Proteiny tepelného šoku

Proteiny tepelného šoku ( HSP, heat shock proteins )  jsou třídou funkčně podobných proteinů, jejichž exprese se zvyšuje s rostoucí teplotou nebo za jiných podmínek zatěžujících buňku. [jeden]

Zvýšení exprese genů kódujících proteiny tepelného šoku je regulováno v transkripčním kroku . Extrémní upregulace exprese je součástí buněčné reakce na tepelný šok a je způsobena hlavně faktorem tepelného šoku ( HSF ) .  [2] Tyto proteiny se nacházejí v buňkách téměř všech živých organismů, od bakterií po člověka . Proteiny tepelného šoku jsou pojmenovány podle jejich molekulových hmotností . Například nejvíce studované proteiny tepelného šoku Hsp60, Hsp70 a Hsp90 patří do proteinových rodin s molekulovými hmotnostmi 60, 70 a 90 kDa. [3] Ubiquitin je relativně malý protein (8 kDa), který funguje jako proteiny tepelného šoku. Ubikvitin v buňce označuje proteiny určené k degradaci. [čtyři]

Historie objevů

Bylo prokázáno, že rychlé oteplení na subletální teploty činí organismy necitlivé na oteplování na vyšší teploty. V roce 1962 Ritossa ukázal, že teplo a metabolický inhibitor dinitrofenol vyvolaly podobné změny ve struktuře polytenových chromozomů Drosophila . Tento objev dále vedl k izolaci proteinů tepelného šoku . proteiny tepelného šoku (HSP) nebo stresové proteiny. Zvýšení exprese genů kódujících tyto proteiny u Drosophila bylo prokázáno v roce 1974 . Exprese se zvýšila po vystavení much stresovým faktorům, jako je tepelný šok. [5]  

Od poloviny 80. let se ukázalo, že mnoho proteinů tepelného šoku působí jako chaperony a hrají důležitou roli při skládání proteinů , intracelulárním transportu proteinů a renaturaci proteinů se změněnou konformací po tepelném šoku.

Funkce

Aktivační mechanismus

Přesný mechanismus, kterým tepelný šok aktivuje expresi proteinových genů tepelného šoku, nebyl objasněn. Některé studie však naznačují, že k aktivaci proteinů tepelného šoku dochází nesprávně složenými nebo poškozenými proteiny.

Zvýšená syntéza pod stresem

Vysoké hladiny proteinů tepelného šoku v buňce jsou pozorovány po vystavení různým stresovým faktorům - s infekcemi , zánětlivými procesy , vnějšími účinky toxinů ( etanol , arsen , těžké kovy ), ultrafialovým zářením, hladověním , hypoxií , nedostatkem dusíku (v rostlinách ) nebo nedostatek vody. Proteiny tepelného šoku se nazývají stresové proteiny, protože v reakci na stres je často pozorováno zvýšení exprese odpovídajících genů. [6]

Doprovod

Proteiny tepelného šoku fungují jako intracelulární chaperony pro jiné proteiny. Proteiny tepelného šoku hrají důležitou roli v interakcích protein-protein, například při skládání a sestavování komplexních proteinů, a zabraňují nežádoucí agregaci proteinů. Proteiny tepelného šoku stabilizují částečně sbalené proteiny a usnadňují jejich transport přes membrány v buňce. [7] [8]

Některé proteiny tepelného šoku jsou exprimovány v malých nebo středních množstvích ve všech typech buněk všech živých organismů, protože hrají klíčovou roli v existenci proteinů.

Intracelulární funkce

Proteiny tepelného šoku jsou přítomny v buňkách a zdá se, že za nestresových podmínek monitorují proteiny v buňce. Proteiny tepelného šoku využívají staré proteiny v proteazomu a pomáhají nově syntetizovaným proteinům správně se skládat.

Kardiovaskulární systém

Proteiny tepelného šoku hrají zjevně důležitou roli v kardiovaskulárním systému. Bylo prokázáno, že proteiny tepelného šoku hsp90, hsp84, hsp70, hsp27, hsp20 a alfa-B-krystalin hrají roli v kardiovaskulární aktivitě. [9]

Hsp90 váže endoteliální oxid dusnatý syntetázu a guanylátcyklázu , které se zase podílejí na vaskulární relaxaci . [deset]

V signálním systému oxidu dusnatého proteinkináza G dále fosforyluje malý protein tepelného šoku, hsp20 , který se podílí na relaxaci hladkého svalstva. [11] Zdá se, že Hsp20 hraje důležitou roli ve vývoji hladkého svalstva a zabraňuje agregaci krevních destiček , zabraňuje apoptóze po ischemické mrtvici a je také důležitý ve funkci kosterního svalstva a svalové odpovědi na inzulín . [12]

Hsp27 je hlavní fosfoprotein při svalové kontrakci. [13]

Imunita

Na vazbě a prezentaci antigenu se podílejí proteiny tepelného šoku vázané na extracelulární a plazmatickou membránu a zejména Hsp70 . [čtrnáct]

Klinický význam

Faktor tepelného šoku 1 ( HSF1 ) je transkripční  faktor , který reguluje expresi genu Hsp70. [15] Bylo prokázáno, že HSF1 je multifaktoriální faktor v karcinogenezi . Knockout myší pro gen HSF1 snížil výskyt rakovinných nádorů po aplikaci 7,12 -dimethylbenzanthracenového mutagenu . [16]

Aplikace

Protože některé proteiny tepelného šoku hrají roli v prezentaci antigenu [14] , používají se jako adjuvancia vakcín . [17] Kromě toho se někteří výzkumníci domnívají, že proteiny tepelného šoku se mohou podílet na vazbě proteinových fragmentů zničených nádorových buněk, čímž dochází k prezentaci antigenu imunitnímu systému. [18] Některé proteiny tepelného šoku mohou zvýšit účinnost vakcín proti rakovině. [14] [19]

Léky proti rakovině

Intracelulární proteiny tepelného šoku jsou exprimovány v rakovinných buňkách a jsou nezbytné pro přežití těchto buněk. Je ukázána úloha malých molekul inhibujících proteiny tepelného šoku jako protirakovinných činidel. [20] Účinný inhibitor Hsp90, 17-N-allylamino-17-demethoxygeldanamycin , je testován v klinických studiích na určité typy rakoviny. [21]

Aplikace v zemědělství

Byla zkoumána role proteinů tepelného šoku v toleranci vůči stresu u rostlinných hybridů , což může dále vést k vývoji odrůd odolných vůči suchu rostoucích na chudé půdě . [22]

Klasifikace

Proteiny tepelného šoku, které mají chaperonové funkce, jsou klasifikovány do pěti tříd: HSP33 , HSP60 , HSP70 , HSP90 , HSP100 a malé proteiny tepelného šoku ( sHSP ). [5]

Mnoho proteinů uvedených v tabulce má varianty vyplývající z alternativního sestřihu, jako je Hsp90a a Hsp90p.

Poznámky

1. ↑ De Maio A. Proteiny tepelného šoku: fakta, myšlenky a sny  (neopr.)  // Šok (Augusta, Ga.). - 1999. - Leden ( roč. 11 , č. 1 ). - S. 1-12 . — PMID 9921710 .
2. ↑ Wu C. Teplotní šokové transkripční faktory: struktura a regulace  //  Annual review of cell and developmental biology : journal. - 1995. - Sv. 11 . - str. 441-469 . - doi : 10.1146/annurev.cb.11.110195.002301 . — PMID 8689565 .
3. ↑ Li Z., Srivastava P. Heat-shock proteins  (neopr.)  // Aktuální protokoly v imunologii / edited by John E. Coligan ... [et al.]. - 2004. - únor ( sv. Příloha 1 ). — C. Příloha 1T . - doi : 10.1002/0471142735.ima01ts58 . — PMID 18432918 .
4. ↑ Raboy B., Sharon G., Parag HA, Shochat Y., Kulka RG Vliv stresu na degradaci proteinů: role ubikvitinového systému  //  Acta biologica Hungarica : journal. - 1991. - Sv. 42 , č. 1-3 . - str. 3-20 . — PMID 1668897 .
5. ↑ 1 2 Schlesinger, MJ Heat shock proteins  (anglicky)  // The Journal of Biological Chemistry  : journal. - 1990. - 25. července ( roč. 265 , č. 21 ). - S. 12111-12114 . — PMID 2197269 .
6. ↑ Santoro MG [h Faktory tepelného šoku a kontrola stresové reakce]  //  Biochemická farmakologie : časopis. - 2000. - leden ( roč. 59 , č. 1 ). - str. 55-63 . - doi : 10.1016/S0006-2952(99)00299-3 . — PMID 10605935 .
7. ↑ Walter S., Buchner J. Molecular chaperones--cell machines for protein folding  (neopr.)  // Angewandte Chemie (International ed. In English). - 2002. - Duben ( roč. 41 , č. 7 ). - S. 1098-1113 . - doi : 10.1002/1521-3773(20020402)41:7<1098::AID-ANIE1098>3.0.CO;2-9 . — PMID 12491239 .
8. ↑ Borges JC, Ramos CH Skládání proteinů za pomoci chaperonů  (neopr.)  // Proteinová a peptidová písmena. - 2005. - Duben ( vol. 12 , No. 3 ). - S. 257-261 . - doi : 10.2174/0929866053587165 . — PMID 15777275 .
9. ↑ Benjamin IJ, McMillan DR Stresové (tepelné šokové) proteiny: molekulární chaperony v kardiovaskulární biologii a nemocech  // Výzkum  cirkulace : deník. - 1998. - Červenec ( roč. 83 , č. 2 ). - str. 117-132 . — PMID 9686751 . Archivováno z originálu 23. února 2013.
10. ↑ Antonova G., Lichtenbeld H., Xia T., Chatterjee A., Dimitropoulou C., Catravas JD Funkční význam komplexů hsp90 s NOS a sGC v endoteliálních buňkách  (anglicky)  // Clinical hemorheology and microcirculation : journal. - 2007. - Sv. 37 , č. 1-2 . - str. 19-35 . — PMID 17641392 . Archivováno z originálu 28. ledna 2013.
11. ↑ McLemore EC, Tessier DJ, Thresher J., Komalavilas P., Brophy CM Role malých proteinů tepelného šoku při regulaci tonu hladkého svalstva cév  //  Journal of the American College of Surgeons: journal. - 2005. - Červenec ( roč. 201 , č. 1 ). - S. 30-6 . - doi : 10.1016/j.jamcollsurg.2005.03.017 . — PMID 15978441 .
12. ↑ Fan GC, Ren X., Qian J., Yuan Q., Nicolaou P., Wang Y., Jones WK, Chu G., Kranias EG Nová kardioprotektivní role malého proteinu tepelného šoku, Hsp20, proti ischemii/reperfuzi zranění   // oběh _ : deník. Lippincott Williams & Wilkins, 2005. - Duben ( roč. 111 , č. 14 ). - S. 1792-1799 . - doi : 10.1161/01.CIR.0000160851.41872.C6 . — PMID 15809372 .
13. ↑ Salinthone S., Tyagi M., Gerthoffer WT Malé proteiny tepelného šoku v hladkém svalstvu  // Pharmacology & therapeutics  : journal  . - 2008. - Červenec ( roč. 119 , č. 1 ). - str. 44-54 . - doi : 10.1016/j.pharmthera.2008.04.005 . — PMID 18579210 .
14. ↑ 1 2 3 Nishikawa M., Takemoto S., Takakura Y. Proteinové deriváty tepelného šoku pro dodání antigenů do buněk prezentujících antigen  //  Int J Pharm : deník. - 2008. - Duben ( roč. 354 , č. 1-2 ). - S. 23-7 . - doi : 10.1016/j.ijpharm.2007.09.030 . — PMID 17980980 .
15. ↑ Xu D., Zalmas LP, La Thangue NB Transkripční kofaktor potřebný pro reakci na tepelný šok  // EMBO Rep  . : deník. - 2008. - Červenec ( ročník 9 , č. 7 ). - S. 662-669 . - doi : 10.1038/embor.2008.70 . — PMID 18451878 .
16. ↑ Dai C., Whitesell L., Rogers AB, Lindquist S. Faktor tepelného šoku 1 je mocný mnohostranný modifikátor karcinogeneze  // Cell  :  journal. - Cell Press , 2007. - Září ( roč. 130 , č. 6 ). - S. 1005-1018 . - doi : 10.1016/j.cell.2007.07.020 . — PMID 17889646 .
17. ↑ Bendz H., Ruhland SC, Pandya MJ, Hainzl O., Riegelsberger S., Braüchle C., Mayer MP, Buchner J., Issels RD, Noessner E. Human heat shock protein 70 zvyšuje prezentaci nádorového antigenu prostřednictvím tvorby komplexů a intracelulární dodání antigenu bez přirozené imunitní signalizace  //  J. Biol. Chem.  : deník. - 2007. - říjen ( roč. 282 , č. 43 ). - S. 31688-31702 . - doi : 10.1074/jbc.M704129200 . — PMID 17684010 .
18. ↑ Článek ve Wall Street Journal o společnosti a FDA . Získáno 5. července 2009. Archivováno z originálu dne 3. září 2009. (neurčitý)
19. ↑ Binder RJ vakcíny na bázi proteinu tepelného šoku pro rakovinu a infekční onemocnění  // Expert  Rev Vaccines : deník. - 2008. - Duben ( díl 7 , č. 3 ). - str. 383-393 . - doi : 10.1586/14760584.7.3.383 . — PMID 18393608 .
20. ↑ Didelot C., Lanneau D., Brunet M., et al. Protirakovinné terapeutické přístupy založené na intracelulárních a extracelulárních proteinech tepelného šoku  (anglicky)  // Curr. Med. Chem. : deník. - 2007. - Sv. 14 , č. 27 . - str. 2839-2847 . - doi : 10.2174/092986707782360079 . — PMID 18045130 .
21. ↑ Solit DB, Rosen N. Hsp90: nový cíl pro léčbu rakoviny  //  Curr Top Med Chem : deník. - 2006. - Sv. 6 , č. 11 . - S. 1205-1214 . - doi : 10.2174/156802606777812068 . — PMID 16842157 .
22. ↑ Vinocur B., Altman A. Nedávné pokroky v technické toleranci rostlin k abiotickému stresu: úspěchy a omezení  //  Aktuální názor v biotechnologii: časopis. - 2005. - Duben ( roč. 16 , č. 2 ). - str. 123-132 . - doi : 10.1016/j.copbio.2005.02.001 . — PMID 15831376 .

Viz také

• Asistenti

Slovníky a encyklopedie	Velký Rus Britannica (online)
V bibliografických katalozích	NDL : 00576024