Низкий уровень экспрессии белка теплового шока 47 (HSP47), который отвечает за активацию тромбоцитов коллагеном и тромбином, спасает медведей в спячке от тромбоза. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составе протеасомы и помогают корректно свернуться заново синтезированным белкам.
Малые белки теплового шока и убиквитин-протеасомная система при злокачественных опухолях
Для справки: Белки теплового шока (Hsp 70) могут использоваться для коррекции нейродегенеративных заболеваний, а также последствий инсультов, инфарктов и нарушений периферического кровообращения. 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. 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. Белки теплового шока также синтезируются у D. melanogaster во время восстановления после длительного воздействия холода в отсутствие теплового шока. Стимулируя выработку белков теплового шока, этот метод формирует устойчивость нейронов к стрессу и в свою очередь стимулирует клетки-предшественники, которые восполняют и замещают погибшие нервные клетки. 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.
Малые белки теплового шока и убиквитин-протеасомная система при злокачественных опухолях
| Как клетки выбирают путь спасения при стрессе | Основное внимание уделено белкам теплового шока семейства HSP70 и малым шаперонам sHSPs, выступающим в качестве центральных координаторов протеостазной сети. |
| Использование инфракрасной сауны и белков теплового шока | Биолог Максим Шевцов рассказывает, почему в последние годы радикально изменились подходы к лечению рака, какие методы иммунотерапии сегодня применяются в онкологии и что такое белки теплового шока. |
| Тепловой шок и старение | Симбирцев рассказал, что «Белок теплового шока» – молекула, которая синтезируется любыми клетками организма человека в ответ на различные стрессорные воздействия. |
| Новые методы лечения рака: белки теплового шока | Вероятно, именно поэтому белки теплового шока обнаружены во всех организмах от бактерий до человека и относятся к группе наиболее консервативных белков. |
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
| Белок теплового шока | В данной работе проведен анализ последних литературных данных, посвященных роли белка теплового шока 70 (HSP70) в сердечно-сосудистой патологии. |
| Белки теплового шока: биологические функции и перспективы применения | В этом участвует белок теплового шока. |
| «Космическое» российское лекарство от всех видов рака будет доступным // Новости НТВ | 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. |
| Новые методы лечения рака: белки теплового шока | Учёный пояснил, что сама конструкция состоит из человеческого белка теплового шока, который встраивается в геном животного – в область молочного промотора. |
Белок теплового шока ХЛАМИДИЯ
При длительном ограничении движения кровь в венах начинает двигаться медленнее. Снижение скорости кровотока уже предрасполагает к образованию тромбов, однако дополнительно этому способствует гипоксия и активация эндотелиальных клеток. Образовавшийся тромб может оторваться от стенки сосуда и циркулировать по венозной системе, где он в виде эмбола может закупорить более мелкие сосуды: наиболее опасно это в легочной артерии. При этом известно, что некоторые млекопитающие, такие как бурые медведи Ursus arctos , впадают в зимнюю спячку, где на протяжении многих месяцев могут практически не двигаться. При этом венозных тромбозов и тромбоэмболий у них не возникает. Ученые из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана под руководством Тобиаса Петцольда Tobias Petzold решили разобраться, как медведям и другим млекопитающим удается избежать образования тромбов во время длительной спячки. Для этого они исследовали бурых медведей во время их активной жизнедеятельности и во время спячки. Во время спячки ученые не обнаружили у медведей эхокардиографических признаков тромбоэмболии легочной артерии, а уровень D-димера у них был значительно ниже по сравнению с бодрствующим медведями. При этом у некоторых медведей во время бодрствования случались венозные тромбозы по механизму, схожему с человеческим. Чтобы выявить факторы, которые непосредственно участвуют в естественном механизме защиты от тромбозов во время зимней спячки, ученые отловили 13 молодых бурых медведей, за которыми они следили зимой во время спячки и в теплое время года во время бодрствования в Швеции.
Сначала зоологи провели оценку гематологических показателей медведей. По повышенным уровням гемоглобина и гематокрита ученые выявили обезвоживание у медведей во время спячки.
При проведении ингибиторного анализа к сформировавшемуся монослою клеток, непосредственно в ростовую среду, добавляли ингибиторы белкового синтеза и секреции на 30-120 мин, после чего клетки отмывали быссывороточной средой и инкубировали в этой же среде в течение 1 ч.
Далее среду собирали, концентрировали и определяли в ней содержание БТШ, как описано выше. Было обнаружено, что при культивировании клеток А172 и НТ1080 в среде накапливаются различные БТШ hsc73, hsp72, hsp96. Чтобы ответить на вопрос, являлось ли накопление БТШ в культуральной среде результатом секреции белков клетками или же выход БТШ обусловлен клеточной гибелью, мы использовали различные экспериментальные подходы, позволяющие оценить уровень жизнеспособности клеток.
Кроме того, в среде не регистрировали внутриклеточный несекретируемый фермент глицеральдегидфосфат дегидрогеназу GAPDH , что свидетельствует об интактности клеток, формирующих монослой. Таким образом, появление БТШ в среде при культивировании клеток не связано с клеточной гибелью, а являляется результатом секреции. Показано, что пул экстраклеточных hsp72, hsc73 и hsp96 формировался в течение 30-60 мин рис.
Поскольку неклассическая секреция может осуществляться различными механизмами, нами было проверено участие везикулярного транспорта экзосомальный и лизосомальный в секреции hsp72, hsc73 и hsp96, а так же было исследовано участие субдоменов плазматической мембраны клеток, липидных рафтов, в выходе БТШ в культуральную среду. Клетки А172 и НТ1080 подвергали обработке диметиламилоридом. В дополнение к ингибиторному анализу, из культуральной среды, собранной после инкубации клеток в течение 1 ч, выделяли экзосомы по стандартной методике ультрацентрифугирование в течение 4 ч при 120000 g.
В полученном осадке, соответствующем экзосомальной фракции, определяли hsp72, hsc73 и hsp96 и маркерные белки экзосом — Alix и ацетилхолинэстеразу. Мы не обнаружили экзосом в среде. Было показано, что за более длительное инкубационное время 8-17 ч происходит накопление экзосом, несущих маркерные белки и исследуемые БТШ.
Для определения роли лизосом в секреции БТШ клетки обрабатывали ингибитором лизосомального транспорта - хлоридом аммония 50 мМ, 2 ч , который не приводил к снижению уровня экстраклеточных БТШ, в отдельных случаях мы регистрировали увеличение уровня экстраклеточных БТШ. Таким образом, можно заключить, что наблюдаемая секреция БТШ не связана с лизосомами. Для подтверждения полученного результата из клеточных лизатов и образцов культуральной среды выделяли лизосомы методом последовательного центрифугирования в присутствии 0,8 мМ CaCl2.
Эта передача с пептидами важна, потому что HSP могут защищать гидрофобные остатки в пептидах, которые в противном случае были бы проблематичными в водном цитозоле. Также простая диффузия пептидов была бы слишком неэффективной. Также, когда HSP являются внеклеточными, они могут направлять связанные с ними пептиды в путь MHCII, хотя неизвестно, как они отличаются от перекрестно представленных пептидов см. Аутофагия HSP участвуют в классической макроаутофагии, когда белковые агрегаты окружены двойной мембраной и впоследствии разрушаются. Они также участвуют в особом типе аутофагии, называемом «шаперон-опосредованная аутофагия», когда они позволяют цитозольным белкам проникать в лизосомы. Перекрестная презентация Когда HSP являются внеклеточными, они могут связываться со специфическими рецепторами дендритных клеток DC и способствовать перекрестной презентации переносимых ими пептидов. Но теперь его актуальность вызывает споры, потому что большинство типов DC не экспрессируют CD91 в соответствующих количествах, а способность связывания для многих HSP не доказана. Стимуляция некоторых рецепторов скавенджеров может даже привести к иммуносупрессии, как в случае SRA. LOX-1 связывает в основном hsp60 и hsp70. В настоящее время считается, что SRECI является обычным рецептором белка теплового шока, поскольку он связывает hsp60 , hsp70 , hsp90 , hsp110, gp96 и GRP170.
Актуальность этого типа перекрестной презентации особенно высока при иммунном надзоре за опухолями. Благодаря HSP связанный пептид защищен от деградации в компартментах дендритных клеток, и эффективность перекрестной презентации выше. Также интернализация комплекса HSP-пептид более эффективна, чем интернализация растворимых антигенов. Опухолевые клетки обычно экспрессируют только несколько неоантигенов, на которые может воздействовать иммунная система, а также не все опухолевые клетки их экспрессируют. Из-за этого количество опухолевых антигенов ограничено, и для создания сильного иммунного ответа необходима высокая эффективность перекрестной презентации. Hsp70 и hsp90 также участвуют внутриклеточно в цитозольном пути перекрестной презентации, где они помогают антигенам проникать из эндосомы в цитозоль. Белки теплового шока как молекулярные паттерны, связанные с повреждениями Внеклеточные белки теплового шока могут восприниматься иммунитетом как молекулярные паттерны, связанные с повреждениями DAMP. Белки теплового шока могут также передавать сигналы через рецепторы-поглотители , которые могут либо связываться с TLR, либо активировать провоспалительные внутриклеточные пути, такие как MAPK или NF- kB. За исключением SRA, который подавляет иммунный ответ. Как белки теплового шока попадают во внеклеточное пространство Белки теплового шока могут секретироваться из иммунных клеток или опухолевых клеток неканоническим путем секреции или путем без лидера, поскольку они не имеют лидерного пептида, который направляет белки в эндоплазматический ретикулум.
Неканонической секреции может быть похожа на ту, что имеет место для IL1 б , и индуцируется условиях стресса. Во время особых типов апоптотической гибели клеток например, вызванной некоторыми химиотерапевтическими средствами HSP также могут появляться на внеклеточной стороне плазматической мембраны. Существует дискуссия о том, как долго HSP может удерживать свой пептид во внеклеточном пространстве, по крайней мере, для hsp70 комплекс с пептидом довольно стабилен. 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.
Это сложный многогранный процесс, в ходе которого различные клеточные компоненты из цитоплазмы тем или иным образом отправляются на переваривание внутрь лизосом. Лизосомы представляют собой мембранные пузырьки с агрессивным кислым содержимым, которое химически разрушает то, что попадает внутрь. Таким образом, лизосомы по своей сути очень напоминают желудок, только на клеточном уровне.
Внутри лизосом находится множество гидролитических ферментов-разрушителей, включая различные протеазы, режущие пептидные связи в белках. Мы помним, что протеасомы отвечают за деградацию отдельных белков. Аутофагия же предпочтительна для расщепления крупных цитоплазматических компонентов, которые зачастую попросту не помещаются в протеасому. Это могут быть белковые агрегаты, целые органеллы, липидные капли и даже бактерии. Клетки реализуют аутофагию по разным механизмам, отличающимся друг от друга способом доставки жертв в лизосому [96]. Наиболее характерной формой аутофагии является макроаутофагия в литературе ее часто называют просто аутофагией. Ее отличительная черта — постепенное поглощение клеточного материала мембранной структурой фагофором , которая затем, замыкаясь, образует аутофагосому рис. Зрелые аутофагосомы транспортируются в области, где находится много лизосом. В конечном итоге аутофагосомы сливаются с лизосомами, что приводит к расщеплению содержащихся внутри компонентов на мономерные составляющие.
Рисунок 20. Макроаутофагия [91] , рисунок адаптирован Так макроаутофагия обеспечивает клетку строительными материалами во время дефицита питательных веществ, а также устраняет нежелательное клеточное содержимое. Рисунок 21. Селективная макроаутофагия обеспечивается рецепторами аутофагии — особыми белками, которые узнают полиубиквитинилированные мишени и способствуют их поглощению фагофором [91] , рисунок адаптирован Считается, что при недостатке питательных веществ или факторов роста аутофагия неселективна и, грубо говоря, направлена на деградацию любого цитозольного белка и других макромолекул, лишь бы обеспечить клетку питательными веществами. Тем не менее макроаутофагия также может избирательно утилизировать клеточные структуры, в том числе испорченные протеасомы и белковые агрегаты. Тогда такой процесс называют селективной макроаутофагией. В этом контексте она функционирует как важный защитный механизм, который может активироваться с помощью различных сигналов стресса [98]. Основными игроками тут являются белки-рецепторы макроаутофагии. Они специфично распознают жертву и крепко «привязывают» ее к зарождающемуся фагофору рис.
В клетках человека неплохо изучен белковый рецептор макроаутофагии секвестосома-1 SQSTM1 , распознающая полиубиквитинированные белки и их агрегаты [99]. Критическая роль рецепторов макроаутофагии подчеркивается в недавних исследованиях. Было обнаружено большое число их мутантных форм при некоторых нейродегенеративных заболеваниях [100] , [101]. Этот тип селективной аутофагии белков до сих пор идентифицируют только в клетках млекопитающих [102]. Чтобы шаперон-опосредованная аутофагия заработала, цитозольный белок-мишень должен содержать особую пептидную последовательность из пяти аминокислот — мотив KFERQ. HSPA8 связывает жертву и направляет ее к лизосоме. Необычно то, как белок-жертва попадает внутрь лизосомы. Это происходит при участии особых белков LAMP-2A, которые пронизывают мембрану лизосомы и вместе могут формировать сквозной канал рис. Рисунок 22.
Шаперон-опосредованная аутофагия. Когда белок теряет нативную конформацию, содержащаяся в нем аминокислотная последовательность KFERQ становится видимой 1. Эту последовательность узнает белок HSPA8 2. Связав клиента, HSPA8 тащит его к лизосоме. В середине этого комплекса формируется канал, через который развернутый белок протаскивается в полость лизосомы 4. В лизосоме этот белок расщепляется протеазами. Это позволяет расщеплять неважные в данный момент белки и направлять их аминокислоты для синтеза жизненно необходимых компонентов [103]. Другая важная функция CMA — контроль качества белка посредством избирательной деградации. CMA активируется в ответ на стрессовые факторы, которые вызывают разворачивание белка [104—106].
Однако при определенных патологических состояниях, например в результате генетических мутаций, могут накапливаться неправильно свернутые белки. В таком случае, даже самые отчаянные попытки предотвратить, перестроить или разрушить бракованные белки могут потерпеть неудачу. Тогда, в качестве последней защитной меры, клетка идет на компромисс, позволяя неправильно свернутым белкам делать то, что они так хотят — агрегировать. Однако происходит это под чутким контролем самой клетки, в результате чего получаются менее токсичные агрегаты [107]. Агрегация также изолирует потенциально опасные ненужные белки, так что в этом аспекте она является защитной и облегчает последующие действия по контролю протеостаза [108]. При делении клеток такие агрегаты асимметрично распределяются в одну из дочерних клеток, в результате чего другая дочерняя клетка освобождается от накопленного балласта [109] , [110]. Открытие и изучение этих агрегатов стало возможным благодаря развитию технологии визуализации живых клеток [111]. Она позволила отслеживать крупные молекулы в пространстве и времени в их естественной клеточной среде. При грамотном подходе, такой метод дает много информации о динамике и стадиях биологических процессов.
Для визуализации используются хорошо видимые светящиеся флуоресцентные белки, которые сшивают с интересующим белком при помощи генной инженерии. Благодаря пришитому ярлыку, с помощью флуоресцентного микроскопа можно следить за белком внутри клетки [112] , [113]. Далее открывается пространство для научного творчества. Исследователь может всячески воздействовать на клетку например, вызывать накопление неправильно свернутых белков , а затем анализировать изменение свойств меченого объекта. Можно распознать изменение уровня синтеза белка по уровню флуоресценции или смену локализации белка, например, переброску из цитозоля в ядро. Также можно учитывать растворимость или взаимодействие с внутриклеточной средой. В самом конце XX века в клетках млекопитающих идентифицировали агресомы [114]. Это нерастворимые белковые агрегаты, образующиеся путем АТФ-зависимой транспортировки белков вдоль микротрубочек в область микротрубочкового организатора. В перемещении участвуют моторные белки динеины.
Образование агресомы происходит с участием особого белка виментина, из которого формируется своеобразная клетка, заковывающая ядро из агрегированного белка рис 23. Рисунок 23. Фотографии клеток, полученные с помощью флуоресцентного микроскопа. Ядра окрашиваются бибензимидом — флуоресцентным красителем, который связывается с ДНК. Виментин окрашен с помощью флуоресцентно меченных антител. Агрегирующий белок был сшит в одну молекулу с зеленым флуоресцирующим белком GFP. На фото 1 можно наблюдать ядро и организацию виментина. Фото 2 отражает перестройку сетей виментина в кольцевые и сферические формы в ответ на агрегацию белка. Фото 3 и 4 показывают совместную локализацию виментина и белковых агрегатов.
Также ненативные белки могут быть напрямую нацелены на агресому через кошаперон BAG3, который переносит их с Hsp70 прямиком на динеин [115]. Агресома накапливает и задерживает в себе потенциально цитотоксичные молекулы и в конечном итоге нацеливается на аутофагическую деградацию. Это приводит к тому, что агресомы образуют тельца включения при болезни Паркинсона их называют тельцами Леви , которые ведут к нарушению работы клетки. С 2008 года описано еще несколько типов агрегатных структур в клетках млекопитающих и дрожжей S. Формирование этих белковых агрегатов зависит от нескольких компонентов сети протеостаза, включая шапероны [121] , [122]. Недавние исследования на культурах клеток млекопитающих раскрывают неожиданную протеостазную значимость таких удивительных компонентов как ядрышки [123]. Ядрышки — это немембранные структуры внутри ядра, которые обособляются от жидкой среды ядра благодаря фазовому разделению [124] , [125]. В этом смысле они схожи с каплями масла, плавающими в супе. Только вот состоят ядрышки не из масла, а из белков и РНК, и выполняют очень важную функцию — производство рибосом.
И вот оказывается, жидкий периферический слой ядрышек гранулярный компонент служит в качестве депо для неправильно свернутых белков в условиях клеточного стресса. Эта нетривиальная роль ядрышек особенно важна ввиду того, что ядерный протеом обогащен белками, содержащими неструктурированные домены [126]. В итоге, текущие успехи в области белковых агрегатов убедительно доказали, что агрегация белка в клетке не случайна и иногда хорошо контролируется. Постепенное изучение пространственного протеостаза заставляет по-новому взглянуть на то, как клетка управляет различными видами неправильно свернутых белков. Однако, несмотря на неоспоримые достижения, молекулярные детали всех этих процессов пока что носят статус «всё сложно». Свистать всех наверх! Для того чтобы грамотно реагировать на эти катаклизмы, клетки организовали многочисленные сигнальные пути. Благодаря им, появляется возможность регулировать внутриклеточные биохимические процессы, приспосабливаясь к окружающей обстановке: влиять на экспрессию генов, увеличивать или уменьшать продукцию необходимых компонентов, модулировать активность ферментов и т. Такой принцип работает и в сети протеостаза.
При благоприятных конформационных условиях необходимость в контроле качества белка снижается, соответственно сеть протеостаза может отдохнуть. Напротив, в условиях конформационного стресса возникает нужда в быстрой мобилизации многих компонентов сети. Специально для этого в клеточной программе прописан путь стресс-ответной реакции на несвернутые белки unfolded protein response, UPR. Ассортимент реализующих стресс-реакцию компонентов определяется местом, в котором она развивается. Например, в цитоплазме UPR главным образом протекает через белок Hsf1. Когда в белковой жизни все спокойно, Hsf1 находится в спящем состоянии из-за связывания с шаперонами [127]. При конформационном стрессе шапероны идут на работу с ненативными белками и освобождают Hsf1, позволяя ему начать свою работу рис. Свободный Hsf1 идет в ядро и стимулирует работу широкого спектра генов, кодирующих компоненты сети протеостаза. В результате увеличивается количество шаперонов, участников протеасомных путей и т.
Когда ситуация стабилизируется, Hsf1 снова «засыпает» в объятиях шаперонов [128]. Рисунок 24. Hsf1 в покое и на работе. При благоприятных условиях Hsf1 находится в неактивном состоянии в компании шаперонов 1. Когда случается белковый стресс, шапероны мобилизуются на обработку ненативных белков 2 , а освободившийся Hsf1 проникает в ядро и там связывается с определенными участками на ДНК 3. Таким образом, он работает в качестве транскрипционного фактора, стимулируя транскрипцию генов, важных для PN 4. И хотя сами компоненты стресс-ответа в разных местах отличаются, цели этих реакций схожи: повышение качества компонентов сети протеостаза и уменьшение количества бракованных белков. То, как протекает стресс-ответ на развернутые белки в ЭПР, очень хорошо изучено [129] , [130]. Он состоит, по крайней мере, из трех ветвей, которые регулируют работу многочисленных генов, тем самым поддерживая протеостаз или, в крайнем случае, активируя апоптоз.
Эта часть сигнальной системы очень важна ввиду того, что подавляющее большинство белков, которые клетка экспортирует наружу или выводит на клеточную поверхность, сначала попадают в ЭПР. Здесь они принимают рабочую конформацию и всячески модифицируются. Кроме того, ЭПР обширен, что позволяет ему взаимодействовать с другими мембранными структурами клетки [131]. Таким образом, ЭПР имеет хорошие возможности для определения клеточных возмущений и корректировки сигнальных путей. Митохондриальный ответ на развернутые белки UPRmt был описан гораздо позже, и многие нюансы тут пока не ясны [132]. Длительный стресс После восстановления протеостаза сигнальные UPR-пути подавляются, чтобы клетки могли должным образом реагировать на будущий стресс. Поэтому пути реагирования разработаны так, чтобы временно активироваться до нужной величины, соответствующей уровню нарушений и позволяющей эффективно восстановить протеостаз. Но сигнальная система может сбиться под действием длительного стресса или частых активаций в течение долгого времени. Исследования обращают внимание на непредсказуемость длительной активации белкового стресса [133].
При старении или некоторых заболеваниях UPR успешно активируется, но очиститься от неправильно свернутых и агрегированных белков у клеток не получается. Стрессовая сигнализация продолжает бить тревогу, и из-за этого «шума» клетки становятся менее чувствительными к дополнительным стрессорам. Кроме того, долговременное воздействие белкового стресса может пагубно сказываться на самой работе UPR [134] , [135]. Воздействия, усиливающие стресс-ответные реакции, могут иметь прикладное терапевтическое значение, благодаря уменьшению клеточных повреждений, накапливающихся при старении и конформационных заболеваниях [136]. Однако чтобы использовать такой подход, нам необходимо научиться предсказывать пока мало понятные последствия длительной активации стресс-ответных реакций. Более серьезно о токсичности агрегатов Различные состояния белков сосуществуют в сложном равновесии рис. Склонение чаши весов в такой системе будет определяться многими параметрами, например аминокислотной последовательностью конкретного белка, взаимодействиями с молекулярными шаперонами, процессами деградации и другими механизмами управления белковой жизнью. Рисунок 25. Многообразие функциональных форм белков и их агрегатов [5] , рисунок адаптирован Хотя белки и их биологическая среда совместно эволюционировали, чтобы поддерживать здоровое состояние, всё же белки не утратили свою конформационную хрупкость.
Поэтому они сохраняют способность терять нативную структуру и собираться в трудноизлечимые агрегаты, в том числе прочные нитевидные амилоиды. Мы помним, что энергетически это очень выгодно для белка, но физиологически очень неприятно для клетки. 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.
Что такое белки теплового шока (БТШ70)
- «Космическое» российское лекарство от всех видов рака будет доступным
- Первых кроликов-продуцентов человеческого белка теплового шока планируют получить в 2022 году
- Что такое белки теплового шока (БТШ70)
- Первых кроликов-продуцентов человеческого белка теплового шока планируют получить в 2022 году
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2019, T. 105, № 12, стр. 1465-1485
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. 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.
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. К настоящему моменту накопилось достаточно фактов, что члены семейств HSP70 и sHSPs способны проявлять защитные эффекты в моделях нейродегенеративных патологий [ 38 , 39 ].
Рассмотрим основных представителей этих семейств. Данное семейство включает в себя несколько членов, различных по функциям и локализации в клетке: конститутивно экспрессируемый Hsс70, индуцируемый Hsp70, митохондриальный mtHsp70, глюкозо-регулируемый белок ЭПР Grp78. Основной функцией HSP70 в клетке является осуществление конформационного контроля на всех этапах жизни белка-клиента. HSP70 участвуют в фолдинге новосинтезированных полипептидов, рефолдинге белков с неверной структурой, разрушении старых или мутантных белков в УПС и лизосомах, растворении белковых олигомеров и агрегатов [ 40 ]. Все эти функции связаны со способностью HSP70 узнавать гидрофобные участки, экспонированные на поверхности поврежденных белков, и подвергать белки-клиенты АТФ-зависимому циклу связывания и высвобождения. Такие циклы позволяют коротким молекулам с высокой скоростью фолдинга принять правильную конформацию.
Более длинные молекулы могут повторно связываться с HSP70, что предотвращает их агрегацию [ 9 ]. Кошапероны модулируют активность шаперонов, регулируя их АТФазную активность и влияя на взаимодействие с белками-мишенями. Так, кошаперон с J-доменом Hsp40 первым узнает неправильно сложенные полипептиды, передает их Hsp70 и запускает гидролиз АТФ [ 42 ]. TRP-содержащий кошаперон CHIP является убиквитин-лигазой и метит для протеолиза в протеасоме субстраты, эффективный фолдинг которых невозможен [ 44 ]. Индуцируемый белок теплового шока Hsp70, находящийся в цитоплазме, является одним из наиболее распространенных белков в клетке. О его важной роли в поддержании нормальной жизнедеятельности клеток и целого организма говорит эволюционная консервативность его аминокислотной последовательности и обнаружение практически во всех живых организмах на Земле [ 45 ].
Hsp70 является классическим шапероном, способным связывать неправильно свернутые белковые молекулы и придавать им правильную конформацию с использованием энергии АТФ. Многочисленные исследования показывают, что Hsp70 способен связывать разнообразные патологические белки с нарушенной конформацией, возникающие при развитии нейродегенеративных заболеваний, и облегчать их рефолдинг. Кроме этого, Hsp70 вступает в белок-белковое взаимодействие с некоторыми везикулярными белками и ферментами, а также способен модулировать ГАМК- и аденозин-связанные процессы в головном мозге [ 49 — 51 ]. Являясь полифункциональным белком, Hsp70 вовлекается в молекулярные механизмы регуляции сна и температурного гомеостазиса, судорожной активности, воспалительных и иммунных реакций, эмоционального поведения [ 49 , 52 — 56 ]. Конститутивный цитоплазматический член семейства HSP70 — белок Hsc70 — выполняет множество функций, связанных с поддержанием нормальной жизни клетки. Hsc70 осуществляет фолдинг новосинтезированных полипептидов в цитоплазме, помогая принять функционально-активную структуру огромному разнообразию белков [ 57 ].
Hsc70 способен выступать челноком между цитоплазмой и ядром и с помощью АТФ транспортировать белки между этими компартментами [ 58 ]. Недостаточное содержание Hsc70 в цитоплазме останавливает процесс убиквитинирования белков с нарушенной структурой и затрудняет их последующую протеасомную деградацию [ 59 ]. Немаловажную роль Hsc70 играет в процессах шаперон-опосредованной аутофагии, ведь именно он направляет неправильно свернутые белки в лизосомы для деградации. В случае если в клетке присутствуют белковые агрегаты или поврежденные органеллы, Hsc70 запускает процесс их селективной макроаутофагии в фагосомах [ 60 ]. Помимо участия в процессах фолдинга и деградации белков, Hsc70 играет роль в процессах клатрин-опосредованного эндоцитоза, презентации антигена, регуляции гематопоэза и других физиологических функций клетки и целого организма [ 45 ]. Grp78 отвечает за фолдинг и рефолдинг белков, поступающих в ЭПР, контролирует кальциевый баланс клетки.
Важной функцией Grp78 является его участие в запуске реакции, известной как стресс ЭПР unfolded protein response , вызываемой накоплением в клетке поврежденных белков с открытыми гидрофобными сайтами в результате действия различных стрессорных факторов [ 61 ]. Развитие стресса ЭПР характеризуется увеличением экспрессии Grp78 и Grp94 член семейства HSP90 , участвующих в ремонте поврежденных белков, подавлении процесса трансляции и запуске деградации поврежденных белков при участии УПС [ 62 ].
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.
PMID 12491239. Protein and peptide letters 12 3 : 257—61. PMID 15777275. Circulation research 83 2 : 117—32. PMID 9686751. Clinical hemorheology and microcirculation 37 1-2 : 19—35.
В качестве первых экземпляров для проверки средства были взяты крысы, мыши. Удалось выявить случаи излечения как на начальных, так и на поздних стадиях развития болезни. Текущая стадия именуется доклиническими испытаниями. Ученые оценивают сроки ее завершения не менее чем в год. После этого придет время клинических испытаний. На рынке новое средство, возможно, панацея, будет доступно еще через 3-4 года. Впрочем, как отмечают ученые, все это реально лишь в том случае, когда проект найдет финансирование. Ждать или не ждать? Конечно, обещания врачей звучат привлекательно, но в то же время справедливо вызывают недоверие. Сколько времени человечество страдало от рака, как много жертв у этой болезни было в последние несколько десятилетий, а тут обещают не просто эффективный препарат, но настоящую панацею — от любого вида, на любом сроке. Да как можно поверить в такое? А хуже того — поверить, но не дождаться, или дождаться, но окажется, что вовсе средство не так хорошо, как того ожидали, как это было обещано. Разработка препарата — это методика генной инженерии, то есть наиболее передовой области медицины как науки. Это означает, что при должном успехе результаты и правда должны быть впечатляющими. Впрочем, одновременно это означает, что процесс исключительно дорогостоящий. Как правило, инвесторы готовы вкладывать довольно большие средства в многообещающие проекты, но когда тематика настолько громкая, давление большое, а временные рамки довольно размыты, риски оцениваются как огромные. Это сейчас звучат оптимистичные прогнозы на 3-4 года, но все знатоки рынка хорошо знают, сколь часто временные рамки расползаются до десятилетий. Удивительно, невероятно… или все-таки? Биотехнологии — это область, для обывателя закрытая к пониманию. Поэтому остается только надеяться на слова «успешность доклинических испытаний». Рабочее наименование препарат получил «Белок теплового шока». Впрочем, БТШ — это только главный компонент медикамента, обещающего стать прорывом на рынке лекарств против онкологии. Кроме него, в состав предполагается включение еще ряда полезных веществ, что будет гарантом действенности средства. А возможным все это стало благодаря тому, что новейшие исследования БТШ показали, что молекула не просто помогает уберечь от повреждения живые клетки, но еще и является для иммунитета этаким «указующим перстом», помогающим выявить, какие клетки поражены опухолью, а какие нет. Проще говоря, при появлении в организме в достаточно большой концентрации БТШ, как надеются ученые, иммунный ответ сам по себе уничтожит больные элементы. Надеяться и ждать Подводя итоги, можно сказать, что новинка против опухоли основана на том, что организм и сам имеет средство, которое могло бы уничтожить новообразование, просто от природы оно достаточно слабое. Концентрация настолько мала, что ни о каком терапевтическом эффекте не приходится и мечтать. В то же время частично БТШ находятся в клетках, не пораженных опухолью, и из них молекула никуда не «уйдет». Поэтому и необходима поставка полезного вещества извне — чтобы оно далее директивно влияло на пораженные элементы.
Применение белков теплового шока в клинической онкологии
Раковые клетки часто содержат высокий уровень белков теплового шока (heat shock protein или Hsp), а одним из наиболее распространенных является Hsp70. Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. Дело в белке теплового шока.
Белок теплового шока - Heat shock protein
Белки теплового шока (БТШ), называемые также шапероны, являются ответом опухолевых клеток на условия стресса. 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. Антитела к белку теплового шока хламидии (HSP60) являются маркером хламидийной инфекции любой формы (от острой до персистирующей). Капсульные посылки с одним из белков теплового шока помогают иммунным клеткам выстоять в борьбе с бактериальными ядами. «Известия» сообщает о том, что в Государственном научно-исследовательском институте особо чистых препаратов Федерального медико-биологического агентства России завершаются доклинические испытания «Белка теплового шока» - новое средство для. Исследование финских ученых показало, что снижение экспрессии белка теплового шока 90 (Hsp90) через дестабилизацию циклинзависимой киназы Cdc28 приводит к задержке митоза и длительному поляризованному росту клеток.
Медицинская иммунология
- Что такое белки теплового шока (БТШ70)
- Белки теплового шока (стресс-белки)
- 132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока.
- Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток | N + 1 | Дзен
- Антитела к белку теплового шока HSP60 Chlamydia trachomatis, IgG (Anti-cHSP60-IgG), кач. в Москве
- Антитела к белку теплового шока HSP60 Chlamydia trachomatis, IgG (Anti-cHSP60-IgG), кач. в Москве
Передовое общество
- Найден ген, отвечающий за тяжесть инсульта
- Из Википедии — свободной энциклопедии
- Новые потенциальные «лекарства от старости» запускают в клетках производство белков теплового шока
- Содержание
Белки теплового шока
Белки Теплового Шока ДЖАФАРОВ РАШИД ДЖАХАНГИР Общие представления Что же такое БТШ? Главной задачей живых клеток является выживание. Для выживания клетки в период воздействия вредных условий вовлекаются несколько механизмов. Одним из наиболее. В данной работе проведен анализ последних литературных данных, посвященных роли белка теплового шока 70 (HSP70) в сердечно-сосудистой патологии. Если стрессорным фактором является тепловой шок, такие белки называют белками теплового шока (БТШ, англ. Патогенетические механизмы формирования хгрс, реализуемые белком теплового шока HSP-70 и аутоантителами к нему. Белок теплового шока Hsp70B prime, 96.