Исследование финских ученых показало, что снижение экспрессии белка теплового шока 90 (Hsp90) через дестабилизацию циклинзависимой киназы Cdc28 приводит к задержке митоза и длительному поляризованному росту клеток. Во время ишемического инсульта активизируются белки теплового шока, которые помогают белкам тканей мозга снова принять нужную геометрическую структуру и предотвращают их слипание. Оказывается, белки теплового шока управляют аутофагией, не давая клетке принять радикальные меры там, где достаточно легкой починки.
Москва. Другие новости 02.03.17
- БЕЛКИ́ ТЕПЛОВО́ГО ШО́КА
- Связь с нами:
- Genes: тяжесть инсульта зависит от типа белка теплового шока
- Белки теплового шока: биологические функции и перспективы применения
Малые белки теплового шока и убиквитин-протеасомная система при злокачественных опухолях
Особенность этих биополимеров в том, что организм начинает активно синтезировать их в клетке в ответ на различные стрессовые факторы. Затем белки теплового шока начинают воздействовать на белки с другими функциями с целью нормализовать их работу или утилизировать те белки, которые перестали корректно работать в результате стресса. На основании полученных результатов исследователи пришли к выводу, что белок теплового шока IbpA в ахеоплазме может стать потенциальной мишенью для лекарственных средств. Соответственно, нарушение его работы может привести к печальным для микоплазмы последствиям и даже гибели микроорганизма. В дальнейшем этот эффект может использоваться при создании препаратов, защищающих сельскохозяйственно значимые растения», — добавил Иннокентий Вишняков. Результаты работы опубликованы в одном из международных изданий.
В исследовании также приняли участие специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Казанского Приволжского федерального университета. Проект поддержан грантами РФФИ.
Стресс-белок обладает не только защитными свойствами, но и способен запускать новые звенья патогенеза ХГРС, так как, являясь высокоиммуногенным, может индуцировать выработку аутоантител аАт [5]. До настоящего времени роль БТШ как в механизмах создания местной резистентности, так и его участие в развитии патологического процесса в полости носа и ОНП, практически не исследовалось, что и составило предмет нашего исследования. Материалы и методы исследования Под нашим наблюдением находилось 20 больных ХГРС в возрасте от 18 до 55 лет. Контрольная группа состояла из 20 здоровых лиц без сопутствующей и ЛОР патологии. Материалом для иммунологического исследования служили сыворотка крови и назальный секрет здоровых и больных ХГРС до и после лечения. После 30 минутной инкубации при комнатной температуре планшет трижды отмывали дистиллированной водой, затем вводили 200 мкл исследуемой сыворотки или смыва полости носа, разведенных в соотношении 1:100 забуференным физиологическим раствором и после инкубации вновь трижды отмывали лунки планшетов. Полученные результаты выражали в единицах оптической плотности. Традиционный метод включал назначение системного антибиотика, антигистаминных препаратов, сосудосуживающих капель в нос, ирригационную терапию и по показаниям пункцию гайморовой пазухи или «ЯМИК - метод».
За основу предлагаемой нами схемы лечения был взят запатентованный способ Н. Логиной «Способ лечения хронических рецидивирующих заболеваний слизистой носа и околоносовых пазух методом эндоназальной аутолимфоцитотерапии» патент RU 2403071 С1 , включающий получение аутологичных лимфоцитов из венозной крови больного, их культивирование совместно с иммуномодулятором и введение в придаточные пазухи носа, посредством установленного ЯМИК-катетера, после предварительной эвакуации содержимого. Ввиду сложности и дороговизны процесса получения аутологичных лимфоцитов было предложено некоторое упрощение указанной методики.
Почему инфракрасная сауна является выбором номер один для повышения выработки белков теплового шока? Весьма специфическое воздействие спектра инфракрасного света на биологию человека усугубляет положительный эффект увеличения количества HSP. А именно, уникальный клеточный ответ на инфракрасные волны усиливает оксигенацию кровотока, и когда это сочетается с увеличением HSP, возникает биологическая магия 5. В то время как есть много инструментов, которые можно использовать для создания тела, созревшего с СЧЛ, включая погружение в холодные внешние температуры, что такого особенного в инфракрасной сауне широкого спектра действия? Да, HSP будут увеличиваться во время любого сеанса термальной терапии, но что делает воздействие инфракрасного света уникальным по своему назначению, так это взаимосвязь между длинами волн этого света, клеточным составом и механизмом человеческого тела.
Физиология человека состоит из более чем пятидесяти триллионов клеток; каждый дом для «энергетических растений», называемых митохондриями. По мере того, как лучи инфракрасного света поглощаются за пределы первоначального эпидермиса, митохондрии становятся более активными: действие инфракрасных световых волн на эти «энергетические растения» заключается в создании азотной кислоты, которая способствует насыщению крови кислородом. Сочетание усиленного производства оксида азота митохондриями наряду с улучшенной секрецией HSP положительно влияет на качество межклеточной функции в мегапропорциях. Огромный каскад преимуществ для здоровья, получаемых от воздействия инфракрасных световых волн, включая насыщение крови кислородом и выработку HSP, обеспечивает здоровье и хорошее самочувствие, не имеющие себе равных ни в одной другой модели термальной терапии. Инфракрасная сауна широкого спектра действия: простое в использовании и практичное средство для создания большего количества белков теплового шока в организме Помимо очень специфической микробиологической реакции на спектр инфракрасного света, эта технология практична и проста в использовании. В отличие от других вариантов термальной терапии, инфракрасную терапию в сауне широкого спектра можно легко проводить в комфортных условиях вашего собственного дома с минимальным обслуживанием или вообще без него.
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.
Первых кроликов-продуцентов человеческого белка теплового шока планируют получить в 2022 году
В связи с этим есть вероятность, что эти белки теплового шока и их повышенное введение в организм какими-то либо способами вызовет не только замедление процессов нейродегенерации, но и сведет их образование и развитие к минимальным значениям, что нивелирует полностью клинику нейродегенеративных заболеваний», — заявил эксперт. Геннадий Пьявченко рассказал, что в распоряжение им были предоставлены мыши, у которых развивается к определенному времени жизни та или иная нейродегенеративная патология. С ними мы скрещиваем других животных, у которых такая генетическая модель, которая приводит к повышенной выработке белков теплового шока. Их потомство будет иметь в себе и те или иные признаки.
Авторы проанализировали результаты секвенирования и обнаружили повышенное количество редких генных вариантов, ассоциированных с производством укороченных форм белков protein-truncating variants, PTV у пациентов с БАС. Причем эти варианты встречались в генах, находящихся под сильным давлением очищающего отбора и потому наименее подверженных вредным мутациям. Этот белок входит в семейство белков теплового шока DNAJ HSP40 , осуществляющих фолдинг только что синтезированных полипептидов и очистку клетки от разрушенных белков. Недостаток DNAJ-белков приводит к нарушениям фолдинга, агрегации аберрантных белков и повреждениям нейронов.
Применив этот инструмент к результатам экспериментов по воздействию на культуры клеток человека 1309 различных соединений, им удалось выявить три десятка кандидатов в геропротекторы, в том числе ранее известные. Все кандидатные вещества были испытаны на все тех же нематодах круглых червях C. 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.
Эти два соединения увеличивали как продолжительность жизни подопытных, так и их общую активность, что рассматривается как показатель здоровья. С чем могут быть связаны заметные геропротекторные свойства этих соединений? Известно, что белки теплового шока обладают шаперонной активностью, то есть способностью связываться с другими молекулами, стабилизируя их. Еще на рибосоме фабрике белков они связываются с растущими белковыми цепями будущих белков, защищая их от слипания и распада, и помогают свернуться в правильную трехмерную структуру. Белки теплового шока активно синтезируются в клетке при воздействии на нее высокой температуры и других стрессирующих факторов, давая ей возможность «пережить» неблагоприятные условия.
Полученные результаты свидетельствуют об участии Hsp70 в развитии резистентности опухолевых клеток к терапии. Детальный анализ роли Hsp70-индуцированной интердигитации в патогенезе опухоли открывает перспективу разработки новых таргетных противоопухолевых агентов.
Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии
Белки Теплового Шока ДЖАФАРОВ РАШИД ДЖАХАНГИР Общие представления Что же такое БТШ? Главной задачей живых клеток является выживание. Для выживания клетки в период воздействия вредных условий вовлекаются несколько механизмов. Одним из наиболее. Присутствие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (сHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. Хламидийный белок теплового шока ответственен за развитие различных иммунопатологических процессов, которые могут привести к хроническому инфекционному заболеванию.
Что такое белки теплового шока (БТШ70)
- Белок теплового шока - Heat shock protein -
- В Петербурге испытали на мышах вещество от болезни Альцгеймера - МК
- Что такое белки теплового шока
- Пути передачи инфекции, клинические проявления заболевания и осложнения
Новые методы лечения рака: белки теплового шока
Белки теплового шока, по-видимому, более восприимчивы к саморазрушению, чем другие белки, из-за медленного протеолитического действия на самих себя.[21]. Для справки: Белки теплового шока (Hsp 70) могут использоваться для коррекции нейродегенеративных заболеваний, а также последствий инсультов, инфарктов и нарушений периферического кровообращения. Вопрос гинекологу: Здравствуйте, пол года назад были обнаружены белки теплового шока к хламидиям, КП 11,69, мазок чистый, иные антитела были отрицательные. При сепсисе и других воспалительных заболеваниях происходит увеличение синтеза и секреции белков теплового шока (HSP70).
Антитела к белку теплового шока HSP60 Chlamydia trachomatis, IgG (Anti-cHSP60-IgG), кач. в Москве
Далее среду собирали, концентрировали и определяли в ней содержание БТШ, как описано выше. Было обнаружено, что при культивировании клеток А172 и НТ1080 в среде накапливаются различные БТШ hsc73, hsp72, hsp96. Чтобы ответить на вопрос, являлось ли накопление БТШ в культуральной среде результатом секреции белков клетками или же выход БТШ обусловлен клеточной гибелью, мы использовали различные экспериментальные подходы, позволяющие оценить уровень жизнеспособности клеток. Кроме того, в среде не регистрировали внутриклеточный несекретируемый фермент глицеральдегидфосфат дегидрогеназу GAPDH , что свидетельствует об интактности клеток, формирующих монослой. Таким образом, появление БТШ в среде при культивировании клеток не связано с клеточной гибелью, а являляется результатом секреции. Показано, что пул экстраклеточных hsp72, hsc73 и hsp96 формировался в течение 30-60 мин рис. Поскольку неклассическая секреция может осуществляться различными механизмами, нами было проверено участие везикулярного транспорта экзосомальный и лизосомальный в секреции hsp72, hsc73 и hsp96, а так же было исследовано участие субдоменов плазматической мембраны клеток, липидных рафтов, в выходе БТШ в культуральную среду. Клетки А172 и НТ1080 подвергали обработке диметиламилоридом.
В дополнение к ингибиторному анализу, из культуральной среды, собранной после инкубации клеток в течение 1 ч, выделяли экзосомы по стандартной методике ультрацентрифугирование в течение 4 ч при 120000 g. В полученном осадке, соответствующем экзосомальной фракции, определяли hsp72, hsc73 и hsp96 и маркерные белки экзосом — Alix и ацетилхолинэстеразу. Мы не обнаружили экзосом в среде. Было показано, что за более длительное инкубационное время 8-17 ч происходит накопление экзосом, несущих маркерные белки и исследуемые БТШ. Для определения роли лизосом в секреции БТШ клетки обрабатывали ингибитором лизосомального транспорта - хлоридом аммония 50 мМ, 2 ч , который не приводил к снижению уровня экстраклеточных БТШ, в отдельных случаях мы регистрировали увеличение уровня экстраклеточных БТШ. Таким образом, можно заключить, что наблюдаемая секреция БТШ не связана с лизосомами. Для подтверждения полученного результата из клеточных лизатов и образцов культуральной среды выделяли лизосомы методом последовательного центрифугирования в присутствии 0,8 мМ CaCl2.
В образцах культуральных сред не было обнаружено лизосом анализ маркерного лизосомального белка катепсин Д.
Ранее мы показали, что клетки фибробластов ВНК-21 секретируют hsp96 в обход классического пути [11]. Цель настоящей работы заключалась в исследовании механизмов секреции hsc73, hsp72 конститутивная и индуцибельная изоформа БТШ70, соответственно и hsp96 опухолевыми клетками перевиваемых клеточных линий А172 глиобластома человека и НТ1080 фибросаркома человека. После этого клетки отмывали и культивировали в среде DMEM без сыворотки. По истечению инкубационного периода культуральную среду отбирали, центрифугировали 400 g в течение 5 мин и затем при 10000 g в течение 30 мин и концентрировали с использованием центрифужных концентрирующих систем Amicon Amicon Ultra-4 mL, 30 kDa. Содержание БТШ определяли в образцах сконцентрированных сред методом иммуноблоттинга. При проведении ингибиторного анализа к сформировавшемуся монослою клеток, непосредственно в ростовую среду, добавляли ингибиторы белкового синтеза и секреции на 30-120 мин, после чего клетки отмывали быссывороточной средой и инкубировали в этой же среде в течение 1 ч. Далее среду собирали, концентрировали и определяли в ней содержание БТШ, как описано выше. Было обнаружено, что при культивировании клеток А172 и НТ1080 в среде накапливаются различные БТШ hsc73, hsp72, hsp96.
Чтобы ответить на вопрос, являлось ли накопление БТШ в культуральной среде результатом секреции белков клетками или же выход БТШ обусловлен клеточной гибелью, мы использовали различные экспериментальные подходы, позволяющие оценить уровень жизнеспособности клеток. Кроме того, в среде не регистрировали внутриклеточный несекретируемый фермент глицеральдегидфосфат дегидрогеназу GAPDH , что свидетельствует об интактности клеток, формирующих монослой. Таким образом, появление БТШ в среде при культивировании клеток не связано с клеточной гибелью, а являляется результатом секреции. Показано, что пул экстраклеточных hsp72, hsc73 и hsp96 формировался в течение 30-60 мин рис. Поскольку неклассическая секреция может осуществляться различными механизмами, нами было проверено участие везикулярного транспорта экзосомальный и лизосомальный в секреции hsp72, hsc73 и hsp96, а так же было исследовано участие субдоменов плазматической мембраны клеток, липидных рафтов, в выходе БТШ в культуральную среду. Клетки А172 и НТ1080 подвергали обработке диметиламилоридом. В дополнение к ингибиторному анализу, из культуральной среды, собранной после инкубации клеток в течение 1 ч, выделяли экзосомы по стандартной методике ультрацентрифугирование в течение 4 ч при 120000 g. В полученном осадке, соответствующем экзосомальной фракции, определяли hsp72, hsc73 и hsp96 и маркерные белки экзосом — Alix и ацетилхолинэстеразу.
За исключением SRA, который подавляет иммунный ответ. Как белки теплового шока попадают во внеклеточное пространство Белки теплового шока могут секретироваться из иммунных клеток или опухолевых клеток неканоническим путем секреции или путем без лидера, поскольку они не имеют лидерного пептида, который направляет белки в эндоплазматический ретикулум. Неканонической секреции может быть похожа на ту, что имеет место для IL1 б , и индуцируется условиях стресса. Во время особых типов апоптотической гибели клеток например, вызванной некоторыми химиотерапевтическими средствами HSP также могут появляться на внеклеточной стороне плазматической мембраны. Существует дискуссия о том, как долго HSP может удерживать свой пептид во внеклеточном пространстве, по крайней мере, для hsp70 комплекс с пептидом довольно стабилен. Роль внеклеточных HSP может быть разной. Во многом от контекста ткани зависит, будут ли HSP стимулировать иммунную систему или подавлять иммунитет. Они могут стимулировать ответы Th17 , Th1 , Th2 или Treg в зависимости от антигенпрезентирующих клеток. В результате клиническое использование белков теплового шока заключается как в лечении рака усиление иммунного ответа , так и в лечении аутоиммунных заболеваний подавление иммунитета. Клиническое значение Фактор теплового шока 1 HSF1 - это фактор транскрипции, который участвует в общем поддержании и повышении экспрессии белка Hsp70. Недавно было обнаружено, что HSF1 является мощным многогранным модификатором канцерогенеза. HSF1 нокаутных мыши показывают значительное снижение частоты опухоли кожи после местного применения ДМБЫ 7,12- д я м этил б Enz nthracene , в мутагене. 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 изолированные 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 действует против другой опухоли. Он использовался аутологичным образом в клинических исследованиях для gp96 и hsp70, но in vitro он работает для всех иммунных HSP. Противоопухолевые препараты Белки внутриклеточного теплового шока высоко экспрессируются в раковых клетках и необходимы для выживания этих типов клеток из-за присутствия мутировавших и сверхэкспрессированных онкогенов. Многие HSP также могут способствовать инвазивности и образованию метастазов в опухолях, блокировать апоптоз или способствовать устойчивости к противораковым препаратам. Следовательно, низкомолекулярные ингибиторы HSP , особенно Hsp90, являются многообещающими противораковыми агентами. Мощный ингибитор Hsp90 17-AAG проходил клинические испытания для лечения нескольких типов рака, но по разным причинам, не связанным с эффективностью, не перешел в фазу 3. HSPgp96 также является многообещающим средством противоопухолевого лечения и в настоящее время проходит клинические испытания против немелкоклеточный рак легкого. Лечение аутоиммунитета Действуя как DAMP , HSP могут внеклеточно стимулировать аутоиммунные реакции, приводящие к таким заболеваниям, как ревматоидный артрит или системная красная волчанка.
Результатом дальнейшего детального изучения этого вопроса стало понимание того, что гены теплового шока в практически неизменившимся в ходе эволюции виде представлены в геномах представителей всех пяти царств живого мира. Следующим достижением в цепи последовавших за этим событий стала идентификация семейства факторов транскрипции, управляющих запуском первого этапа реакции теплового шока. В этой работе приняло участие несколько исследовательских групп из разных университетов, в том числе и группа Моримото. Ученые продемонстрировали, что повышение температуры клетки вызывает изменение формы этих факторов транскрипции, что способствует их связыванию с промоторами генов теплового шока, инициирующими синтез белков теплового шока. Более того, оказалось, что в отличие от дрожжей, мух-дрозофил и нематод Caenorhabditis elegans, имеющих только один фактор транскрипции генов теплового шока, в клетках человека имеется целых три таких фактора. Такая сложная схема регуляции экспрессии исследуемых генов навела ученых на мысль об их многофункциональности, требующей дополнительного изучения. Дальнейшие исследования показали, что белки теплового шока сами регулируют функционирование фактора транскрипции, инициирующего их продукцию в ядрах клеток. Очевидным стало также то, что белки теплового шока выполняют функции молекулярных шаперонов — управляют сворачиванием аминокислотных цепочек, обеспечивая формирование правильных пространственных конформаций белковых молекул, а также выявляют и устраняют сбои в этом процессе. Таким образом, оказалось, что клеточный термометр не только измеряет температуру, но и осуществляет мониторинг появления в клетке неправильно сформированных и поврежденных белков. Тепловой шок и другие стрессорные воздействия наполняют клетку аномальными белками, на что шапероны реагируют связыванием этих белков и высвобождением фактора транскрипции теплового шока-1 Hsf1. Молекулы этого фактора самопроизвольно формируют тримеры комплексы из трех молекул , связывающиеся с соответствующими регионами генома, в свою очередь запускающими синтез белков теплового шока. Следующее за этим повышение концентрации белков теплового шока до необходимого уровня по принципу обратной связи подавляет транскрипционную активность фактора транскрипции Hsf1. Изучение функционирования белков теплового шока на линиях клеток сильно ограничивало возможности исследователей, так как не обеспечивало получения информации о сопровождающих его изменениях, происходящих во всем организме. Поэтому примерно в 1999 году Моримото и его коллеги решили перейти на новую модель — круглых червей C. 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.
Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG)
Ключевые слова: белки теплового шока, метаболический синдром, сахарный диабет 2-го типа, малые белки теплового шока, полиморфизм, сердечно-сосудистые заболевания. Новости и СМИ. Обучение. Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии. Так как белки теплового шока производятся организмом только в специфических ситуациях, они имеют ряд отличий от продуцируемых нормально соединений.
Российские учёные обнаружили белок, подавляющий развитие опухолей
This function of chaperones was used for development of anti-cancer vaccines. Participation of proteins in important intracellular functions especially in cancer cells formed the basis for another therapeutic approach — investigation of pharmacological inhibitors of chaperones. In article results of clinical trials of heat shock proteins in oncology are presented. Полный текст Материалы доступны только для специалистов сферы здравоохранения. Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь. Список литературы 1. A novel mechanism for chaperone-mediated telomerase regulation during prostate cancer progression. Cancer Res 2001; 61 12 : 4791—6.
Depletion of p185erbB2, Raf-1 and mutant p53 proteins by geldanamycin derivatives correlates with antiproliferative activity. Cancer Chemother Pharmacol 1997; 40 1 : 60—4. Anderson KC. Targeted therapy of multiple myeloma based upon tumor-microenvironmental interactions. Exp Hematol 2007; 35 4 Suppl. Asea A. Hsp70: a chaperokine.
Novartis Found Symp 2008; 291: 173—9; discus. HSP70 stimulates cytokine production through a CD14-dependant pathway, demonstrating its dual role as a chaperone and cytokine. Nat Med 2000; 6: 435—42. J Biol Chem 2002; 277: 15 028—34. Proc Am Soc Clin Oncol 2003; 22: 386. CD91 is a common receptor for heat shock proteins gp96, hsp90, hsp70, and calreticullin. Immunity 2001; 14: 303—13.
Vaccination of metastatic melanoma patients with autologous tumor-derived heat shock protein gp96-peptide complexes: clinical and immunologic findings. J Clin Oncol 2002; 20: 4169—80. Essential role of CD91 in re-presentation of gp96-chaperoned peptides. Mutant conformation of p53 translated in vitro or in vivo requires functional HSP90. Hsp90: the vulnerable chaperone. Drug Discov Today 2004; 9 20 : 881—8. A pilot study with a therapeutic vaccine based on hydroxyapatite ceramic particles and self-antigens in cancer patients.
Cell Stress Chaperons 2007; 12 1 : 33—43. J Clin Oncol 2008; 26: 15s. Clinical score for predicting recurrence after hepatic resection for metastatic colorectal cancer: analysis of 1001 consecutive cases.
Путем сложнейших манипуляций, в том числе с использованием космических технологий в процессе разработок понадобились уникальные чистые кристаллы, вырастить которые можно только в невесомости! Российские исследователи настроены оптимистично, судя по сообщениям СМИ, уже готовы начать клинические испытания и обещают появление нового препарата через несколько лет. Он может стать серьезным подспорьем в борьбе против рака, в том числе в комплексном лечении, помогая иммунной системе распознавать опухолевые клетки. Однако к сообщениям СМИ надо относиться осторожно: универсальное лекарство от всех видов рака создать вряд ли возможно.
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. 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.
Park K. Endothelial dysfunction: Clinical implications in cardiovascular disease and therapeutic approaches. Korean Med. Pockley A. Circulating heat shock protein and heat shock protein antibody levels in established hypertension. Serum heat shock protein 70 levels predict the development of atherosclerosis in subjects with established hypertension. Hypertension, 2003, Vol.
Poon P. Pryshchep O. Vessel-specific toll-like receptor profiles in human medium and large arteries. Circulation, 2008, Vol. Schlesinger M. Heat shock proteins. Sharma S. Srivastava K.
Expression of heat shock protein 70 gene and its correlation with inflammatory markers in essential hypertension. Teague H. Unraveling vascular inflammation: from immunology to imaging. Vogt S. Detection of antihsp70 immunoglobulin G antibodies indicates better outcome in coronary artery bypass grafting patients suffering from severe preoperative angina. Surg, 2004, Vol.