Білки теплового шоку

Відкрито білки теплового шоку: Дізнайтеся про життєво важливу роль цих молекулярних супровідників у здоров'ї клітин, реакції на стрес та їхнє потенційне значення для різних захворювань.

Основні висновки

• Визначення: Білки теплового шоку (HSP) - це стресові білки, які допомагають клітинам виживати, захищаючи їх від стресів, таких як спека та токсини.
• Функція: HSP допомагають у згортанні білків в ендоплазматичному ретикулумі і мають вирішальне значення для відновлення клітин.
• Типи: Інші білки теплового шоку виконують різні функції, в тому числі допомагають антигенпрезентуючим клітинам в імунній відповіді.
• Користь для здоров'я: HSP пов'язані з довголіттям і захистом від хвороб через транскрипційну відповідь на тепловий шок.
• Активація: Такі види діяльності, як фізичні вправи та відвідування сауни, стимулюють вироблення цих білків.
• Дослідження: Дослідження зосереджені на їхній ролі в лікуванні нейродегенеративних захворювань і раку.

Що таке білки теплового шоку?

Білки теплового шоку (HSP) - це група білків, які містяться майже у всіх живих організмах, від бактерій до людини. Цей факт свідчить про те, що ці білки з'явилися на ранніх стадіях еволюції і відіграють важливу роль у житті більшості істот.

Вони виробляються у відповідь на вплив на клітини стресових умов. Під цими стресовими умовами в першу чергу розуміють тепловий шок.

Проте ми знаємо, що білки теплового шоку також виробляються під час впливу холоду та ультрафіолету, а також при загоєнні ран або ремоделюванні тканин.

Білки теплового шоку поділяються за молекулярною масою, структурою та функціями на п'ять основних сімейств: HSP100, 90, 70, 60 та малі білки теплового шоку (sHsp). Кожне число вказує на відповідну вагу білка в кілодальтонах.

Малий білок убіквітин має невеликий розмір - вісім кілодальтонів і має ознаки білка теплового шоку, що маркує білки для деградації.

sHsp має альфа-кристалічний домен, що складається приблизно з 80 амінокислот. Встановлено, що sHsp діють як низькомолекулярні шаперони, допомагають регулювати збірку цитоскелету та асоціюються з міофібрилами.

Найбільш поширені білки стресу можуть зростати до високих рівнів у клітинах, що зазнали теплового шоку, але вони також можуть існувати на низьких або помірних рівнях у клітинах, які не зазнали впливу стресу, демонструючи, що вони відіграють певну роль у нормальних клітинах.

У більшості ссавців Hsp90 і Hsp60 присутні у великій кількості за нормальних температур, тоді як білок теплового шоку 70 (Hsp70) ледве помітний, але додатково індукується під впливом стресу.

У кишкової палички, наприклад, при нормальній температурі Hsp6p і Hsp70 складають 1,5% від загального білка клітини, але після теплового шоку їхня частка зростає до 30%. Доведено, що цей вид HSP посилює експресію молекул внутрішньоклітинної клітинної адгезії та молекул адгезії судинних клітин.

Деякі білки теплового шоку функціонують як супровідники, стабілізуючи нові білки, що утворюються, забезпечуючи правильне згортання або розгортання білків, пошкоджених тепловим стресом. Цей процес регулюється транскрипцією, коли сегмент ДНК копіюється в РНК.

Білки теплового шоку піддаються регуляції - процесу, за допомогою якого клітина різко збільшує кількість клітинного компонента, такого як РНК або білок, після дії зовнішнього стимулу.

Ця регуляція має вирішальне значення для відповіді на тепловий шок і індукується факторами транскрипції, які називаються факторами теплового шоку (HSF).

Відкриття

Білки теплового шоку вперше випадково відкрив у 1962 році італійський генетик Ферруччо Рітосса.

Вони були названі білками теплового шоку через їх підвищений синтез після теплового шоку у плодових мушок, яких досліджував Рітосса.

Він зазначив, що тепло і метаболічний роз'єднувач 2,4-динітрофенол викликали особливу картину "здуття" хромосом у плодових мушок, які страждали від теплового шоку.

Це здуття виражало білки теплового шоку, також відомі як білки стресу. У 1974 році Альфред Тіссьє, Гершель Мітчелл та Урсула Трейсі виявили, що тепловий шок стимулює вироблення певної меншої кількості білків і пригнічує вироблення більшої кількості білків.

Це відкриття дало поштовх до проведення більшої кількості досліджень цих біохімічних даних про індукцію теплового шоку та його роль.

Функція білків теплового шоку

Білки теплового шоку відіграють кілька різних ролей. П'ять важливих функцій є важливими для розуміння - регуляція при стресі, роль супровідника, управління білками, здоров'я серцево-судинної системи та імунітет.

Регуляція при стресі

Вироблення великої кількості білків високого теплового шоку, також відомих як білки стресу, викликається екологічними та метаболічними стресами, такими як:

• Інфекція
• запалення
• фізичні навантаження
• ультрафіолетове світло
• Голодування
• Нестача кисню або води (гіпоксія)
• Дефіцит азоту в рослинах
• Вплив шкідливих речовин, таких як етанол, миш'як, мікроелементи, етанол, нікотин
• Хірургічний стрес та вірусні агенти

Посилення регуляції білків теплового шоку під час екологічних стресів є частиною стресової реакції.

Під час цих стресів білки зовнішньої мембрани не можуть згорнутися і правильно вписатися в зовнішню мембрану, а тому накопичуються в периплазматичному просторі, де білки зовнішньої мембрани виявляються протеазою внутрішньої мембрани, яка передає сигнал через мембрану на фактор транскрипції sigmaE.

Сигма-фактори - це субодиниці РНК-полімерази, які відіграють важливу роль в ініціації транскрипції та допомагають на початкових етапах синтезу РНК.

Проте деякі дослідники виявляють, що білки теплового шоку рекрутуються, коли збільшується кількість пошкоджених або аномальних білків.

Деякі бактеріальні білки теплового шоку проходять цей процес регуляції шляхом залучення механізму за участю РНК-термометрів. Ці РНК-термометри регулюють експресію генів під час теплового та холодового шоку.

Важливе відкриття зробили дослідники, які виявили, що при застосуванні "м'якої попередньої обробки теплового шоку" у плодових мушок вона індукувала експресію гена теплового шоку, впливаючи в основному на трансляцію РНК-месенджера, а не на транскрипцію РНК.

Цей процес значно підвищив їхнє виживання після теплового шоку при більш високій температурі.

І навпаки, білки теплового шоку також синтезувалися у плодових мушок при тривалому впливі холоду, а не теплового шоку.

Цей результат є важливим, оскільки він показує, що попереднє лікування легким тепловим шоком послідовно запобігає пошкодженню та загибелі при наступному тепловому шоці та впливі холоду.

Роль молекулярних шаперонів

Деякі білки теплового шоку також діють як внутрішньоклітинні молекулярні шаперони для інших білків, відіграючи центральну роль у взаємодії між згортанням білка, забезпеченням відповідної конформації білка та запобіганням агрегації білка.

Білки теплового шоку діють як стабілізатори при розгортанні неправильно згорнутих білків і допомагають транспортувати білки через клітинні мембрани.

Оскільки ця роль молекулярного супроводу має вирішальне значення для збереження білків, білки теплового шоку були виявлені майже у всіх організмах на низьких рівнях.

Лікування

Коли білки теплового шоку не піддаються впливу стресових факторів навколишнього середовища, вони діють як "монітори", контролюючи білки клітин.

Процес моніторингу є частиною системи відновлення клітини, яка називається клітинною реакцією на стрес або реакцією теплового шоку; він полягає в транспортуванні старих білків до протеасоми клітини та допомозі новосинтезованим білкам правильно складатися.

Білки теплового шоку більш схильні до саморуйнування порівняно з іншими білками через їхню протеолітичну дію, тобто розщеплення білків на поліпептиди або амінокислоти під час окислювального стресу, протеолітичної агресії або запалення.

Серцево-судинна система

Роль, яку білки теплового шоку відіграють у серцево-судинній системі, є значною: Hsp90, Hsp84, Hsp70, Hsp27, Hsp20 та ɑB кристалін відіграють важливу роль у серцево-судинній системі.

Ці функції включають зв'язування ендотеліальної синтази оксиду азоту та гуанілатциклази, які беруть участь у розслабленні судин, управлінні окислювальним стресом та фізіологічними факторами і регулюють морфогенез серця. HSP також відіграють певну роль у

• Розвитку фенотипу гладких м'язів (тип м'язів у дихальній, сечовидільній, шлунково-кишковій та репродуктивній системах)
• Запобігання агрегації тромбоцитів
• Функції серцевих міоцитів
• Попередження апоптозу після ішемічного ушкодження
• Функція скелетних м'язів
• Відповідь м'язів на інсулін

Білки теплового шоку також можуть бути потенційними терапевтичними мішенями для зміцнення судинного захисту та затримки або уникнення клінічних ускладнень, що виникають при атеротромбозі - серцево-судинному захворюванні.

Імунітет

Білки теплового шоку відіграють певну роль в імунітеті, оскільки вони зв'язуються з цілими білками та пептидами. Така взаємодія, однак, є рідкісною і стосується переважно Hsp70, Hsp90 і gp96 та їхніх пептид-зв'язуючих ділянок, що містять цю здатність.

Крім того, білки теплового шоку стимулюють імунні рецептори та їхню роль у правильному згортанні білків, що беруть участь у прозапальних сигнальних шляхах.

Медичне значення

Фактор теплового шоку 1 (HSF-1)

HSF-1 - це фактор транскрипції, який відіграє роль у підтримці та регуляції експресії Hsp70, який, як виявили дослідники, є багатогранним модифікатором канцерогенезу. Канцерогенез - це процес, за допомогою якого нормальні клітини перетворюються на ракові.

У дослідженні на нокаутних мишах HSF-1, де дослідники застосовували місцевий мутаген (хімічний агент, який постійно пошкоджує генетичний матеріал) DMBA, у мишей HSF-1 знизилася частота виникнення пухлин шкіри.

Крім того, було виявлено, що інгібування HSF-1 за допомогою РНК-аптамера послаблює мітогенну сигналізацію і запускає апоптоз - програму загибелі ракових клітин.

Цукровий діабет

Цукровий діабет - це імунне захворювання з надлишком глюкози (гіперглікемією), зазвичай спричинене дефіцитом інсуліну. Нові дослідження вказують на кореляцію між Hsp70, Hsp60 та цукровим діабетом.

Деякі дослідження показують, що співвідношення eHsp70 і iHsp70 може впливати на розвиток цукрового діабету, вказуючи на те, що eHsp70 і iHsp70 є біомаркерами глікемічного і запального статусу пацієнтів.

Крім того, у дослідженні, присвяченому вивченню Hsp70 у сироватці крові пацієнтів з цукровим діабетом порівняно з контрольною групою (без діабету), було виявлено, що пацієнти з діабетом мали значно вищі рівні Hsp70, і навіть вищі у пацієнтів, які страждають на діабет більше п'яти років, ніж у тих, у кого діагноз було поставлено нещодавно.

Це свідчить про те, що рівень Hsp70 у сироватці крові вказує на порушення метаболізму при діабеті.

Рак

Білки теплового шоку можуть відігравати вирішальну роль у виявленні раку. Доведено, що висока експресія позаклітинних білків теплового шоку вказує на високу агресивність пухлинних клітин.

Крім того, вона корелює з проліферацією клітин, стадією раку і поганими клінічними результатами, що вказує на потенційне використання експресії білків теплового шоку в процесі діагностики раку. Онкологи навіть почали використовувати білки теплового шоку для діагностики раку ротової порожнини.

Такі методи, як точковий імуноферментний аналіз та ELISA, продемонстрували свій потенціал у діагностиці раку. Дослідники визначили, що HSP-специфічні фагові антитіла є корисними для діагностики раку в пробірці (in-vitro).

Також було показано, що білки теплового шоку взаємодіють з такими адаптаціями раку, як стійкість до ліків, виробництво пухлинних клітин і тривалість життя. Підвищення та зниження регуляції мікроРНК, пов'язаної з раком, називається онкомірами.

Hsp90 є одним з найбільш перспективних кандидатів для діагностики, прогнозування та лікування раку, а Hsp70, Hsp60 і малий HSP мають потенційні переваги для лікування:

• Нейродегенеративних захворювань
• Ішемії
• Загибель клітин
• Аутоімунних захворювань
• Відторгнення трансплантата
• Інші критичні захворювання

Фармацевтичні застосування

Вакцини проти раку

Білки теплового шоку ефективно діють як імунологічні ад'юванти, які можуть посилювати імунну відповідь на вакцину.

Крім того, деякі дослідження припускають, що білки теплового шоку можуть брати участь у зв'язуванні білкових фрагментів мертвих і злоякісних клітин, таких як ракові клітини, і доставляти їх до імунної системи для боротьби з ними.

Також було виявлено, що білки теплового шоку впливають на сигнальні шляхи, які є частиною формування ракових клітин або канцерогенезу. Зрештою, білки теплового шоку потенційно можуть підвищити ефективність вакцин проти раку. Ізольовані білки теплового шоку з пухлинних клітин можуть діяти як протипухлинна вакцина.

Оскільки пухлинні клітини перебувають у постійному стресі і повинні супроводжувати велику кількість мутованих онкогенів або генів, що викликають рак, вони створюють виняткову кількість білків теплового шоку в пухлинних клітинах.

При виділенні з пухлини ці специфічні білки теплового шоку мають пептидний репертуар, який діє як карта або відбиток пухлинних клітин, з яких вони походять.

Ці білки теплового шоку можуть бути застосовані назад до пацієнта, щоб допомогти боротися з пухлиною з метою її регресії.

Протиракова терапія

Білки теплового шоку інтенсивно експресуються внутрішньоклітинно в ракових клітинах. Вони є критично важливими для виживання ракових клітин, навіть сприяють розвитку більш інвазивних клітин або утворенню метастазів пухлин.

Через це низькомолекулярні інгібітори білків теплового шоку, такі як Hsp90, мають потенціал для протиракової терапії. Дослідники вивчають ці потенційні терапевтичні засоби. Однак клінічні випробування ще не завершені.

Лікування аутоімунних захворювань

Білки теплового шоку можуть діяти як асоційовані з пошкодженням молекулярні патерни, молекули в клітинах, які є частиною вродженої імунної відповіді, що вивільняється з клітин, які гинуть від травми або інфекції. Таким чином, білки теплового шоку можуть позаклітинно сприяти розвитку певних аутоімунних захворювань.

Однак було виявлено, що білки теплового шоку можна використовувати у пацієнтів з аутоімунними захворюваннями, щоб викликати імунну толерантність і допомогти в лікуванні цих захворювань.

Інгібітори Hsp90 також мають потенціал для лікування аутоімунних захворювань завдяки своїй ролі у правильному згортанні прозапальних білків. Такі захворювання, як ревматоїдний артрит і діабет 1-го типу, можна лікувати за допомогою методів лікування аутоімунних захворювань.

Застосування в домашніх умовах

Тепловий вплив

Цілеспрямований вплив тепла, особливо відвідування сауни, може відігравати сприятливу роль у підтримці хорошого здоров'я і має ряд переваг, починаючи від здоров'я серцево-судинної системи і закінчуючи вивільненням гормонів росту.

Відвідування сауни 2-3 рази на тиждень, до 7 разів на тиждень по 5-20 хвилин за сеанс при температурі близько 80-100℃ (176-212℉) може принести користь здоров'ю серцево-судинної системи, покращити настрій за рахунок вивільнення динорфінів та ендорфінів, а також покращити реакцію на стрес.

Тепловий вплив - це форма гормезису, м'якого, терпимого стресу для організму, який призводить до позитивної адаптації.

Відвідування сауни може знизити рівень кортизолу або стресу, а також сприяти активації шляхів відновлення ДНК і довголіття, збільшуючи кількість білків теплового шоку.

Тепловий стрес, що виникає в організмі під час відвідування сауни, регулює рівень важких шокових білків на внутрішньоклітинному рівні, запобігаючи агрегації білків, допомагаючи транспортуванню відновлювальних білків і зміцнюючи імунну систему.

Тепловий стрес має величезні переваги для загального стану здоров'я всіх людей. Дослідження показують, що своєчасне подолання теплового стресу може принести користь тим, хто через вік, травми та/або хронічні захворювання не може виконувати рекомендовані фізичні вправи в повному обсязі.

Вплив холоду

Свідомий вплив холоду також має переваги для білків теплового шоку. Дослідження впливу холоду показало, що низькі температури призводять до тканинно-селективного впровадження білків теплового шоку в буру жирову тканину, що має значні метаболічні переваги.

Експресія білків теплового шоку, спричинена холодом, має специфічні переваги, оскільки відбувається посилене зв'язування їхніх факторів транскрипції з ДНК.

Висновки

Отже, світ білків теплового шоку (HSP) виявляється багатообіцяючим напрямком у нашому прагненні краще зрозуміти нейродегенеративні захворювання та боротися з ними.

Ці стресові білки, що відповідають за згортання денатурованих білків і підтримку клітинної рівноваги, пропонують потенційні можливості для прориву в розробці терапії.

Розплутуючи складну біологічну павутину, цілеспрямований вплив на білки теплового шоку може стати ключем до вирішення складних проблем нейродегенеративних захворювань, пропонуючи надію на покращення лікування та світле майбутнє.

Список використаних джерел

Бактеріальні сигма-фактори та анти-сигма-фактори: Структура, функції та розподіл - PMC.

Канцерогенез - Вікіпедія

Характеристика та регуляція експресії білка холодового теплового шоку в бурій жировій тканині мишей

Протоколи навмисного теплового впливу на здоров'я та працездатність - Лабораторія Хубермана

Позаклітинні білки теплового шоку та рак: Нові перспективи - PMC

Тепловий стрес та серцево-судинні, гормональні та білки теплового шоку у людини | Journal of Athletic Training

Білок теплового шоку - огляд | ScienceDirect Topics

Білки теплового шоку: супровід репарації ДНК | Oncogene.

Білки теплового шоку: терапевтична мішень, яку варто розглянути - PMC.

Білки теплового шоку: Огляд молекулярних шаперонів - ScienceDirect

Білок теплового шоку - Вікіпедія

Підвищення співвідношення eHSP70 до iHSP70 у жінок з предіабетом та діабетом у постменопаузі: біомаркер кардіометаболічного ризику | SpringerLink

Підвищення рівня HSP70 в сироватці крові асоціюється з тривалістю діабету - PMC

РНК-термометр - Вікіпедія

Невеликі білки теплового шоку необхідні для міграції серця та визначення латеральності у зебрових риб - PMC

Білки стресу (теплового шоку) | Дослідження кровообігу

Транскрипція (біологія) - Вікіпедія

Відмова від відповідальності

Зміст цієї статті надається виключно в інформаційних цілях і не призначений для заміни професійної медичної консультації, діагностики або лікування. Завжди рекомендується проконсультуватися з кваліфікованим медичним працівником, перш ніж вносити будь-які зміни, пов'язані зі здоров'ям, або якщо у вас є якісь питання чи занепокоєння щодо вашого здоров'я. Anahana не несе відповідальності за будь-які помилки, упущення або наслідки, які можуть виникнути в результаті використання наданої інформації.