Раковые клетки часто содержат высокий уровень белков теплового шока (heat shock protein или Hsp), а одним из наиболее распространенных является Hsp70. При этом, сравнивая различные малые белки теплового шока, мы попытаемся установить, какие из этих белков могут участвовать во взаимодействии с филамином С и поддержании его структуры. 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. МОСКВА, 18 сен – РИА Новости. Связь между структурой гена, кодирующего белок теплового шока, и течением ишемического инсульта обнаружили специалисты БелГУ в составе научного коллектива. класс белков, главная функция которых состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также.
132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока.
В настоящее время считается, что SRECI является общим рецептором белка теплового шока, поскольку он связывает hsp60 , hsp70 , hsp90 , hsp110, gp96 и GRP170. Актуальность для этого типа перекрестной презентации высока, особенно при иммунном надзоре за опухолью. 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 попасть из эндосомы в цитозоль. Белки теплового шока также могут передавать сигналы через рецепторы скавенджеров , которые могут либо связываться с TLR, либо активировать pro - воспалительные 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 иммунными клетками или опухолевыми клетками не- канонический путь секреции или путь без лидера, потому что они не имеют лидерного пептида, который направляет белки в эндоплазматический ретикулум. Неканоническая секреция может быть аналогична секреции, которая возникает для IL1 b , и вызывается стрессовыми условиями. Во время особых типов апоптотической гибели клеток например, вызванной некоторыми химиотерапевтическими препаратами HSP также могут появляться на внеклеточной стороне плазматической мембраны. Есть споры о том, как долго HSP может удерживать свой пептид во внеклеточном пространстве, по крайней мере, для hsp70 комплекс с пептидом достаточно стабилен.
Роль внеклеточных HSP может быть различной. Во многом от контекста ткани зависит, будут ли HSP стимулировать иммунную систему или подавлять иммунитет. Клиническая значимость Фактор теплового шока 1 HSF1 представляет собой фактор транскрипции, который участвует в общем поддержании и повышении экспрессии белка Hsp70. Недавно было обнаружено, что HSF1 является мощным многогранным модификатором канцерогенеза.
Мыши с нокаутом HSF1 демонстрируют значительное снижение частоты опухолей кожи после местного применения DMBA 7,12- dimэтил b enz a нтрацен , мутаген. Кроме того, некоторые исследователи предполагают, что HSP могут быть вовлечены в связывание фрагментов белка из мертвых злокачественных клеток и представление их иммунной системе. Следовательно, HSP могут быть полезны для повышения эффективности противораковых вакцин. Также выделенные HSP из опухолевых клеток могут сами по себе действовать как специфическая противоопухолевая вакцина.
Опухолевые клетки экспрессируют много HSP, потому что они должны сопровождать мутировавшие и сверхэкспрессированные онкогены , опухолевые клетки также находятся в постоянном стрессе. Когда мы выделяем HSP из опухоли, пептидный репертуар, связанный с HSP, является своего рода отпечатком пальцев этих конкретных опухолевых клеток. Применение таких HSP обратно к пациенту затем стимулирует иммунную систему способствует эффективной презентации антигена и действует как DAMP конкретно против опухоли и приводит к регрессии опухоли. Эта иммунизация не работает против другой опухоли.
При выздоровлении эти антитела быстро исчезают из крови. Интоксикация для хламидийной инфекции не характерна. Исходом воспалительного процесса при хламидиозе является утолщение пораженной слизистой оболочки, метаплазия эпителиоцитов в многослойный плоский эпителий с последующим разрастанием рубцовой соединительной ткани. Последнее, как полагают, является одной из основных причин вторичного бесплодия у мужчин и женщин в результате инфекционного процесса хламидийной этиологии. Системный характер поражений в том числе при синдроме Рейтера имеет аутоиммунный характер и не связан с бактериемией.
Клиническая картина инфекции в большинстве случаев не является специфичной. Манифестные формы хламидиоза у мужчин могут протекать в виде уретрита, проктита, конъюнктивита, фарингита. Значительные терапевтические проблемы связаны с осложнениями хламидиоза. Наибольшие диагностические трудности представляют бессимптомные формы.
Особо отмечается, что успеха в создании препарата удалось достигнуть с помощью космического эксперимента. Симбирцев рассказал, что «Белок теплового шока» — молекула, которая синтезируется любыми клетками организма человека в ответ на различные стрессорные воздействия. Позже выяснилось, что помимо этого он обладает уникальным свойством — помогает клетке показывать свои опухолевые антигены иммунной системе и тем самым усиливает противоопухолевый иммунный ответ», — объяснил ученый, добавив, что исследователям удалось выработать механизм, позволяющий производить противораковый белок в неограниченном количестве. 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.
Конститутивный цитоплазматический член семейства HSP70 — белок Hsc70 — выполняет множество функций, связанных с поддержанием нормальной жизни клетки. Hsc70 осуществляет фолдинг новосинтезированных полипептидов в цитоплазме, помогая принять функционально-активную структуру огромному разнообразию белков [ 57 ]. Hsc70 способен выступать челноком между цитоплазмой и ядром и с помощью АТФ транспортировать белки между этими компартментами [ 58 ]. Недостаточное содержание Hsc70 в цитоплазме останавливает процесс убиквитинирования белков с нарушенной структурой и затрудняет их последующую протеасомную деградацию [ 59 ]. Немаловажную роль Hsc70 играет в процессах шаперон-опосредованной аутофагии, ведь именно он направляет неправильно свернутые белки в лизосомы для деградации.
В случае если в клетке присутствуют белковые агрегаты или поврежденные органеллы, Hsc70 запускает процесс их селективной макроаутофагии в фагосомах [ 60 ]. Помимо участия в процессах фолдинга и деградации белков, Hsc70 играет роль в процессах клатрин-опосредованного эндоцитоза, презентации антигена, регуляции гематопоэза и других физиологических функций клетки и целого организма [ 45 ]. Grp78 отвечает за фолдинг и рефолдинг белков, поступающих в ЭПР, контролирует кальциевый баланс клетки. Важной функцией Grp78 является его участие в запуске реакции, известной как стресс ЭПР unfolded protein response , вызываемой накоплением в клетке поврежденных белков с открытыми гидрофобными сайтами в результате действия различных стрессорных факторов [ 61 ]. Развитие стресса ЭПР характеризуется увеличением экспрессии Grp78 и Grp94 член семейства HSP90 , участвующих в ремонте поврежденных белков, подавлении процесса трансляции и запуске деградации поврежденных белков при участии УПС [ 62 ]. Таким образом, стресс ЭПР может рассматриваться как защитная реакция, направленная на восстановление нормальных функций белков, работающих в ЭПР. Сигналами для активации шаперона-резидента митохондрий mtHsp70 или морталина являются недостаток глюкозы, нарушение баланса кальция и тиреоидных гормонов. Функции морталина не ограничиваются его вовлечением в разнообразные базовые процессы, происходящие в митохондриях, в частности, фолдингом новосинтезированных митохондриальных пре-протеинов, а включают также импорт и экспорт белковых молекул в различных клеточных компартментах, процессинг антигенов, интернализацию рецепторов, ингибирование процесса апоптоза. В условиях клеточного стресса морталин способен взаимодействовать с белком-активатором апоптоза p53 и инактивировать его [ 63 ]. Функционально активная форма mtHsp70 должна быть фосфорилирована по определенным сайтам, и нарушения процесса правильного фосфорилирования этого шаперона связывают с развитием БА и других конформационных заболеваний [ 64 ].
В человеческом геноме идентифицировано 10 членов этого семейства, которые разделены на два класса в соответствии с их свойствами и функциями. Эти белки являются стресс-индуцируемыми и играют большую роль в выживании клеток при действии стрессорных стимулов [ 65 ]. Так, Hsp27 образует стабильные димеры, которые, в свою очередь, могут агрегировать и формировать нестабильные олигомеры с большой молекулярной массой [ 67 ]. Эффективность олигомеризации зависит от физиологических условий, в которых находится клетка: стресс например, тепловой шок приводит к увеличению степени фосфорилирования Hsp27, что активирует процесс его олигомеризации. Вероятно, степень олигомеризации определяет шаперонную активность: крупные олигомеры обладают высокой шаперонной активностью, в то время как димеры совсем ее не имеют [ 68 ]. Шаперонная активность малых белков теплового шока увеличивается при возрастании температуры окружающей среды [ 69 ]. Существует два типа взаимодействия этих шаперонов с неправильно свернутыми белками — обратимая относительно слабая связь, помогающая субстрату принять нативную конформацию, и необратимое взаимодействие, позволяющее сохранить предшественники белковых агрегатов в растворимом состоянии [ 70 ]. Взаимодействие sHSPs с белком-клиентом определяет судьбу последнего — фолдинг или протеолиз посредством аутофагии или протеасомной деградации. Распространенность этих заболеваний увеличивается с возрастом и может существенно возрасти в развитых странах в ближайшую четверть века в связи ожидаемым дальнейшим увеличением продолжительности жизни [ 74 ]. Это указывает на социальную значимость конформационных болезней.
Общим для этой группы заболеваний является медленно прогрессирующая гибель определенных групп нервных клеток и постепенно нарастающая атрофия соответствующих отделов мозга, ведущая к различным неврологическим симптомам. Олигомерные белки способны распространяться между клетками из областей начальной уязвимости в отдаленные районы мозга по мере развития болезни. Но на этом все не кончается, вновь формируемые олигомерные молекулы агрегируют между собой и образуют либо амилоидную фибриллу, либо агрегаты. Несмотря на то, что причины неправильной укладки полипептидных цепей в каждом заболевании свои, а агрегируют различные по структуре и функциям белки, следствие всегда одно — токсичность конформационно-дефектных белков, приводящая к развитию обширной нейродегенерации. Ключевое значение в предотвращении образования белков с неправильной укладкой играют белки теплового шока HSP70 и sHSPs. БП относится к числу хронических постепенно прогрессирующих заболеваний и может развиваться в течение длительного времени 20—30 лет без проявления моторных симптомов, то есть в доклинической стадии. Клинически значимыми симптомами БП являются брадикинезия, мышечная ригидность и тремор покоя, которым могут сопутствовать нарушения сна, психо-эмоциональные расстройства и когнитивный дефицит [ 77 — 79 ]. Проявление моторных и немоторных симптомов при БП связано с развитием нейродегенеративного процесса как в нигростриатной системе, регулирующей моторную функцию, так и за ее пределами. БП до сих пор относится к числу неизлечимых заболеваний. Причины неизлечимости — поздняя постановка диагноза, когда основная часть ДА-ергических нейронов в кчЧС погибла, и отсутствие патогенетически обоснованной терапии.
Современные методы лечения БП направлены на устранение или ослабление моторных нарушений путем увеличения уровня ДА с помощью препарата леводопа, содержащего предшественник дофамина L-диоксифенилаланин, или повышения чувствительности рецепторов к ДА в головном мозге. Однако такое лечение не может остановить или хотя бы замедлить неизбежное прогрессирование патологического процесса [ 84 ]. Поэтому одной из глобальных проблем современной биомедицины является разработка новых технологий ранней диагностики БП и терапевтических препаратов, нацеленных на предупреждение или замедление дегенерации нейронов головного мозга, а не на элиминацию внешних проявлений БП [ 85 , 86 ]. В последнее десятилетие экспериментальные и клинические испытания прошли несколько десятков препаратов противовоспалительные средства, трофические факторы, антиоксиданты, антагонисты глутаматных рецепторов и т. На сегодняшний день ни одного действительно эффективного нейропротективного препарата для превентивной терапии БП клиницистам не предложено. Многочисленные данные экспериментальных исследований показывают, что шапероны HSPs вовлечены в патогенез БП и могут быть первой линией защиты при нарушении укладки белков и развитии нейродегенерации [ 22 , 38 , 88 , 89 ]. Не менее важными фактами, подтверждающими вовлечение HSPs в патогенез БП, являются данные о низкой экспрессии некоторых шаперонов семейства HSP70 в секционном материале кчЧС у пациентов с БП [ 91 ], а также данные об усилении процесса нейродегенерации в нигростриатной системе при снижении экспрессии стресс-индуцируемого белка Hsp70 в модели БП у животных [ 36 , 92 ].
Белок теплового шока - Heat shock protein
Использование белков теплового шока (БТШ70) открывает большие перспективы в лечении онкологии. Российские исследователи выяснили, что один из белков теплового шока может замедлять рост опухолей. БТШ72 и БТШ90 — измеряли при остром и хроническом воспалениях. Симбирцев рассказал, что «Белок теплового шока» – молекула, которая синтезируется любыми клетками организма человека в ответ на различные стрессорные воздействия.
«Это не то лекарство, которое поднимет Лазаря»: правда о разработке «от всех видов рака»
Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. Капсульные посылки с одним из белков теплового шока помогают иммунным клеткам выстоять в борьбе с бактериальными ядами. При этом, сравнивая различные малые белки теплового шока, мы попытаемся установить, какие из этих белков могут участвовать во взаимодействии с филамином С и поддержании его структуры. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА (шапероны), семейство специализированных внутриклеточных белков. Белки теплового шока также синтезируются у D. melanogaster во время восстановления после длительного воздействия холода в отсутствие теплового шока.
Низкий уровень белка теплового шока защитил медведей от тромбоза во время спячки
Binding of p23 and hsp90 during assembly with the progesterone receptor. Mol Endocrinol 1995; 9 6 : 670—8. Vaccination of metastatic renal cell carcinoma patients with autologous tumour-derived vitespen vaccine: clinical findings. Br J Cancer 2008; 22; 98 8 : 1336—41.
Guidelines for the nomenclature of the human heat shock proteins. Cell Stress Chaperones 2009; 14 1 : 105—11. Synthesis and evaluation of geldanamycin-testosterone hybrids.
J Bioorg Med Chem Lett 2000; 10 11 : 1303—6. Combination of imatinib mesylate with autologous leukocyte-derived heat shock protein 70 vaccine for chronic myelogenous leukemia. Vaccination with autologous tumor-derived heat-shock protein Gp96 after liver resection for metastatic colorectal cancer.
Clin Cancer Res 2003; 9: 3235—42. Cisplatin abrogates the geldanamycin-induced heat shock response. Mol Cancer Ther 2008; 7 10 : 3256—64.
Binding of benzoquinoid ansamycins to p100 correlates with their ability to deplete the erbB2 gene product p185. Biochem Biophys Res Commun 1994; 30; 201 3 : 1313—29. J Clin Oncol 2007; 25 34 : 5410—7.
Neckers L. Hsp90 inhibitors as novel cancer chemotherapeutic agents. Trends Mol Med 2002; 8: 55—61.
Oki Y, Younes A. Heat shock protein-based cancer vaccines. Expert Rev Vaccines 2004; 3: 403—11.
Heat shock proteins gp96 and hsp70 activate the release of nitric oxide by APCs. J Immunol 2002; 168: 2997—3003. Parmiani G.
Cancer regression and autoimmunity induced by cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 blockade in patients with metastatic melanoma. Picard D. Chaperoning steroid hormone action.
Trends Endocrin Metab 2006; 17 6 : 229—35. Antitumor activity in melanoma and anti-self response in a phase I trial with anti-cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 monoclonal antibody CP-675. J Clin Oncol 2005; 23: 8968—77.
The treatment of relapsed and refractory multiple myeloma.
Ученые рассматривают возможность целенаправленного действия препарата. До настоящего времени лекарство вводилось лабораторным животным внутривенно и распространялось с кровью по всему организму. На этапе клинических испытаний специалисты планируют параллельно с внутривенным введением опробовать методику адресной доставки белка теплового шока в клетки опухоли, рассчитывая еще более увеличить эффективность лечения и снизить риск побочных эффектов. Эта возможность принципиально отличает российскую технологию от метода «клеточной терапии CAR-T» , официальное внедрение которого в клиническую практику ожидается уже летом 2017 года. Деньги на заключительный этап доклинических исследований нового средства порядка 100 млн.
Остается найти спонсора, который разделит с государством финансирование клинических испытаний. Пока приоритеты отдаются российскому бизнесу. Если же российских спонсоров найти не удастся, будут рассматриваться варианты партнерства с японскими предпринимателями или бизнес-структурами из других стран. На завершение процесса испытаний может понадобиться еще 3-4 года. При их положительном исходе онкологи смогут получить высокоэффективный инструмент в борьбе с раком. Что может сдерживать инвесторов и снижать уровень оптимизма при прогнозах Вложения в любые клинические испытания несут достаточно большие риски для бизнеса.
В результате увеличивается количество шаперонов, участников протеасомных путей и т. Когда ситуация стабилизируется, Hsf1 снова «засыпает» в объятиях шаперонов [128]. Рисунок 24. Hsf1 в покое и на работе. При благоприятных условиях Hsf1 находится в неактивном состоянии в компании шаперонов 1. Когда случается белковый стресс, шапероны мобилизуются на обработку ненативных белков 2 , а освободившийся Hsf1 проникает в ядро и там связывается с определенными участками на ДНК 3. Таким образом, он работает в качестве транскрипционного фактора, стимулируя транскрипцию генов, важных для PN 4. И хотя сами компоненты стресс-ответа в разных местах отличаются, цели этих реакций схожи: повышение качества компонентов сети протеостаза и уменьшение количества бракованных белков. То, как протекает стресс-ответ на развернутые белки в ЭПР, очень хорошо изучено [129] , [130].
Он состоит, по крайней мере, из трех ветвей, которые регулируют работу многочисленных генов, тем самым поддерживая протеостаз или, в крайнем случае, активируя апоптоз. Эта часть сигнальной системы очень важна ввиду того, что подавляющее большинство белков, которые клетка экспортирует наружу или выводит на клеточную поверхность, сначала попадают в ЭПР. Здесь они принимают рабочую конформацию и всячески модифицируются. Кроме того, ЭПР обширен, что позволяет ему взаимодействовать с другими мембранными структурами клетки [131]. Таким образом, ЭПР имеет хорошие возможности для определения клеточных возмущений и корректировки сигнальных путей. Митохондриальный ответ на развернутые белки UPRmt был описан гораздо позже, и многие нюансы тут пока не ясны [132]. Длительный стресс После восстановления протеостаза сигнальные UPR-пути подавляются, чтобы клетки могли должным образом реагировать на будущий стресс. Поэтому пути реагирования разработаны так, чтобы временно активироваться до нужной величины, соответствующей уровню нарушений и позволяющей эффективно восстановить протеостаз. Но сигнальная система может сбиться под действием длительного стресса или частых активаций в течение долгого времени.
Исследования обращают внимание на непредсказуемость длительной активации белкового стресса [133]. При старении или некоторых заболеваниях UPR успешно активируется, но очиститься от неправильно свернутых и агрегированных белков у клеток не получается. Стрессовая сигнализация продолжает бить тревогу, и из-за этого «шума» клетки становятся менее чувствительными к дополнительным стрессорам. Кроме того, долговременное воздействие белкового стресса может пагубно сказываться на самой работе UPR [134] , [135]. Воздействия, усиливающие стресс-ответные реакции, могут иметь прикладное терапевтическое значение, благодаря уменьшению клеточных повреждений, накапливающихся при старении и конформационных заболеваниях [136]. Однако чтобы использовать такой подход, нам необходимо научиться предсказывать пока мало понятные последствия длительной активации стресс-ответных реакций. Более серьезно о токсичности агрегатов Различные состояния белков сосуществуют в сложном равновесии рис. Склонение чаши весов в такой системе будет определяться многими параметрами, например аминокислотной последовательностью конкретного белка, взаимодействиями с молекулярными шаперонами, процессами деградации и другими механизмами управления белковой жизнью. Рисунок 25.
Многообразие функциональных форм белков и их агрегатов [5] , рисунок адаптирован Хотя белки и их биологическая среда совместно эволюционировали, чтобы поддерживать здоровое состояние, всё же белки не утратили свою конформационную хрупкость. Поэтому они сохраняют способность терять нативную структуру и собираться в трудноизлечимые агрегаты, в том числе прочные нитевидные амилоиды. Мы помним, что энергетически это очень выгодно для белка, но физиологически очень неприятно для клетки. С химической точки зрения для поддержания стабильных растворенных белков важно не превышать их предельную концентрацию. Иначе процесс агрегации и образования амилоидов усиливается [137]. Ученые продолжают идентифицировать наиболее склонные к агрегации белки, чьи клеточные концентрации высоки по сравнению с их растворимостью. Такие белки называют «перенасыщенными». Оказалось, что они активно участвуют в патологической агрегации во время стресса и старения, и чрезмерно представлены в биохимических процессах, связанных с нейродегенерацией. Так, агрегация перенасыщенных белков приводит к образованию нерастворимых отложений при болезнях Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и боковом амиотрофическом склерозе ALS [138—140].
К перенасыщенным относят много РНК-связывающих белков, которые содержат неструктурированные и слабоструктурированные последовательности. Такие белки часто способны подвергаться фазовым переходам жидкость-жидкость, благодаря чему образуют каплеобразные скопления в цитозоле и ядре [125]. Клетке нужны такие белки для метаболизма РНК, биогенеза рибосом, передачи сигналов и других процессов [141]. Тем не менее их динамическое поведение очень чувствительно к изменениям физико-химической среды клеток. Во время агрегации сначала появляются белковые скопления из относительно небольшого числа молекул, которые сохраняют структурную память о своих здоровых состояниях. Эти ранние агрегаты довольно нестабильны, поскольку успевают наладиться только слабые межмолекулярные взаимодействия. Однако по мере усугубления ситуации такие агрегаты могут подвергаться внутренней перестройке с образованием более стабильных скоплений. При этом получаются пластинчатые структуры, поддерживаемые большим числом взаимодействий. Эти структурированные олигомеры могут расти дальше за счет самоассоциации или за счет добавления мономеров, часто с дальнейшими структурными перестройками.
В итоге могут образоваться четкие фибриллы с пластинчатой структурой, похожие на стопки монет. На сегодняшний день отмечено около 40 белков, склонных к формированию крупных агрегатов при различных заболеваниях человека [5]. Другим уязвимым белкам например актину, фибронектину и лактоферрину свойственна четкая нативная структура. По факту, между патологическими белками нет очевидного сходства в последовательности, структуре или функции. Бывает и так, что неупорядоченные или нативные агрегаты разрастаются без каких-либо серьезных преобразований и, в конце концов, просто дают большие аморфные отложения, сохраняющие структуру исходных олигомеров. Такие образования, включая амилоидные, аморфные или нативные агрегаты, накапливаются при определенных патологических состояниях. Если они располагаются в центральной нервной системе, то это ассоциируется с нейродегенеративными состояниями, например болезнями Альцгеймера и Паркинсона. В других тканях наблюдаются многочисленные амилоидозы и дистрофии. Больше половины таких заболеваний носит случайный характер, хотя встречаются и наследственные формы, например болезнь Хантингтона.
Данные заболевания имеют относительно поздний возраст начала, что позволяет предположить, что агрегации белков происходят в основном из-за прогрессирующей потери регуляторного контроля с возрастом. Примечательно, что наличие крупных агрегатов не всегда соотносится с тяжестью заболевания [142]. Исследования последних лет показали, что наиболее токсичными белковыми агрегатами могут быть растворимые олигомеры и мелкие нерастворимые скопления [143]. Опасность таких агрегатов состоит в том, что они активно выставляют наружу гидрофобные остатки и химически активные участки. Это сильно повышает их способность вступать во взаимодействия с другими белками, особенно с компонентами сети протеостаза рис. Точная природа наиболее токсичных агрегатов остается горячим предметом изучения. Рисунок 26. Порочные круги протеостаза. Ненативный белок может накапливаться по разным причинам 1.
В ответ на это происходит мобилизация сети протеостаза, которая пытается защитить клетку 2. Но если ненативный белок всё равно будет появляться, то со временем сеть протеостаза может ослабнуть. Сократится число свободных шаперонов, переполнятся протеасомы 3 и т. Кроме того, на стабильности PN могут негативно сказаться многие факторы, например старение или дефицит энергии. Ослабление PN будет способствовать накоплению уже других ненативных белков и агрегатов 4 , что в конечном итоге скажется на функционировании клетки 5. С другой стороны, в них могут изолироваться и важные компоненты сети протеостаза, взаимодействующие с растворимыми олигомерами перед их попаданием в амилоид. Это может негативно сказаться на функционировании клетки [149]. В целом, на сегодняшний день принято считать, что агрегация играет двойную роль, сочетая защитные и токсические эффекты. Это сильно усложняет ситуацию.
Старение — это, несомненно, основной фактор риска практически всех заболеваний, связанных с отложением белка. С возрастом количество шаперонов снижается, потому что они выключаются из игры нарастающим числом белковых агрегатов. К тому же и экспрессия шаперонов, по-видимому, снижается с возрастом. При старении снижается и активность UPS, возможно, из-за уменьшения количества активных протеасом, дефектов в системе нацеливания белков на деградацию и накопления сшитых белков, которые трудно переваривать [150]. Как только сеть протеостаза нарушается, агрегаты получают способность распространяться не только за счет их роста, но также за счет вторичных процессов, таких как фрагментация фибрилл и вторичное зародышеобразование. Более того, теперь ясно, что агрегаты могут распространяться от клетки к клетке в пределах одной и той же ткани, способствуя развитию патологических процессов [151]. Шаперонотерапия И тут возникает логичный вопрос: если предполагается, что многие заболевания связаны с ухудшением белкового контроля, то почему бы не попытаться как-то использовать наши знания о сети протеостаза для борьбы с болезнями? Действительно, часто так бывает, что естественным результатом фундаментальных исследований становятся различные терапевтические техники и фармакологические препараты. И есть основания полагать, что эта тенденция не оставит в стороне сеть протеостаза.
Одна из терапевтических стратегий связана с шаперонами. В главе про сигнальные пути протеостаза ключевой фигурой был белок Hsf1 — фактор, регулирующий активность генов большинства шаперонов. На моделях болезней Хантингтона, Альцгеймера и Паркинсона было показано, как при накоплении патологического белка активировались некоторые посредники, которые запускали существенную деградацию Hsf1 [152—154]. Такой эффект угнетал сеть протеостаза и способствовал прогрессии заболевания. Фармакологическая инактивация этих посредников позволила противостоять деградации Hsf1 и вызвать пониженное накопление агрегатов. Существуют и иные подходы, позволяющие влиять на количество шаперонов конкретных семейств. Это важно ввиду того, что разные классы шаперонов могут обладать различными ролями в клетке, взаимодействовать с отдельными наборами партнеров и активировать разные сигнальные пути. Пока все эти аспекты изучены недостаточно хорошо, но уже понятно, что при некоторых состояниях разные классы шаперонов могут помогать, а могут, напротив, лишь усугублять ситуацию. Например, АТФ-зависимые шапероны могут разбирать амилоиды, генерируя много маленьких кусочков, которые могут стать новыми центрами агрегации.
К тому же, наборы шаперонов в нормальных условиях и условиях стресса могут значительно различаться, что вынуждает нас использовать более тонкие способы настройки. При переходе от нормальных условий к стрессовым состав шаперонов меняется, что приводит к устойчивым изменениям в белковой жизни и может стабилизировать патологическое состояние. Несмотря на многочисленные сложности, остается надежда на то, что управление шаперонной активностью позволит облегчать болезненные состояния. В частности, усиление работы системы шаперонов Hsp70 показало положительный эффект сразу на нескольких моделях амилоидных заболеваний [155—157]. На активность шаперонных систем можно повлиять количественно и качественно. Первый подход заключается в изменении активности генов, что приводит к увеличению или уменьшению синтеза определенных шаперонов в клетке [158—160]. Второй подход основан на способности некоторых молекул взаимодействовать с белками-шаперонами, усиливая или ослабляя их работу [161]. Научное сообщество понимает, что при этом имеется много важных неизученных факторов, поэтому вводить в клинику модуляторы шаперонной активности пока никто не торопится. Можно попробовать зайти со стороны убиквитин-протеасомной системы, так как уже была показана связь между ослаблением UPS и нейродегенеративными заболеваниями.
При этом возможны несколько подходов. При некоторых заболеваниях агрегация убиквитинилированных белков приводит к изоляции большого числа убиквитинов, что истощает запас свободных убиквитинов. В таких случаях можно повышать синтез определенных партнеров убиквитинов, которые помогут им находиться в свободном состоянии и будут способствовать восстановлению пула убиквитинов. Весьма перспективным на данный момент считается терапевтическое воздействие на работу убиквитинлигаз. Аналогично тут можно воздействовать количественно, стимулируя их синтез, что, как ожидается, приведет к более активному убиквитинилированию патологических белков. Качественный подход состоит в модуляции активности уже имеющихся убиквитинлигаз. По задумке, эти молекулы одной стороной взаимодействуют с определенной убиквитинлигазой, а другой — с белком-мишенью рис. Таким образом, PROTAC становится центром встречи убиквитинлигазы и ее клиента, что обеспечивает эффективную деградацию интересующего нас белка. В настоящий момент разрабатываются различные молекулы для направленного протеолиза белков, участвующих в разных патологических состояниях, включая амилоидозы, нейродегенеративные заболевания и даже рак.
Научное сообщество возлагает большие надежды на эту изящную технологию. Рисунок 27. Одна часть способна связываться с белком-мишенью, а вторая — с убиквитинлигазой. Введение такой молекулы в клетку должно способствовать активному убиквитинилированию и последующей деградации белка-мишени. Однако разработка методов модуляции аутофагии достаточно сложна, так как ей командуют сигнальные пути, ответственные также за управление запасами энергии и ответы на ростовые факторы. Дисбаланс сигналов в данной системе может значительно усугубить клеточную ситуацию. Несмотря на сложности, продолжаются поиски химических усилителей аутофагии. Несомненно, исследования механизмов различных типов аутофагии, особенно опосредованной шаперонами, позволят лучше понять возможности для терапевтического вмешательства. Финальный аккорд В данном обзоре нашли отражение современные научные знания об устройстве сети протеостаза с описанием ключевых этапов и важнейших компонентов.
На самом деле, по-настоящему целостную картину сформировать пока невозможно ввиду ограниченности накопленных знаний. PN активно исследовалась на модельных организмах, вроде бактерий, дрожжей или червей. Многие же нюансы сети протеостаза человека пока остаются тайными. Кроме того, актуальна проблема переноса накопленных знаний с уровня клетки на масштаб целого многоклеточного организма. Таким образом, ученым предстоит еще долгая работа по изучению PN и белковой жизни в целом. Исследования поддерживаются надеждой на рациональное использование этих знаний в терапевтических и профилактических целях. Особенно актуально изучение протеостаза в контексте стремления человечества к увеличению продолжительности и качества жизни. Безусловно, живя дольше, мы будем постоянно сталкиваться с новыми трудностями. Патологические состояния, связанные с ослаблением PN, часто сопровождают старение, наряду с возрастной онкологией, сердечно-сосудистыми заболеваниями, диабетом и т.
В этом контексте, изучение протеостаза буквально прокладывает дорогу в будущее. Знания о сети протеостаза важны и с фундаментальной стороны. Белковая жизнь — это очень значимая часть клеточной физиологии, поэтому для полного понимания устройства жизни нам необходимо учитывать ее вклад. Дальнейшее изучение аспектов протеостаза будет способствовать развитию таких областей науки, как биохимия, молекулярная биология, биоинженерия, биотехнология и др. Наглядный пример — технология PROTAC, которая уже применяется в науке как инструмент «нокдауна» белков для изучения их функций. Ценность исследований сети протеостаза и аспектов белковой жизни была отмечена множеством престижных научных наград. В доказательство приведу лауреатов актуальной «Премии за прорыв в области наук о жизни» Breakthrough Prize in Life Sciences : Александр Варшавский 2014 г. Кливленд 2018 г. Юл 2021 г.
Я перечислил ученых, в недавнее время внесших значимый вклад в понимание аспектов протеостаза. Это бурно развивающееся направление исследований действительно может еще преподнести много нового и интересного. Белки — это удивительные молекулы.
Это имеет большое значение, т. Другим возможным путем коррекции нарушений в системе самозащиты может служить введение в организм природных бактериальных БТШ или их синтетических аналогов. In vitro получены данные о том, что введение очищенного БТШ в живые клетки или трансфекция генома БТШ повышает резистентность клеток к различным повреждающим факторам — температурному воздействию, ишемии и т. В эксперименте подтверждена возможность улучшения течения аутоиммунных заболеваний у лабораторных животных после введения им БТШ. Повышение экспрессии БТШ собственными клетками в ответ на воспаление при аутоиммунных заболеваниях является необходимым для реализации защитного механизма. Регулируя фенотип Т-клеток, выработку ими противовоспалительных цитокинов, БТШ могут формировать микроокружение, способствующее торможению хронического воспалительного процесса. Защитный эффект иммунизации бактериальными БТШ обеспечивается благодаря высокой степени гомологии определенных БТШ-эпитопов бактерий и человека в основном промежуточных и C-концевых пептидов.
Индукция регуляторного протективного Т-клеточного фенотипа связана только с перекрестными гомологичными пептидами, в то время как существующие исключительно у бактерий негомологичные эпитопы вызывают развитие воспалительного ответа [67]. Для определения факторов, способствующих детерминации перекрестно-реактивных эпитопов и формированию регуляторной Т-клеточной активности при иммунизации бактериальными БТШ, необходимы дальнейшие исследования. Эффективность применения бактериальных БТШ для профилактики и торможения аутоиммунных заболеваний в эксперименте создает предпосылки к проведению иммунотерапии БТШ и в клинических условиях. Так, в исследовании T. Vischer при введении больным с ревматоидным артритом препарата ОМ-89 экстракта E. Помимо иммуномодулирующего действия БТШ среди данных больных наблюдался хороший клинический эффект и лечение не сопровождалось развитием побочных реакций. Однако для широкого клинического применения БТШ необходимы многоцентровые контролируемые исследования. Заключение жании полного набора функционально компетентных белков. В ткани почки БТШ являются важной частью внутриклеточной защиты, которая функционирует в физиологических условиях и активируется при различных видах повреждения — ишемическом, токсическом, воспалительном. БТШ обеспечивают стабилизацию клеточных структур, способствуют повышению устойчивости клеток к процессам апоптоза и некроза, а также сохранению потенциала для дальнейшей репарации.
В последние годы появились данные, свидетельствующие о важной роли и внеклеточно расположенных БТШ, в частности их иммунорегулирующего действия. У здоровых людей незначительная экспрессия БТШ на поверхности клеток, по-видимому, необходима для подержания системного противовоспалительного статуса. В процессе острого воспаления происходит экстернализация БТШ клетками инфильтрата, при этом к определенным БТШ развивается иммунный ответ, обеспечивающий их распознавание цитотоксическими клетками и элиминацию из очага воспаления. При хроническом воспалении, в т. При хроническом иммунно-опосредованном воспалении в ткани почки недостаточная экспрессия БТШ может приводить к нарушению локальных механизмов самозащиты почки и прогрессированию воспаления. Это направление исследований представлено главным образом экспериментальными и единичными клиническими работами по определению локализации и интенсивности экспрессии отдельных БТШ в различных структурах почки. В частности, уже показан первый положительный опыт применения бактериальных БТШ и их ДНК-вакцин пациентами с различными аутоиммунными заболеваниями. Литература 1. Kitamura N. The concept of glomerular self-dense.
Kidney Int. Kitamura M. J Immunol. Suto T. Van Why S. Heat shock proteins in renal injury and recovery. Heat shock proteins: role in thermotolerance, drug resistance and relationship to DNA Topoisomerases. Nat Cancer Inst Monogr 1984; 4 :99—103. Ивашкин В. Клиническое значение оксида азота и белков теплового шока.
Маргулис Б. Защитная функция белков теплового шока семейства 70 кД. СПб: диссертация на соискание ученой степени д. Hightower L. Heat shock, stress protein, chaperones and proteotoxicity. Панасенко О. Структура и свойства малых белков теплового шока. Успехи биологической химии. Lindquist S. The heat-shock proteins.
Welch W. Basu S. Necrotic, but not apoptotic cell death releases heat shock proteins, with deliver a partial maturation signal to dendritic cells and activate the NFkB pathway. Int Immunol. Kaufmann S. Heat shock protein and the immune response. Lydyard P. Heat shock proteins: immunity and immunopathology. Birnbaum G. Heat shock proteins and experimental autoimmune encephalomyelitis II: environmental infection and extra-neuraxial inflammation after the course of chronic relapsing encephalomyelitis.
Georgopoulos C. Heat shock protein in multiple sclerosis and other autoimmune diseases. Нillon V. Rewiev: heat shock proteins and systemic lupus erythematosus. Jorgensen C. Gastric administration of recombinant 65kDa heat shock protein delays the severe of type II collagen induced arthritis in mice. Lang A. Heat shock protein 60 is released in immune-mediated glomerulonephritis and aggravates disease: in vivo evidence for an immunologic danger signal. Trieb К. Heat shock protein expression in the transplanted human kidney.
Transplant International. Мухин Н. Амилоидоз и антитела к белкам теплового шока. Van Eden W. Cloning of the mycobacterial epitope recognized by T lymphocyte in adjuvant arthritis. Anderton S. Activation of T cells recognizing self 60-kDa heat shock protein can protect against experimental arthritis. Zanin-Zhorov A. Vabulas R.
Война и мир: как устроить белковую жизнь?
| Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG) | Функциональное состояние компонентов белков теплового Шока Глутатионредуктазы и глутатионовой редокс-системы при перегревании и охлаждении. |
| Новые методы лечения рака: белки теплового шока | Название отражает некоторые свойства белков теплового шока, но далеко не все. |
| Белки теплового шока | Virtual Laboratory Wiki | Fandom | Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. |
| Белки теплового шока — Википедия | Низкий уровень экспрессии белка теплового шока 47 (HSP47), который отвечает за активацию тромбоцитов коллагеном и тромбином, спасает медведей в спячке от тромбоза. |
| Новые методы лечения рака: белки теплового шока | Ученые хотят убедиться в том, что при регулярной повышенной продукции белков теплового шока развитие нейродегенетивных заболеваний. |
Антитела к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (Anti-cHSP60), IgG
Так как белки теплового шока производятся организмом только в специфических ситуациях, они имеют ряд отличий от продуцируемых нормально соединений. лено белкам теплового шока семейств а HSP70 и малым шаперонам sHSPs, высту. Российские исследователи выяснили, что один из белков теплового шока может замедлять рост опухолей. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составе протеасомы и помогают корректно свернуться заново синтезированным белкам. Для справки: Белки теплового шока (Hsp 70) могут использоваться для коррекции нейродегенеративных заболеваний, а также последствий инсультов, инфарктов и нарушений периферического кровообращения.
Стрессовый белок поможет в борьбе с сепсисом
| Белки теплового шока: биологические функции и перспективы применения | Еженедельная баня и выработка белков теплового шока! |
| Белок теплового шока - Heat shock protein | Наличие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. |
| Новые потенциальные «лекарства от старости» запускают в клетках производство белков теплового шока | Белки теплового шока способны эффективно стимулировать врожденный и адаптивный противоопухолевый иммунный ответ организма. |
Эффективность белков теплового шока в комплексе с иммунотерапией
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. Купить билеты на слэм 29 мая в Москве — Максим Шевцов рассказывает, почему в последние годы радикально изменились подходы к лечению. Ученые остановили старение клеток человека с помощью белков "бессмертных" тихоходок Американские биологи из Университета штата Вайоминг и других научных учреждений выяснили, что произойдет при введении белков тихоходок в человеческие. 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. 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.