Капсульные посылки с одним из белков теплового шока помогают иммунным клеткам выстоять в борьбе с бактериальными ядами. 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. Белки теплового шока в этой ситуации выступают не только как шапероны, но и как потенциальные антиоксиданты.
БЕЛКИ́ ТЕПЛОВО́ГО ШО́КА
Стимулируя выработку белков теплового шока, этот метод формирует устойчивость нейронов к стрессу и в свою очередь стимулирует клетки-предшественники, которые восполняют и замещают погибшие нервные клетки. 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. ность и сложность состава низкомолекулярных (15—30 кДа) полипептидов, негомологичных соответствующим БТШ других организмов.
Антитела к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (Anti-cHSP60), IgG
Как его разрабатывали, рассказал доцент кафедры анатомии и гистологии человека Сеченовского университета Геннадий Пьявченко. Ему предшествовало огромное количество исследований. Дело в том, что белки теплового шока, с которыми мы работаем, это белки шапироны, которые выполняют роль белков, защищающих организм от разрушения белковых структур, и, помимо этого, белки теплового шока ускоряют процессы трансформации, утилизации вот таких патологических изменений. 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.
Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии Белок теплового шока Hsp70 снижает чувствительность опухолевых клеток к терапии Коллектив научно-исследовательского отдела трансляционной онкологии НЦМУ «Центр персонализированной медицины» исследовал новую активность белка теплового шока Hsp70. Особенность этого белка в том, что избирательно он накапливается только в мембранах опухолевых клеток, при этом в здоровых его не найти. Благодаря своей уникальной трехмерной структуре белок способен связываться с определенными липидными молекулами часть стенки каждой клетки организма , встраиваться в мембрану клетки опухоли и изменять ее биофизические свойства — увеличивать плотность упаковки липидов и уменьшать толщину мембраны.
Это индивидуальная вакцина: у больного берется биопсия опухоли, клетка лизируется, ее содержимое переходит в раствор. Вместе с противоопухолевыми пептидами выделяется белок и снова вводится больному. Таким образом, проводится иммунизация. Наши партнеры в Институте цитологии РАН изучили механизм.
И показали, что белок внутри опухолевой клетки существует, но в очень ограниченном количестве. А экзогенное введение белка выталкивает эндогенный белок, который напичкан противоопухолевыми антигенами. Таким образом, активируется работа иммунной системы. Это основное действие. Но еще остается много вопросов. Почему БТШ входит в опухолевую клетку? А входит ли он в нормальную с такой же интенсивностью? То есть механизмы транспорта белка внутрь клетки и экспорта из нее до конца непоняты. Но есть гипотезы, которые позволяют такой механизм рассматривать. Проблема работы с БТШ многогранна.
Есть сторонники ингибирования - подавления БТШ. Это другая область терапии рака. В случае химио-, радиотерапии БТШ внутри клетки работает как раз против агентов, которые собираются погубить клетку. Он ее защищает. А если выйдет — работает против этой клетки. Есть КИ, которые направлены в другом векторе. Это другое направление в лечении рака. Андрей Панченко : БТШ-70, с одной стороны, способствует выживанию опухолевых клеток, а с другой - вызывает развитие иммунного ответа на них. Это отражается в разрабатываемых методах воздействия на этот белок: одни направлены на подавление образования этого белка и способствуют гибели опухолевой клетки, а, с другой стороны, повышение его уровня может усиливать иммунный ответ против опухоли. Опухоли сильно отличаются по чувствительности к противоопухолевому лечению.
Даже опухоли одной локализации сильно различаются по этой характеристике. Сегодня применяется подход подбора лечения, основанный на определении маркеров, прогнозирующих ответ опухоли на то или иное воздействие. Если у авторов есть данные по одинаковой чувствительности опухолей с различными маркерами, можно считать полученные ими результаты весьма перспективными. Однако требуется завершить доклинические исследования в этом направлении, они должны лечь в основу клинических испытаний препарата, определить показания к применению.
Современные исследователи предполагают , что решающую роль в переходе к многоклеточности могут играть эпигенетические механизмы, поскольку они часто способны генерировать наследуемое фенотипическое разнообразие более быстрыми темпами, чем простые мутации.
Также участвовать в адаптации могут и динамические взаимопревращающиеся состояния сворачивания и сборки белков. Однако эти механизмы изучены недостаточно. Недавние исследования показали , что удлинение клеток сыграло центральную роль в эволюции новых многоклеточных признаков, позволяя ветвям клеток переплетаться друг с другом и, таким образом, становиться на порядки более механически прочными. Предполагается, что ведущую роль в этом удлинении сыграла модуляция фолдинга белков, которая привела к морфологическому изменению цитоскелета клеток. Эту гипотезу выдвинула группа ученых под руководством Юхи Саарикангаса Juha Saarikangas из Университета Хельсинки, они изучили молекулярные механизмы, лежащие в основе клеточного удлинения и макроскопической многоклеточности.
Исследователи проводили эволюционные эксперименты на штаммах Saccharomyces cerevisiae, у которых отсутствовала открытая рамка считывания ACE2. Эта многоклеточная адаптация была результатом морфологической трансформации клеток из овальных в палочковидные, что привело к значительному увеличению соотношения размеров клеток отношение длины к ширине.
Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь
Наличие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (cHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. 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. Стимулируя выработку белков теплового шока, этот метод формирует устойчивость нейронов к стрессу и в свою очередь стимулирует клетки-предшественники, которые восполняют и замещают погибшие нервные клетки.
Снижение активности белка теплового шока привело к удлинению клеток
Дело в белке теплового шока. Ген DNAJC7 кодирует белок теплового шока, который вовлечен в процессы фолдинга и деградации белков. Белки теплового шока принимают большое участие в реализации фундаментальных клеточных процессов, и изменение их экспрессии может служить важным диагностическим марке-ром реакции клетки на повреждения. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составепротеасомыи помогат корректно свернуться заново синтезированным белкам. Белки теплового шока способны эффективно стимулировать врожденный и адаптивный противоопухолевый иммунный ответ организма.
Антитела к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (Anti-cHSP60), IgG
По их словам, разработка уже прошла испытания на грызунах и успешно справилась с некоторыми видами опухолей, в том числе на поздних стадиях. 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. Однако оказалось, что у этих белков есть еще и антиопухолевое действие: они способны активизировать иммунную систему, помочь ей распознавать и уничтожать раковые клетки. Но сам по себе организм вырабатывает относительно небольшое количество «спасительных» белков, поэтому нужно ему помочь, решили ученые.
Исходом воспалительного процесса при хламидиозе является утолщение пораженной слизистой оболочки, метаплазия эпителиоцитов в многослойный плоский эпителий с последующим разрастанием рубцовой соединительной ткани. Последнее, как полагают, является одной из основных причин вторичного бесплодия у мужчин и женщин в результате инфекционного процесса хламидийной этиологии. Системный характер поражений в том числе при синдроме Рейтера имеет аутоиммунный характер и не связан с бактериемией. Клиническая картина инфекции в большинстве случаев не является специфичной. Манифестные формы хламидиоза у мужчин могут протекать в виде уретрита, проктита, конъюнктивита, фарингита. Значительные терапевтические проблемы связаны с осложнениями хламидиоза.
Наибольшие диагностические трудности представляют бессимптомные формы. Это могут быть: поражения суставов, синдром Рейтера, опухоли урогенитального тракта, а также сальпингит, внематочная беременность, бесплодие, послеродовый эндометрит, преждевременные роды, невынашивание беременности, мертворождение — у женщин; эпидидимит, простатит — у мужчин. Подготовка специальная подготовка не требуется.
Посещать парную нужно минимум в 3 подхода по 15 минут между ними должен быть интервал в 30 минут Еще пост про баню Для посещения бани есть противопоказания. Последние записи:.
Появление антител к cHSP60 может свидетельствовать о развитии иммунопатологического процесса и наличии аутоиммунных процессов. В случае персистенции цикл развития хламидий может останавливаться на стадии ретикулярных телец. Эти формы производят небольшое количество структурных антигенов хламидий, но продолжают синтезировать и выделять cHSP60. На этой стадии происходит повышенное производство как человеческих, так и бактериальных белков теплового шока БТШ. Антитела к сохраненным эпитопам бактериальных cHSP60 могут взаимодействовать с человеческими cHSP60, что в конечном итоге приводит к аутоиммунным реакциям. Этот белок играет важную роль в иммунопатогенезе персистирующей инфекции и поддержании хронической воспалительной реакции.
Антитела к белку теплового шока HSP60 Chlamydia trachomatis, IgG (Anti-cHSP60-IgG), кач. в Москве
| Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. T. 105, Номер 12, 2019 | Данные белки cHSP60 Chlamydiatra chomatis смешиваются с активно продуцирующимися собственными белками теплового шока cHSP60 человека, что может привести к аутоиммунной реакции. |
| РОЛЬ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 70 В ПАТОГЕНЕЗЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИИ | ность и сложность состава низкомолекулярных (15—30 кДа) полипептидов, негомологичных соответствующим БТШ других организмов. |
| Антитела класса IgG к белку теплового шока Chlamydia trachomatis cHSP60 (Anti-cHSP60-IgG) | Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. |
| Белки теплового шока | Virtual Laboratory Wiki | Fandom | Шаперонная функция белков теплового шока осуществляется не только в процессе биогенеза других белков, но и при иммунном ответе на антигены. |
| Белки теплового шока by Rashid Jafarov on Prezi | Открытие белков теплового шока в начале 1960-х годов объясняет на молекулярно-биологическом уровне, почему люди обратились к термальной терапии, чтобы очистить тело, очистить разум и найти связь с более высокой силой во времени и странах (1). |
Новые методы лечения рака: белки теплового шока
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.
Уменьшение биологического выражения возраста Способствующий фактор в профилактике неврологических дегенеративных заболеваний Высокий уровень потенциальной пользы для здоровья возникает в результате увеличения частоты и объема производства HSP внутри клеточной структуры в межклеточных сообществах. Здоровье и благополучие физиологии человека зависят от поддержания трехмерного качества белков. Когда белки теряют целостность своей формы или бесцельно задерживаются между клетками, негативные последствия для здоровья становятся экстремальными. Представьте себе автобус, полный тридцати детей школьного возраста, которые отправляются на увлекательную экскурсию в холодный февральский день. Если за детьми будет один взрослый сопровождающий, некоторый порядок будет поддерживаться, но обеспечить, чтобы все зимние пальто были застегнуты на молнии, надеты варежки, завязаны шапки и так далее, будет сложно. Добавьте еще троих взрослых, и вдруг о многих детях будет специально заботиться, зимняя одежда крепится с большей легкостью, а больше детей защищено от холода. Представьте, если бы на каждого ребенка был один взрослый сопровождающий, то все куртки застегнуты, варежки надеты, и все дети защищены от холода! HSP играют очень похожую роль в физиологии человека в отношении их функции молекулярных шаперонов: для обеспечения того, чтобы белки и пептиды сохраняли свою форму и назначение.
Все части здоровья и хорошего самочувствия улучшаются, когда количество производства HSP увеличивается. Что мы можем сделать, чтобы увеличить количество и регулярную секрецию HSP в нашем организме? К счастью, сегодня лучшее время в истории, чтобы сделать выбор в пользу образа жизни, который поддерживает выработку HSP в организме: среди наиболее эффективных инструментов, доступных сегодня, — инфракрасная сауна широкого спектра действия.
Учёный пояснил, что сама конструкция состоит из человеческого белка теплового шока, который встраивается в геном животного — в область молочного промотора. Её конструкцию разрабатывают учёные Национального медицинского исследовательского центра кардиологии совместно с коллегами из Института молекулярной биологии им. Энгельгардта на базе Института биологии гена. Финальный этап конструирования выполнит компания-партнёр «Евроген». Задача на этот год — получить и прогенотипировать такое животное, после чего сможем приступить к следующему этапу — технологии выделения в чистом виде белка теплового шока, его верификации и фармакологическим исследованиям для фармацевтических целей, — подчеркнул профессор Покровский. Отвечая на вопрос заместителя директора по науке, главного научного сотрудника ФГБНУ «ВНИВИ патологии, фармакологии и терапии» Вячеслава Котарева, учёные пояснили, почему для реализации проекта были выбраны именно кролики.
Поскольку речь идёт о получении белка для особого класса нейропротекторных препаратов, учёные рассчитали, что достаточно ограничиться его получением от кролика. В этом объёме может содержаться от 1,5 до 3 граммов белка на литр, соответственно до 15 граммов с кролика. В случае масштабирования такого биореактора мы можем выйти на достаточное количество белка для индустриального партнёра на кроличьем стаде в несколько сотен голов. А проект предполагает создание экспериментального стада в 20 голов, на котором мы можем показать эффективность технологии, — констатировал Алексей Васильевич.
Немаловажным при выборе животного стал и тот факт, что индустриальный партнёр научно-образовательного центра «Инновационные решения в АПК» — опытно-экспериментальный завод «ВладМиВа» — за два года сотрудничества с НОЦ освоил полный цикл переработки кроличьего молока, включая процесс дойки, и, как заявил технический директор АО «ОЭЗ «ВладМиВа» Андрей Бузов, в случае достойной разработки и эффективного результата предприятие готово принять материал на своей площадке. Подводя итоги, руководитель НПП «Селекционно-генетические исследования, клеточные технологии и генная инженерия» Ирина Донник, опираясь на собственный опыт по геномному редактированию крупного рогатого скота, рекомендовала команде разработчиков учесть все риски и пересмотреть заявленные сроки реализации второго этапа проекта в сторону увеличения по времени.
Как клетки выбирают путь спасения при стрессе
Белки теплового шока (heat shock proteins, HSP) – класс белков, синтез которых повышается в ответ на стрессовое воздействие. Хламидийный белок теплового шока ответственен за развитие различных иммунопатологических процессов, которые могут привести к хроническому инфекционному заболеванию. Эти белки впервые были открыты при «тепловом шоке» клеток, то есть при воздействии высоких температур,— в таких условиях большинство внутриклеточных белков может перестать функционировать из-за изменения их трехмерного строения (пространственной конфигурации).
Первых кроликов-продуцентов человеческого белка теплового шока планируют получить в 2022 году
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. Подтверждение этой теории, а также доскональное изучение структуры белка теплового шока и его действия в опухолевых тканях на молекулярном уровне, стало возможным только после того, как это уникальное вещество попало на международную космическую станцию. Вопрос гинекологу: Здравствуйте, пол года назад были обнаружены белки теплового шока к хламидиям, КП 11,69, мазок чистый, иные антитела были отрицательные. Вероятно, именно поэтому белки теплового шока обнаружены во всех организмах от бактерий до человека и относятся к группе наиболее консервативных белков. 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. Капсульные посылки с одним из белков теплового шока помогают иммунным клеткам выстоять в борьбе с бактериальными ядами.
EMFace: влияние белков теплового шока на ремоделирование миофасциального каркаса
Андрей Симбирцев подчеркнул, что препарат позволил полностью излечить мышей и крыс от меланом и сарком даже на последних стадиях, а так как никакой специфичности у БТШ нет, «на другие виды опухолей препарат будет действовать благодаря этой универсальности». По его словам, космический эксперимент подтвердил, что ученые на правильном пути. Собственно, мы уже изготавливаем препарат на производственных участках НИИ. Он представляет собой раствор белка, который можно вводить пациентам. Мышам мы вводим его внутривенно.
Но, возможно, во время клинических испытаний найдем более эффективные подходы — например, оптимальной может оказаться адресная доставка белка в опухоль», — пояснил ученый. Он также подчеркнул, что на сегодняшний день никаких противопоказаний для использования БТШ не выявлено. Но окончательно мы сможем сделать вывод о полной безопасности препарата только после завершения доклинических исследований. На это потребуется еще год.
На этом можно заканчивать? Нет, жизнь не была бы так сложна, если бы на молекулярном уровне было всё так просто. Для выполнения своих функций структура белка должна обладать некоторой гибкостью, способностью изменяться.
К тому же свернутые белки могут взять и развернуться. Это происходит спонтанно или под действием определенных факторов, например температуры, состава среды, взаимодействий с другими молекулами. И как вишенка на белковом торте, существует класс функционально неупорядоченных белков [3].
Для них отсутствие относительно постоянной пространственной структуры — это не баг, а фича. Эта повышенная пластичность наделяет такие белки выдающейся многофункциональностью. Почему как вишенка?
Да потому, что для большинства белков такая роскошь неприемлема. Излишняя неструктурированность или неправильное сворачивание могут быть действительно вредными для клетки. Сейчас разберемся, почему.
Зачастую неправильная структура ведет к тому, что белок неправильно выполняет свои функции или неадекватно отвечает на регулирующие его работу сигналы. Также при неправильных конформациях у белков часто открываются «уязвимые места» — гидрофобные области рис. Эти зоны очень плохо взаимодействуют с окружающим водным раствором, поэтому обычно они вынуждены прятаться внутри белка, избегая контакта с водой.
Рисунок 3. Гидрофобный эффект. Так уж устроено, что материя стремится к состоянию с минимальной свободной энергией.
Энергия химических связей в молекуле воды распределена неравномерно, она сконцентрирована на кислороде таким образом, молекула полярна. Благодаря этому молекулы воды образуют между собой сеть водородных связей, снижая свободную энергию системы. Участки с большим содержанием таких аминокислот в белке составляют гидрофобные области.
Если ввести эти недружелюбные к воде области в водный раствор, это приведет к искажению сети водородных связей. Гидрофобные участки в данном случае выступают в роли физической преграды, мешающей полярным молекулам свободно связываться друг с другом. Это событие неблагоприятно с точки зрения свободной энергии в системе [4].
Агрегируя вместе, неполярные участки уменьшают площадь поверхности, подверженной воздействию воды, и сводят к минимуму ее разрушительный эффект. Подробнее о гидрофобном эффекте можно прочесть в статье « Физическая водобоязнь » [165]. Таким образом, они укрывают друг друга от недружелюбной окружающей среды [5] , [6].
Такое слипание белков агрегация ведет к образованию неких структур разной степени упорядоченности: почти неструктурированных аморфных агрегатов, олигомеров и нитчатых амилоидов рис. Рисунок 4. Белковые состояния очень динамичны.
Если белок теряет значительную часть нативной структуры, то он может начать образовывать различные сложные агрегаты. Выявлено большое разнообразие биохимических, физиологических и цитологических нарушений, которые происходят в результате неправильных взаимодействий белковых агрегатов с клеточными компонентами, включая другие белки, белковые рецепторы, РНК, небольшие органические молекулы и даже липидные мембраны. Эти взаимодействия ведут к сбоям в работе клетки, что в конечном итоге может приводить к тяжелым заболеваниям [9].
Окончательно все механизмы токсичности белковых агрегатов еще предстоит выяснить. Особенно человечество беспокоят белковые агрегации в нервных клетках, поскольку они сопровождают некоторые нейродегенеративные заболевания — болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона [10—12]. Также белковые агрегации связаны с цитотоксичностью и процессами старения [13].
Передовое общество Мирная стабильная белковая жизнь именуется научным термином « протеостаз ». Мы знаем, что несанкционированные белковые агрегаты — это опасные и недопустимые образования. Для этого в клетке есть своя «белковая полиция» — сеть протеостаза proteostasis network, PN , которая контролирует жизнь белков, противодействует возникновениям белковых агрегатов, ну а если агрегат уже назрел, то компоненты PN пытаются оперативно его разогнать.
Некоторые авторы также называют эту сеть «системой контроля качества белка» [166]. Чтобы понять, насколько сильно клетка дорожит протеостазом, можно оценить объем инвестиций, который вкладывается в его поддержание. Так, по современным оценкам, PN содержит около 2000 факторов, действующих совместно для поддержания белкового порядка [14].
Это внушительные показатели! Такое большое число компонентов объясняется сложностью эукариотических протеомов, включающих широчайший ассортимент белков. В динамичной клеточной среде эти белки постоянно сталкиваются с проблемами, связанными с их структурой.
На ее стабильность влияет много факторов: посттрансляционные модификации фосфорилирование, ацетилирование и т. Они могут принимать определенные трехмерные конформации только после связывания со своими партнерами. Такие белки нуждаются в помощи, чтобы избежать неправильных взаимодействий и агрегации [16].
Эти соображения помогают понять, почему клетки инвестируют в обширную сеть протеостаза, ведь она поддерживает целостность протеома и обеспечивает адаптацию к изменениям в окружающей среде. В соответствии с жизненным циклом белка, можно выделить те задачи, которые должна выполнять сеть протеостаза: регулировать уровни производства белков; строго контролировать процесс укладки белка в нативную конформацию; обеспечивать поддержку на протяжении срока службы белка; контролировать численность и локализацию белков; оперативно утилизировать неправильно свернутые белки и токсичные агрегаты. Всю сеть протеостаза можно условно поделить на три ветви: отдел контроля синтеза белка и поддержания конформации; отдел деградации и агрегации; а также сигнальная группа.
Производство белков жестко регулируется Повторим центральную догму молекулярной биологии. Аминокислотные последовательности белков закодированы в ДНК. Эта информация передается на РНК в ходе процесса транскрипции в ядре.
Затем эта РНК становится матрицей для сборки аминокислотной цепочки будущего белка. Этот процесс называется трансляцией , он происходит на рибосомах в цитоплазме или на мембране эндоплазматического ретикулума ЭПР. Производство каждого белка жестко регламентировано и регулируется с учетом окружающих условий и потребностей в этом конкретном белке.
Однако общие уровни синтеза белка должны быть дополнительно скорректированы с учетом способности белков принимать нативную конформацию. Ведь если условия неблагоприятны, то высокие темпы синтеза приведут к накоплению развернутых или неправильно свернутых белков, что вызовет повсеместную агрегацию и токсичность. Поэтому эволюцией выработаны механизмы регуляции общих темпов синтеза белка.
В клетке есть несколько сигнальных систем, которые контролируют конформационную обстановку с ними мы познакомимся позже. В результате их работы, помимо прочего, изменяются общие темпы трансляции. Эта довольно «топорная» и неселективная мера в действительности очень важна при белковом стрессе.
Общее ингибирование трансляции хоть и частично, но увеличивает способность поддерживать белковую стабильность и имеет решающее значение для снятия перегрузки с PN после конформационного стресса [17]. Фолдинг В аминокислотной последовательности эволюцией заложен путь, согласно которому линейный полипептид должен свернуться в свою нативную конформацию. Пептид прячет углеводородные группы гидрофобных аминокислот и формирует стабилизирующие внутримолекулярные взаимодействия.
Таким образом, говоря языком термодинамики, аминокислотная цепочка пытается достичь состояния с низкой свободной энергией. Процесс сборки белка в свою трехмерную структуру называется фолдингом от англ. Реакции фолдинга невероятно сложны.
Это объясняется тем астрономически большим числом конформаций, которые потенциально может принять белковая цепь. Процесс фолдинга почти полностью обеспечивается слабыми нековалентными взаимодействиями [2] , [18] , [19]. Заложенный путь сворачивания нужен для того, чтобы аминокислотная цепь не перебирала все возможные состояния сворачивания, и процесс фолдинга не занимал большого количества времени это называют парадоксом Левинталя.
Полипептиды приходят к своей нативной структуре, формируя локальные и дальние контакты между аминокислотными остатками, тем самым постепенно сужая пространство доступных конформаций [20]. Процесс фолдинга можно визуализировать на энергетической диаграмме как путь к самой глубокой «ямке», соответствующей минимуму энергии рис. При этом аминокислотная цепь преодолевает путь из промежуточных «ямок», перепрыгивая через «кочки» кинетические барьеры.
Иногда это бывает довольно трудно, из-за чего она может некоторое время оставаться в промежуточных «ямах», то есть в частично сложенных состояниях. Долго оставаться в таком положении не очень хорошо, ведь частично сложенные белковые цепи склонны к агрегации. Рисунок 5.
Развернутый полипептид обладает избыточной энергией. По ходу фолдинга энергия молекулы снижается за счет налаживания внутримолекулярных взаимодействий. Белок стремится принять нативную конформацию, которая соответствует локальному минимуму энергии.
Однако есть сопоставимые по энергии состояния, например аморфные агрегаты и амилоиды [21]. Во-первых, насыщенностью клеточной среды, так как в таких условиях макромолекулярные взаимодействия усиливаются, что ставит белки в очень неудобное положение для фолдинга [23]. Во-вторых, поскольку на рибосоме полипептид собирается постепенно, закодированная информация о пути сворачивания также становится доступной только по частям, а не вся сразу рис.
Этот фактор особенно важен ввиду того, что скорость трансляции меньше скорости фолдинга белка. Из-за неполноты информации на некоторых этапах сворачивания у полипептида появляется возможность принять частично неправильную структуру или уйти с верного пути сборки до завершения синтеза [24]. Рисунок 6.
Рибосома и ее выходной канал в увеличении. Часть полипептида еще не вышла из канала, следовательно, закодированная в нем информация о пути фолдинга пока не доступна. Например, для большинства белков основная часть выходного канала рибосомы слишком узка, чтобы обеспечить формирование пространственной структуры [25].
Таким образом, зарождающиеся аминокислотные цепи крупных белков должны сначала выйти из рибосомы, прежде чем они смогут правильно сложиться [26] , [27]. Это подвергает их риску неправильной укладки и вредных взаимодействий. В-четвертых, трансляция обычно протекает в форме «полисомы», когда много рибосом работают на одной молекуле мРНК.
Такое тесное сближение рибосом может негативно сказываться на фолдинге. Чтобы облегчить жизнь свежим аминокислотным цепям, рибосомы выстраиваются вдоль молекулы мРНК ступенчато по спирали. Благодаря такому расположению сайты выхода полипептидов находятся на максимальном расстоянии друг от друга, что снижает риск вредных взаимодействий [28].
Молекулярные шапероны — центральные организаторы протеостаза И вот, наконец, мы добрались до самых известных действующих лиц сети протеостаза — молекулярных шаперонов. Они были созданы эволюцией, чтобы преодолевать описанные выше проблемы с укладкой белка. Молекулярный шаперон — это белок, который помогает другим белкам принимать их нативную конформацию, параллельно защищая их «ахилесовы пятки» от неправильных взаимодействий и агрегации рис.
Повышенная выработка шаперонов наблюдается в тканях, подвергающихся воздействию различных неблагоприятных факторов тепло, тяжелые металлы, нехватка кислорода, повышенная кислотность и др. Это адаптивный ответ, повышающий выживаемость клеток. Рисунок 7.
Шаперон может помочь исправить изъян в пространственной структуре ненативного белка рисунок автора статьи В клетках есть несколько различных по структуре классов шаперонов. Многие из них активируются в условиях белкового стресса, вызванного повышением температуры, поэтому эти шапероны известны как белки теплового шока Heat shock protein, Hsp. Для удобства, ученые классифицировали их в соответствии с примерной средней молекулярной массой Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90, Hsp100 и малые sHsp.
Эти ребята возложили на себя обязанности по поддержанию протеома, включая фолдинг синтезированных белков, рефолдинг развернутых белков, помощь в сборке мультибелковых комплексов, трафик белков и помощь в их деградации. Шапероны, работающие с самым свежим белком Разные шапероны могут работать с белком на разных этапах его жизни рис. В начале синтеза первых 35—40 аминокислот зарождающиеся цепи выходят из рибосомного туннеля.
На этой стадии с будущим белком начинает взаимодействовать первый уровень шаперонов [29]. К нему относят «комплекс, связанный с рибосомой» RAC , контролирующий ранние стадии фолдинга во время трансляции, и «комплекс, связанный с формирующейся цепью» NAC , который действует ниже по цепи синтезируемого белка [30]. Они взаимодействуют с открытыми гидрофобными последовательностями возникающей цепи и предотвращают преждевременный неправильный фолдинг.
Таким образом эти комплексы поддерживают полипептид до тех пор, пока не появятся достаточные структурные элементы для протекания продуктивного фолдинга. Рисунок 8. Шаперонный путь в цитозоле.
Об основных этапах будет рассказано далее. Оставшиеся белки загружаются в комплекс TRiC 4. Однако в клетках есть белки со сложной организацией доменов, которые нуждаются в дополнительных классах шаперонов.
Такие белки до или после полного выхода из рибосомы начинают взаимодействовать с АТФ-зависимыми шаперонами класса Hsp70. Шапероны Hsp70 состоят из трех основных доменов: субстрат-связывающего, крышки и регуляторного рис. Желобок получается достаточно длинный, чтобы взаимодействовать с участками размером до семи аминокислот.
Рисунок 9. Этот процесс называется АТФ-зависимой регуляцией. В итоге, когда регуляторный домен связан с АТФ, крышка открыта, а белки-клиенты связываются и высвобождаются относительно быстро.
Такие циклы связывания-высвобождения во многих случаях будут энергетически смещать субстрат к более простым конформациям — по сравнению с теми, что были до взаимодействия с шапероном. Затем, после высвобождения, субстрат может повторно включиться в процесс фолдинга или начать взаимодействовать с нужным партнером. Молекулы, которым для сворачивания требуется побольше времени, будут повторно связываться с Hsp70, что поможет защитить их от агрегации.
Повторное связывание может также привести к структурной перестройке и, возможно, устранению кинетических барьеров в процессе фолдинга [34]. Белки Hsp70 при поиске субстрата полагаются на помощников — кошаперонов класса Hsp40, которые сначала связываются с открытыми гидрофобными участками на ненативных белках и затем привлекают к этому месту Hsp70 [35]. Помимо этого, с Hsp70 может взаимодействовать множество других кошаперонов, например Hsp110 и sHsp.
Все они наделяют систему Hsp70 широкими функциональными возможностями, позволяя участвовать не только в первоначальном сворачивании зарождающихся цепей, но и в поддержании белковой конформации, борьбе с агрегатами и нацеливании белков на деградацию [36—38]. В действительности, текущие знания о механизме работы Hsp70 сильно ограничены. Из-за сложности работы с не полностью свернутыми белками существует сравнительно мало структурных данных о характере взаимодействия Hsp70 со своими клиентами.
Помимо этого, большая часть современного понимания работы Hsp70 основана на моделях с очищенными компонентами, изолированными от остального клеточного содержимого, в том числе от партнерских шаперонов. Таким образом, существует настоятельная необходимость в дальнейшем углублении знаний о работе Hsp70. Самых непослушных — в клетку!
Для перевоспитания Однако в клетке есть белки, которым и такой заботы недостаточно. Например, это компоненты клеточного скелета — актины и тубулины, а также регуляторы клеточного цикла, такие как Cdc20 и p53 [39—42]. Подобные белки не могут достигнуть своих функциональных состояний на Hsp70 и после нескольких циклов на нем они переносятся в специальные бочкообразные супершапероны — шаперонины.
Association of heat shock protein70-2 HSP70-2 gene polymorphism with obesity. Mian M. Innate immunity in hypertension.
Park K. Endothelial dysfunction: Clinical implications in cardiovascular disease and therapeutic approaches. Korean Med.
Pockley A. Circulating heat shock protein and heat shock protein antibody levels in established hypertension. Serum heat shock protein 70 levels predict the development of atherosclerosis in subjects with established hypertension.
Hypertension, 2003, Vol. Poon P. Pryshchep O.
Vessel-specific toll-like receptor profiles in human medium and large arteries. Circulation, 2008, Vol. Schlesinger M.
Heat shock proteins. Sharma S. Srivastava K.
Expression of heat shock protein 70 gene and its correlation with inflammatory markers in essential hypertension. Teague H. Unraveling vascular inflammation: from immunology to imaging.
Роль как шаперон Некоторые белки теплового шока действуют как внутриклеточные шапероны для других белков. Они играют важную роль во взаимодействиях белок-белок, таких как сворачивание, и помогают в установлении правильной конформации белка формы и предотвращении нежелательной агрегации белка. Помогая стабилизировать частично развернутые белки, HSP помогают транспортировать белки через мембраны внутри клетки. Некоторые члены семейства HSP экспрессируются на низких или умеренных уровнях во всех организмах из-за их важной роли в поддержании белков. Управление Белки теплового шока также возникают в нестрессовых условиях, просто «отслеживая» белки клетки.
Некоторые примеры их роли в качестве «мониторов» заключаются в том, что они переносят старые белки в «мусорную корзину» клетки протеасома и помогают правильно складываться вновь синтезируемым белкам. Эти действия являются частью собственной системы восстановления клетки, называемой «клеточной стрессовой реакцией» или «реакцией на тепловой шок». В последнее время было проведено несколько исследований, которые предполагают корреляцию между HSP и двухчастотным ультразвуком, что продемонстрировано при использовании аппарата LDM-MED. Белки теплового шока, по-видимому, более подвержены саморазложению, чем другие белки, из-за медленного протеолитического действия на самих себя. Сердечно-сосудистая система Тепловой шок белки, по-видимому, играют важную роль в сердечно-сосудистой системе.
Сообщалось, что Hsp90, hsp70, hsp27 , hsp20 и альфа-B-кристаллин играют роль в сердечно-сосудистой системе. Hsp90 связывает оба эндотелиальная синтаза оксида азота и растворимая гуанилатциклаза , которые, в свою очередь, участвуют в расслаблении сосудов. Krief et al. Gata4 - важный ген, ответственный за морфогенез сердца. Он также регулирует экспрессию генов hspb7 и hspb12.
Истощение запасов Gata4 может приводить к снижению уровней транскриптов hspb7 и hspb12, и это может приводить к сердечным миопатиям у эмбрионов рыбок данио, как наблюдали Габриэль и др. Наряду с hspb7, hspb12 участвует в определении латеральности сердца. Киназа клеточного сигнального пути оксида азота, протеинкиназа G , фосфорилирует небольшой белок теплового шока, hsp20. Фосфорилирование Hsp20 хорошо коррелирует с расслаблением гладких мышц и является одним из важных фосфопротеинов, участвующих в этом процессе. Hsp20 играет важную роль в развитии фенотипа гладких мышц во время развития.
Hsp20 также играет важную роль в предотвращении агрегации тромбоцитов, функции сердечных миоцитов и предотвращении апоптоза после ишемического повреждения, а также функции скелетных мышц и мышечного инсулинового ответа. Hsp27 является основным фосфопротеином во время сокращений женщин. Hsp27 участвует в миграции мелких мышц и, по-видимому, играет важную роль. Иммунитет Функция белков теплового шока в иммунитете основана на их способности связывать не только целые белки, но и пептиды. Сродство и специфичность этого взаимодействия обычно низкие.