При сепсисе и других воспалительных заболеваниях происходит увеличение синтеза и секреции белков теплового шока (HSP70). БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, РАЗВИТИЕ ТРОМБОТИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ И ПЕПТИДНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНОМА (обзор литературы и собственных данных). Шаперонная функция белков теплового шока осуществляется не только в процессе биогенеза других белков, но и при иммунном ответе на антигены.
Что такое белки теплового шока
Ru Справка Однако универсального препарата от рака еще не нашли, более того, это попросту невозможно. Без ссылок на исследования и с фактическими ошибками о них читайте ниже эти сообщения создают впечатление, будто мы стоим на пороге рождения нового «фуфломицина», как давно уже окрестили активно продаваемые в нашей стране неработающие лекарства. Поскольку в случае с препаратом от рака эта перспектива звучит особенно угрожающе, Indicator. Ru обратился к специалистам по белкам теплового шока с одной стороны и специалистам-онкологам с другой, чтобы выяснить, о каком белке идет речь и насколько он эффективен на самом деле. Неясно, навешивается ли какой-то опухолеспецифический антиген на этот белок? Если нет, как обеспечивается защита? Какой именно БТШ hsp70, hsc70, hsp90alpha, hsp90beta, hsp96 и т. Клонировать и наработать такой белок несложно у меня в лаборатории, например, есть несколько клонированных человеческих БТШ, мы их тоже нарабатываем, очищаем и исследуем ». Ученый объяснил корреспонденту Indicator. Ru, что БТШ могут активировать иммунитет в целом, но есть и два специфических подхода, при которых иммунные клетки начинают распознавать опухоль по ее «отпечаткам пальцев». Первый из них — это рекомбинантная технология, когда создают рекомбинантный белок полученный при вставке чужеродной ДНК в бактерию.
В таком случае чаще всего речь идет о белке HSP70, к которому присоединяют «довесок», специфичный для данной опухоли. По этому «довеску», антигену, организм учится распознавать клетки опухоли, поскольку HSP70 «обеспечивает процессинг этого опухолеспецифического антигена в дендритных клетках по эндосомальному пути». Проще говоря, HSP70 обеспечивает сборку комплекса из антигенного пептида и антигена внутри специальных клеточных пузырьков, после которой особые дендритные клетки будут выставлять комплекс на своей поверхности, демонстрируя его клеткам-киллерам, которые учатся его узнавать и уничтожать. Другой подход — аутологичные вакцины, то есть вакцины, составленные из клеток самого организма. Этими комплексами иммунизируют больного, из которого выделили опухоли. Далее — активация опухолеспецифических Т-киллеров по тому же пути, как описано выше, — поясняет Олег Моренков. Не знаю, что именно использовали авторы». Большинство ученых попросту отказывались комментировать происходящее. Ru исполнительный директор Фонда профилактики рака Илья Фоминцев. И неважно, что при этом мы говорим.
Подобные статьи не стоят никакого внимания. Ни позитивного, ни негативного». Стоит отметить, что давший интервью «Известиям» Андрей Симбирцев не отвечал на звонки, а ФМБА, требующее обязательной предварительной подачи заявления на интервью или комментарии и список вопросов, на момент публикации материала на письмо не отреагировало. Наоборот, если у мышей выключить гены, ответственные за синтез некоторых белков теплового шока, то они менее подвержены некоторым видам рака. Кроме этого, сейчас ясно, что какого-то универсального лекарства от рака, которое работает на всех стадиях, быть не может в принципе, поскольку рак для отдельной клетки — это не болезнь, а для целого организма — болезнь». Ученый усомнился и в методах «проверки» препарата. В невесомости действительно легче получить лучше очищенный препарат. Но проверяли-то его все равно на Земле, то есть бред уже в заголовке. И еще нелепость: "Мы выделили ген человеческой клетки". Вообще-то в клетке много генов».
Однако полет газетной утки упоминавшей к тому же о своих приключениях в космосе было уже не остановить.
Состоялся научный семинар «Диагностический и прогностический потенциал белков теплового шока при ожирении» Состоялся научный семинар «Диагностический и прогностический потенциал белков теплового шока при ожирении» 25 апреля 2024 Новости Центра 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, посвященных исследованию доступных иммуноферментных биомаркеров из группы белков теплового шока БТШ, HSP у больных с ожирением, в том числе на фоне диетотерапии. В ходе семинара с докладом «Биохимия клеточного стресса» выступил руководитель лаборатории изучения биохимических маркеров риска ХНИЗ имени Н. Перовой отдела фундаментальных и прикладных аспектов ожирения к.
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]. Это довольно сложный биохимический процесс, осуществляемый комплексом из трех ферментов — белков Е1, Е2 и Е3, которые работают циклично друг за другом рис. Е1 активирует убиквитин, проводя химические модификации.
Затем он передает его в руки E2, который выступает в качестве своеобразного «держателя» для фермента убиквитинлигазы — E3. Последняя катализирует образование ковалентной химической связи убиквитина с белком-мишенью. Рисунок 15. Присоединение убиквитина осуществляют три фермента рисунок автора статьи Казалось бы, зачем такая сложность? Во-первых, такая каскадная система позволяет тонко регулировать убиквитинилирование сразу на нескольких стадиях. Во-вторых, использование нескольких белков открывает пространство для эволюционного творчества. Так, на фоне консервативных Е1 и Е2, убиквитинлигазы Е3 очень вариативны, что обеспечивает широкую адаптацию под самые различные белки-мишени. Интересно то, что убиквитин присоединяется к мишени посредством особой изопептидной связи. Она похожа на пептидную, которой соединяются аминокислоты в белках.
Присоединять убиквитин к белку-мишени через остаток лизина — это канонический вариант. На самом деле, присоединение может происходить и по другим аминокислотам серин, треонин, цистеин , а также через свободную аминогруппу на N-конце белка [82]. При всем при этом, убиквитинилирование с целью деградации белка должно произойти многократно с образованием длинной цепочки из последовательно соединенных убиквитинов рис. Такой процесс называется полиубиквитинилированием. Тут аналогично, Е3 присоединяет С-концевой глицин следующего убиквитина к лизину предыдущего убиквитина. Поэтому на самом деле, именно цепочка из убиквитинов и есть та самая «черная метка». Рисунок 16. Благодаря наличию в составе убиквитина остатков аминокислоты лизина появляется возможность многократного убиквитинилирования. Последовательное присоединение убиквитинов друг за другом наращивает полиубиквитиновую цепочку.
Благодаря горячему интересу ученых, было показано, что по-разному собранные полиубиквитиновые метки выполняют различные «мирные задачи», не связанные с утилизацией. Это свойство убиквитина позволяет ему быть мощным молекулярным инструментом модификации белков [83]. Сейчас в этом направлении активно ведутся исследования.
Примечательно то, что впервые произвести кристалл БТШ удалось лишь в условиях невесомости. Эксперимент на орбите состоялся в 2015 году. За шесть месяцев полета в трубочках сформировались идеальные кристаллы.
Они были спущены на землю и проанализированы в России и Японии там есть сверхмощное оборудование для рентгеноструктурного анализа », — рассказал профессор. Андрей Симбирцев подчеркнул, что препарат позволил полностью излечить мышей и крыс от меланом и сарком даже на последних стадиях, а так как никакой специфичности у БТШ нет, «на другие виды опухолей препарат будет действовать благодаря этой универсальности». По его словам, космический эксперимент подтвердил, что ученые на правильном пути. Собственно, мы уже изготавливаем препарат на производственных участках НИИ. Он представляет собой раствор белка, который можно вводить пациентам. Мышам мы вводим его внутривенно.
Стресс-белки и белки теплового шока
- Антитела к белку теплового шока HSP60 Chlamydia trachomatis, IgG (Anti-cHSP60-IgG), кач. в Москве
- Белки теплового шока (HSPs). Эффекты врожденного иммунитета в ответ на HSPs
- В ожидании чуда
- СВЯЗАТЬСЯ С РЕДАКЦИЕЙ
- Ген белка теплового шока ассоциирован с боковым амиотрофическим склерозом
Низкий уровень белка теплового шока защитил медведей от тромбоза во время спячки
Krief et al. Gata4 - важный ген, ответственный за морфогенез сердца. Он также регулирует экспрессию генов hspb7 и hspb12. Истощение запасов Gata4 может приводить к снижению уровней транскриптов hspb7 и hspb12, и это может приводить к сердечным миопатиям у эмбрионов рыбок данио, как наблюдали Габриэль и др. Наряду с hspb7, hspb12 участвует в определении латеральности сердца. Киназа клеточного сигнального пути оксида азота, протеинкиназа G , фосфорилирует небольшой белок теплового шока, hsp20. Фосфорилирование Hsp20 хорошо коррелирует с расслаблением гладких мышц и является одним из важных фосфопротеинов, участвующих в этом процессе. Hsp20 играет важную роль в развитии фенотипа гладких мышц во время развития. Hsp20 также играет важную роль в предотвращении агрегации тромбоцитов, функции сердечных миоцитов и предотвращении апоптоза после ишемического повреждения, а также функции скелетных мышц и мышечного инсулинового ответа. Hsp27 является основным фосфопротеином во время сокращений женщин.
Hsp27 участвует в миграции мелких мышц и, по-видимому, играет важную роль. Иммунитет Функция белков теплового шока в иммунитете основана на их способности связывать не только целые белки, но и пептиды. Сродство и специфичность этого взаимодействия обычно низкие. Было показано, что по крайней мере некоторые из HSP обладают этой способностью, главным образом hsp70 , hsp90 , gp96 и кальретикулин , и их сайты связывания пептидов были идентифицированы. В случае gp96 неясно, может ли он связывать пептиды in vivo, хотя его сайт связывания пептидов был обнаружен. Но иммунная функция gp96 может быть пептидно-независимой, поскольку он участвует в правильном сворачивании многих иммунных рецепторов, таких как TLR или интегрины. Кроме того, HSP могут стимулировать иммунные рецепторы и важны. Функция презентации антигена HSP являются незаменимыми компонентами путей презентации антигена - классических, а также перекрестная презентация и аутофагия. Hsp90 может связываться с протеасома и захватывает сгенерированные пептиды.
Впоследствии он может связываться с hsp70 , который может доставить пептид дальше к TAP. Эта передача с пептидами важна, потому что HSP могут защищать гидрофобные остатки в пептидах, которые в противном случае были бы проблематичными в водном цитозоле. Также простая диффузия пептидов была бы слишком неэффективной. Также, когда HSP являются внеклеточными, они могут направлять связанные с ними пептиды в путь MHCII, хотя неизвестно, как они отличаются от представленных перекрестно см. Autophagy HSPs участвуют в классической макроаутофагии, когда белковые агрегаты заключены в двойную мембрану и впоследствии разрушаются. Они также участвуют в особом типе аутофагии, называемой «шаперон-опосредованная аутофагия», когда они позволяют цитозольным белкам проникать в лизосомы.
В крови же микробы усиливают воспалительную реакцию до предела. Главную роль тут играют эндотоксины, которые представляют собой обломки бактериальной клеточной стенки на всякий случай уточним, что не у всех бактерий осколки клеточной стенки обладают токсичными свойствами. Токсины взаимодействуют с иммунными клетками, провоцируя сильный воспалительный ответ, который часто заканчивается эндотоксиновым шоком и смертью больного. Антибиотики в случае сепсиса малоэффективны, и, несмотря на многолетние усилия медиков и биологов, особого прогресса в лечении тут нет. Но, возможно, прогресса удастся добиться с помощью белка теплового шока 70 БТШ70. 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.
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. Их особенно вдохновила опубликованная в 1994 году работа Макса Перутца Max Perutz , установившего, что причиной серьезного нейродегенеративного заболевания — болезни Гентингтона — является особая мутация гена, получившего название гентингтин. Эта мутация приводит к синтезу варианта белка, содержащего дополнительный фрагмент из длинной цепочки аминокислоты глутамина, по всей видимости, нарушающий нормальный процесс фолдинга. Агрегация таких аномальных белковых молекул в нейронах и приводит к развитию болезни Гентингтона. Исследователи предположили, что изучение белков, формирование молекул которых нарушено из-за экспрессии полиглутамина или сходных причин, поможет разобраться в работе молекулярного термометра. В процессе работы над созданием животных моделей экспрессии в нейронах и мышечных клетках белков, содержащих избыточные полиглутаминовые последовательности, исследователи установили, что степень агрегации и ассоциированной с ней токсичности таких белков пропорциональна их длине и возрасту организма. Это навело их на мысль, что подавление опосредуемого инсулином сигнального механизма, регулирующего продолжительность жизни организма, может повлиять на процесс агрегации полиглутаминсодержащих белков. Результаты дальнейших исследований подтвердили существование предполагаемой взаимосвязи, а также продемонстрировали, что влияние функционирования фактора транскрипции Hsf1 на продолжительность жизни организма опосредовано инсулинзависимым сигнальным механизмом. Эти наблюдения сделали очевидным тот факт, что реакция теплового шока одинаково важна как для выживания организма в условиях острого стресса, так и для постоянной нейтрализации токсичного действия белков, отрицательно сказывающегося на функционировании и продолжительности жизни клеток. Использование живых организмов в качестве экспериментальной модели позволило ученым перевести исследования на качественно новый уровень. Они стали обращать внимание на механизмы, посредством которых организм воспринимает и интегрирует поступающую извне информацию на молекулярном уровне.
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. Второй тип аутофагии связан с образованием мембранной структуры — аутофагосомы — вокруг той части клетки, которую предполагается уничтожить. В этом процессе играют роль белки семейства Atg один из них — LC3, являющийся маркером начала аутофагии. Интересно, что эти белки — родственники убиквитина , который участвует в уничтожении белков-мишеней протеасомой. Убиквитин, на который похож белок LC3, — это та самая молекулярная «метка смерти», которая обеспечивает его узнавание и, в конечном итоге, разрушение протеасомой. Следовательно, две системы — протеасомы и аутофагия — оказываются как бы родственниками: они регулируются сходным образом, а также выполняют сходные функции. В последнее время аутофагия всё чаще привлекает внимание исследователей. Нарушения в молекулярных механизмах ее запуска связаны со старением, развитием рака и нейродегенеративных заболеваний. Например, было доказано, что усиление аутофагии при травмах спинного мозга связано с ускорением восстановления нарушенных функций см. The role of mTOR signaling pathway in spinal cord injury. Таким образом, у клетки есть два пути спасения в условиях стресса — прибегнуть к помощи БТШ или же запустить аутофагию. В эволюции эти два пути появились в разное время. БТШ — древний механизм, имеющийся не только у эукариот , но и у бактерий. А вот аутофагия появилась только у эукариот. Есть мнение, что все механизмы, необходимые для данного процесса, существовали уже у последнего общего предка всех эукариот. Аутофагии нет только у сильно деградировавших облигатных внутриклеточных паразитов, таких как некоторые микроспоридии. Среди предположений по поводу роли макроаутофагии первое и самое очевидное — поддержание жизни в неблагоприятных условиях за счет использования частей клетки. Прежде всего, речь идет о получении аминокислот для построения новых белков. С другой стороны, аутофагия может быть древнейшей системой защиты клеток от «вторжения извне», если вместе с частью цитоплазмы будут захвачены вирусы или другие внутриклеточные паразиты. Могут ли самопереваривание при помощи аутофагии и починка при помощи БТШ уживаться друг с другом?
Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток
Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока. Металлотионеин - небольшой, обогащенный цистеином белок, способный связывать двухвалентные металлы. Роль металлотионеина состоит в регуляции концентрации в клетке таких микроэлементов, какцинкимедь, а также в связывании ядовитыхтяжелых металлов, например,кадмияиртутиблагодаря способности образовывать хелатные соединения с ионами тяжелых металлов. Отравление клеток организма тяжелыми металлами сопровождается накоплением металлотионеина благодаря усилениютранскрипциигена в культурах клеток описаны случаи амплификации этого гена, определяющей их устойчивость к ядам.
Геном млекопитаюших содержит несколько генов металлотионеина, различающихся особенностями регуляции. 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.
Innate immunity in hypertension. Park K. Endothelial dysfunction: Clinical implications in cardiovascular disease and therapeutic approaches. 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.
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. Полученные результаты свидетельствуют об участии Hsp70 в развитии резистентности опухолевых клеток к терапии.
Смирнова И. Смирнова, Т. Зарипова, Д. Тотолян [и др. Цыбиков [и др. Шарипова Э.
Шарипова Н. Арефьева, Л. Abbanat D. Abbanat, M. Macielag, K.
Связь с нами:
- Что такое белки теплового шока и для чего они служат?
- Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
- Первых кроликов-продуцентов человеческого белка теплового шока планируют получить в 2022 году
- Серологическая диагностика хламидийной инфекции
«Это не то лекарство, которое поднимет Лазаря»: правда о разработке «от всех видов рака»
Анализ выращенных в космосе кристаллических белков был проведен российскими и японскими учеными на современном сверхмощном оборудовании. Исследовать структуру синтезированного БТШ позволило выращивание кристаллов белка в лаборатории МКС Полученные данные легли в основу создания уникального препарата, действие которого опробовали сначала в пробирках на клеточных культурах, а потом — на лабораторных животных. Лекарством на основе синтезированного БТШ были пролечены мыши с саркомой и меланомой, включая животных с четвертой терминальной стадией заболеваний. Результаты оказались более чем впечатляющими: абсолютное большинство мышей полностью выздоровело; не было зарегистрировано ни одного побочного эффекта. Как российские ученые получают белок теплового шока HSP продуцируется клетками бактерий, в которые внедрен выделенный из клеток человека и клонированный ген. Этот ген отвечает за синтез белка теплового шока. Разработка и производство особо чистых биопрепаратов проводятся в условиях полной стерильности Как «работает» лекарство, и какие виды рака можно будет лечить с его помощью Применение биопрепарата направлено на повышение концентрации БТШ в опухолевых тканях онкобольных до значений, вызывающих терапевтический эффект. Такая потребность существует потому, что «показывающий рак иммунитету» белок теплового шока в организме человека: вырабатывается в очень небольших количествах; не может быть «собран» в здоровых клетках и «перенесен» в атипичные клетки раковой опухоли. Разработчики утверждают, что разработанный ими метод универсален так же, как универсален сам белок, продуцируемый всеми тканями нашего организма. Поэтому если при дальнейших испытаниях лечебное действие лекарства подтвердится, а побочные не будут выявлены, его можно будет применять для терапии абсолютно всех форм рака.
Другие достоинства российской разработки: Лечение эффективно на терминальных стадиях, то есть именно тогда, когда справится с опухолью каким-либо другим способом чрезвычайно сложно, очень часто — невозможно.
Их потомство будет иметь в себе и те или иные признаки. И вот именно у них мы будем стараться найти, что переборет», пояснил эксперт. Предварительные результаты можно будет ожидать осенью текущего года.
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.
Белковые продукты этого процесса в настоящее время широко известны как белки теплового шока, наиболее изученными из которых являются Hsp90 и Hsp70. 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.
Эффективность белков теплового шока в комплексе с иммунотерапией
Белок теплового шока Hsp70B prime, 96. 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. В этом участвует белок теплового шока. Симбирцев рассказал, что «Белок теплового шока» – молекула, которая синтезируется любыми клетками организма человека в ответ на различные стрессорные воздействия. Показано, что при культивировании in vitro клеток глиобластомы человека А172 и фибросаркомы человека НТ1080 в среде накапливаются различные белки теплового шока (БТШ): hsp72, hsc73 и hsp96.
Как лечить белок теплового шока к хламидиям
БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, РАЗВИТИЕ ТРОМБОТИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ И ПЕПТИДНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНОМА (обзор литературы и собственных данных). Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. класс белков, главная функция которых состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также. 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.
Как клетки выбирают путь спасения при стрессе
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. Низкий уровень экспрессии белка теплового шока 47 (HSP47), который отвечает за активацию тромбоцитов коллагеном и тромбином, спасает медведей в спячке от тромбоза. Применение белка теплового шока вместе с определенным антигеном для лечения злокачественных опухолей и инфекционных заболеваний также описано в публикации РСТ WO97/06821, датированной 27 февраля 1997. 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.
В ожидании чуда
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 являются основными молекулярными маркерами как непосредственно теплового шока, так и практически любого экзогенного стресса. Потому что белки теплового шока уже не первое десятилетие изучаются учеными во всем мире. 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. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составе протеасомы и помогают корректно свернуться заново синтезированным белкам.