Isı Şoku Proteinleri

Isı Şoku Proteinleri Açıklandı: Bu moleküler şaperonların hücresel sağlık, stres yanıtı ve çeşitli tıbbi durumlar için potansiyel etkileri üzerindeki hayati rolü hakkında bilgi edinin.

Anahtar Çıkarımlar

• Tanım: Isı şoku proteinleri (HSP'ler), hücreleri ısı ve toksinler gibi streslerden koruyarak hücrenin hayatta kalmasına yardımcı olan stres proteinleridir.
• İşlevi: HSP'ler endoplazmik retikulum içinde protein katlanmasına yardımcı olur ve hücresel onarım için çok önemlidir.
• Türleri: Diğer ısı şoku proteinlerinin, bağışıklık tepkisinde antijen sunan hücrelere yardımcı olmak da dahil olmak üzere çeşitli işlevleri vardır.
• SağlığaFaydaları: HSP'ler, ısı şoku transkripsiyonel yanıtı yoluyla uzun ömür ve hastalıklardan korunma ile bağlantılıdır.
• Aktivasyon: Egzersiz ve sauna kullanımı gibi aktiviteler bu proteinlerin üretimini uyarır.
• Araştırma: Çalışmalar, nörodejeneratif hastalıkların ve kanserin tedavisindeki rollerine odaklanmaktadır.

Isı Şoku Proteinleri Nedir?

Isı şoku proteinleri (HSP), bakterilerden insanlara kadar neredeyse tüm canlı organizmalarda bulunan bir protein grubudur. Bu gerçek, bu proteinlerin erken evrimleştiğini ve çoğu canlıda önemli rolleri olduğunu göstermektedir.

Hücrelerin stresli koşullara maruz kalmasına yanıt olarak üretilirler. Bu stresli koşulların öncelikle ısı şoku olduğu anlaşılmıştır.

Yine de, ısı şoku proteinlerinin soğuğa ve UV ışığına maruz kalma sırasında ve bir yara iyileşirken veya doku yeniden şekillenirken de üretildiğini biliyoruz.

Isı şoku proteinleri moleküler ağırlık, yapı ve işlev bakımından beş ana aileye ayrılır; HSP100, 90, 70, 60 ve küçük ısı şoku proteinleri (sHsp). Her sayı, proteinin kilodalton cinsinden ilgili ağırlığını ifade eder.

Küçük protein ubikuitin sekiz kilodalton gibi küçük bir boyuta sahiptir ve ısı şoku proteini özelliklerine sahiptir, proteinleri parçalanmak üzere işaretler.

Bir sHsp kabaca 80 amino asitlik bir alfa-kristallin alanına sahiptir. sHsp'nin düşük moleküler ağırlıklı şaperonlar olarak hareket ettiği, hücre iskeleti düzenini düzenlemeye yardımcı olduğu ve miyofibrillerle ilişkili olduğu bulunmuştur.

Daha yaygın stres proteinleri, ısı şoku proteini hücrelerinde yüksek seviyelere çıkabilir, ancak strese maruz kalmamış hücrelerde de düşük ila orta seviyelerde bulunabilirler, bu da normal hücrelerde bir rol oynadıklarını gösterir.

Memelilerin çoğunda, Hsp90 ve Hsp60 normal sıcaklıklarda bol miktarda bulunurken, ısı şoku proteini 70 (Hsp70) zar zor tespit edilebilir ancak stresle daha fazla indüklenir.

Örneğin Escherichia coli'de, normal sıcaklıklarda Hsp6p ve Hsp70 toplam hücre proteininin %1,5'ini oluştururken, ısı şokundan sonra %30'unu oluşturur. Bu tür HSP'nin hücre içi hücre adezyon moleküllerinin ve vasküler hücre adezyon moleküllerinin ekspresyonunu arttırdığı gösterilmiştir.

Bazı ısı şoku proteinleri, ısı stresinden zarar gören proteinleri doğru şekilde katlamalarını veya yeniden katlamalarını sağlayarak yeni proteinleri oluştururken stabilize ederek bir şaperon işlevi görür. Bu süreç, DNA'nın bir bölümünün RNA'ya kopyalandığı transkripsiyonel olarak düzenlenir.

Isı şoku proteinleri, hücrenin harici bir uyarıcıya maruz kaldıktan sonra RNA veya protein gibi hücresel bir bileşenin miktarını önemli ölçüde artırdığı bir süreç olan yukarı regüle edilir.

Bu yukarı regülasyon ısı şoku tepkisi için çok önemlidir ve ısı şoku faktörleri (HSF) adı verilen transkripsiyon faktörleri tarafından indüklenir.

Keşif

Isı şoku proteinleri ilk olarak 1962 yılında İtalyan genetikçi Ferruccio Ritossa tarafından tesadüfen keşfedilmiştir.

Ritossa'nın incelediği meyve sineklerinde ısı şoku sonrası artan sentezleri nedeniyle bunlara ısı şoku proteinleri adı verilmiştir.

Ritossa, ısı ve metabolizmayı durdurucu 2,4-dinitrofenolün, ısı şokuna maruz kalan meyve sineklerinin kromozomlarında belirli bir "şişme" modeline neden olduğunu fark etti.

Bu şişme, stres proteinleri olarak da adlandırılan ısı şoku proteinlerini ifade ediyordu. 1974 yılında Alfred Tissieres, Herschel Mitchell ve Ursula Tracy, ısı şokunun daha az sayıda proteinin üretimini teşvik ettiğini ve daha fazla miktarda proteinin üretimini baskıladığını keşfetti.

Bu bulgu, ısı şokunun indüksiyonu ve rolü hakkındaki bu biyokimyasal bulgular üzerine daha fazla sayıda çalışma başlatmıştır.

Isı Şoku Proteinlerinin İşlevi

Isı şoku proteinlerinin birkaç farklı rolü vardır. Beş önemli rolün anlaşılması önemlidir; streste düzenleme, şaperon olarak rol, proteinlerin yönetimi, kardiyovasküler sağlık ve bağışıklık.

Stres Durumunda Yukarı Düzenleme

Stres proteinleri olarak da bilinen yüksek ısı şoku proteinlerinin büyük miktarlarda üretimi, çevresel ve metabolik stresler tarafından tetiklenir:

• Enfeksiyon
• Enflamasyon
• Egzersiz
• UV ışığı
• Açlık
• Oksijen veya su eksikliği (hipoksi)
• Bitkilerde azot eksikliği
• Etanol, arsenik, eser metaller, etanol, nikotin gibi zararlı maddelere maruz kalma
• Cerrahi stres ve viral ajanlar

Çevresel stresler sırasında ısı şoku proteinlerinin bu yukarı regülasyonu stres yanıtının bir parçasıdır.

Bu çevresel stresler sırasında, dış membran proteinleri katlanamaz ve dış membrana doğru şekilde sığamaz ve bu nedenle, dış membran proteinlerinin, sinyali membrandan sigmaE transkripsiyon faktörüne geçiren bir iç membran proteazı tarafından tespit edildiği periplazmik alanda birikir.

Sigma faktörleri, RNA sentezinin ilk adımlarına yardımcı olan transkripsiyonun başlatılmasında kritik rolleri olan RNA polimerazın alt birimleridir.

Ancak bazı araştırmacılar, hasarlı veya anormal proteinlerde bir artış olduğunda ısı şoku proteinlerinin işe alındığını bulmaktadır.

Bazı bakteriyel ısı şoku proteinleri, RNA termometrelerini içeren bir mekanizmayı devreye sokarak bu yukarı regülasyon sürecinden geçer. Bu RNA termometreleri, ısı şoku ve soğuk şoku tepkileri sırasında gen ifadesini düzenler.

Meyve sineklerinde "hafif bir ısı şoku ön muamelesi" uygulandığında, bunun ısı şoku gen ifadesini indüklediğini, esas olarak RNA'nın transkripsiyonunu değil, mesajcı RNA'nın çevirisini etkilediğini bulan araştırmacılar tarafından önemli bir keşif yapılmıştır.

Bu süreç, daha yüksek sıcaklıktaki bir ısı şokundan sonra hayatta kalmalarını önemli ölçüde artırdı.

Tersine, ısı şoku proteinleri, ısı şoku yerine uzun süreli soğuğa maruz kaldıklarında meyve sineklerinde de sentezlenmiştir.

Bu sonuç, hafif bir ısı şoku ön işlemine maruz bırakıldığında, bir sonraki ısı şokuna ve soğuğa maruz bırakıldığında hasar ve ölümü önlemede art arda faydalar olduğunu göstermesi açısından önemlidir.

Moleküler Şaperon Olarak Rolü

Bazı ısı şoku proteinleri, diğer proteinler için hücre içi moleküler şaperonlar olarak da işlev görür, protein katlanması arasındaki etkileşimlerde merkezi bir rol oynar, uygun protein konformasyonunu sağlar ve protein agregasyonunu önler.

Isı şoku proteinleri, yanlış katlanmış proteinlerin açılmasında stabilizatör görevi görür ve proteinlerin hücre zarları boyunca taşınmasına yardımcı olur.

Moleküler bir şaperon olarak bu rol proteinlerin korunmasında çok önemli olduğundan, ısı şoku proteinleri neredeyse tüm organizmalarda düşük seviyelerde bulunur.

Yönetim

Isı şoku proteinleri çevresel stres faktörlerine maruz kalmadıklarında, hücrelerin proteinlerini izleyerek "monitör" görevi görürler.

İzleme süreci, hücresel stres tepkisi veya ısı şoku tepkisi olarak adlandırılan hücrenin onarım sisteminin bir parçasıdır; eski proteinleri hücrenin proteazomuna taşımak ve yeni sentezlenen proteinlerin doğru şekilde katlanmasına yardımcı olmaktan oluşur.

Isı şoku proteinleri, oksidatif stres, proteolitik saldırganlık veya iltihaplanma sırasında proteinlerin polipeptitlere veya amino asitlere parçalanması olan proteolitik etkileri nedeniyle diğer proteinlere kıyasla kendi kendine parçalanmaya daha yatkın görünmektedir.

Kardiyovasküler

Isı şoku proteinlerinin kardiyovasküler alanda oynadığı rol önemlidir; Hsp90, Hsp84, Hsp70, Hsp27, Hsp20 ve ɑB kristalinin tümü kardiyovasküler alanda önemli bir rol oynamaktadır.

Bu roller arasında vasküler gevşemede rol oynayan endotelyal nitrik oksit sentaz ve guanilat siklazın bağlanması, oksidatif stres ve fizyolojik faktörlerin yönetilmesi ve kardiyak morfogenezin düzenlenmesi yer almaktadır. HSP'ler ayrıca aşağıdakilerde de rol oynar:

• Düz kas fenotipinin gelişmesi (solunum, idrar, GI ve üreme sistemlerindeki kas tipi)
• Trombosit agregasyonunu önleme
• Kardiyak miyosit fonksiyonu
• İskemik hasar sonrası apoptozun önlenmesi
• İskelet kası fonksiyonu
• Kas insülin yanıtı

Isı şoku proteinleri ayrıca vasküler savunmayı güçlendirmek ve kardiyovasküler bir hastalık olan aterotrombozdan kaynaklanan klinik komplikasyonları geciktirmek veya önlemek için potansiyel terapötik hedefler olabilir.

Bağışıklık

Isı şok proteinleri, bütün proteinlere ve peptitlere bağlandıkları için bağışıklıkta rol oynarlar. Bununla birlikte, bu etkileşim esas olarak Hsp70, Hsp90 ve gp96 ve bu yeteneği içeren peptit bağlama bölgeleri ile nadirdir.

Ayrıca, ısı şoku proteinleri bağışıklık reseptörlerini ve pro-enflamatuar sinyal yollarında yer alan proteinlerin doğru katlanmasındaki rollerini uyarır.

Tıbbi Önemi

Isı Şoku Faktörü 1 (HSF-1)

HSF-1, araştırmacıların karsinogenezin çok yönlü bir değiştiricisi olduğunu keşfettiği Hsp70 ekspresyonunun korunmasında ve yukarı regülasyonunda rol oynayan bir transkripsiyon faktörüdür. Karsinogenez, normal hücrelerin kanserli hücrelere dönüştüğü süreçtir.

Araştırmacıların DMBA'nın topikal mutajenini (genetik materyale kalıcı olarak zarar veren kimyasal bir ajan) uyguladıkları HSF-1 nakavt fareler üzerinde yapılan bir çalışmada, HSF-1 farelerinde deri tümörü oranının azaldığı görülmüştür.

Ayrıca, HSF-1'in bir RNA aptamer tarafından inhibe edilmesinin mitojenik sinyali zayıflattığı ve kanser hücrelerinin hücre ölüm programı olan apoptozu başlattığı bulunmuştur.

Diabetes Mellitus

Diabetes mellitus, genellikle insülin eksikliğinden kaynaklanan aşırı glikoz (hiperglisemi) ile seyreden bir bağışıklık hastalığıdır. Yeni araştırmalar Hsp70, Hsp60 ve diabetes mellitus arasında bir korelasyon olduğunu göstermektedir.

Bazı araştırmalar, eHsp70 ve iHsp70 oranının diabetes mellitusu etkileyebileceğini göstererek, eHsp70 ve iHsp70'in hastaların glisemik ve enflamatuar durumları için biyobelirteçler olduğunu ortaya koymaktadır.

Ayrıca, bir çalışmada diyabetli ve kontrol hastalarında (diyabeti olmayan) kan serumundaki Hsp70'e bakılmış ve diyabetli hastaların Hsp70 seviyelerinin önemli ölçüde daha yüksek olduğu ve hatta beş yıldan uzun süredir diyabeti olan hastalarda yeni tanı konulanlara göre daha yüksek olduğu bulunmuştur.

Bu bulgu, kan serumundaki Hsp70 seviyelerinin diyabet seyrindeki metabolik düzensizliği gösterdiğini düşündürmektedir.

Kanser

Isı şoku proteinleri, kanserin tanımlanması söz konusu olduğunda çok önemli bir rol oynama potansiyeline sahiptir. Hücre dışı ısı şoku proteinlerinin yüksek ekspresyonunun oldukça agresif tümör hücrelerine işaret ettiği gösterilmiştir.

Ayrıca, hücre çoğalması, kanser evresi ve kötü klinik sonuçlarla korelasyon gösterir, bu da kanser teşhisi sürecinde ısı şoku proteini ifadesinin potansiyel kullanımını gösterir. Hatta onkologlar ağız kanserini teşhis etmek için ısı şoku proteinlerini kullanmaya başlamıştır.

Nokta immunoassay ve ELISA gibi teknikler kanser teşhisinde potansiyel göstermiştir. Araştırmacılar HSP'ye özgü faj antikorlarının test tüpü (in-vitro) kanser teşhisinde faydalı olduğunu belirlemişlerdir.

Isı şoku proteinlerinin ilaç direnci, tümör hücresi üretimi ve yaşam süresi gibi kanser adaptasyonlarıyla etkileşime girdiği de gösterilmiştir. Kanserle ilişkili mikroRNA'nın yukarı regülasyonu ve aşağı regülasyonu onkomir olarak adlandırılır.

Hsp90, kanserin teşhisi, prognozu ve tedavisi için en umut verici adaylardan biridir ve Hsp70, Hsp60 ve küçük HSP'nin tedavi için potansiyel faydaları olduğu gösterilmiştir:

• Nörodejeneratif hastalık
• İskemi
• Hücre ölümü
• Otoimmünite
• Greft reddi
• Diğer kritik hastalıklar

Farmasötik Uygulamalar

Kanser Aşıları

Isı şoku proteinleri, bir aşıya karşı bağışıklık tepkisini artırabilen immünolojik adjuvanlar olarak etkili bir şekilde hareket eder.

Ayrıca, bazı çalışmalar ısı şoku proteinlerinin kanserli hücreler gibi ölü ve kötü huylu hücrelerin protein parçalarının bağlanmasında ve savaşmak için bağışıklık sistemine getirilmesinde rol oynayabileceğini düşündürmektedir.

Isı şoku proteinlerinin ayrıca kanser hücrelerinin oluşumunun veya karsinogenezin bir parçası olan sinyal yollarını etkilediği bulunmuştur. Sonuç olarak, ısı şoku proteinleri kansere karşı aşıların etkinliğini potansiyel olarak artırabilir. Tümör hücrelerinden izole edilen ısı şoku proteinleri bir anti-tümör aşısı olarak işlev görebilir.

Tümör hücreleri sürekli stres altında olduklarından ve çok sayıda mutasyona uğramış onkogeni veya kansere neden olan genleri şaperonize etmeleri gerektiğinden, tümör hücreleri içinde olağanüstü miktarda ısı şoku proteini oluştururlar.

Tümörden izole edildiklerinde, bu özel ısı şoku proteinleri, geldikleri tümör hücrelerinin bir haritası veya parmak izi olarak işlev gören bir peptit repertuarına sahiptir.

Bu ısı şoku proteinleri, tümörün geriletilmesi amacıyla tümörle mücadeleye yardımcı olmak için hastaya geri uygulanma potansiyeline sahiptir.

Antikanser Terapötikleri

Isı şoku proteinleri kanserli hücrelerde yoğun olarak hücre içinde ifade edilir. Kanserli hücrelerin hayatta kalması için kritik öneme sahiptirler, hatta daha invaziv hücreleri veya tümörlerin metastaz oluşumunu teşvik ederler.

Bu nedenle, Hsp90 gibi ısı şoku proteinlerinin küçük moleküllü inhibitörleri antikanser terapötik olma potansiyeline sahiptir. Araştırmacılar bu potansiyel terapötikler üzerinde çalışmaktadır. Ancak, klinik deneyler henüz sonuçlanmamıştır.

Otoimmünite Tedavisi

Isı şoku proteinleri, travma veya enfeksiyon nedeniyle ölen hücrelerden salınan doğuştan gelen bağışıklık tepkisinin bir parçası olan hücrelerdeki moleküller olan hasarla ilişkili moleküler kalıplar olarak hareket edebilir. Bu nedenle, ısı şoku proteinleri belirli otoimmün hastalıkları hücre dışı olarak teşvik edebilir.

Bununla birlikte, ısı şoku proteinlerinin otoimmün hastalıkları olan hastalarda immün toleransı indüklemek ve bu hastalıkların tedavisine yardımcı olmak için kullanılabileceği bulunmuştur.

Hsp90 inhibitörleri de pro-inflamatuar proteinlerin doğru katlanmasındaki rolleriyle otoimmün hastalıkları tedavi etme potansiyeline sahiptir. Romatoid artrit ve tip 1 diyabet gibi hastalıklar otoimmünite tedavileri ile tedavi edilebilmektedir.

Ev Uygulamaları

Isıya Maruz Kalma

Kasıtlı olarak ısıya maruz kalmak, özellikle de sauna kullanımı, sağlığın korunmasında faydalı bir rol oynayabilir ve kardiyovasküler sağlıktan büyüme hormonlarının salgılanmasına kadar çeşitli faydaları vardır.

Yaklaşık 80-100℃ (176-212℉) sıcaklıkta seans başına 5-20 dakika süreyle haftada 2-3 kez olmak üzere haftada 7 kez kullanılan sauna, kardiyovasküler sağlığa fayda sağlayabilir, dinorfin ve endorfin salgılayarak ruh halini iyileştirebilir ve stres tepkilerini iyileştirebilir.

Isıya maruz kalma, vücut üzerinde olumlu bir adaptasyonla sonuçlanan hafif, tolere edilebilir bir stres olan bir hormesis şeklidir.

Sauna kullanmak kortizol veya stres seviyelerini düşürebilir ve ısı şoku proteinlerini artırarak DNA onarımı ve uzun ömür yollarının aktivasyonunu teşvik edebilir.

Sauna kullanımının vücutta yarattığı termal stres, ağır şok proteinlerini hücre içinde yukarı doğru düzenler, protein agregasyonunu önler, onarım proteinlerinin taşınmasına yardımcı olur ve bağışıklık sistemini güçlendirir.

Isı stresinin tüm insanlar için genel sağlık açısından büyük faydaları vardır. Çalışmalar, yaş, yaralanma ve/veya kronik hastalık nedeniyle önerilen ölçüde egzersiz yapamayan kişiler için zamanında sıcak stresinin egzersizde daha tipik olarak bulunan faydaları sağlayabileceğini göstermektedir.

Soğuk Maruziyeti

Kasıtlı olarak soğuğa maruz kalmanın ısı şoku proteinleri için de faydaları vardır. Soğuğa maruz kalma üzerine yapılan bir çalışmada, soğuk sıcaklıkların kahverengi yağ dokusunda ısı şoku proteinlerinin doku seçici olarak ortaya çıkmasına neden olduğu ve bunun da önemli metabolik faydaları olduğu bulunmuştur.

Bu soğuk kaynaklı ısı şoku proteini ifadesinin, transkripsiyon faktörlerinin DNA'ya daha fazla bağlanması açısından özel faydaları vardır.

Paket Servis

Sonuç olarak, ısı şoku proteinleri (HSP'ler) dünyası, nörodejeneratif hastalıkları daha iyi anlama ve bunlarla mücadele etme arayışımızda umut verici bir yol olduğunu kanıtlamaktadır.

Denatüre proteinleri yeniden katlamak ve hücresel dengeyi korumakla görevli bu stres proteinleri, tedavilerin geliştirilmesinde potansiyel atılımlar sunmaktadır.

Karmaşık biyoloji ağını çözdükçe, ısı şoku proteinlerini hedeflemek nörodejeneratif hastalıkların karmaşıklığını ele almanın anahtarı olabilir ve gelişmiş tedaviler ve daha parlak bir gelecek için umut sunabilir.

Referanslar

Bakteriyel Sigma Faktörleri ve Anti-Sigma Faktörleri: Yapı, İşlev ve Dağılım - PMC.

Karsinojenez - Vikipedi

Fare kahverengi yağ dokusunda soğukla indüklenen ısı şok proteini ekspresyonunun karakterizasyonu ve düzenlenmesi

Sağlık ve Performans için Kasıtlı Isıya Maruz Kalma Protokolleri - Huberman Lab

Ekstraselüler ısı şoku proteinleri ve kanser: Yeni perspektifler - PMC

İnsanlarda Isı Stresi ve Kardiyovasküler, Hormonal ve Isı Şoku Proteinleri | Journal of Athletic Training

Isı Şoku Proteini - genel bakış | ScienceDirect Topics

Isı şoku proteinleri: DNA onarımını şaperonlaştırma | Oncogene.

Isı şoku proteinleri: dikkate alınmaya değer bir terapötik hedef - PMC.

Isı şoku proteinleri: Moleküler şaperonlar üzerine bir inceleme - ScienceDirect

Isı şok proteini - Vikipedi

Prediyabetik ve diyabetik postmenopozal kadınlarda artmış eHSP70--iHSP70 oranı: kardiyometabolik riskin bir biyobelirteci | SpringerLink

Artmış serum HSP70 seviyeleri diyabet süresi ile ilişkilidir - PMC

RNA termometresi - Vikipedi

Küçük ısı şoku proteinleri zebra balığında kalp göçü ve lateralite tayini için gereklidir - PMC

Stres (Isı Şoku) Proteinleri | Circulation Research

Transkripsiyon (biyoloji) - Vikipedi

Sorumluluk Reddi

Bu makalenin içeriği yalnızca bilgilendirme amaçlıdır ve profesyonel tıbbi tavsiye, teşhis veya tedavi yerine geçmesi amaçlanmamıştır. Sağlıkla ilgili herhangi bir değişiklik yapmadan önce veya sağlığınızla ilgili herhangi bir sorunuz veya endişeniz varsa, her zaman kalifiye bir sağlık uzmanına danışmanız önerilir. Anahana, sağlanan bilgilerin kullanımından kaynaklanabilecek herhangi bir hata, eksiklik veya sonuçtan sorumlu değildir.