При сепсисе и других воспалительных заболеваниях происходит увеличение синтеза и секреции белков теплового шока (HSP70). класс белков, главная функция которых состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также. Во время ишемического инсульта активизируются белки теплового шока, которые помогают белкам тканей мозга снова принять нужную геометрическую структуру и предотвращают их слипание. «Известия» сообщает о том, что в Государственном научно-исследовательском институте особо чистых препаратов Федерального медико-биологического агентства России завершаются доклинические испытания «Белка теплового шока» - новое средство для.
EMFace: влияние белков теплового шока на ремоделирование миофасциального каркаса
Сауны с инфракрасным излучением широкого спектра обеспечивают те же преимущества, что и большинство традиционных моделей теплотерапии, но, поскольку источником тепла является излучение, каскад преимуществ для здоровья, получаемых от клеточного ответа на световые волны, является экспоненциальным. 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.
Новый подход в борьбе с деменцией: как белки теплового шока могут помочь 01:50 27. Специалисты МГМУ впервые в России предложили использовать белки теплового шока для борьбы с нейродегенерацией, что может привести к остановке развития таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз Эти белки, образующиеся в организме под воздействием повышенной температуры, играют ключевую роль в защите клеток от стресса. Недавние исследования показали, что увеличение производства таких белков способно оказать защитное воздействие на нервные клетки и замедлить процессы нейродегенерации.
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. Белок Hsp90 — один из наиболее распространенных членов этого важного семейства. В норме он связан с Hsf-1 — фактором транскрипции белков теплового шока, который, как видно из названия, при действии стресса на клетку активирует в ней синтез соответствующих белков. Однако в комплексе ни тот, ни другой неактивен.
Когда монорден или танеспимицин присоединяется к Hsp90, то Hsf-1 освобождается и начинает свою работу. Интересно, что геропротекторный эффект этих соединений на человека может оказаться даже выше, чем на нематоду. Так как известно, что ингибиторы Hsp90 способны подавлять хроническое воспаление , играющее важную роль в нашем старении, а также в качестве сенолитиков избирательно вызывать гибель стареющих клеток.
Ученым удалось выявить, что БТШ формируются как результат влияния самых разных негативных, опасных для жизнедеятельности клетки ситуаций. Стрессовые, повреждающие влияния извне могут быть исключительно разнообразными, но приводящими к одному и тому же варианту. За счет БТШ клетка выживает при влиянии агрессивных факторов. Известно, что БТШ подразделяются на три семейства. Кроме того, ученые выявили, что существуют антитела к белку теплового шока. Подразделение на группы БТШ производится с учетом молекулярной массы. Три категории: 25, 70, 90 кДа. Если в живом организме есть нормально функционирующая клетка, тогда внутри нее наверняка найдутся различные белки, перемешанные между собой, довольно-таки сходные. Благодаря БТШ денатурированные белки, а также свернувшиеся некорректно, могут снова стать раствором. Впрочем, кроме этой функции, есть и некоторые другие. Что знаем и о чем догадываемся До сих пор белок теплового шока хламидий, равно как и иные БТШ, не изучен окончательно. Конечно, есть некоторые группы белков, о которых ученые располагают довольно большим объемом данных, а есть такие, которые еще только предстоит освоить. Но уже сейчас наука дошла до того уровня, когда знания позволят говорить, что при онкологии белок теплового шока может оказаться действительно полезным средством, позволяющим победить одну из самых страшных болезней нашего века — рак. Наибольшим объемом данных ученые располагают о БТШ Hsp70, способных вступать в связи с различными белками, агрегатами, комплексами, даже с аномальными. Со временем происходит высвобождение, сопровождаемое соединением АТР. Это значит, что в клетке снова появляется раствор, а белки, прошедшие некорректно процесс свертывания, могут заново быть подвергнуты этой операции. Гидролиз, соединение АТР — механизмы, сделавшие это возможным. Аномалии и нормы Сложно переоценить для живых организмов роль белков теплового шока. Любая клетка всегда содержит аномальные белки, чья концентрация может расти, если к этому есть внешние предпосылки. Типичная история — это перегрев или влияние инфекции. Это означает, что для продолжения жизнедеятельности клетки необходимо срочно сгенерировать большее количество БТШ. Активируется механизм транскрипции, что инициирует выработку белков, клетка подстраивается под меняющиеся условия и продолжает функционировать. Впрочем, наравне с уже известными механизмами многое еще только предстоит открыть. В частности, таким довольно большим полем для деятельности ученых являются антитела к белку теплового шока хламидий. БТШ, когда полипептидная цепочка увеличивается, а они оказываются в условиях, делающих возможным вступление с нею в связь, позволяют избежать неспецифической агрегации и деградации. Вместо этого фолдинг происходит в нормальном режиме, когда в процессе задействованы необходимые шапероны. Hsp70 дополнительно необходим при развертке полипептидных цепей при участии АТР. Посредством БТШ удается достичь того, что неполярные участки также подвержены влиянию ферментов. Лекарство от рака, представленное научными сотрудниками, уже прошло первичную проверку на подопытных грызунах, пораженных саркомами, меланомами.
Пути передачи инфекции, клинические проявления заболевания и осложнения
- Ключевые слова
- Связь с нами:
- ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОТЕОСТАЗНОЙ СЕТИ
- «Космическое» российское лекарство от всех видов рака будет доступным
- Об Университете
- БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА: БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Низкий уровень белка теплового шока защитил медведей от тромбоза во время спячки
В обзоре представлены современные данные о роли протеасомной системы и белков теплового шока при злокачественных новообразованиях, а также механизм взаимодействия этих систем в клетке. МОСКВА, 18 сен – РИА Новости. Связь между структурой гена, кодирующего белок теплового шока, и течением ишемического инсульта обнаружили специалисты БелГУ в составе научного коллектива. Еженедельная баня и выработка белков теплового шока! Белки теплового шока утилизируют старые белки в составе протеасомы и помогают корректно свернуться заново синтезированным белкам. Биолог Максим Шевцов рассказывает, почему в последние годы радикально изменились подходы к лечению рака, какие методы иммунотерапии сегодня применяются в онкологии и что такое белки теплового шока. 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.
Российские ученые заявили, что создали революционное лекарство от рака
Hsp70 относится к классу белков теплового шока, которые есть в клетках всех живых организмов. Белки теплового шока (heat shock proteins, HSP) – класс белков, синтез которых повышается в ответ на стрессовое воздействие. 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. Если стрессорным фактором является тепловой шок, такие белки называют белками теплового шока (БТШ, англ. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА (шапероны), семейство специализированных внутриклеточных белков.
Война и мир: как устроить белковую жизнь?
Присутствие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (сHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. Симбирцев рассказал, что «Белок теплового шока» – молекула, которая синтезируется любыми клетками организма человека в ответ на различные стрессорные воздействия. Белки теплового шока утилизируют старые белки в составепротеасомыи помогат корректно свернуться заново синтезированным белкам.
Новые методы лечения рака: белки теплового шока
класс белков, главная функция которых состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также. Присутствие антител класса G к белку теплового шока Chlamydia trachomatis (сHSP60) характеризует персистирующее течение хламидиоза. Для справки: Белки теплового шока (Hsp 70) могут использоваться для коррекции нейродегенеративных заболеваний, а также последствий инсультов, инфарктов и нарушений периферического кровообращения.
Как российские ученые работали над новым методом лечения болезни Альцгеймера?
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. Авторы приводят следующие данные: «Мы провели опыты на мышах и крысах, у которых развивались меланомы и саркомы. Курсовое введение препарата в большинстве случаев приводило к полному излечению даже на поздних стадиях. То есть уже можно с уверенностью сказать, что белок обладает необходимой для лечения рака биологической активностью». Это очень хороший результат. Меланомы и саркомы являются чувствительными опухолями к иммуномодулирующим воздействиям, однако в отношении прочих опухолей данных пока ,видимо, нет. Это обстоятельство не позволяет считать завершенными доклинические испытания и делать вывод о применении препарата в отношении «всех видов и стадий злокачественных опухолей».
Александр Ищенко : Мы работали над этим проектом почти три года. Доклинические испытания проводили в рамках программы «Фарма-2020», сейчас они подходят к завершению. С этим нам помогло Минобразования и науки РФ. Вложено 33 млн рублей. На проведение клинического протокола потребуется порядка 100 млн рублей. Ищем спонсоров. Надеемся на господдержку. Андрей Панченко : Стоимость исследования во многом определяется видом опухоли показанием , в отношении которой в данном исследовании планируется получить доказательства об эффективности лечения.
Для каждого вида опухоли требуется проведение отдельного исследования. От этого также зависит длительность исследований. Учитывая, что программа доклинических исследований не завершена, сложно оценивать стоимость клинических испытаний. Александр Ищенко : Разновидностей опухолей много. Но мы надеемся, что наш ЛП будет эффективен при нескольких видах рака. У животных хорошие результаты показало лечение меланомы, саркомы, глиобластомы. Но есть нюансы. То, что хорошо работает на животных, может иметь особенности у человека.
Возможно, потребуются корректировки схем, дозировок, путей введения ЛП. Комплексная терапия в сочетании с другими ЛП, с химиотерапией, радиотерапией. Методов много.
Expert Opin. Targets, 2009, Vol. Bomfim G. Toll-like receptor 4 contributes to blood pressure regulation and vascular contraction in spontaneously hypertensive rats. Cai W. Intracellular or extracellular heat shock protein 70 differentially regulates cardiac remodelling in pressure overload mice.
Chebotareva N. Heat shock proteins and kidney disease: perspectives of HSP therapy. Cell Stress and Chaperones, 2017, Vol. Frantz S. Mechanisms of disease: Toll-like receptors in cardiovascular disease. Goulopoulou S. Toll-like receptors in the vascular system: Sensing the dangers within. Gruden G. Herz I.
Serum levels of anti heat shock protein 70 antibodies in patients with stable and unstable angina pectoris. Acute Card. Care, 2006, Vol. Hromadnikova I. Indian J. Kim Y.
Протеом тромбоцитов заметно различался у находящихся в спячке и активных бурых медведей, при этом количество 151 белка значительно меняется, в среднем в 2,1 раза. Из них экспрессия 80 была снижена, а 71 — повышена. Уровни активирующих ROCK1 факторов также были снижены, а ингибиторов — повышены. Однако самая большая разница была в уровнях ингибитора сериновой протеиназы H1 — белка теплового шока 47 HSP47. В среднем, уровень HSP47 в тромбоцитах медведей, впавших в спячку, этого белка было в 55 раз, чем у бодрствующих медведей. HSP47 действует как постоянный белок эндоплазматического ретикулума фибробластов, который способствует сборке коллагена и его секреции во внеклеточное пространство. Также он ответственен за развитие ряда наследственных заболеваний соединительной ткани. На мембране тромбоцитов белок стимулирует передачу сигнала от коллагена, тем самым активируя тромбоцит вместе с другими рецепторами. Чтобы проверить функциональную важность HSP47 в предотвращении тромбозов, ученые вырастили мышей, у которых отключили экспрессию этого белка. У мышей замедлили венозный кровоток, что в контрольной группе вызвало значительное тромбообразование, а у химерных мышей тромбов практически не образовывалось. Кроме того, ученые обнаружили, что у исследуемых мышей снижает влияние тромбина на агрегацию тромбоцитов. Также белок активировал нейтрофилы: при их обработке очищенным HSP47 в клетках повышалась выработка активных форм кислорода и экспрессия лейкоцитарного интегрина CD11b.
Если вы не нашли нужной информации среди ответов на этот вопрос, или же ваша проблема немного отличается от представленной, попробуйте задать дополнительный вопрос врачу на этой же странице, если он будет по теме основного вопроса. Вы также можете задать новый вопрос, и через некоторое время наши врачи на него ответят. Это бесплатно.
Белок теплового шока
В данной работе проведен анализ последних литературных данных, посвященных роли белка теплового шока 70 (HSP70) в сердечно-сосудистой патологии. Потому что белки теплового шока уже не первое десятилетие изучаются учеными во всем мире. Новости и СМИ. Обучение. Учёные из Института цитологии РАН в ходе серии экспериментов выяснили, что белок теплового шока Hsp70, который начинает репродуцироваться организмом при повышении температуры тела или при стрессе, подавляет рост новообразований. Ученые остановили старение клеток человека с помощью белков "бессмертных" тихоходок Американские биологи из Университета штата Вайоминг и других научных учреждений выяснили, что произойдет при введении белков тихоходок в человеческие. Белки теплового шока (англ. HSP, Heat shock proteins) — это класс функционально сходных белков, экспрессия которых усиливается при повышении температуры или при других стрессирующих клетку условиях.[1] Повышение экспрессии генов.
Белок теплового шока
Белки теплового шока обнаружены в клетках практически всех живых организмов, отбактерийдочеловека. Высокие уровни белков теплового шока в клетке наблюдают после воздействия различныхстрессирующихфакторов — приинфекциях,воспалительных процессах, внешних воздействияхтоксинов этанол,мышьяк,тяжелые металлы , приультрафиолетовомоблучении,голодании,гипоксии, недостаткеазота у растений или нехватке воды. Белки теплового шока называют белками стресса, так как повышение экспрессии соответствующих генов часто наблюдается при ответе на стресс. Точный механизм, по которому тепловой шок активирует экспрессию генов белков теплового шока, не выяснен. Однако, некоторые исследования свидетельствуют о том, что активация белков теплового шока происходит неправильно сложеннымиили поврежденными белками. Белки теплового шока действуют как внутриклеточныешапероныв отношении других белков. Белки теплового шока играют важную роль в белок-белковых взаимодействиях, например, прифолдингеи сборке сложных белков, препятствуют нежелательной агрегации белков. Белки теплового шока стабилизируют частично свернутые белки и облегчают их транспорт через мембраны внутри клетки. Некоторые белки теплового шока экспрессируются в малых или умеренных количествах во всех типах клеток всех живых организмов, так как играют ключевую роль в существовании белков.
Анализ выращенных в космосе кристаллических белков был проведен российскими и японскими учеными на современном сверхмощном оборудовании. Исследовать структуру синтезированного БТШ позволило выращивание кристаллов белка в лаборатории МКС Полученные данные легли в основу создания уникального препарата, действие которого опробовали сначала в пробирках на клеточных культурах, а потом — на лабораторных животных. Лекарством на основе синтезированного БТШ были пролечены мыши с саркомой и меланомой, включая животных с четвертой терминальной стадией заболеваний. Результаты оказались более чем впечатляющими: абсолютное большинство мышей полностью выздоровело; не было зарегистрировано ни одного побочного эффекта.
Как российские ученые получают белок теплового шока HSP продуцируется клетками бактерий, в которые внедрен выделенный из клеток человека и клонированный ген. Этот ген отвечает за синтез белка теплового шока. Разработка и производство особо чистых биопрепаратов проводятся в условиях полной стерильности Как «работает» лекарство, и какие виды рака можно будет лечить с его помощью Применение биопрепарата направлено на повышение концентрации БТШ в опухолевых тканях онкобольных до значений, вызывающих терапевтический эффект. Такая потребность существует потому, что «показывающий рак иммунитету» белок теплового шока в организме человека: вырабатывается в очень небольших количествах; не может быть «собран» в здоровых клетках и «перенесен» в атипичные клетки раковой опухоли.
Разработчики утверждают, что разработанный ими метод универсален так же, как универсален сам белок, продуцируемый всеми тканями нашего организма. Поэтому если при дальнейших испытаниях лечебное действие лекарства подтвердится, а побочные не будут выявлены, его можно будет применять для терапии абсолютно всех форм рака. Другие достоинства российской разработки: Лечение эффективно на терминальных стадиях, то есть именно тогда, когда справится с опухолью каким-либо другим способом чрезвычайно сложно, очень часто — невозможно.
По оценкам ученых, благодаря использованию большого числа генов и многочисленных модификаций РНК, человеческая клетка способна выдать около 100 тысяч разновидностей белков. А если учесть химические модификации уже синтезированных белков, то эта цифра увеличится до миллионов. Но если посмотреть на картинки, то можно заметить, что белки — это не просто аминокислотные цепочки, а какие-то причудливые крупные молекулы с определенной 3D-структурой. Так оно и есть: для выполнения своих функций белки должны сворачиваться в сложные трехмерные формы нативные конформации или даже объединяться с другими белками в мультибелковые комплексы рис. Такая непростая структура итоговых молекул поддерживается множеством взаимодействий между разными участками аминокислотных цепей [2].
Рисунок 2. Чтобы образовать рабочий белок, в большинстве случаев аминокислотные цепочки должны сворачиваться в определенные структуры рисунок автора статьи Допустим, белки свернулись в свою нативную конформацию. 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.
Замдиректора Государственного института особо чистых препаратов Федерального медико-биологического агентства ФМБА , профессор Андрей Симбирцев сообщил в интервью газете « Известия », что препарат уже протестировали на мышах и крысах, у которых развивались меланомы и саркомы.
То есть уже можно с уверенностью сказать, что белок обладает необходимой для лечения рака биологической активностью». По его словам, если препарат пройдет все испытания, он станет «народным» — доступным для всех, сообщает « Интерфакс ». Во время тестирования на крысах «космический» белок не дал нежелательных побочных эффектов и не проявил токсичности. Сейчас ученые готовятся к следующему этапу клинических испытаний, на которые потребуется более 100 млн рублей.