовали различные формы термальной терапии на протяжении веков. В то время как конструкции и тип тепла, используемого для целей термотерапевтических установок, менялись на протяжении всей истории, их основная врожденная цель оставалась неизменной. Название От парилок коренных американцев, турецких хаммамов, традиционных финских саун , японских ванн с горячими источниками и до новейшей разработки в области теплотерапии, инфракрасной сауны , все они дают возможность подвергать тело усиленному внешнему теплу в течение определенных периодов времени. Регулярное использование любой из упомянутых выше моделей термотерапии усилит выработку БТШ. Сауны с инфракрасным излучением широкого спектра обеспечивают те же преимущества, что и большинство традиционных моделей теплотерапии, но, поскольку источником тепла является излучение, каскад преимуществ для здоровья, получаемых от клеточного ответа на световые волны, является экспоненциальным. Почему инфракрасная сауна является выбором номер один для повышения выработки белков теплового шока? Весьма специфическое воздействие спектра инфракрасного света на биологию человека усугубляет положительный эффект увеличения количества HSP. А именно, уникальный клеточный ответ на инфракрасные волны усиливает оксигенацию кровотока, и когда это сочетается с увеличением HSP, возникает биологическая магия 5. В то время как есть много инструментов, которые можно использовать для создания тела, созревшего с СЧЛ, включая погружение в холодные внешние температуры, что такого особенного в инфракрасной сауне широкого спектра действия? Да, HSP будут увеличиваться во время любого сеанса термальной терапии, но что делает воздействие инфракрасного света уникальным по своему назначению, так это взаимосвязь между длинами волн этого света, клеточным составом и механизмом человеческого тела. Физиология человека состоит из более чем пятидесяти триллионов клеток; каждый дом для «энергетических растений», называемых митохондриями.
БЕЛКИ́ ТЕПЛОВО́ГО ШО́КА
| «Космическое» российское лекарство от всех видов рака будет доступным // Новости НТВ | Открытие белков теплового шока в начале 1960-х годов объясняет на молекулярно-биологическом уровне, почему люди обратились к термальной терапии, чтобы очистить тело, очистить разум и найти связь с более высокой силой во времени и странах (1). |
| Использование инфракрасной сауны и белков теплового шока | Название отражает некоторые свойства белков теплового шока, но далеко не все. |
Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии
Ученые хотят убедиться в том, что при регулярной повышенной продукции белков теплового шока развитие нейродегенетивных заболеваний. Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии. Основное внимание уделено белкам теплового шока семейства HSP70 и малым шаперонам sHSPs, выступающим в качестве центральных координаторов протеостазной сети.
В ожидании чуда
Он играет большую роль при стрессах самого разного происхождения — при повышении температуры, при ишемии, при травмах, высокой физической нагрузке, ультрафиолетовом облучении, бактериальной инфекции, воспалении. Исследователи из Института биофизики клетки Российской академии наук РАН , Института молекулярной биологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и больницы Пущинского научного центра предположили, что БТШ70 можно использовать для защиты клеток и организма в целом от действия бактериальных патогенов. Действительно, эксперименты показали, что если ввести БТШ70 животным, которым перед тем ввели эндотоксин, то их кровь, переполненная разнообразными воспалительными молекулами, приходит в норму, а смертность самих животных ощутимо снижается. БТШ70 работает с иммунными клетками — то есть чтобы использовать его с наибольшей эффективностью, нужно как-то доставить его точно по адресу.
Вводить его в кровь, как есть — не слишком удачная затея: часть его успеет разрушиться до того, как доберется до нужных клеток, часть вообще прилипнет куда-нибудь не туда. Поэтому исследователи решили сделать для белка особые полиэлектролитные капсулы, сделанные из полипептидов и полисахаридов. В статье в Cell Stress and Chaperones авторы пишут, что, во-первых, капсулы легко поглощаются иммунными клетками то есть теми, кто должен получать БТШ70 и сами по себе не оказывают на «адресатов» никакого токсического действия, во-вторых, БТШ70, который доставили в такой посылке, вполне успешно противостоит процессам, сопровождающим сепсис.
Так, одна из задач белка — предотвращать гибель иммунных клеток нейтрофилов, у которых под действием бактериальных эндотоксинов запускается апоптоз — программа клеточного самоубийства.
При взаимодействии TLR7 с HSP70, активно секретируемым, так и освобождаемым при некротической гибели клеток млекопитающих, усиливается фагоцитарная функция макрофагов. Данный эффект проявляется за несколько минут и выражается не только в стимуляции фагоцитоза, но также и функции представления антигена Т-клеткам через сигнальные пути, опосредуемые фосфоинозитид 3-киназой и р38 МАР-киназой. На сегодняшний день многие рецепторы, распознающие паттерны известных PAMPs прокариотов, грибков, вирусов, простейших патогенов остаются еще не охарактеризованными. Существует взаимосвязь между фагоцитозом и экспрессией TLRs, поскольку активация сигналов через TLR усиливает фагоцитарные процессы, а фагоцитоз модулирует последовательность активации TLR. Является очевидным, что еще неопределенные молекулярные паттерны могут искажать или направлять адаптивный имунный ответ по Тh-2 типу Возможно, что отсутствие сигналов например — PAMPs , подобно дефициту своих МНС I для NK-клеточной активации является стимулом для запуска иммунитета второго типа. Индукция сигналов через Toll-подобные рецепторы может обеспечивать не только защиту организма от различных инфекций.
Нарушение функции проводимости данных сигналов приводит к развитию целого ряда патологических процессов в организме. Например, чрезмерная продукция провоспалительных цитокинов эндогенными лигандами может стать причиной развития хронического воспаления, аутоиммунных заболеваний, таких как болезнь Крона, диабет типа 1, атеросклероз. Изменение баланса в сторону провоспалительных цитокинов, вероятно, обусловлено развитием локальных отеков и воспалительных реакций в ЦНС инициированных провоспалительными цитокинами TNF-a или IL-1p.
Эксперименты с использованием теплового прекондиционирования для мобилизации стресс-индуцируемых форм HSPs показали сходный защитный эффект в моделях БП [ 102 , 103 ].
Фундаментальное значение для развития технологий лечения БП имеют данные, свидетельствующие, что проведение профилактической или превентивной терапии с помощью интраназальной доставки в мозг рекомбинантных белков Hsp70 или Grp78 человека препятствует развитию нейродегенерации в нигростриатной системе и проявлению моторных нарушений, а также улучшает функцию выживших ДА-ергических нейронов в лактацистиновой модели БП у крыс [ 105 — 107 ]. Немаловажный вклад в нейропротекцию Hsp70 и Grp78 вносит также их способность вовлекаться в механизмы деградации аномальных белков [ 21 , 110 ]. Эти киназы в конечном итоге гиперфосфорилируют тау-белок, что приводит к его агрегации и образованию нейрофибриллярных клубков НФК , дестабилизации микротрубочек, нарушениям синаптической активности и, как следствие, развитию когнитивного дефицита [ 34 ]. Образцы ткани головного мозга пациентов с БА показывают ослабление экспрессии некоторых шаперонов семейств sHSPs и HSP70 [ 115 ], а также их колокализацию с амилоидными бляшками и НФК, что может указывать на взаимодействие HSPs с патологическими белками, приводящими к развитию БА [ 116 ].
Действительно, функционируя в цитоплазме, Hsp70 ингибирует агрегацию амилоидного белка тау на ранних этапах и подавляет формирование тау-агрегатов. Hsp70 изолирует олигомеры и зрелые тау-фибриллы, нейтрализуя их способность повреждать мембраны и препятствуя дальнейшему распространению тау-патологии между клетками [ 117 ]. На моделях БА у мух Drosophila sp. Нейропротективные эффекты Hsp70 обусловлены активацией различных вне- и внутриклеточных сигнальных каскадов.
После интраназального введения Hsp70 мышам в генетической модели БА отмечается усиление экспрессии генов, участвующих в процессинге и презентации антигена, особенно членов главного комплекса гистосовместимости. Авторы работы предполагают, что одной из нейропротекторных функций Hsp70 является активация адаптивного иммунитета [ 120 ]. Наряду с Hsp70 малые шапероны sHSPs также вовлечены в уменьшение токсичности амилоидных белков. Недавно выяснено, что Hsp22 и Hsp27 связываются со сформировавшимися амилоидными бляшками, ингибируют их фибриллизацию и останавливают интоксикацию [ 121 ].
Показано, что Hsp27 способен превращать маленькие токсичные олигомеры в большие нетоксичные белковые комплексы, которые затем могут удаляться из нейронов путем аутофагии. Скопления mHTT разрушают цитоскелет клеток и нарушают процесс транспорта синаптических везикул для дальнейшего экзоцитоза, что приводит к появлению у больных таких симптомов, как гипер- или гипокинезия, в зависимости от того, какой путь передачи нервного импульса прямой активирующий или непрямой тормозный затронут [ 123 ]. Частично этот процесс обусловлен включением шаперонов в состав агрегатов mHTT, а частично является следствием аномально быстрого разрушения фактора теплового шока HSF-1, индуцирующего процесс экспрессии HSPs [ 124 ]. Однако долгое время оставалось неизвестным, за счет каких механизмов Hsp70 и другие HSPs оказывают свои нейропротективные эффекты.
В 2011 г. Hsp70 АТФ-зависимо связывается с белковыми фрагментами, богатыми полиQ-повторами, что предполагает участие его шаперонной активности в разрушении белковых агрегатов. В 2015 году в модели in vitro было установлено, что именно взаимодействие Hsp70 и Hsp40 с аминокислотами в N-терминальном участке гентингтина препятствует формированию его патологических агрегатов [ 127 ]. Активация ответа теплового шока и увеличение содержания в клетках HSPs приводит к ускорению процесса агрегации мутантных белков, а также способствует протеасомной деградации растворимого mHTT и аутофагии нерастворимых агрегатов [ 128 ].
Недавно продемонстрировано, что критическим участником образования токсичных белковых агрегатов в моделях БГ является глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназа ГАФД , которая может выступать как субстрат для процессов белковой агрегации. Одной из функций конститутивной формы шаперона Hsc70 является регуляция клатрин-опосредованного эндоцитоза, процесса, необходимого для интернализации некоторых мембранных рецепторов. Однако в патологических состояниях Hsc70 вовлекается в процесс агрегации гентингтина и других белков с полиQ-хвостами, содержание его в цитоплазме клетки в свободной форме снижается и процесс эндоцитоза нарушается, что может частично объяснить возникновение когнитивного дефицита, наблюдаемого при БГ [ 130 ]. При этом увеличение содержания Hsc70 останавливает развитие этих нарушений.
Практически у всех пациентов с АЛС postmortem в цитоплазме нейронов головного мозга обнаруживаются белковые агрегаты, включающие убиквитин и ДНК-связывающий белок TDP-43, который в норме присутствует только в ядрах нервных клеток [ 133 ]. Неправильная конформация и цитозольная локализация TDP-43 приводят к потере его функциональной активности, нарушая нормальное течение процессов транскрипции и трансляции в клетке. Более того, агрегаты TDP-43 являются токсичными для клеток и приводят к гиперактивации систем деградации белков, развитию нейровоспаления и гибели нейронов [ 134 ]. Исследование образцов головного мозга пациентов с АЛС показало колокализацию некоторых HSPs, в частности Hsp27, с агрегатами TDP-43, что свидетельствует о том, что в патологических условиях доступность этих шаперонов для выполнения их функций резко снижается, что ухудшает эффективность реакции нейронов на клеточный стресс и повышает их уязвимость [ 135 ].
Об участии HSPs в развитии патологического процесса при АЛС свидетельствует также тот факт, что уровни некоторых HSPs, в частности, Hsp70 и Hsp90, повышены в сыворотке крови больных людей, начиная с ранних стадий развития заболевания [ 136 ]. На модели АЛС на первичной культуре нейронов мыши и у дрожжей показано, что увеличение содержания в клетках шаперона Hsp40 снижает токсичность и агрегацию TDP43-белков, при этом общее содержание TDP43 в клетках не меняется [ 137 , 138 ]. Hsp40 способен поддерживать TDP-43 в растворимом конформационном состоянии, при этом не изменяя общее содержание TDP-43 в клетке. Таким образом, терапия с помощью активации ответа теплового шока или прямой индукции синтеза Hsp40 способна замедлить процесс патологического агрегирования TDP-43, интоксикации клеток и нейродегенерации [ 139 ].
В совокупности представленные результаты являются фундаментальным обоснованием для поиска нейропротективных препаратов, способных мобилизовать шаперонный механизм HSPs в нейронах головного мозга, с целью проведения превентивной или профилактической терапии конформационных заболеваний. Основным активатором транскрипции генов HSPs при развитии стресса является транскрипционный фактор теплового шока HSF1 [ 140 ]. У всех эукариотических организмов в состоянии покоя HSF1 находится в мономерном, связанном с Hsp90 состоянии. В ответ на стресс HSF1 освобождается от Hsp90, тримеризуется, фосфорилируется, транслоцируется в ядро и запускает транскрипцию стресс-индуцируемых генов hsp [ 141 ].
Старение организма и развитие конформационных заболеваний сопровождаются пониженным уровнем экспрессии и активности HSF1, а значит и сниженной способностью нейронов противостоять токсическим повреждениям и нейродегенерации [ 8 ]. Следовательно, для мобилизации защитных механизмов требуется активация HSF1. Поэтому поиск безопасных малых молекул-индукторов HSF1 является приоритетной задачей современной биомедицины. Одним из первых изученных активаторов HSF1 стал ингибитор Hsp90, антибиотик гелданамицин.
Однако возможность применения гелданамицина в терапии конформационных заболеваний лимитирована его низкой растворимостью и слабой проходимостью через гематоэнцефалический барьер [ 144 ].
Он может стать серьезным подспорьем в борьбе против рака, в том числе в комплексном лечении, помогая иммунной системе распознавать опухолевые клетки. 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.
EMFace: влияние белков теплового шока на ремоделирование миофасциального каркаса
Белки теплового шока (heat shock proteins, HSP) – класс белков, синтез которых повышается в ответ на стрессовое воздействие. 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). 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.
Использование инфракрасной сауны и белков теплового шока
Подтверждение этой теории, а также доскональное изучение структуры белка теплового шока и его действия в опухолевых тканях на молекулярном уровне, стало возможным только после того, как это уникальное вещество попало на международную космическую станцию. 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. Научная статья на тему 'Белки теплового шока: биологические функции. 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.
Использование инфракрасной сауны и белков теплового шока
Эту гипотезу выдвинула группа ученых под руководством Юхи Саарикангаса Juha Saarikangas из Университета Хельсинки, они изучили молекулярные механизмы, лежащие в основе клеточного удлинения и макроскопической многоклеточности. Исследователи проводили эволюционные эксперименты на штаммах Saccharomyces cerevisiae, у которых отсутствовала открытая рамка считывания ACE2. Эта многоклеточная адаптация была результатом морфологической трансформации клеток из овальных в палочковидные, что привело к значительному увеличению соотношения размеров клеток отношение длины к ширине. Удлиненные клетки образовали длинные ветви, которые взаимно переплетались, что приводило к появлению гораздо более прочных многоклеточных групп. Чтобы идентифицировать молекулярные изменения, лежащие в основе морфологической трансформации от клеток-предков овальной формы к палочковидным клеткам, ученые исследовали транскриптомы анаэробной линии, у которой выросли самые большие скопления. Hsp90 был выбран в качестве белка особого интереса, поскольку он участвует в заключительных стадиях сворачивания специализированных белков, которые включают факторы транскрипции и киназы, и, таким образом, контролирует их активность посттрансляционно.
Так, он может модифицировать взаимосвязь генотип-фенотип, изменяя активность ключевых путей развития. Секвенирования РНК с помощью количественной полимеразной цепной реакции показало, что сниженная регуляция Hsp90 опосредована сниженной активностью фактора транскрипции Hsf1.
Эти формы производят небольшое количество структурных антигенов хламидий, но продолжают синтезировать и выделять cHSP60. 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.
Это позволило перейти к намеченному на 2022 год этапу — созданию конструкции трансгенной зиготы для внедрения в матку кролика, — прокомментировал профессор Покровский. Учёный пояснил, что сама конструкция состоит из человеческого белка теплового шока, который встраивается в геном животного — в область молочного промотора. Её конструкцию разрабатывают учёные Национального медицинского исследовательского центра кардиологии совместно с коллегами из Института молекулярной биологии им. Энгельгардта на базе Института биологии гена. Финальный этап конструирования выполнит компания-партнёр «Евроген». Задача на этот год — получить и прогенотипировать такое животное, после чего сможем приступить к следующему этапу — технологии выделения в чистом виде белка теплового шока, его верификации и фармакологическим исследованиям для фармацевтических целей, — подчеркнул профессор Покровский.
PMID 1668897. Schlesinger, MJ 1990-07-25. The Journal of Biological Chemistry 265 21 : 12111—12114. PMID 2197269. Biochemical pharmacology 59 1 : 55—63. PMID 10605935. Angewandte Chemie International ed. In English 41 7 : 1098—113. CO;2-9 10. PMID 12491239. Protein and peptide letters 12 3 : 257—61. PMID 15777275.
РОЛЬ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 70 В ПАТОГЕНЕЗЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИИ
Он относится к классу белков-шаперонов, чья задача — помогать другим белкам сохранять правильную пространственную конфигурацию. Как известно, любой белок — это длинная цепочка связанных друг с другом аминокислот, но цепочка не простая, а очень замысловато скрученная в пространстве. И, собственно, функция белка зависит именно от такой вот его трехмерной пространственной структуры. Однако бывает так, что по каким-то причинам — например, во время клеточного стресса — белку становится трудно «сохранять лицо»: его пространственная структура расшатывается, разворачивается, становится неправильной. И в таких случаях очень к месту оказываются белки-шапероны, которые в буквальном смысле приводят в чувство другие белковые молекулы, которые готовы утратить или уже утратили нормальную пространственную конфигурацию.
БТШ70, как мы сказали, как раз и относится к числу таких шаперонов. Он играет большую роль при стрессах самого разного происхождения — при повышении температуры, при ишемии, при травмах, высокой физической нагрузке, ультрафиолетовом облучении, бактериальной инфекции, воспалении. Исследователи из Института биофизики клетки Российской академии наук РАН , Института молекулярной биологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и больницы Пущинского научного центра предположили, что БТШ70 можно использовать для защиты клеток и организма в целом от действия бактериальных патогенов.
Цитировать Евдокимовская Ю. Продемонстрировано, что секреция БТШ клетками А172 и НТ1080 в течение коротких инкубационных периодов 10-120 мин не осуществляется посредством экзосом и лизосом.
Показано, что липидные рафты участвуют в секреции hsp72 и hsc73, ассоциированных с рафтами. Ключевые слова: секреция белков, белки теплового шока, экзосомы, лизосомы, липидные рафты. Evdokimovskaya Y. It was demonstrated that the exosomes and lysosomes do not participate in the HSPs secretion by A172 and HT1080 cells during shot incubation periods 10-120 min. It was shown that lipid rafts are involved in the secretion of hsp72 and hsc73 associated with rafts.
Keywords: secretion, heat shock proteins, exosomes, lysosomes, lipid rafts. Белки теплового шока БТШ, hsp длительное время считали исключительно внутриклеточными белками, однако, в последние годы накопились экспериментальные данные, свидетельствующие о выходе БТШ из клеток [1, 2] и участии экстраклеточных БТШ в процессах формирования врожденного и приобретенного иммунитета, в том числе и противоопухолевого [3, 4]. Эти данные, в основном, получены при изучении стрессовых воздействий на клетки [2], а также при ряде заболеваний и травматических повреждениях клеток и тканей [5, 6]. Механизм секреции БТШ70 является недостаточно изученным на сегодняшний момент. Известно, что БТШ не способны использовать классический путь секреции белков.
БТШ70, например, не содержит N-концевого лидерного пептида, необходимого для котрансляционного транспорта секреторных белков в ЭПР и далее — в аппарат Гольджи. Hsp96 БТШ 90-го семейства , являющийся резидентным белком ЭПР, содержит лидерный пептид, необходимый для транслокации белка в ЭПР, однако наличие «заякоривающей» аминокислотной последовательности предотвращает его секрецию в экстраклеточное пространство [8]. В литературе встречаются противоречивые данные, касающиеся механизмов секреции БТШ70. Показано, что некоторые клеточные линии секретируют БТШ70 по неклассическому пути в составе секреторных везикул.
Это позволило перейти к намеченному на 2022 год этапу — созданию конструкции трансгенной зиготы для внедрения в матку кролика, — прокомментировал профессор Покровский. Учёный пояснил, что сама конструкция состоит из человеческого белка теплового шока, который встраивается в геном животного — в область молочного промотора. Её конструкцию разрабатывают учёные Национального медицинского исследовательского центра кардиологии совместно с коллегами из Института молекулярной биологии им. Энгельгардта на базе Института биологии гена. Финальный этап конструирования выполнит компания-партнёр «Евроген». Задача на этот год — получить и прогенотипировать такое животное, после чего сможем приступить к следующему этапу — технологии выделения в чистом виде белка теплового шока, его верификации и фармакологическим исследованиям для фармацевтических целей, — подчеркнул профессор Покровский.
Предотвращает сворачивание белков в ходе посттрансляционного транспорта в митохондрии и хлоропласты. Shock Augusta, Ga. PMID 9921710. Annual review of cell and developmental biology 11: 441—69. DOI : 10. PMID 8689565. PMID 18432918. Acta biologica Hungarica 42 1-3 : 3—20. PMID 1668897. Schlesinger, MJ 1990-07-25. The Journal of Biological Chemistry 265 21 : 12111—12114. PMID 2197269.
Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь
Эту гипотезу выдвинула группа ученых под руководством Юхи Саарикангаса Juha Saarikangas из Университета Хельсинки, они изучили молекулярные механизмы, лежащие в основе клеточного удлинения и макроскопической многоклеточности. Исследователи проводили эволюционные эксперименты на штаммах Saccharomyces cerevisiae, у которых отсутствовала открытая рамка считывания ACE2. Эта многоклеточная адаптация была результатом морфологической трансформации клеток из овальных в палочковидные, что привело к значительному увеличению соотношения размеров клеток отношение длины к ширине. Удлиненные клетки образовали длинные ветви, которые взаимно переплетались, что приводило к появлению гораздо более прочных многоклеточных групп. Чтобы идентифицировать молекулярные изменения, лежащие в основе морфологической трансформации от клеток-предков овальной формы к палочковидным клеткам, ученые исследовали транскриптомы анаэробной линии, у которой выросли самые большие скопления. Hsp90 был выбран в качестве белка особого интереса, поскольку он участвует в заключительных стадиях сворачивания специализированных белков, которые включают факторы транскрипции и киназы, и, таким образом, контролирует их активность посттрансляционно. Так, он может модифицировать взаимосвязь генотип-фенотип, изменяя активность ключевых путей развития.
Секвенирования РНК с помощью количественной полимеразной цепной реакции показало, что сниженная регуляция Hsp90 опосредована сниженной активностью фактора транскрипции Hsf1.
При этом важна именно каталитическая активность HSP70 — мутация в той его части, которая ответственна за проявление активности, приводит к развитию аутофагии в стрессовых условиях. Клетки помещали в нормальные условия белые столбики или в среду с недостатком питательных веществ EBSS, черные столбики. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Biological Chemistry Все описанные эксперименты были проведены на культуре клеток. Это хорошая модель, однако организм — более сложная система. И проверка полученных результатов на уровне организма необходима. Авторы исследования не остановились на модельных экспериментах и изучили аутофагию у людей рис. Простейшим способом вызвать стресс является выполнение упражнений.
Было показано, что у людей после физической нагрузки интенсивность аутофагии в мононуклеарных клетках крови лимфоциты , моноциты , макрофаги увеличивается рис. Но как доказать, что в этом процессе участвует HSP70? В культуре клеток всё просто — надо выключить его и посмотреть, как изменится ответ. Если вы работаете с мышами, то можно вывести животных с дефицитом интересующего белка — такназываемых нокаутных животных подробнее про нокаутных животных см. Но если в эксперименте принимают участие люди, то остается надеяться только на физиологические способы изменения активности белков. В случае HSP70 известно, что его активность увеличивается при добавлении глутамина в пищу. Исследователи использовали такой подход: одна группа добровольцев в течение недели три раза в день выпивала раствор глутамина, а вторая группа — раствор, не содержащий глутамина плацебо. На восьмой день проводили тест с физической нагрузкой.
После него у добровольцев брали кровь, выделяли из нее мононуклеарные клетки и уже в них анализировали интенсивность протекания аутофагии и количество HSP70. Оказалось, что прием глутамина значительно снижает проявление аутофагии, что согласовывалось с повышением количества HSP70. Сам по себе этот факт — только интересная корреляция. Однако вместе с экспериментами на культуре клеток он говорит о том, что аутофагия непосредственно связана с белками теплового шока. Показатели для добровольцев, принимавших глутамин, показаны черными столбиками, для принимавших плацебо — белыми. По оси абсцисс показано время после физической нагрузки. Видно, что у добровольцев, принимавших плацебо, с течением времени развивается аутофагия, а у принимавших глутамин — остается на низком уровне. Напротив, количество HSP70 у принимавших глутамин больше, чем у принимавших плацебо.
Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Biological Chemistry В недавней работе японских ученых также было получено важное подтверждение участия HSP70 и его регулятора — HSF — в развитии аутофагии см. Regulation of autophagy by nucleoporin Tpr. Эта команда изучала эффекты выключения одного из белков-компонентов ядерной поры. Внезапно оказалось, что удаление белка Tpr вызывает активацию аутофагии. Участвует он и в транспорте мРНК других белков, участвующих в развитии аутофагии, а также вообще обладает свойствами регулятора транскрипции. Что эти исследования дают для общего понимания процессов, происходящих при стрессе? Системы аутофагии и белков теплового шока имеют одну цель — выживание клетки в трудных условиях. БТШ способствуют этому путем исправления ошибок в сворачивании белков.
Аутофагия обеспечивает клетки строительным материалом. Однако она может использоваться при стрессе и для уничтожения поврежденных органелл вместе с неправильно свернутыми белками. Следовательно, аутофагия — это более радикальный способ решения проблем.
Bomfim G. Toll-like receptor 4 contributes to blood pressure regulation and vascular contraction in spontaneously hypertensive rats. Cai W. Intracellular or extracellular heat shock protein 70 differentially regulates cardiac remodelling in pressure overload mice. Chebotareva N. Heat shock proteins and kidney disease: perspectives of HSP therapy. Cell Stress and Chaperones, 2017, Vol.
Frantz S. Mechanisms of disease: Toll-like receptors in cardiovascular disease. Goulopoulou S. Toll-like receptors in the vascular system: Sensing the dangers within. Gruden G. Herz I. Serum levels of anti heat shock protein 70 antibodies in patients with stable and unstable angina pectoris. Acute Card. Care, 2006, Vol. Hromadnikova I.
Indian J. Kim Y. Molecular chaperone functions in protein folding and proteostasis. Mardan-Nik M.
В 1962 году итальянский генетик сообщил, что тепло и метаболический разобщитель 2,4-динитрофенол вызывают характерный паттерн « пыхтения » в хромосомах Дрозофила. Это открытие в конечном итоге привело к идентификации белков теплового шока HSP или белков стресса, экспрессию которых представляет это затяжка. Об увеличении синтеза выбранных белков в клетках дрозофилы после стрессов, таких как тепловой шок, впервые было сообщено в 1974 году. В 1974 году Тиссьер, Митчелл и Трейси обнаружили, что тепловой шок вызывает выработку небольшого количества белков и подавляет выработку большинства других. Это первоначальное биохимическое открытие привело к большому количеству исследований, посвященных индукции теплового шока и его биологической роли. Белки теплового шока часто действуют как шапероны при рефолдинге белков, поврежденных тепловым стрессом. Белки теплового шока были обнаружены у всех исследованных видов, от бактерий до людей, что позволяет предположить, что они эволюционировали очень рано и выполняли важную функцию. Функция Согласно Marvin et al. Экспрессия гена hspb4, который кодирует альфа-кристаллин , значительно увеличивается в хрусталике в ответ на тепловой шок. Повышение регуляции при стрессе Выработка высоких уровней тепла белки шока также могут быть вызваны воздействием различных видов условий окружающей среды стресса , таких как инфекция , воспаление , упражнения, воздействие на клетку токсинов этанол , мышьяк , следы металлов и ультрафиолет свет и многие другие , голодание , гипоксия кислородное голодание , дефицит азота у растений или недостаток воды. Как следствие, белки теплового шока также называют стрессовыми белками, и их повышающая регуляция иногда описывается в более общем плане как часть стрессовой реакции. Во время теплового стресса белки внешней мембраны OMP не сворачиваются и не могут правильно вставляться во внешнюю мембрану. Они накапливаются в периплазматическом пространстве. Эти OMP обнаруживаются DegS, внутренней мембраной протеазой , которая передает сигнал через мембрану к фактору транскрипции sigmaE. Однако некоторые исследования показывают, что увеличение количества поврежденных или аномальных белков приводит в действие HSP. Петерсен и Митчелл обнаружили, что у D. Белки теплового шока также синтезируются у D. Предварительная обработка мягким тепловым шоком того же типа, которая защищает от смерти от последующего теплового шока, также предотвращает смерть от воздействия холода. Роль как шаперон Некоторые белки теплового шока действуют как внутриклеточные шапероны для других белков. Они играют важную роль во взаимодействиях белок-белок, таких как сворачивание, и помогают в установлении правильной конформации белка формы и предотвращении нежелательной агрегации белка. Помогая стабилизировать частично развернутые белки, HSP помогают транспортировать белки через мембраны внутри клетки. Некоторые члены семейства HSP экспрессируются на низких или умеренных уровнях во всех организмах из-за их важной роли в поддержании белков. Управление Белки теплового шока также возникают в нестрессовых условиях, просто «отслеживая» белки клетки. Некоторые примеры их роли в качестве «мониторов» заключаются в том, что они переносят старые белки в «мусорную корзину» клетки протеасома и помогают правильно складываться вновь синтезируемым белкам. Эти действия являются частью собственной системы восстановления клетки, называемой «клеточной стрессовой реакцией» или «реакцией на тепловой шок».
Война и мир: как устроить белковую жизнь?
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. Патогенетические механизмы формирования хгрс, реализуемые белком теплового шока HSP-70 и аутоантителами к нему. В обзоре представлены современные данные о роли протеасомной системы и белков теплового шока при злокачественных новообразованиях, а также механизм взаимодействия этих систем в клетке. Капсульные посылки с одним из белков теплового шока помогают иммунным клеткам выстоять в борьбе с бактериальными ядами.
Что такое белки теплового шока
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. Ключевые слова: белки теплового шока, метаболический синдром, сахарный диабет 2-го типа, малые белки теплового шока, полиморфизм, сердечно-сосудистые заболевания. 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. МОСКВА, 18 сен – РИА Новости. Связь между структурой гена, кодирующего белок теплового шока, и течением ишемического инсульта обнаружили специалисты БелГУ в составе научного коллектива.