Kako izgleda molekularni termometar? Ovo pitanje je mnogo komplikovanije nego što se čini na prvi pogled. Očigledno, "termometar" koji koristi ćelija, a koji igra jednu od najvažnijih uloga u održavanju stabilnosti ćelijskog proteoma, je sistem transkripcionih faktora i specijalizovanih proteina - šaperona, uklj. proteini toplotnog šoka koji reaguju ne samo na povećanje temperature (ovo je tek prva otkrivena funkcija ove klase proteina), već i na druge fiziološke efekte koji oštećuju ćeliju.
Šaperoni su klasa proteina čija je glavna funkcija obnavljanje ispravne tercijarne strukture oštećenih proteina, kao i formiranje i disocijacija proteinskih kompleksa.
Sistem šaperona reaguje na oštećenja koja nastanu tokom života ćelije i osigurava ispravan prolazak savijanja - savijanja lanaca aminokiselina koji se spuštaju sa ribozomske "linije sklapanja" u trodimenzionalne strukture. Uprkos očiglednosti izuzetne važnosti ovog sistema, dugo vremena niko od stručnjaka koji su ga proučavali nije ni pretpostavio da je ovaj molekularni termometar ujedno i svojevrsni „izvor mladosti“ za ćeliju, a njegovo proučavanje pruža mogućnost sagledati niz bolesti iz nove, do sada nepoznate perspektive...
Proteini, koji su glavni proizvod funkcioniranja genoma, ne samo da formiraju strukturu, već i osiguravaju funkcioniranje svih stanica, tkiva i organa. Odsustvo poremećaja u sintezi sekvenci aminokiselina; formiranje, sklapanje i transport proteinskih molekula, kao i eliminacija oštećenih proteina je bitan aspekt održavanja zdravlja kako pojedinačnih ćelija tako i cijelog organizma. Proteini su takođe materijal neophodan za formiranje i efikasno funkcionisanje "molekularnih mašina" koje podržavaju procese biosinteze, proces koji je ključan za obezbeđivanje dugovečnosti organizma. Mnogi problemi proizlaze iz poremećaja u fundamentalnom procesu savijanja proteina. Poremećaji u radu "OTC-a", koje predstavljaju proteini toplotnog šoka i pratioci, dovode do pojave i gomilanja grešaka. Ove greške remete rad molekularnih mehanizama, što može dovesti do razvoja raznih bolesti. Pojava ovakvih grešaka u neuronima prepuna je zaista strašnih posljedica, koje se manifestiraju razvojem takvih neurodegenerativnih bolesti kao što su multipla skleroza, kao i Huntingtonova, Parkinsonova i Alchajmerova bolest.
Otkrio ju je 1962. godine Ferruccio Ritossa, reakcija toplotnog šoka opisana je kao temperaturno izazvana promjena u organizaciji gusto zbijenih hromozoma u ćelijama pljuvačnih žlijezda vinskih mušica, što dovodi do stvaranja takozvanih "oteklina". Takve otekline, koje pod mikroskopom izgledaju kao kuglice vate, stisnute između čvrsto zbijenih hromozoma, pojavljuju se i kada su izložene dinitrofenolu, etanolu i solima salicilne kiseline.
Pokazalo se da su izbočine hromozoma nove regije transkripcije koje započinju sintezu novih glasničkih RNK u roku od nekoliko minuta nakon njihovog pojavljivanja. Proteinski proizvodi ovog procesa danas su nadaleko poznati kao proteini toplotnog šoka, od kojih su najviše proučavani Hsp90 i Hsp70. Proteini ove porodice regulišu savijanje lanaca aminokiselina i sprečavaju pojavu deformisanih proteinskih molekula u ćelijama svih živih organizama.
Krajem 1970-ih i ranih 1980-ih, koristeći originalnu tehniku stanične biohemije, koja omogućava povećanje količine RNK-a koji kodiraju sekvence odgovarajućih proteina, naučnici su uspjeli klonirati prve gene toplotnog šoka voćne mušice. Stručnjaci su tada bili mišljenja da je reakcija toplotnog šoka karakteristična isključivo za organizam drozofile. U ovoj fazi Richard Morimoto je dao svoj prvi doprinos proučavanju proteina toplotnog šoka. Prikupio je opsežnu kolekciju DNK iz višećelijskih organizama i, koristeći metodu Southern blotinga, pokazao da svi oni sadrže analoge gena Hsp70 koji su gotovo identične strukture. Otprilike u isto vrijeme, Jim Bardwell i Betty Craig sa Univerziteta Wisconsin u Madisonu identificirali su dnaK gen u genomu Escherichia coli, koji je također analog Hsp70. Rezultat daljeg detaljnog proučavanja ovog pitanja bilo je shvaćanje da su geni toplotnog šoka u obliku koji je praktički nepromijenjen tokom evolucije zastupljen u genomima predstavnika svih pet kraljevstava živog svijeta.
Sljedeći napredak u lancu narednih događaja bila je identifikacija familije transkripcionih faktora koji kontrolišu početak prve faze reakcije toplotnog šoka. U ovom radu učestvovalo je nekoliko istraživačkih grupa sa različitih univerziteta, uključujući Morimoto grupu. Naučnici su dokazali da povećanje ćelijske temperature uzrokuje promjenu oblika ovih transkripcijskih faktora, što olakšava njihovo vezivanje za promotore gena toplotnog šoka, koji iniciraju sintezu proteina toplotnog šoka. Štaviše, pokazalo se da, za razliku od kvasca, voćnih mušica i nematoda Caenorhabditis elegans, koji imaju samo jedan faktor transkripcije za gene toplotnog šoka, u ljudskim ćelijama postoje čak tri takva faktora. Ovako složena shema za regulaciju ekspresije proučavanih gena dovela je znanstvenike do ideje o njihovoj multifunkcionalnosti, što zahtijeva dodatno proučavanje.
Dalja istraživanja su pokazala da proteini toplotnog šoka sami regulišu rad transkripcionog faktora, koji pokreće njihovu proizvodnju u jezgru ćelije. Također je postalo očito da proteini toplotnog šoka obavljaju funkciju molekularnih pratilaca - kontroliraju savijanje lanaca aminokiselina, osiguravajući formiranje ispravnih prostornih konformacija proteinskih molekula, a također identificiraju i eliminiraju poremećaje u ovom procesu. Tako se pokazalo da ćelijski termometar ne mjeri samo temperaturu, već prati i pojavu deformiranih i oštećenih proteina u ćeliji. Toplotni šok i drugi stresni uticaji pune ćeliju abnormalnim proteinima, na koje pratioci reaguju vezivanjem ovih proteina i oslobađanjem faktora transkripcije toplotnog šoka-1 (Hsf1). Molekuli ovog faktora spontano formiraju trimere (kompleks od tri molekula) koji se vezuju za odgovarajuće regione genoma, koji zauzvrat pokreću sintezu proteina toplotnog šoka. Naknadno povećanje koncentracije proteina toplotnog šoka do potrebnog nivoa prema principu povratne sprege potiskuje transkripcionu aktivnost Hsf1 faktora transkripcije.
Proučavanje funkcionisanja proteina toplotnog šoka na ćelijskim linijama ozbiljno je ograničilo mogućnosti istraživača, jer nije davalo informacije o pratećim promenama u celom organizmu. Stoga su oko 1999. Morimoto i njegove kolege odlučili da pređu na novi model - okrugle gliste C. elegans. Posebno ih je inspirisao rad Maksa Perutza, objavljen 1994. godine, koji je otkrio da je uzrok ozbiljne neurodegenerativne bolesti – Huntingtonove bolesti – posebna mutacija u genu zvanom huntingtin. Ova mutacija rezultira sintezom varijante proteina koja sadrži dodatni fragment iz dugolančane aminokiseline glutamina, očigledno remeteći normalan proces savijanja. Agregacija takvih abnormalnih proteinskih molekula u neuronima dovodi do razvoja Huntingtonove bolesti. Istraživači su pretpostavili da će proučavanje proteina čija je molekularna formacija poremećena zbog ekspresije poliglutamina ili sličnih razloga pomoći da se razumije rad molekularnog termometra.
Radeći na stvaranju životinjskih modela ekspresije u neuronima i mišićnim ćelijama proteina koji sadrže višak poliglutaminskih sekvenci, istraživači su otkrili da je stepen agregacije i povezana toksičnost takvih proteina proporcionalan njihovoj dužini i starosti organizma. To ih je navelo na vjerovanje da supresija signalnog mehanizma posredovanog inzulinom koji regulira životni vijek tijela može utjecati na agregaciju proteina koji sadrže poliglutamin. Rezultati daljih istraživanja potvrdili su postojanje predložene veze, a takođe su pokazali da je efekat funkcionisanja transkripcionog faktora Hsf1 na životni vek organizma posredovan signalnim mehanizmom zavisnim od insulina. Ova zapažanja su pokazala da je reakcija toplotnog šoka podjednako važna kako za opstanak organizma u uslovima akutnog stresa, tako i za stalnu neutralizaciju toksičnog dejstva proteina, što negativno utiče na funkcionisanje i životni vek ćelija.
Upotreba živih organizama kao eksperimentalnog modela omogućila je naučnicima da istraživanja podignu na kvalitativno novi nivo. Počeli su obraćati pažnju na mehanizme pomoću kojih tijelo percipira i integrira informacije koje dolaze izvana na molekularnom nivou. Ako stres utiče na proces starenja, logično je pretpostaviti da su proteini toplotnog šoka, koji registruju pojavu i sprečavaju nakupljanje oštećenih proteina u ćeliji, sasvim sposobni da uspore razvoj efekata starenja.
Činjenica da mnoge bolesti povezane s nakupljanjem proteina sklonih agregaciji karakteriziraju simptomi starenja, a sve bolesti koje se zasnivaju na poremećajima u formiranju proteinskih molekula su povezane sa starenjem sugerira da temperaturno osjetljivi metastabilni proteini gube svoju funkcionalnost kako starosti tela. Zaista, eksperimenti na C. elegans su pokazali da funkcionisanje mehanizma pokrenutog transkripcionim faktorom Hsf1, kao i drugih odbrambenih sistema ćelije, počinje da bledi skoro odmah nakon što organizam sazre. Međutim, pokazalo se da aktivacija transkripcionog faktora Hsf1 u ranim fazama razvoja može spriječiti poremećaj stabilnosti proteinskih molekula (proteostazu).
Možda se ovo zapažanje, koje sugerira vrlo intrigantne mogućnosti, ne odnosi na složenije višećelijske organizme, već su sva živa bića napravljena od proteina, pa rezultati dobijeni u eksperimentima na okruglim crvima s velikim stepenom vjerovatnoće mogu pomoći naučnicima da razumiju mehanizme ljudskog djelovanja. starenje.
Međutim, ovo nije kraj priče. Rezultati nedavno obavljenog rada pod vodstvom profesora Morimota ukazuju na postojanje mehanizama za korekciju proteostaze koji ne zahtijevaju direktnu intervenciju u funkcionisanju Hsf1 faktora transkripcije. Istraživači su odlučili provesti klasični genetski skrining mutanata C. elegans, pokazujući abnormalnosti u formiranju proteinskih molekula u mišićnim stanicama. Kao rezultat toga, otkrili su da se mutacija koja utiče na ovaj proces nalazi u genu za faktor transkripcije koji kontroliše proizvodnju neurotransmitera gama-aminobuterne kiseline (GABA). GABA kontroliše rad ekscitatornih neurotransmitera i reguliše tonus mišića. Zanimljiva je činjenica da svako narušavanje stabilnosti rada GABA-posredovanih mehanizama dovodi do hiperstimulacije, prisiljavajući postsinaptičke mišićne stanice da odgovore na nepostojeći stres, što dovodi do kršenja formiranja proteinskih molekula. Drugim riječima, pokazalo se da aktivnost neurona može utjecati na funkcioniranje molekularnih termometara drugih ćelija u tijelu, što je dodatno zakomplikovalo nastalu sliku.
Ako se ovaj mehanizam proširi i na ljude, onda će, možda, znanstvenici moći razviti metodu utjecaja na neurone, koja će dovesti do aktivacije proteina toplotnog šoka u ćelijama skeletnih mišića i pomoći u uklanjanju simptoma mišićne distrofije i drugih bolesti motornih neurona. . Moguće je da će manipulacija ovim mehanizmom omogućiti kontrolu procesa akumulacije oštećenih proteina povezanih sa starenjem. Međutim, nažalost, nije sve tako jednostavno kako bismo željeli. U organizmu C. elegans razvoj reakcije toplotnog šoka u svim odraslim somatskim ćelijama kontroliše jedan par neurona. Čini se da aktivnost ovih neurona i mehanizam povratne sprege omogućavaju ćelijama i tkivima da aktiviraju proteine toplotnog šoka u skladu sa svojim specifičnim potrebama. Činjenica je da različita tkiva karakterizira različita aktivnost biosinteze proteina, kao i različita težina i priroda vanjskih utjecaja. Stoga je univerzalni pristup kontroli reakcije toplotnog šoka u principu nemoguć.
Naoružani rezultatima svog rada i obećavajućim idejama, Morimoto i nekoliko njegovih kolega osnovali su Proteostasis Therapeutics, čiji je cilj identificirati terapeutske male molekule koji mogu ispraviti patološke efekte akumulacije deformiranih proteinskih molekula. Ovaj pristup je povezan sa prilično visokim stepenom rizika, jer je nivo proteina toplotnog šoka povećan kod mnogih malignih bolesti. Međutim, Morimoto i njegovi saradnici vjeruju da smjer u kojem se razvijaju ima previše potencijala da bi se zanemario.
o autoru
Profesor Richard Morimoto je nakon odbrane doktorske disertacije cijeli svoj rad posvetio proučavanju funkcioniranja proteina toplotnog šoka i njihove uloge u starenju. Morimoto je napravio prve korake u svom odabranom pravcu na Univerzitetu Harvard pod vodstvom dr. Matta Meselsona. Richard Morimoto je trenutno direktor Rice instituta za biomedicinska istraživanja na Univerzitetu Northwestern u Evanstonu, Illinois, i jedan od osnivača Proteostasis Therapeutics, Cambridge, Massachusetts.
Evgeniya Ryabtseva
Portal "Vječna mladost" zasnovan na materijalima iz The Scientist: Richard Morimoto,
Strukturne i funkcionalne promjene pod utjecajem visokih temperatura. Izlaganje visokim temperaturama utječe prvenstveno na fluidnost membrana, uslijed čega dolazi do povećanja njihove permeabilnosti i oslobađanja tvari topljivih u vodi iz stanice. Kao rezultat toga, dolazi do dezorganizacije mnogih funkcija stanica, posebno njihove podjele. Dakle, ako na temperaturi od 20 °C sve ćelije prolaze kroz proces mitotičke diobe, na 38 °C - svaka sedma, a na 42 °C - samo svaka petstota ćelija.
Povećana fluidnost membranskih lipida, zbog promjene sastava i strukture membrane pri pregrijavanju, dovodi do gubitka aktivnosti enzima vezanih za membranu i poremećaja aktivnosti ETC-a. Od glavnih procesa proizvodnje energije - fotosinteze i disanja, najosetljiviji je ETC fotosinteze, posebno fotosistem II (PS II). Što se tiče enzima fotosinteze, glavni enzim C3 ciklusa fotosinteze, RBP karboksilaza, prilično je otporan na pregrijavanje.
Pregrijavanje ima primjetan učinak na vodni režim biljke, brzo i značajno povećavajući intenzitet transpiracije. Kao rezultat, biljka razvija manjak vode. Kombinacija suše sa toplotom i visokom sunčevom insolacijom maksimalno negativno utiče na useve, remeteći, uz fotosintezu, disanje i vodni režim, i apsorpciju mineralnih hraniva.
Molekularni aspekti oštećenja toplotnog šoka. Toplota oštećuje u ćeliji prvenstveno proteine, posebno enzime, remeteći proces biosinteze proteina de novo, inhibirajući aktivnost enzima, izazivajući degradaciju postojećih proteina. Kao rezultat toga, skupovi enzima koji su važni za funkcioniranje stanica kako tijekom stresa tako i naknadnog popravka mogu nestati. Većina ključnih biljnih enzima je termolabilna, uključujući RuBisCO, katalazu i SOD. Inhibicija RuBisc-a je glavni razlog za smanjenje IF-a na visokim temperaturama. Toplota takođe potiskuje sposobnost pretvaranja saharoze u skrob u ječmu, pšenici i krompiru, što ukazuje da je jedan ili više enzima u lancu konverzije snažno inhibirano toplotom. Direktan uticaj toplote na aktivnost rastvorljive skrob sintaze u endospermu pšenice, kako in vitro tako i in vivo, potiskuje akumulaciju skroba.
Visoke temperature inhibiraju aktivnost katalaze kod nekoliko biljnih vrsta, dok aktivnost ostalih antioksidativnih enzima nije potisnuta. Kod raži su promjene aktivnosti katalaze bile reverzibilne i nisu ostavljale vidljiva oštećenja nakon prestanka zagrijavanja, dok je kod krastavca obnavljanje aktivnosti katalaze bilo usporeno (inhibirano) i praćeno promjenom boje hlorofila, što ukazuje na značajnije oksidativno oštećenje. Kod sadnica kukuruza uzgojenih na povišenim temperaturama (35°C), aktivnost SOD je bila niža nego na relativno niskim temperaturama (10°C).
Toplina je narušila integritet membrana, što je dovelo do njihove povećane propusnosti za jone i otopine. Istovremeno je poremećena aktivnost enzima fotosinteze, disanja i transporta asimilata povezanih sa membranom. Toplina je povećala zasićenje masnih kiselina u fosfolipidima EPR membrane. U uslovima ekstremne toplote, njegove membrane su selektivno oštećene, uzrokujući degradaciju mRNA (3-amilaze. Istovremeno, toplotno indukovano curenje supstanci kroz membrane utiče na redoks potencijal glavnih ćelijskih kompartmana, što zauzvrat remeti tok metaboličkih procesa do smrti ćelije.
Oksidativni stres je nedavno prepoznat kao jedan od najvažnijih negativnih faktora u djelovanju topline na biljke. Toplina uzrokuje neravnotežu između količine sunčevog zračenja koje apsorbiraju pigmenti i transporta elektrona kroz citokrome – proces koji se naziva fotoinhibicija. Višak energije može se prenijeti na kisik, što dovodi do stvaranja ROS. Glavna područja oksidativnog oštećenja u stanicama su mitohondriji i hloroplasti, gdje je poremećen transport elektrona. U hloroplastima, visokotemperaturni stres uzrokuje fotoinhibiciju fotosinteze i inaktivaciju katalaze, što dovodi do akumulacije ROS i promjene boje hlorofila. Fotosistem II je prepoznat kao najosetljiviji na dejstvo toplote, što dovodi do raspada funkcionalnih komponenti kompleksa PS II i, shodno tome, poremećaja transporta elektrona između PS I i PS II, povećanja fluksa elektrona do molekularni kiseonik i formiranje ROS. Kao rezultat, smanjuje se IF, što je glavni uzrok gubitka prinosa pod utjecajem topline.
Proteini toplotnog šoka. Sinteza proteina toplotnog šoka (HSP) kao odgovor na povećanje temperature otkrivena je 1974. godine. Karakteristična je za sve vrste živih organizama, uključujući više i niže biljke. HSP u svim organizmima je predstavljen velikim skupom polipeptida, koji se obično nazivaju u skladu s molekulskom težinom izraženom u kilodaltonima (kDa). Na primjer, HSP-ovi s molekulskom težinom od 70 kDa nazivaju se HSP-ovi 70. Značajnu ulogu HSP-a u životu stanica svjedoči visok konzervativizam njihove evolucije. Dakle, pojedinačna mjesta u evoluciji HSP 70 zadržavaju preko 90% homologije kod bakterija i ljudi. Biljni HSP su predstavljeni grupom proteina visoke molekularne težine (110-60 kDa) i niske molekularne težine (35-15 kDa). Posebne karakteristike biljaka su mnoštvo HSP niske molekularne težine i visok intenzitet njihove sinteze tokom toplotnog šoka (HS).
HSP sinteza je stresni program toplotnog šoka koji se javlja kada temperatura poraste za 8-10 °C iznad normalne. Tako se u listovima ječma maksimalna sinteza HSP postiže na 40 °C, a u listovima pirinča - na 45 °C. Prebacivanje normalnog života ćelije na stresni program uključuje reprogramiranje genoma povezano sa inhibicijom ekspresije gena, čija je aktivnost karakteristična za život u normalnim uslovima, i aktivacijom HS gena. U biljnim ćelijama, mRNA koja kodira HSP se detektuje 5 minuta nakon početka stresa. Osim toga, dolazi do propadanja polisoma koji sintetiziraju proteine tipične za normalne uvjete i formiranja polisoma koji sintetiziraju HSP. Brza aktivacija sinteze HSP-a na nivou ne samo transkripcije (sinteza RNK na DNK), već i translacije (sinteza proteina na mRNA) postiže se kao rezultat koordinacije mnogih događaja. Toplotni šok uzrokuje promjene u mRNA sintetiziranoj u ćeliji prije šoka, povezane s modifikacijom faktora translacije proteina i ribosomskih proteina. Osim toga, HSP mRNA se razlikuju od mRNA konvencionalnih proteina. Kao rezultat HS dolazi do slabljenja, a zatim i prekida sinteze zajedničkih proteina i prebacivanja aparata za sintezu proteina na sintezu HSP-a, koji se nalaze u ćeliji već 15 minuta nakon početka HS. Maksimalna sinteza se opaža nakon 2-4 sata, a zatim se smanjuje.
Sinteza različitih HSP-a odvija se na različitim temperaturama. U hloroplastima, sinteza HSP visoke molekularne težine aktivirana je u rasponu od 34-42 ° C, oslabljena na 44 ° C i naglo smanjena na 46 ° C. Indukcija sinteze HSP niske molekularne težine bila je posebno uočljiva na 40-42°C. Značajna inhibicija sinteze RuBisc-a dogodila se samo na temperaturama iznad 44°C. Gotovo svi otkriveni HSP-ovi hloroplasta su kodirani u jezgru, sintetizirani u citoplazmi, a zatim transportirani u hloroplast, gdje obavljaju zaštitnu funkciju tokom HSP-a. Nakon završetka toplotnog šoka, sinteza HSP se zaustavlja i nastavlja se sinteza proteina karakterističnih za ćeliju u normalnim temperaturnim uvjetima. U ovom slučaju, HSP mRNA se brzo razgrađuju u ćelijama na normalnoj temperaturi, dok sami proteini mogu opstati mnogo duže, očigledno obezbeđujući povećanje otpornosti ćelije na toplotu. Produžena izloženost ćelija HS obično takođe dovodi do slabljenja i prekida sinteze HSP. U ovom slučaju se aktiviraju mehanizmi za regulaciju ekspresije HSP gena po principu povratne sprege. Akumulacija HSP-a u ćelijama smanjuje aktivnost njihovih gena. Moguće je da na taj način ćelija održava broj HSP-ova na potrebnom nivou, sprečavajući njihovu prekomernu proizvodnju.
U pravilu, kao odgovor na povećanje temperature, sintetiziraju se odgovarajući proteini, što doprinosi povećanju toplinske otpornosti tijela. Zaštitna uloga HSP-a opisana je molekularnim modelom pratioca (prevedeno s engleskog - vodič, mentor mladoj osobi). U ekstremnim uslovima, HSP „brine“ o funkcionisanju specifičnih makromolekula, ćelijskih struktura, oslobađaju ćelije od oštećenih komponenti, što omogućava održavanje ćelijske homeostaze. Interakcija HSP 70 sa drugim proteinima zavisi od odnosa ATP/ADP. Vjeruje se da HSP 70 u kompleksu sa ADP zadržava nerazmotani protein na sebi, a zamjena ADP sa ATP dovodi do oslobađanja ovog proteina iz kompleksa sa HSP 70.
U skladu sa ovim modelom, HSP povećavaju termičku otpornost ćelija, obezbeđujući sledeće procese: energetski zavisnu stabilizaciju prirodne strukture proteina; ispravna montaža oligomernih struktura u uslovima hipertermije; transport tvari kroz membrane organela; dezagregacija neispravno sastavljenih makromolekularnih kompleksa; oslobađanje ćelije od denaturiranih makromolekula i ponovna upotreba monomera koji su u njima uključeni uz pomoć ubikvitina. Ubikvitini su proteini toplotnog šoka niske molekularne težine, čije vezivanje za polipeptid ga čini metom za proteaze. Ovo je neka vrsta "smrtnog traga" za proteine. Uz njihovu pomoć dolazi do uništavanja i uklanjanja oštećenih i nedovršenih proteina kao rezultat djelovanja HS.
U prilog zaštitnoj funkciji HSP-a u HS svjedoči niz činjenica. Konkretno, pokazalo se da zaustavljanje sinteze proteina od strane specifičnih inhibitora tokom HS, kada dođe do sinteze HSP, dovodi do smrti ćelije. Ćelije se mogu očvrsnuti, povećavajući njihovu termičku stabilnost preliminarnim kratkotrajnim izlaganjem povišenim temperaturama. Uslovi za takvo gašenje poklapaju se sa uslovima za indukciju sinteze HSP. Zanimljivo je da sinteza HSP-a u biljkama indukuje ne samo HS, već i, na primjer, kadmijeve soli i arsenit, tretman kojim se povećava otpornost stanica na toplinu. Također je važno naglasiti da promjene u strukturi gena (mutacije) koje remete sintezu HSP dovode do gubitka otpornosti stanica na toplinu. Dalja istraživanja specifične funkcije svakog HSP-a pod stresom omogućit će razjašnjenje molekularnih mehanizama formiranja i funkcioniranja zaštitnih svojstava u HSP-u.
Većina HS proteina ima srodne proteine u ćelijama, koji se sintetiziraju na normalnoj temperaturi stalno ili u određenim fazama ontogeneze. Ispostavilo se da se ovi proteini, posebno HSP 70, vezuju za druge proteine, uzrokujući njihovo odvijanje i sprečavajući njihovu agregaciju. Ovo posljednje može spriječiti protein da stekne nativnu konformaciju neophodnu za njegovu funkcionalnu aktivnost. Razvijanje proteina pomoću HSP-a neophodno je za njihovo prodiranje kroz membranu hloroplasta, mitohondrija i EPR. Budući da se agregacija proteina naglo povećava s povećanjem temperature, aktivacija sinteze HSP 70 u ovim uvjetima trebala bi zaštititi proteine od ireverzibilnog oštećenja. HSP su prisutni u svim ćelijskim odjeljcima, posebno u jezgru i nukleolima, gdje se akumuliraju tokom HS. HSP 70 olakšava prolazak prekursora hloroplasta i mitohondrijalnih proteina sintetiziranih u citoplazmi kroz membranu, igrajući ulogu u biogenezi ovih organela. HSP 60, koji se također odnosi na šaperone, također se nazivaju šaperonini. Ovi proteini osiguravaju ispravan sklop kvartarne strukture ćelijskih proteina, na primjer, ključni enzim fotosinteze, RuBisc, koji se sastoji od osam velikih i osam malih podjedinica. U grupu šaperona spada i HSP 90, koji igra važnu ulogu u formiranju kompleksa steroidnih hormona sa njihovim receptorima. Osim toga, HSP 90 formira komplekse s nekim protein kinazama, kontrolirajući njihovu aktivnost. Kao što znate, protein kinaze fosforilišu različite ćelijske proteine, regulišući njihovu aktivnost.
U biljkama je pronađeno više od 30 HSP niske molekularne težine (15-35 kDa), lokaliziranih uglavnom u citoplazmatskim granulama toplotnog šoka koje se pojavljuju tokom HS i nestaju nakon njega. Njihova glavna funkcija je zaštita mRNA prije šoka, što im omogućava da se koriste za sintezu proteina nakon završetka šoka. HSP niske molekularne težine se također nalaze u drugim dijelovima, posebno u hloroplastima. Vjeruje se da štite tilakoidne membrane od HS, gdje su lokalizirani procesi svjetlosne faze fotosinteze.
Kod nekih biljaka je konstitutivna (neindukovana) sinteza HSP pronađena tokom formiranja, posebno polena. Moguće je da HSP pred šokom obezbede njegovu termičku stabilnost tokom HSP. Osim HSP-a, toplina inducira ekspresiju proteina drugih klasa, posebno kalmodulina.
Metabolizam toplotnog šoka. Postoji vrlo malo ciljanih studija metabolizma biljaka pod dejstvom HS, a u ovim eksperimentima su i HS i suša često delovali istovremeno. Ovo je vrlo važna stvar, budući da je odgovor biljaka na kombinaciju suše i HS različit od odgovora na pojedinačne stresore. Dakle, pod kombinacijom stresa, biljke su akumulirale nekoliko topljivih šećera, uključujući saharozu, maltozu, trekalozu, fruktozu i glukozu. Pod dejstvom suše dolazi do akumulacije prolina, dok se pod dejstvom HS, kao i kombinacijom HS i suše, prolin nije akumulirao u biljkama. U uslovima TS, prolin ili njegov intermedijer (pirolin-5-karboksilat) su toksični; stoga, prolin nije prikladan kao kompatibilan osmolit. Uz istodobno djelovanje HS i suše, sadržaj glutamina naglo raste. Očigledno, kada je biosinteza prolina inhibirana, glutamat se transformiše u glutamin. Istovremeno se aktiviraju geni koji kodiraju cijepanje škroba i biosintezu lipida, te se povećava ekspresija gena koji kodiraju heksokinazu, glukozo-6-fosfat dehidrogenazu, fruktokinazu i saharoza-UDP-glukoziltransferazu. Upravo promjene u ekspresiji gena na nivou transkripcije predstavljaju glavni faktor u reprogramiranju metabolizma ugljikohidrata.
Pod dejstvom HS na sadnice Arabidopsis ustanovljeno je sinhrono povećanje veličine pulova niza aminokiselina i amida (asparagin, leucin, izoleucin, treonin, alanin i valin) dobijenih iz ANA i PVA. Osim toga, povećan je sadržaj ugljikohidrata: maltoze, saharoze, galaktinola, mioinozitola, rafinoze i monosaharida, prekursora ćelijskog zida. Već nakon 6 h povećane su koncentracije b-alanina, glicerola, maltoze, saharoze, trekaloze.
Fotosinteza, transpiracija i disanje. Stomatalna provodljivost je indikator usko povezan s regulacijom metabolizma CO2 i H2O u biljkama. Brojni podaci ukazuju da visoke temperature izazivaju zatvaranje stomata, što se može smatrati indirektnom reakcijom na temperaturnu ovisnost deficita tlaka vodene pare i disanja listova. Dakle, djelomično zatvaranje stomata je posljedica povećanja intracelularne koncentracije CO2. Međutim, željeno zatvaranje stomata ne dovodi do smanjenja fotosinteze, jer se temperaturne ovisnosti stomatalne provodljivosti i IF ne poklapaju. Stoga se provodljivost stomata povećava na temperaturama tako da je fotosinteza nepovratno inhibirana.
Iako se čini da stomatalna provodljivost ne utiče direktno na IF, ona pomaže u regulaciji transpiracije, koja, kontrolišući temperaturu lista, utiče na otpornost na toplotu fotosintetskog procesa. Kod useva nekih useva sa dovoljnom vlagom, usled termoregulacije, temperatura vazduha može biti skoro 8°C niža od temperature vazduha iznad useva. Istovremeno, kod deficita vlage u tlu, može se uočiti suprotna slika - temperatura listova u setvi prelazi temperaturu okolnog vazduha za skoro 15°C, što pojačava negativan uticaj deficita vode na IF.
Intenzitet neto fotosinteze pšenice i većine C3 usjeva je prilično stabilan u rasponu od 15-30°C. Ispod i iznad ovog temperaturnog raspona, IF se smanjuje za 5-10% za svaki stepen (slika 3.1). Relativno beznačajna promjena neto fotosinteze u rasponu od 15-30°C ne bi trebala sakriti činjenicu da se bruto fotosinteza zapravo povećava s povećanjem temperature. Međutim, zbog istovremenog povećanja ID-a cijele biljke, a posebno fotorespiracije, intenzitet neto fotosinteze se malo mijenja.
U ovom pogledu postoje primjetne razlike između C3 i C4 kultura, a optimalan intenzitet neto fotosinteze kod C4 vrsta se uočava na višim temperaturama (30-40°C). Njihova fotorespiracija je beznačajna, zbog čega povećanje fiksacije CO2 s porastom temperature nije maskirano fotorespiratornim troškovima. Zaista, viši temperaturni optimum neto fotosinteze kod C4 vrsta u poređenju sa C3 vrstama objašnjava se nižim respiratornim troškovima na povišenim temperaturama u prvim vrstama. Nepovratne promjene u njihovom fotosintetskom aparatu uočavaju se tek kada temperatura prijeđe 40°C, uglavnom zbog oštećenja PS II, koje nastaje u roku od nekoliko minuta nakon početka djelovanja HS, što presudno utiče na prinos.
Toplotni šok toplotni šok- toplotni šok.
Stresno stanje organizma nakon izlaganja visokim temperaturama, posebno T.sh. koristi se za izazivanje poliploidije<indukovana poliploidija> uglavnom kod životinja koje se uzgajaju u vodi (ribe, mekušci): temperatura vode se povećava na 29-33 o C za 2-20 minuta. (normalna temperatura inkubacije je obično 15-20 o C) nakon 3-10 minuta. (indukcija triploidije) ili nakon 20-40 minuta. (indukcija tetraploidije) nakon oplodnje; takođe u stanju da T.sh. analizira aktivnost specifičnih proteina toplotnog šoka<proteini toplotnog šoka>, puff aktivnost<puffing> kod voćnih mušica (u ovom slučaju T.sh. na 41-43 o C).
(Izvor: "Englesko-ruski eksplanatorni rečnik genetskih termina." Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskva: Izdavačka kuća VNIRO, 1995.)
Pogledajte šta je "toplotni šok" u drugim rječnicima:
Toplotni šok- * seplavi šok * toplotni šok stresno stanje organizma usled izlaganja visokim temperaturama. T. sh. koristi se: a) za izazivanje poliploidije (vidi) kod riba, mekušaca, inkubacije jedinki nakon oplodnje na to = 29 33 ° C (umjesto ... ... Genetika. enciklopedijski rječnik
toplotni šok- Stresno stanje organizma nakon izlaganja visokim temperaturama, posebno T.sh. koristi se za izazivanje poliploidije uglavnom kod životinja koje se razmnožavaju u vodi (ribe, mekušci): temperatura vode se povećava na 29 33 oC za 2 20 minuta. ... ... Vodič za tehničkog prevodioca
Toplotni šok- Sin.: Toplotna iscrpljenost. Javlja se kod pregrijavanja zbog nedovoljnog odgovora žila srca na ekstremno visoku temperaturu, posebno se često razvija kod starijih osoba koje uzimaju diuretike. Manifestuje se slabošću... Enciklopedijski rečnik psihologije i pedagogije
PREGRIJANJE I TOPLOTNI UDAR- dušo. Pregrijavanje (termalna nesvjestica, termička prostracija, termički kolaps) i toplotni udar (hiperpireksija, sunčanica, pregrijavanje tijela) patološke reakcije tijela na visoke temperature okoline povezane sa ... ... Disease Handbook
- (engleski HSP, proteini toplotnog šoka) je klasa funkcionalno sličnih proteina, čija se ekspresija povećava sa povećanjem temperature ili pod drugim stresnim uslovima za ćeliju. Povećana ekspresija gena koji kodiraju toplotne proteine ... ... Wikipedia
Tetramer sastavljen od četiri identična p53 proteinska molekula. Oni su povezani domenima odgovornim za oligomerizaciju (vidi tekst). p53 (p53 protein) je faktor transkripcije koji reguliše ćelijski ciklus. U nemutiranom stanju ... ... Wikipedia
Ako temperatura poraste, živi organizam reaguje na to, proizvodeći neobična jedinjenja koja se nazivaju "proteini toplotnog šoka". Ovako reaguje čovek, tako reaguje mačka, tako reaguje svako stvorenje, jer se sastoji od živih ćelija. Međutim, ne samo porast temperature izaziva sintezu proteina toplotnog šoka klamidije i drugih vrsta. Situacije su često izazvane teškim stresom.
opće informacije
Budući da proteine toplotnog šoka tijelo proizvodi samo u određenim situacijama, oni imaju brojne razlike od normalno proizvedenih spojeva. Period njihovog formiranja karakterizira inhibicija ekspresije glavnog proteinskog bazena, koji igra važnu ulogu u metabolizmu.
HSP-70 eukarioti, DnaK prokarioti su takva porodica u kojoj su naučnici kombinovali proteine toplotnog šoka koji su važni za preživljavanje na ćelijskom nivou. To znači da zahvaljujući takvim vezama ćelija može nastaviti funkcionirati čak i u situaciji kada joj se odupiru stres, zagrijavanje i agresivno okruženje. Međutim, proteini ove porodice takođe mogu učestvovati u procesima koji se odvijaju u normalnim uslovima.
Biologija na mikroskopskom nivou
Ako su domeni 100% identični, onda su eukarioti, prokarioti više od 50% homologni. Naučnici su pokazali da je u prirodi, među svim proteinskim grupama, tačno 70 kDa HSP jedan od najkonzervativnijih. Istraživanja o tome rađena su 1988. i 1993. godine. Pretpostavlja se da se ovaj fenomen može objasniti kroz funkcionalnost šaperona svojstvenu proteinima toplotnog šoka u intracelularnim mehanizmima.
Kako radi?
Ako uzmemo u obzir eukariote, onda se HSP geni induciraju pod utjecajem toplotnog šoka. Ako je određena ćelija izbjegla stresne uslove, tada su faktori prisutni u jezgru, citoplazmi kao monomeri. Takav spoj nema aktivnost vezanja DNK.
Kada doživljava stresne uslove, ćelija se ponaša na sledeći način: Hsp70 se cepa, što pokreće proizvodnju denaturisanih proteina. HSP formira trimere, aktivnost menja svoj karakter i dodiruje DNK, što na kraju dovodi do nakupljanja komponenti u ćelijskom jezgru. Proces je praćen višestrukim povećanjem transkripcije pratioca. Naravno, situacija koja je ovo izazvala prolazi s vremenom, a dok se to dogodi, Hsp70 se ponovo može uključiti u HSP. Aktivnost povezana sa DNK nestaje, ćelija nastavlja da radi, kao da se ništa nije dogodilo. Ovaj slijed događaja identificiran je još 1993. godine u studijama o HSP-u koje je proveo Morimoto. Ako je tijelo zaraženo bakterijama, tada se HSP mogu koncentrirati na sinovij.
Zašto i zašto?
Naučnici su uspjeli otkriti da HSP nastaju kao rezultat utjecaja raznih negativnih situacija koje su opasne za vitalnu aktivnost stanice. Stresni, štetni utjecaji izvana mogu biti izuzetno raznoliki, ali dovode do iste varijante. Zahvaljujući HSP-u, ćelija preživljava pod uticajem agresivnih faktora.
Poznato je da su HSP podijeljeni u tri porodice. Osim toga, naučnici su otkrili da postoje antitijela na protein toplotnog šoka. Podjela na HSP grupe se vrši uzimajući u obzir molekularnu težinu. Tri kategorije: 25, 70, 90 kDa. Ako u živom organizmu postoji stanica koja normalno funkcionira, onda će unutar nje vjerojatno biti razni proteini pomiješani jedni s drugima, prilično slični. Zahvaljujući HSP, denaturirani proteini, kao i pogrešno koagulirani proteini, mogu ponovo postati rješenje. Međutim, osim ove funkcije, postoje i neke druge.
Šta znamo i šta pretpostavljamo
Do sada, protein toplotnog šoka klamidije, kao i drugih HSP, nije u potpunosti proučavan. Naravno, postoje neke grupe proteina o kojima naučnici imaju prilično veliku količinu podataka, a postoje i neke koje tek treba savladati. Ali već sada je nauka dostigla nivo kada će nam znanje omogućiti da kažemo da u onkologiji protein toplotnog šoka može biti zaista koristan alat koji vam omogućava da pobedite jednu od najstrašnijih bolesti našeg veka - rak.
Naučnici imaju najveću količinu podataka o HSP Hsp70, koji se može vezati sa raznim proteinima, agregatima, kompleksima, čak i sa abnormalnim. Oslobađanje se dešava tokom vremena, nakon čega slijedi ATP jedinjenje. To znači da se u ćeliji ponovo pojavljuje rješenje, a proteini koji su prošli kroz pogrešan proces koagulacije mogu se ponovo podvrgnuti ovoj operaciji. Hidroliza, spoj ATP-a su mehanizmi koji su to omogućili.
Anomalije i norme
Teško je precijeniti ulogu proteina toplotnog šoka za žive organizme. Svaka ćelija uvijek sadrži abnormalne proteine, čija koncentracija može rasti ako za to postoje vanjski preduslovi. Tipična priča je pregrijavanje ili posljedice infekcije. To znači da je za nastavak vitalne aktivnosti ćelije potrebno hitno generirati veći broj HSP-ova. Aktivira se mehanizam transkripcije, koji pokreće proizvodnju proteina, stanica se prilagođava promjenjivim uvjetima i nastavlja funkcionirati. Međutim, uz već poznate mehanizme, ostaje još mnogo toga da se otkrije. Konkretno, antitijela na protein toplotnog šoka klamidije su tako prilično veliko polje za aktivnosti naučnika.
HSP, kada se polipeptidni lanac poveća, i nađu se u uslovima koji omogućavaju ulazak u vezu s njim, omogućavaju izbjegavanje nespecifične agregacije i degradacije. Umjesto toga, savijanje se događa normalno kada su potrebni pratioci uključeni u proces. Hsp70 je dodatno potreban za ATP-potpomognuto odvijanje polipeptidnih lanaca. Pomoću HSP-a moguće je postići činjenicu da su i nepolarna područja podložna utjecaju enzima.
HTS i medicina
U Rusiji su naučnici FMBA uspjeli stvoriti novi lijek koristeći protein toplotnog šoka za njegovu izgradnju. Lijek protiv raka koji su predstavili istraživači već je prošao početni test na eksperimentalnim glodavcima oboljelim od sarkoma i melanoma. Ovi eksperimenti su omogućili da se sa sigurnošću kaže da je napravljen značajan iskorak u borbi protiv onkologije.
Naučnici su predložili i uspjeli dokazati da je protein toplotnog šoka lijek, odnosno može postati osnova za efikasan lijek, uglavnom zbog činjenice da se ovi molekuli formiraju u stresnim situacijama. Budući da ih u početku proizvodi tijelo kako bi se osiguralo preživljavanje ćelija, pretpostavljalo se da se, uz pravilnu kombinaciju sa drugim agensima, može boriti čak i protiv tumora.
HSP pomaže lijeku da otkrije bolesne stanice u bolesnom organizmu i da se izbori s pogrešnom DNK u njima. Pretpostavlja se da će novi lijek biti jednako efikasan za bilo koju podvrstu malignih bolesti. Zvuči kao bajka, ali doktori idu još dalje - pretpostavljaju da će lijek biti dostupan u bilo kojoj fazi. Slažem se, takav protein toplotnog šoka od raka, kada prođe sve testove i potvrdi svoju pouzdanost, postat će neprocjenjivo stjecanje za ljudsku civilizaciju.
Dijagnosticirajte i liječite
Najdetaljnije informacije o nadi moderne medicine ispričao je dr Simbircev, jedan od onih koji su radili na stvaranju lijeka. Iz njegovog intervjua može se shvatiti po kojoj su logici naučnici izgradili lijek i kako bi trebao donijeti efikasnost. Osim toga, može se zaključiti da li je protein toplotnog šoka već prošao klinička ispitivanja ili je tek pred nama.
Kao što je ranije spomenuto, ako tijelo ne doživljava stresne uvjete, tada se proizvodnja BSh odvija u izuzetno malom volumenu, ali se značajno povećava s promjenom vanjskog utjecaja. Istovremeno, normalno ljudsko tijelo nije u stanju proizvesti toliku količinu HSP-a koja bi pomogla u borbi protiv maligne neoplazme u nastajanju. "A šta se događa ako se HSP uvede izvana?" - mislili su naučnici i ovu ideju učinili osnovom za istraživanje.
Kako bi ovo trebalo funkcionirati?
Kako bi stvorili novi lijek, naučnici su u laboratorijskim uslovima rekreirali sve što je potrebno da žive ćelije počnu proizvoditi HSP. Za to je dobiven ljudski gen koji je podvrgnut kloniranju uz pomoć najnovije opreme. Bakterije proučavane u laboratorijama su mutirale sve dok nisu počele samostalno proizvoditi protein koji su tako željeli naučnici.
Naučnici su na osnovu informacija dobijenih tokom istraživanja donijeli zaključke o dejstvu HSP-a na ljudski organizam. Da bismo to učinili, morali smo organizirati vjevericu. To nije nimalo lako: morali smo poslati uzorke u orbitu naše planete. To je zbog činjenice da zemaljski uslovi nisu pogodni za pravilan, ujednačen razvoj kristala. Ali kosmički uslovi omogućavaju dobijanje upravo onih kristala koji su naučnicima bili potrebni. Po povratku na matičnu planetu, eksperimentalne uzorke podijelili su japanski i ruski naučnici, koji su, kako kažu, bez gubljenja sekunde pristupili njihovoj analizi.
I šta su našli?
Dok su radovi u ovom pravcu još u toku. Predstavnik grupe naučnika rekao je da je moguće sa sigurnošću utvrditi: ne postoji tačna veza između molekula HSP i organa ili tkiva živog bića. A ovo govori o svestranosti. To znači da ako protein toplotnog šoka nađe primjenu u medicini, postat će lijek za veliki broj bolesti odjednom - bez obzira koji organ je zahvaćen malignom neoplazmom, može se izliječiti.
U početku su naučnici pravili lijek u tečnom obliku - ispitanicima se ubrizgava s njim. Pacovi i miševi uzeti su kao prvi uzorci za testiranje sredstava. Bilo je moguće identificirati slučajeve izlječenja kako u početnim tako iu kasnijim fazama razvoja bolesti. Trenutna faza se zove pretklinička ispitivanja. Naučnici procjenjuju vrijeme njegovog završetka najmanje godinu dana. Nakon toga će doći vrijeme za klinička ispitivanja. Na tržištu će novi lijek, vjerovatno lijek za liječenje, biti dostupan za naredne 3-4 godine. Međutim, kako napominju naučnici, sve je to stvarno samo ako projekat nađe sredstva.
Čekati ili ne čekati?
Naravno, obećanja ljekara zvuče privlačno, ali istovremeno s pravom izazivaju nepovjerenje. Koliko dugo je čovječanstvo bolovalo od raka, koliko je žrtava ove bolesti bilo u proteklih nekoliko decenija, a ovdje obećavaju ne samo efikasan lijek, već pravi lijek - za bilo koju vrstu, u bilo koje vrijeme. Kako možeš vjerovati u tako nešto? I još gore, vjerovati, ali ne čekati ili čekati, ali ispostavilo se da lijek uopće nije tako dobar kao što se očekivalo, kao što je obećano.
Razvoj lijeka je metoda genetskog inženjeringa, odnosno najnaprednije polje medicine kao nauke. To znači da bi rezultati, ako su uspješni, zaista trebali biti impresivni. Međutim, to u isto vrijeme znači da je proces izuzetno skup. Investitori su po pravilu spremni uložiti prilično velika sredstva u perspektivne projekte, ali kada je tema toliko glasna, pritisak je veliki, a vremenski okvir prilično zamagljen, rizici se procjenjuju kao ogromni. Sada zvuče optimistične prognoze za 3-4 godine, ali svi tržišni stručnjaci dobro znaju koliko se vremenski okvir često širi na decenije.
Nevjerovatno, nevjerovatno... ili je tako?
Biotehnologija je oblast zatvorena za razumevanje za laike. Stoga se možemo samo nadati riječima "uspjeh pretkliničkih ispitivanja". Lijek je dobio svoj radni naziv "Protein toplotnog šoka". Međutim, HSP je samo glavna komponenta lijeka koji obećava proboj na tržištu antionkoloških lijekova. Osim toga, sastav bi trebao uključivati niz korisnih supstanci, koje će biti garant efikasnosti alata. A sve je to postalo moguće zahvaljujući činjenici da su najnovije studije HSP-a pokazale da molekula ne samo da pomaže u zaštiti živih stanica od oštećenja, već služi i kao svojevrsni „upirući prst” za imunitet, pomažući da se identifikuje na koje ćelije utječe tumor, a koji nisu. Jednostavno rečeno, kada se HSP pojave u organizmu u dovoljno visokoj koncentraciji, naučnici se nadaju da će sam imunološki odgovor uništiti oboljele elemente.
Nadaj se i čekaj
Sumirajući, možemo reći da je novost protiv tumora zasnovana na činjenici da samo tijelo ima lijek koji može uništiti neoplazmu, jednostavno je prilično slab po prirodi. Koncentracija je toliko niska da se ne može ni sanjati o nekom terapeutskom efektu. Istovremeno, djelimično se HSP-ovi nalaze u ćelijama koje nisu zahvaćene tumorom, a molekul neće nigdje "otići" iz njih. Stoga je potrebno snabdjeti korisnu supstancu izvana - tako da ona dalje direktivno djeluje na zahvaćene elemente. Usput, dok naučnici pretpostavljaju da lijek neće imati čak ni nuspojave - i to sa tako velikom efikasnošću! A tu "čaroliju" objašnjavaju činjenicom da su studije pokazale da nema toksičnosti. Međutim, konačni zaključci bit će doneseni kada se privedu kraju pretklinička ispitivanja, koja će trajati najmanje godinu dana.
Materijal sa vrlo optimističnim podnaslovom "Genetski modifikovan lijek iz svih vrsta i stadijuma malignih tumora pacijenti mogu dobiti za tri do četiri godine."
Međutim, svaka osoba koja barem malo zna o terapiji onkoloških bolesti, na takvu prognozu će u najboljem slučaju podići obrve iznenađeno, a u najgorem ogorčiti. Reći ćemo vam šta nije u redu sa sljedećom "naučnom senzacijom".
Šta se desilo?
Razvoj lijeka, koji je opisan u Izvestiji, provodi se u Državnom istraživačkom institutu za visoko čiste preparate Federalne medicinsko-biološke agencije (FMBA) Rusije. Zamenik direktora za istraživanje Instituta, dopisni član Ruske akademije nauka i doktor medicinskih nauka, profesor Andrej Simbircev, u ovom materijalu pod naslovom „Rusija je stvorila lek za rak i testirala ga u svemiru“, rekao je dopisniku Izvestija. o "proteinu toplotnog šoka" kristaliziran je u nultoj gravitaciji na ISS-u, a sada je podvrgnut pretkliničkom testiranju.
Sada se istraživanje sprovodi uz grant Ministarstva obrazovanja i nauke, a naučnici planiraju da pronađu 100 miliona rubalja za klinička ispitivanja uz pomoć privatnih investitora i programa državnog 50% sufinansiranja. Kako bi ga privukli, programeri će „pokucati na sva vrata, jer je lijek jedinstven. Na pragu smo otkrivanja potpuno novog liječenja raka. To će pomoći ljudima sa neizlječivim tumorima."
"Već pravimo lijek na proizvodnim mjestima istraživačkog instituta", rekao je nadahnutim novinarima Andrej Simbircev, dodajući da se trenutno testiraju na miševima i da će stići do pacijenata za samo tri do četiri godine.
u čemu je kvaka?
Sve ovo zvuči vrlo inspirativno, međutim, proteini toplotnog šoka poznati su odavno, ali iz nekog razloga ljudi ih još uvijek nisu napravili lijek za sve vrste raka. Ovo je prilično velika porodica proteina koji se aktiviraju kao odgovor na stres kada temperatura poraste (a ponekad i padne). Oni pomažu ćeliji da se bori protiv efekata strukturne degradacije drugih proteina. Najpoznatiji primjer takve promjene je savijanje glavne komponente bjelanjka, albumina, pri prženju ili ključanju, kada iz prozirnog postane bijelo. Dakle, proteini toplotnog šoka eliminišu posledice ovih promena: oni "popravljaju" ili konačno koriste degradirane strukture. Mnogi proteini toplotnog šoka su pratioci koji pomažu drugim proteinima da se pravilno savijaju.
Referenca:
Šaperoni su klasa proteina čija je glavna funkcija obnavljanje tercijarne ili kvaternarne strukture proteina; oni također učestvuju u formiranju i disocijaciji proteinskih kompleksa.
Proteini toplotnog šoka nalaze se u svim ćelijama. Međutim, u različitim ćelijama (posebno tumorskim ćelijama, koje su veoma različite kod različitih tipova karcinoma, kako jedna od druge tako i od normalnih ćelija tela), ovi proteini se ponašaju različito. Na primjer, kod nekih vrsta raka, ekspresija proteina HSP-70 može biti ili povećana (kod malignog melanoma) ili smanjena (kod raka bubrega).
Da bismo razumeli o kakvoj vrsti proteina je reč i da li se zaista koristi u terapiji raka i može li pomoći kod svih njegovih vrsta, razgovarali smo sa doktorom bioloških nauka Aleksandrom Sapožnikovim. Ovaj naučnik rukovodilac je laboratorije za ćelijske interakcije na Institutu za bioorgansku hemiju imena M.M. Šemjakin i Yu.A. Ovčinnikov Ruske akademije nauka, koja se već dugi niz godina bavi jednim od najperspektivnijih proteina toplotnog šoka za razvoj u ovom pravcu. Ovaj članak je prokomentarisao na sljedeći način:
“Neću reći da je to glupost, ali ovo je apsolutno netačna informacija. Autor ideje o korištenju proteina toplotnog šoka molekulske težine 70 kilodaltona (tzv. HSP-70, na engleskom HSP70) je moj prijatelj i kolega Boris Margulis. Radi na Institutu za citologiju u Sankt Peterburgu.
On i njegova supruga Irina Guzhova cijeli život rade na ovom proteinu (ja to radim dugi niz godina, ali ne u istraživanjima vezanim za terapiju raka). Formalno, rukovodilac laboratorije je Irina, proučava povezanost proteina sa neurodegenerativnim bolestima, a Boris je šef odjeljenja. On je prva osoba na svijetu koja je predložila upotrebu "golog" proteina koji nije pun antigena povezanih s tumorom.
Nisam vjerovao u njegove ideje o takvoj upotrebi ovog proteina (zapravo, još nije dokazano da će biti efikasan). Ako "plešete od peći", tu je izvesni hinduista, Pramod Srivastava, koji je rođen u Indiji, ali je studirao, živi i radi u Americi. Davno je napravio ne samo "vakcinu" protiv tumora uz pomoć HTSH-70, već je otvorio kliniku i njome liječi oboljele od raka. Srivastava ekstrahuje ovaj protein direktno iz tumora: uzima biopsiju od pacijenata, vadi je iz komada tkiva (postoje posebni načini da se dobije veoma visoka frakcija ovog proteina).
Međutim, protein dobijen iz tkiva pacijenata oboljelih od raka snažno je povezan s peptidima povezanim s tumorom - onim znakovima tumora koje imunološki sistem prepoznaje. Stoga, kada se ovaj kompleks daje pacijentima, kod velikog broja pacijenata se razvija imuni odgovor i postiže se pozitivan učinak za pacijenta.
Zapravo, prema statistikama, ovaj učinak ne premašuje učinak kemoterapije. Ipak, hemoterapija "truje" organizam, ali takva "vakcinacija" ne "truje" organizam. Ovo je veoma duga istorija, ovaj pristup se već dugo koristi u klinici.
Alexander Sapozhnikov. Doktor bioloških nauka, prof
Što se tiče Borisa Margulisa, on je (posebno na osnovu moje laboratorije) pokazao (i objavio rezultate svog rada) da ako se tumorskim ćelijama doda čist protein, bez ikakvog tumorskog opterećenja, onda taj egzogeni protein izaziva tumor. ćelije da na svojoj površini izlože iste peptide povezane sa tumorom koji se inače nalaze unutar ovih ćelija, u citoplazmi. Tada ih imunološki sistem prepoznaje, a tijelo će samo odbaciti te ćelije, boriti se protiv tumora.
To se pokazalo u kulturi in vitro, odnosno ne u telu, već u epruveti. Osim toga, Boris Margulis je tvrdio da ima samo leukemiju u djetinjstvu, budući da je povezan s kliničarima u Sankt Peterburgu. Ono što je Simbirtsev rekao u svom intervjuu već je proširenje ove metode korištenja golih, čistih proteina.
Mehanizam djelovanja ovog čistog proteina je prisiljavanje tumora da izvuče na površinu (kako ga je sam Margulis nazvao, "istisne") ove peptide sa svojim endogenim proteinom. Ovaj protein se nalazi u svim ćelijama, i ne postoji nijedna ćelija na svetu koja nema ovaj protein. Ovo je vrlo drevni, vrlo konzervativni protein, svi ga imaju (ne govorim sada o virusima).
Sam Margulis se ne bi bavio pretkliničkim istraživanjima, dobio je (prije pet godina) grant zajedno sa Institutom za visokopročišćene preparate. Očigledno kod ovog Simbirceva radi ovaj institut, čuo sam njegovo prezime mnogo puta, ali pošto je ovo Federalna medicinsko-biološka agencija, kojoj pripada Imunološki institut na Kaširki, u kojem sam radio dugi niz godina, onda najvjerovatnije radi se o Institutu za lijekove visoke čistoće, s kojim je dobio grant za pretklinička istraživanja. U sovjetsko vrijeme to je bio Treći odjel Ministarstva zdravlja. Upravo sa ovim institutom dobijen je grant za pretkliniku od Ministarstva prosvjete u iznosu od 30 miliona za tri godine, koji je okončan prije dvije godine.
Zavod za visokočiste lijekove je uradio svu papirologiju, izvijestili su o grantu, a za sljedeću fazu, promociju lijeka, potreban je i novac. Ovo je prva faza kliničkog istraživanja. Ovdje se Boris Margulis, koliko sam shvatio, već udaljio od razvoja, prepustivši ga na milost i nemilost Institutu visokočistih preparata.
Oni prave ovaj protein, pravili su biotehnologiju, imam ga čak i u frižideru, Boris je dao na testiranje. Prave ga u velikim količinama, čuvaju u liofilizovanom obliku (suvom), u sterilnim ampulama. Zapravo, ovaj lijek treba koristiti, možda sa nekim aditivima, u kliničkim ispitivanjima. Ali za ovo je potreban novac.
Kada sam slučajno video vest iz Simbircevovog intervjua, pročitao sam je, poslao Margulisi, pitao je da li ju je pročitao. Boris mi je odgovorio da je Andrej (kojeg dobro poznaje) napravio glupost i da se nije ni osvrnuo na autore. Autor ove ideje (da se čist protein koristi kao lijek protiv raka u onkologiji), ponavljam, je Boris Margulis. Ali, koliko sam čuo od njega u poslednje vreme, on se udaljio od ovog problema.
Radim na ovom proteinu, ali kao imunomodulator, kao i moja laboratorija. Malo smo radili sa antitumorskim svojstvima na modelima miševa. Zaista je bilo dobrih rezultata. Mislim na "goli" protein, on samo ima imunostimulirajuća svojstva. Inače, drugo veliko pitanje je šta je razlog njegovih imunostimulirajućih svojstava: sam protein ili neke sitne nečistoće, poput lipopolisaharida. Ovaj protein se dobija u bakterijskoj kulturi (in E.coli), ovo je najčešća tehnika za proizvodnju rekombinantnih proteina. Lipopolisaharidi (LPS) su sastavni dio ćelijskog zida bakterije i vrlo je teško do kraja očistiti kulturu od ove nečistoće. Naravno, čiste, ali ostaju neke oskudne koncentracije. Ove LPS nečistoće također imaju imunostimulirajuća svojstva jednostavno zato što je imunološki sistem evoluirao da se brani od bakterija. Čim se u organizmu pojavi „miris“ bakterija, aktivira se imuni sistem. Stoga mnogi autori danas vjeruju da imunostimulirajuća svojstva ovog proteina, koja također moduliraju antitumorski odgovor, nisu uzrokovana HSP-om kao takvim, već njegovom nečistoćom. Ali ovo pitanje je naučno, diskutabilno i nema nikakve veze sa praksom.
Sada, ponavljam, Boris Margulis se udaljava od ove teme, od onkologije, i radi na malim molekulima koji mogu regulisati proizvodnju ovog proteina. Kontaktirao je hemičare koji znaju kako da naprave inhibitore - takve specifične kinaze, neke vrste enzima unutar ćelija koji ih sprečavaju da rade. Inhibitori mogu reći nekom enzimu: "Ne, nemaš pravo da radiš."
To se radi vrlo jednostavno: svi enzimi imaju mjesto vezivanja sa supstratom, i ako uzmete neki mali molekul koji se integrira u ovaj centar vezivanja supstrata, više neće moći obraditi ovaj supstrat. Boris sada radi na molekulima koji inhibiraju intracelularnu sintezu ovog HSP-70. I zaista, takvi su molekuli vrlo relevantni, i to ne samo za fundamentalnu biologiju, već i za praksu, kliničku medicinu."
Učitavanje ...