Белки теплового шока способны эффективно стимулировать врожденный и адаптивный противоопухолевый иммунный ответ организма. Исследователи использовали для борьбы с болезнью века так называемые белки теплового шока — они образуются в организме в ответ на воздействие стресса и помогают «чинить» различные поломки в клетках. Научная статья на тему 'Белки теплового шока: биологические функции.
Как цитировать
- Как лечить белок теплового шока к хламидиям
- Попасть в клетку: белковый препарат восстановит нервы | Статьи | Известия
- Стресс-белки и белки теплового шока
- Genes: тяжесть инсульта зависит от типа белка теплового шока
Как российские ученые работали над новым методом лечения болезни Альцгеймера?
Белки теплового шока также синтезируются у D. melanogaster во время восстановления после длительного воздействия холода в отсутствие теплового шока. 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). 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.
Белок теплового шока - Heat shock protein
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. Если стресс влияет на процесс старения, логично предположить, что белки теплового шока, регистрирующие появление и предотвращающие накопление в клетке поврежденных белков, вполне способны замедлять развитие эффектов старения. То, что для многих заболеваний, ассоциированных с накоплением склонных к агрегации белков, характерны симптомы старения, а все болезни, в основе которых лежат нарушения формирования белковых молекул, ассоциированы со старением, наводит на мысль, что чувствительные к температуре метастабильные белки теряют свою функциональность по мере старения организма.
И действительно, эксперименты на C. Однако оказалось, что активация фактора транскрипции Hsf1 на ранних этапах развития может препятствовать нарушению стабильности белковых молекул протеостаза. Возможно, это наблюдение, предполагающее весьма интригующие возможности, не распространяется на более сложные многоклеточные организмы, однако все живое состоит из белков, поэтому полученные в экспериментах на круглых червях результаты с большой степенью вероятности могут помочь ученым разобраться в механизмах старения человека.
Однако это еще не конец истории. Результаты работы, недавно проведенной под руководством профессора Моримото, указывают на существование механизмов корректировки протеостаза, не требующих непосредственного вмешательства в функционирование фактора транскрипции Hsf1. Исследователи решили провести классический генетический скрининг мутантов C.
По мнению исследователей, обнаружение этой связи поможет предсказать, насколько тяжело будет протекать инсульт и сколько времени понадобится на восстановление. Результатами исследования ученые поделились в Genes. Ишемический инсульт — это состояние, при котором нарушается кровообращение в мозге, что приводит к повреждению его тканей.
Причиной развития этой патологии у человека могут быть как внешние факторы, так и генетические особенности.
J Clin Oncol 2008; 26: 15s. Clinical score for predicting recurrence after hepatic resection for metastatic colorectal cancer: analysis of 1001 consecutive cases. Ann Surg 1999; 230: 309—18. Stable association of hsp90 and p23, but Not hsp70, with active human telomerase. J Biol Chem 2001; 276 19 : 15 571—4. Heat shock protein 70 surface-positive tumor exosomes stimulate migratory and cytolytic activity of natural killer cells. Cancer Res 2005; 65: 5238—47. HSP70 vaccine in combination with gene therapy with plasmid DNA encoding sPD-1 overcomes immune resistance and suppresses the progression of pulmonary metastatic melanoma Int J Cancer 2006; 118: 2657—64.
Grad I, Picard D. The glucocorticoid responses are shaped by molecular chaperones. Mol Cell Endocrin 2007; 275 1—2 : 2—12. Tumorderived multiple chaperone enrichment by free-solution isoelectric focusing yields potent antitumor vaccines. Cancer Immunol Immunother 2000; 49: 476—84. Tumor-derived chaperone-rich cell lysates are effective therapeutic vaccines against a variety of cancers. Cancer Immunol Immunother 2003; 52: 226—34. V600E B-Raf requires the Hsp90 chaperone for stability and is degraded in response to Hsp90 inhibitors. Immunotherapy coming of age: what will it take to make it standard of care for glioblastoma?
Neuro-Oncology 2011; 13 1 : 3—13. Antitumor effects of combined therapy of recombinant heat shock protein 70 and hyperthermia using magnetic nanoparticles in an experimental subcutaneous murine melanoma. Cancer Immunol Immunother 2004; 53: 26—32. 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.
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. Однако в контексте нынешней статьи мы рассматриваем работу убиквитина лишь в качестве «черной метки». Вполне логично, что убиквитинилирование синхронизировано с сетью протеостаза. Известно, что системы шаперонов Hsp70 и Hsp90 тесно вовлечены в эти процессы рис. Рисунок 17. В случае неудачи при обработке клиента, шаперон может обратиться за помощью к ферментам убиквитинилирования, которые любезно навесят полиубиквитиновую цепь на неправильный белок рисунок автора статьи Белковый шредер Минимум четыре убиквитина, последовательно связанные через лизин-48, распознаются грозой всех неправильных белков — протеасомой. Это еще одна бочкообразная участница сети протеостаза рис. Размер ее значительно больше, чем у шаперонов — около 2000 кДа. Соответственно размеру, протеасома обладает внушительной сложностью строения.
Рисунок 18. Протеасома — «белковый шредер» из множества субъединиц. Центральная часть кор цилиндрическая, на ее внутренних стенках располагаются активные сайты. Белок-жертва в линейной форме протаскивается через полость кора, а активные сайты разрезают пептидные связи, в результате чего белок разбирается на короткие фрагменты. Шапки представляют собой мультибелковые комплексы, контролирующие работу протеасомы [85]. После узнавания на шапке, белок-жертва АТФ-зависимо разворачивается специальным молекулярным моторчиком. Примерно тут же с жертвы снимается полиубиквитиновая метка [86]. Не уничтожать же понапрасну убиквитин! После всех этих подготовительных этапов белок-жертва направляется в полость кора. Коровые субъединицы очень разнообразны, в сумме они составляют полый цилиндр, составленный из четырех колец, каждое из которых содержит по семь субъединиц.
Развернутые белковые жертвы попадают внутрь коровой частицы протеасомы через канал, работающий как затвор на фотоаппарате [87]. Этот канал специально узок, чтобы позволять проходить только развернутым линеаризованным полипептидам. Кульминация в устройстве протеасомы — центральная протеолитическая камера, образованная субъединицами внутренних колец [88]. В составе каждого из них есть протеолитические субъединицы, чьи рабочие домены направлены внутрь полости. Эти субъединицы осуществляют протеолиз — разрезание белков на мелкие пептиды посредством разрыва пептидных связей рис. Центральная камера эффективно улавливает белки до тех пор, пока они не укоротятся до пептидов длиной около 7—9 аминокислот [89]. Рисунок 19. В активном сайте протеасомы содержится N-концевой остаток аминокислоты треонина [90] , боковая цепь которой содержит гидроксильную группу -OH , чей атом кислорода жаждет с кем-нибудь поделиться электронами. Этот кислород производит атаку — насильно делится электронной парой с атомом углерода в пептидной связи с образованием новой химической связи 1. Эта атака вынуждает углерод порвать связь с азотом, иначе электронов будет слишком много 2.
Таким образом пептидная связь разрывается, и один фрагмент высвобождается 3. Второй фрагмент связан через кислород с треонином. Затем приходит вода и помогает отсоединить углерод от треонина, восстанавливается карбоксильная группа на фрагменте и освобождается активный центр протеасомы 4. Цикл может повторяться много раз. Несколько десятилетий интенсивных исследований выявили фундаментальную значимость протеасом практически для каждого клеточного процесса [91]. Ее работа влияет на клеточный цикл, рост и дифференцировку клеток, транскрипцию генов, передачу сигналов и апоптоз. Неправильное функционирование протеасом приводит к тому, что протеолитическая активность снижается и накапливаются поврежденные и неправильно свернутые белки. Поэтому предполагается, что снижение активности протеасом может быть центральным фактором при старении и возникновении множества заболеваний: сердечно-сосудистых, аутоиммунных и особенно нейродегенеративных [92] , [93]. Протеасома также вносит незаменимый вклад в систему адаптивного иммунитета, отвечая за генерацию пептидов для главного комплекса гистосовместимости I MHC I. Таким образом, нарушение активности протеасом будет влиять на работу иммунной системы [94].
Помимо угрозы жизненно важным функциям цитозольных процессов и органелл, накапливающиеся отходы также будут препятствовать круговороту аминокислот и убиквитинов, которые необходимы для жизнедеятельности клеток. Некоторые, но не все из этих последствий могут быть смягчены компенсаторными действиями других частей сети протеостаза. Молекулярная «пищеварительная система» Главный партнер в нелегком деле утилизации белковых отходов — система аутофагии [95]. 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.
Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток
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. 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. Белки теплового шока в этой ситуации выступают не только как шапероны, но и как потенциальные антиоксиданты. В результате была подтверждена эффективность уже известных геропротекторов, включая иммунодепрессант рапамицин, а также двух новых, монордена и танеспимицина, принадлежащих к группе ингибиторов белка теплового шока 90 (Hsp90).
Пути передачи инфекции, клинические проявления заболевания и осложнения
- Пресс-центр
- В Петербурге испытали на мышах вещество от болезни Альцгеймера
- БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ
- Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток
- Как лечить белок теплового шока к хламидиям - Вопрос гинекологу - 03 Онлайн
Война и мир: как устроить белковую жизнь?
В случае персистенции цикл развития хламидий приостанавливается на фазе ретикулярных телец. Эти формы продуцируют минимальные количества хламидийных структурных антигенов, но продолжают синтезировать и освобождать cHSP60. На этой стадии происходит повышенная выработка как человеческих, так и микробных белков теплового шока БТШ. Антитела к сохраненным эпитопам бактериальных сHSP60 вступают в перекрестную реакцию с человеческим сHSP60, которая в итоге приводит к аутоиммунным ответам. Данный белок играет важную роль в иммунопатогенезе персистирующей инфекции и поддержании постоянной воспалительной реакции. БТШ ведет к антигенной перегрузке организма и запуску вторичного гуморального ответа с гиперпродукцией IgG и IgA, к активированию реакции гиперчувствительности замедленного типа, обуславливая инфильтрацию слизистых оболочек лимфоцитами и моноцитами, к стимуляции запуска аутоиммунного перекрестного ответа.
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.
Credit: StudioMolekuul Shutterstock.
Характерным признаком нейродегенерации является накопление белковых агрегатов в нейронах. В статье, опубликованной в Nature Neuroscience, ученые из США и Великобритании описали самое масштабное генетическое исследование больных БАС: было секвенировано 3 864 экзома пациентов и 7 839 экзомов индивидов из контрольной группы. Исследователи дополнили выборку данными об аллельных частотах мутаций из больших общедоступных баз данных экзомного секвенирования: DiscovEHR более 50 000 образцов и ExAC более 45 000 образцов.
Однако бывает так, что по каким-то причинам — например, во время клеточного стресса — белку становится трудно «сохранять лицо»: его пространственная структура расшатывается, разворачивается, становится неправильной. И в таких случаях очень к месту оказываются белки-шапероны, которые в буквальном смысле приводят в чувство другие белковые молекулы, которые готовы утратить или уже утратили нормальную пространственную конфигурацию. БТШ70, как мы сказали, как раз и относится к числу таких шаперонов. Он играет большую роль при стрессах самого разного происхождения — при повышении температуры, при ишемии, при травмах, высокой физической нагрузке, ультрафиолетовом облучении, бактериальной инфекции, воспалении.
Исследователи из Института биофизики клетки Российской академии наук РАН , Института молекулярной биологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и больницы Пущинского научного центра предположили, что БТШ70 можно использовать для защиты клеток и организма в целом от действия бактериальных патогенов. Действительно, эксперименты показали, что если ввести БТШ70 животным, которым перед тем ввели эндотоксин, то их кровь, переполненная разнообразными воспалительными молекулами, приходит в норму, а смертность самих животных ощутимо снижается. БТШ70 работает с иммунными клетками — то есть чтобы использовать его с наибольшей эффективностью, нужно как-то доставить его точно по адресу. Вводить его в кровь, как есть — не слишком удачная затея: часть его успеет разрушиться до того, как доберется до нужных клеток, часть вообще прилипнет куда-нибудь не туда.
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. 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.
Первых кроликов-продуцентов человеческого белка теплового шока планируют получить в 2022 году
Оказывается, белки теплового шока управляют аутофагией, не давая клетке принять радикальные меры там, где достаточно легкой починки. Оказывается, белки теплового шока управляют аутофагией, не давая клетке принять радикальные меры там, где достаточно легкой починки. Для справки: Белки теплового шока (Hsp 70) могут использоваться для коррекции нейродегенеративных заболеваний, а также последствий инсультов, инфарктов и нарушений периферического кровообращения.
Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток
Белки теплового шока, по-видимому, более восприимчивы к саморазрушению, чем другие белки, из-за медленного протеолитического действия на самих себя.[21]. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА (шапероны), семейство специализированных внутриклеточных белков. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составе протеасомы и помогают корректно свернуться заново синтезированным белкам. Наличие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. В результате была подтверждена эффективность уже известных геропротекторов, включая иммунодепрессант рапамицин, а также двух новых, монордена и танеспимицина, принадлежащих к группе ингибиторов белка теплового шока 90 (Hsp90).
Ген белка теплового шока ассоциирован с боковым амиотрофическим склерозом
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. ASH Education Book 2007; 1: 317—23. Potentiation of paclitaxel activity by the HSP90 inhibitor 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin in human ovarian carcinoma cell lines with high levels of activated AKT. Mol Cancer Ther 2006; 5 5 : 1197—208.
Modulation of Akt kinase activity by binding to Hsp90. Herbimycin A induces the 20S proteasome- and ubiquitin-dependent degradation of receptor tyrosine kinases. J Biol Chem 1995; 270 28 : 16 580—7. Sharp S, Workman P.
Inhibitors of the HSP90 molecular chaperone: current status. Adv Cancer Res 2006; 95: 323—48. Solit DB, Chiosis G. Development and application of Hsp90 inhibitors.
Drug Discov Today 2008; 13 1—2 : 38—43. Inhibition of Hsp90: a new strategy for inhibiting protein kinases. Biochim Biophys Acta 2004; 11; 1697 1—2 : 233—42.
Mueller T. Резкое повышение экскреции БТШ-72 отмечено в первые часы после операции, что отражает мобилизацию защитных механизмов в ответ на ишемическое повреждение тубулярного эпителия. Прогностически неблагоприятным признаком в данном исследовании было уменьшение уровня БТШ-72 в моче, коррелирующее с уровнем гиперкреатининемии и указывающим на тяжесть ишемического повреждения почечного трансплантата.
Изменения экспрессии БТШ-72 выявлены среди больных хронической почечной недостаточностью. Так, Dinda A. Среди пациентов на диализе экспрессия БТШ была еще выше, что, по-видимому, связано с дополнительными факторами повреждения канальцев токсическими экзогенными химическими соединениями [40]. У больных волчаночным нефритом ВН степень экспрессии БТШ-72 в ткани почки в цитоплазме тубулярных клеток проксимальных, дистальных канальцев и собирательных трубочек также не отличалась от нормы [45]. Однако в исследовании Venkataseshan V. Семейство БТШ-60 относится к молекулярным шаперонам, обеспечивающим сшивание мономерных белков и объединение их в олигомерные комплексы [34].
В нормальной ткани почки БТШ-60 экспрессируется в корковом и наружном мозговом слое, в меньшей степени — во внутреннем мозговом слое. Наиболее интенсивное иммуногистохимическое окрашивание отмечается в клетках эпителия проксимальных канальцев и с умеренной интенсивностью — в дистальных канальцах. В клубочках БТШ-60 экспрессируется только подоцитами [46]. Значение повышения внутриклеточного БТШ-60 при заболеваниях почек почти не изучено. Известно, что при экспериментальной токсической почечной недостаточности синтез БТШ-60 повышается во всех канальцах коркового слоя в соответствии с уровнем повреждения [47]. При этом защитную функцию обеспечивают нефосфорилированные олигомеры HSP27; их фосфорилирование под действием р38 МАР-киназы приводит к потере связи с актиновыми микрофиламентами и нарушению актинового цитоскелета.
Низкомолекулярные БТШ могут выполнять различные защитные функции во всех зонах почки. В мозговом слое, где наблюдается выраженная экспрессия БТШ, защита направлена на предотвращение осмотического воздействия гипертонической среды [50]. Высокая экспрессия БТШ-27 во внутрипочечных артериальных сосудах свидетельствует об участии этого белка в сосудистом цикле сокращения—дилатации [46]. Интенсивное окрашивание БТШ-27 в щеточной каемке проксимальных канальцев может отражать влияние этого белка на процессы ремоделирования актиновых филаментов [51]. Выраженная экспрессия БТШ-27 отмечена в клетках клубочка мезангиальных и подоцитах , имеющих хорошо развитую актиновую систему. Структура ножек подоцитов как неотъемлемая часть фильтрационного барьера почки напрямую зависит от состояния актиновых микрофиламентов и регулируется БТШ-27 [52].
Фосфорилирование БТШ-27 в подоцитах приводит к агрегации и перераспределению актиновых филаментов, разрушению цитоскелета, утрате нормальной структуры фильтрационного барьера. Так, при в эксперименте при PAN-нефрозе потеря ножек подоцитов и развитие НС были тесно связаны с повышенной экспрессией фосфорилированных изоформ БТШ-27 и утратой защитных свойств этого протеина [53]. Особенно высокая его экспрессия отмечена при диффузном пролиферативном ВН с наиболее выраженными процессами воспаления и пролиферации клеток , выраженность ее коррелировала с гистологическими индексами активности нефрита, а также уровнем креатинина сыворотки крови. Интенсивная экспрессия БТШ-27 выявлялась главным образом в резидентных клетках почки, а не в клеточном воспалительном инфильтрате, что предполагало активацию защитных внутрипочечных резервов в ответ на повреждение [45]. БТШ-32 гемоксигеназа-1. Гемоксигеназа представляет собой микросомальный фермент, который катализирует расщепление гема до биливердина, свободного железа и СО.
Гемоксигеназа-1 является индуцибельной изоформой, синтез которой повышается под влиянием температурного воздействия, а также компонентов гема, ионов тяжелых металлов, цитокинов и реактивных радикалов кислорода [54]. В эксперименте на моделях и в клинических условиях у пациентов с мезангиопролиферативным гломерулонефритом наиболее выраженные изменения выявлены при низкой продукции гемоксигеназы-1 [57]. Напротив, индукция эндогенной гемоксигеназы-1 в экспериментальных моделях анти-БМК а и ВН приводила к торможению повреждения клубочков, уменьшению количества иммунных депозитов в ткани почки и в итоге — к снижению протеинурии [57, 58]. Протективная роль гемоксигеназы-1 продемонстрирована при ишемическом и токсическом повреждении почек, остром гломерулонефрите и отторжении почечного трансплантата [59, 60]. Возможные пути коррекции нарушений в системе самозащиты, перспективы использования БТШ Изучение стресс-лимитирующей системы БТШ, ее регулирующих механизмов является актуальной и перспективной задачей современной нефрологии и медицины в целом. Усиление эндогенных протективных механизмов может лежать в основе новой стратегии терапевтического вмешательства.
Одним из таких направлений считается применение фармакологических активаторов системы БТШ. В настоящее время уже получены доказательства того, что ингибиторы АПФ могут быть использованы для увеличения содержания БТШ [61—63]. 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.
Тотолян [и др. Цыбиков [и др. Шарипова Э. Шарипова Н.
Арефьева, Л. Abbanat D. Abbanat, M. Macielag, K. Investig Drugs.
Известно, что одной из причин развития хронического гнойного риносинусита ХГРС является иммунная недостаточность как на системном, так и местном уровне [1, 2, 7]. Основным методом в лечении обострения ХГРС является системная антибактериальная терапия, длительное применение которой сопровождается повышением резистентности микроорганизмов и рецидивирующим течением [4, 6].
Специалисты из Ростова-на-Дону провели исследование с коллегами из Института молекулярной биологии им. Энгельгардта и Института неврологии Университетского колледжа Лондона в рамках проекта по созданию средства от нейродегенерации. В конечном счете ученые хотят создать первое в своем роде лекарство против болезней Паркинсона и Альцгеймера, а также для терапии нейротравм. Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. Их синтез усиливается при повышении температуры или в других стрессовых для клетки условиях. Белок Hsp70 может вырабатываться бактериями кишечной палочки, поэтому его нетрудно получить в любых количествах. Идея использовать Hsp70, чтобы противодействовать дегенерации нейронов, пришла ученым случайно.
В ходе исследования последствий инсульта они заметили, что в клетках мозга заметно снижается концентрация Hsp70. Специалисты решили проверить, какого эффекта можно добиться, если компенсировать нехватку этого белка в нейронах белком внешнего происхождения, выработанным бактериями.
132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока.
Данные белки cHSP60 Chlamydiatra chomatis смешиваются с активно продуцирующимися собственными белками теплового шока cHSP60 человека, что может привести к аутоиммунной реакции. Малые белки теплового шока – очень большая и гетерогенная группа, объединяющая в своем составе белки с молекулярными мас сами от 12 до 43 кДа. Белки теплового шока являются основными молекулярными маркерами как непосредственно теплового шока, так и практически любого экзогенного стресса. лено белкам теплового шока семейств а HSP70 и малым шаперонам sHSPs, высту. Низкий уровень экспрессии белка теплового шока 47 (HSP47), который отвечает за активацию тромбоцитов коллагеном и тромбином, спасает медведей в спячке от тромбоза.
Как цитировать
- Белки теплового шока (стресс-белки)
- Антитела к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (Anti-cHSP60), IgG
- Что такое белки теплового шока
- Курсы валюты:
- Об Университете
Белок теплового шока ХЛАМИДИЯ
В конечном счете ученые хотят создать первое в своем роде лекарство против болезней Паркинсона и Альцгеймера, а также для терапии нейротравм. Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. Их синтез усиливается при повышении температуры или в других стрессовых для клетки условиях. Белок Hsp70 может вырабатываться бактериями кишечной палочки, поэтому его нетрудно получить в любых количествах.
Идея использовать Hsp70, чтобы противодействовать дегенерации нейронов, пришла ученым случайно. В ходе исследования последствий инсульта они заметили, что в клетках мозга заметно снижается концентрация Hsp70. Специалисты решили проверить, какого эффекта можно добиться, если компенсировать нехватку этого белка в нейронах белком внешнего происхождения, выработанным бактериями.
Такое повреждение может приводить к смерти нервных клеток, что вызывает дегенерацию мышц и нервов и нарушает их связь с центральной нервной системой, — пояснила ведущий научный сотрудник ЮФУ Светлана Демьяненко. Ранее ученые ЮФУ провели эксперимент на модели инсульта у крыс.
Этот белок входит в семейство белков теплового шока DNAJ HSP40 , осуществляющих фолдинг только что синтезированных полипептидов и очистку клетки от разрушенных белков. Недостаток DNAJ-белков приводит к нарушениям фолдинга, агрегации аберрантных белков и повреждениям нейронов. Таким образом, в данной работе ученые не только подтвердили вклад уже известных генных вариантов в развитие БАС, но и выявили новый ген, связанный с заболеванием. Источник Farhan, S.
Во-вторых, повышение внутриклеточного синтеза БТШ происходит отнюдь не только на тепловой шок, но и на любое стрессовое воздействие: внешнее УФ, тепловой шок, тяжелые металлы, аминокислоты , патологическое вирусные, бактериальные и паразитарные инфекции, лихорадка, воспаление, злокачественная трансформация, аутоиммунные реакции или даже физиологическое ростовые факторы, клеточная дифференциация, гормональная стимуляция, тканевый рост. Синтез БТШ является универсальным неспецифическим ответом клетки на стресс, и, по современным данным, нет такого вида клеточного стресса, при котором не происходило бы синтеза БТШ. Несмотря на общую задачу всех этих белков обеспечение выживания клетки в условиях стресса , функции и тканеспецифичность БТШ варьируют от группы к группе как в нормальных условиях, так и при стрессе.
Реактивация персистирующей инфекции может произойти под действием изменения иммунного или гормонального статуса, травмы, операции, стресса. Наличие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 характеризует персистирующее течение хламидиоза. Появление антител к cHSP60 является предвестником развития иммунопатологического процесса и указывает на уже существующие аутоиммунные процессы. В случае персистенции цикл развития хламидий приостанавливается на фазе ретикулярных телец.
Эти формы продуцируют минимальные количества хламидийных структурных антигенов, но продолжают синтезировать и освобождать cHSP60. На этой стадии происходит повышенная выработка как человеческих, так и микробных белков теплового шока БТШ. Антитела к сохраненным эпитопам бактериальных сHSP60 вступают в перекрестную реакцию с человеческим сHSP60, которая в итоге приводит к аутоиммунным ответам. Данный белок играет важную роль в иммунопатогенезе персистирующей инфекции и поддержании постоянной воспалительной реакции. БТШ ведет к антигенной перегрузке организма и запуску вторичного гуморального ответа с гиперпродукцией IgG и IgA, к активированию реакции гиперчувствительности замедленного типа, обуславливая инфильтрацию слизистых оболочек лимфоцитами и моноцитами, к стимуляции запуска аутоиммунного перекрестного ответа.