Hogyan néz ki a molekuláris hőmérő? Ez a kérdés sokkal bonyolultabb, mint amilyennek első pillantásra tűnhet. Nyilvánvalóan a sejt által használt "hőmérő", amely az egyik legfontosabb szerepet tölti be a sejtproteóm stabilitásának megőrzésében, transzkripciós faktorok és speciális fehérjék - chaperonok - rendszere. hősokkfehérjék, amelyek nemcsak a hőmérséklet emelkedésére reagálnak (ez csak az első felfedezett funkciója ennek a fehérjeosztálynak), hanem más, a sejtet károsító élettani hatásokra is.
A chaperonok a fehérjék egy osztálya, amelyek fő funkciója a sérült fehérjék megfelelő harmadlagos szerkezetének helyreállítása, valamint a fehérjekomplexek képződése és disszociációja.
A chaperon rendszer reagál a sejt élete során fellépő károsodásokra, és biztosítja a riboszomális „összeszerelő vonalból” leszálló aminosavláncok felhajtásának - feltekeredésének helyes áthaladását háromdimenziós struktúrákká. Annak ellenére, hogy nyilvánvaló e rendszer rendkívüli fontossága, sokáig az azt vizsgáló szakemberek közül senki sem feltételezte, hogy ez a molekuláris hőmérő egyúttal egyfajta "fiatalság forrása" is a sejt számára, és tanulmányozása lehetőséget ad. hogy számos betegséget új, korábban ismeretlen szemszögből nézzünk meg...
A fehérjék, amelyek a genom működésének fő termékei, nemcsak a szerkezetet alkotják, hanem biztosítják minden sejt, szövet és szerv működését. Az aminosavszekvenciák szintézisében fellépő zavarok hiánya; a fehérjemolekulák képződése, összeállítása és szállítása, valamint a sérült fehérjék eliminálása elengedhetetlen szempont mind az egyes sejtek, mind az egész szervezet egészségének megőrzésében. A fehérjék a bioszintézis folyamatait támogató "molekuláris gépek" kialakulásához és hatékony működéséhez szükséges anyagok is, amely folyamat kritikus a szervezet élettartamának biztosításában. Sok probléma a fehérjék alapvető hajtogatási folyamatának megzavarásából fakad. Az "OTC" munkájában fellépő zavarok, amelyeket hősokk-fehérjék és chaperonok képviselnek, hibák megjelenéséhez és felhalmozódásához vezetnek. Ezek a hibák megzavarják a molekuláris mechanizmusok munkáját, ami különféle betegségek kialakulásához vezethet. Az ilyen hibák előfordulása az idegsejtekben valóban szörnyű következményekkel jár, amelyek olyan neurodegeneratív betegségek kialakulásában nyilvánulnak meg, mint a sclerosis multiplex, valamint a Huntington-, Parkinson- és Alzheimer-kór.
A Ferruccio Ritossa által 1962-ben felfedezett hősokk-reakciót a gyümölcslegyek nyálmirigyeinek sejtjeiben a sűrűn tömött kromoszómák szerveződésének hőmérséklet által kiváltott változásaként írják le, ami úgynevezett "duzzanatokhoz" vezet. Az ilyen, a mikroszkóp alatt vattacsomóknak tűnő duzzanatokat szorosan egymáshoz tömött kromoszómák közé szorítva a dinitrofenol, etanol és szalicilsav sói hatására is megjelennek.
Kiderült, hogy a kromoszómák dudorai a transzkripció új régiói, amelyek megjelenésük után néhány percen belül megkezdik az új hírvivő RNS-ek szintézisét. Ennek a folyamatnak a fehérjetermékeit ma már széles körben hősokkfehérjékként ismerik, amelyek közül a legtöbbet tanulmányozott a Hsp90 és a Hsp70. Az ebbe a családba tartozó fehérjék szabályozzák az aminosavláncok feltekeredését, és megakadályozzák a hibás fehérjemolekulák megjelenését minden élő szervezet sejtjében.
Az 1970-es évek végén és az 1980-as évek elején a sejtbiokémia eredeti technikájával, amely lehetővé teszi a megfelelő fehérjék szekvenciáját kódoló hírvivő RNS-ek mennyiségének növelését, a tudósoknak sikerült klónozniuk a gyümölcslégy első hősokk-génjeit. Akkoriban a szakemberek azon a véleményen voltak, hogy a hősokk-reakció kizárólag a Drosophila szervezetére jellemző. Richard Morimoto ebben a szakaszban járult hozzá először a hősokk-fehérjék tanulmányozásához. Kiterjedt DNS-gyűjteményt gyűjtött össze többsejtű élőlényekből, és a Southern-blot módszerrel kimutatta, hogy mindegyik a Hsp70 gén analógjait tartalmazza, amelyek szerkezetükben szinte azonosak. Ugyanebben az időben Jim Bardwell és Betty Craig, a Madison-i Wisconsin Egyetem munkatársa azonosította a dnaK gént az Escherichia coli genomjában, amely szintén a Hsp70 analógja. A kérdéskör további részletes vizsgálatának eredménye az a felismerés, hogy a hősokk-gének az evolúció során gyakorlatilag változatlan formában jelen vannak az élővilág mind az öt birodalma képviselőinek genomjában.
A következő előrelépés a következő események láncolatában a transzkripciós faktorok családjának azonosítása volt, amelyek szabályozzák a hősokk-reakció első szakaszának beindítását. Ebben a munkában több kutatócsoport vett részt különböző egyetemekről, köztük a Morimoto csoport is. A tudósok kimutatták, hogy a sejthőmérséklet emelkedése megváltoztatja ezeknek a transzkripciós faktoroknak az alakját, ami megkönnyíti a hősokk-gének promótereihez való kötődésüket, amelyek beindítják a hősokkfehérjék szintézisét. Sőt, az is kiderült, hogy az élesztőgombákkal, a gyümölcslegyekkel és a Caenorhabditis elegans fonalférgekkel ellentétben, amelyeknek csak egy transzkripciós faktora van a hősokkgénekhez, az emberi sejteknek három ilyen faktora van. A vizsgált gének expressziójának szabályozásának ilyen összetett sémája a tudósokat a multifunkcionalitás gondolatához vezette, amely további vizsgálatot igényel.
További vizsgálatok kimutatták, hogy a hősokkfehérjék maguk szabályozzák a transzkripciós faktor működését, ami beindítja termelődését a sejtmagban. Nyilvánvalóvá vált az is, hogy a hősokk-fehérjék a molekuláris chaperonok funkcióit látják el - szabályozzák az aminosavláncok feltekeredését, biztosítva a fehérjemolekulák megfelelő térbeli konformációinak kialakulását, valamint azonosítják és kiküszöbölik a folyamat zavarait. Így kiderült, hogy a sejthőmérő nemcsak hőmérsékletet mér, hanem azt is figyeli, hogy a sejtben a hibás és sérült fehérjék megjelennek-e. A hősokk és egyéb stresszhatások abnormális fehérjékkel töltik meg a sejtet, amelyre a chaperonok úgy reagálnak, hogy megkötik ezeket a fehérjéket, és felszabadítják a hősokk transzkripciós faktor-1-et (Hsf1). Ennek a faktornak a molekulái spontán módon trimereket (három molekulából álló komplexeket) képeznek, amelyek a genom megfelelő régióihoz kötődnek, amelyek viszont hősokk-fehérjék szintézisét váltják ki. A hősokkfehérjék koncentrációjának ezt követő, a visszacsatolási elv szerint a kívánt szintre történő növelése elnyomja a Hsf1 transzkripciós faktor transzkripciós aktivitását.
A hősokkfehérjék sejtvonalakon történő működésének vizsgálata erősen behatárolta a kutatók lehetőségeit, mivel nem adott információt az ezzel járó, az egész szervezetet érintő változásokról. Ezért 1999 körül Morimoto és kollégái úgy döntöttek, hogy egy új modellre váltanak - a C. elegans orsóférgekre. Különösen Max Perutz 1994-ben publikált munkája ihlette meg őket, aki megállapította, hogy egy súlyos neurodegeneratív betegség - a Huntington-kór - oka a huntingtin nevű gén speciális mutációja. Ez a mutáció egy fehérjeváltozat szintézisét eredményezi, amely egy további fragmentumot tartalmaz a hosszú láncú aminosavból, a glutaminból, ami nyilvánvalóan megzavarja a normál hajtogatási folyamatot. Az ilyen abnormális fehérjemolekulák neuronokban való aggregációja Huntington-kór kialakulásához vezet. A kutatók azt feltételezték, hogy olyan fehérjék tanulmányozása, amelyek molekulaképződése a poliglutamin expressziója vagy hasonló okok miatt megszakadt, segít megérteni a molekuláris hőmérő működését.
Miközben több poliglutamin szekvenciát tartalmazó fehérjék neuronokban és izomsejtekben történő expressziójának állati modelljeinek létrehozásán dolgoztak, a kutatók azt találták, hogy az ilyen fehérjék aggregációjának mértéke és a kapcsolódó toxicitás arányos a szervezet hosszával és életkorával. Ez arra késztette őket, hogy elhiggyék, hogy a szervezet élettartamát szabályozó, inzulin által közvetített jelátviteli mechanizmus elnyomása hatással lehet a poliglutamin tartalmú fehérjék aggregációjára. A további vizsgálatok eredményei megerősítették a feltételezett kapcsolat fennállását, valamint azt is, hogy a Hsf1 transzkripciós faktor működésének a szervezet élettartamára gyakorolt hatását inzulinfüggő jelátviteli mechanizmus közvetíti. Ezek a megfigyelések nyilvánvalóvá tették, hogy a hősokk-reakció egyformán fontos a szervezet túlélése szempontjából akut stressz körülmények között, valamint a fehérjék toxikus hatásának folyamatos semlegesítésében, amely negatívan befolyásolja a sejtek működését és élettartamát.
Az élő szervezetek kísérleti modellként való felhasználása lehetővé tette a tudósok számára, hogy minőségileg új szintre emeljék a kutatást. Elkezdtek figyelni azokra a mechanizmusokra, amelyek segítségével a szervezet felfogja és molekuláris szinten integrálja a kívülről érkező információkat. Ha a stressz befolyásolja az öregedési folyamatot, akkor logikus az a feltételezés, hogy a hősokk fehérjék, amelyek regisztrálják a megjelenést és megakadályozzák a sérült fehérjék felhalmozódását a sejtben, eléggé képesek lassítani az öregedési hatások kialakulását.
Az a tény, hogy az aggregációra hajlamos fehérjék felhalmozódásával összefüggő számos betegséget az öregedés tünetei jellemeznek, és minden, a fehérjemolekulák képződésének zavarán alapuló betegség az öregedéssel jár együtt, arra utal, hogy a hőmérsékletre érzékeny metastabil fehérjék elvesztik funkcionalitásukat azáltal, hogy test öregszik. Valójában a C. elegans-szal végzett kísérletek kimutatták, hogy a Hsf1 transzkripciós faktor által kiváltott mechanizmus, valamint más sejtvédelmi rendszerek működése szinte azonnal halványulni kezd, miután a szervezet eléri az érettséget. Kiderült azonban, hogy a Hsf1 transzkripciós faktor aktiválása a fejlődés korai szakaszában megakadályozhatja a fehérjemolekulák stabilitásának (proteosztázis) megzavarását.
Talán ez a nagyon érdekes lehetőségeket sejtető megfigyelés nem vonatkozik a bonyolultabb többsejtű szervezetekre, de minden élőlény fehérjékből áll, így a nagy valószínűséggel orsóférgekkel végzett kísérletek során kapott eredmények segíthetik a tudósokat az emberi működés mechanizmusainak megértésében. öregedés.
Ezzel azonban még nem ért véget a történet. A Morimoto professzor vezetésével nemrégiben végzett munka eredményei azt mutatják, hogy léteznek olyan proteosztázis korrekciós mechanizmusok, amelyek nem igényelnek közvetlen beavatkozást a Hsf1 transzkripciós faktor működésébe. A kutatók úgy döntöttek, hogy elvégzik a C. elegans mutánsok klasszikus genetikai szűrését, kimutatva az izomsejtek fehérjemolekulák képződésének rendellenességeit. Ennek eredményeként azt találták, hogy az ezt a folyamatot befolyásoló mutáció egy olyan transzkripciós faktor génjében található, amely a gamma-aminovajsav (GABA) neurotranszmitter termelését szabályozza. A GABA szabályozza a serkentő neurotranszmitterek működését és szabályozza az izomtónust. Érdekes tény, hogy a GABA által közvetített mechanizmusok stabilitásának bármilyen megsértése hiperstimulációhoz vezet, ami arra kényszeríti a posztszinaptikus izomsejteket, hogy reagáljanak a nem létező stresszre, ami a fehérjemolekulák képződésének megsértéséhez vezet. Vagyis kiderült, hogy a neuronok aktivitása befolyásolhatja a szervezet más sejtjei molekuláris hőmérőinek működését, ami tovább bonyolította a kialakuló képet.
Ha ez a mechanizmus kiterjed az emberre is, akkor a tudósok talán képesek lesznek olyan módszert kidolgozni a neuronok befolyásolására, amely a hősokkfehérjék aktiválásához vezet a vázizomsejtekben, és segít megszüntetni az izomdisztrófia és a motoros neuronok egyéb betegségeinek tüneteit. . Valószínűleg ennek a mechanizmusnak a manipulálása lehetővé teszi az öregedéssel összefüggő sérült fehérjék felhalmozódásának szabályozását. Sajnos azonban nem minden olyan egyszerű, mint szeretnénk. A C. elegans szervezetében a hősokk-reakció kialakulását minden felnőtt szomatikus sejtben egy pár neuron szabályozza. Úgy tűnik, hogy ezeknek a neuronoknak az aktivitása és a visszacsatolási mechanizmus lehetővé teszi a sejtek és szövetek számára, hogy speciális igényeiknek megfelelően aktiválják a hősokk-fehérjéket. A tény az, hogy a különböző szöveteket a fehérje bioszintézisének eltérő aktivitása, valamint a külső hatások eltérő súlyossága és jellege jellemzi. Ezért egy univerzális megközelítés a hősokk reakciójának szabályozására elvileg lehetetlen.
Munkájuk eredményeivel és ígéretes ötleteivel felvértezve Morimoto és több kollégája megalapította a Proteostasis Therapeutics nevű céget, amelynek célja olyan terápiás kismolekulák azonosítása, amelyek képesek korrigálni a hibás fehérjemolekulák felhalmozódásának kóros hatásait. Ez a megközelítés meglehetősen magas kockázattal jár, mivel számos rosszindulatú betegségben megemelkedik a hősokk-fehérjék szintje. Morimoto és társai azonban úgy vélik, hogy az általuk fejlesztett irány túl sok lehetőséget rejt magában ahhoz, hogy figyelmen kívül hagyjuk.
A szerzőről
Richard Morimoto professzor doktori disszertációja megvédése után teljes munkáját a hősokkfehérjék működésének és öregedésben betöltött szerepének tanulmányozásának szentelte. Morimoto megtette első lépéseit választott irányba a Harvard Egyetemen, Dr. Matt Meselson irányítása alatt. Richard Morimoto jelenleg az Illinois állambeli Evanston állambeli Northwestern Egyetem Orvosbiológiai Kutatóintézetének Rice Institute igazgatója, valamint a Proteostasis Therapeutics alapító tagja, Cambridge, Massachusetts.
Jevgenyija Rjabceva
Az "Örök Ifjúság" portál a The Scientist anyagai alapján: Richard Morimoto,
Szerkezeti és funkcionális változások magas hőmérséklet hatására. A magas hőmérsékletű expozíció elsősorban a membránok folyékonyságát érinti, aminek következtében megnövekszik a permeabilitása és a vízben oldódó anyagok felszabadulása a sejtből. Ennek eredményeként a sejtek számos funkciója, különösen azok osztódása, dezorganizálódik. Tehát, ha 20 ° C-os hőmérsékleten minden sejt mitotikus osztódáson megy keresztül, 38 ° C-on - minden hetedik, és 42 ° C-on - csak minden ötszázadik sejt.
A membránlipidek megnövekedett folyékonysága a membrán összetételének és szerkezetének a túlmelegedés során bekövetkező változása következtében a membránhoz kötött enzimek aktivitásának elvesztéséhez és az ETC aktivitásának megzavarásához vezet. A fő energiatermelő folyamatok - fotoszintézis és légzés - közül a legérzékenyebb a fotoszintézis ETC, különösen a II. fotorendszer (PS II). Ami a fotoszintézis enzimeit illeti, a fotoszintézis C3 ciklusának fő enzime, az RBP karboxiláz meglehetősen ellenáll a túlmelegedésnek.
A túlmelegedés észrevehetően befolyásolja a növény vízrendszerét, gyorsan és jelentősen növeli a párologtatás intenzitását. Ennek eredményeként a növényben vízhiány alakul ki. A szárazság a hővel és a magas napsugárzással kombinálva maximálisan negatív hatással van a növényekre, megzavarva a fotoszintézissel, a légzéssel és a vízrendszerrel együtt az ásványi tápanyagok felszívódását.
A hősokk károsodásának molekuláris vonatkozásai. A hő károsítja a sejtben elsősorban a fehérjéket, különösen az enzimeket, megzavarja a fehérje bioszintézis folyamatát de novo, gátolja az enzimek aktivitását, indukálja a meglévő fehérjék lebomlását. Ennek eredményeként eltűnhetnek a sejtek működéséhez fontos enzimkészletek mind a stressz, mind az azt követő helyreállítás során. A legfontosabb növényi enzimek többsége termolabilis, beleértve a RuBisCO-t, a katalázt és az SOD-t. A RuBisc gátlása a fő oka az IF magas hőmérsékleten történő csökkenésének. A hő emellett elnyomja a szacharóz keményítővé alakításának képességét árpában, búzában és burgonyában, ami azt jelzi, hogy az átalakulási láncban egy vagy több enzimet erősen gátolja a hő. A hőnek a búza endospermiumában lévő oldható keményítő-szintáz aktivitására gyakorolt közvetlen hatása mind in vitro, mind in vivo gátolja a keményítő felhalmozódását.
A magas hőmérséklet több növényfajban gátolta a kataláz aktivitást, míg más antioxidáns enzimek aktivitása nem csökkent. A rozsban a kataláz aktivitás változása reverzibilis volt, és nem hagyott látható károsodást a hőség leállítása után, míg az uborkában a kataláz aktivitás helyreállítása lelassult (gátolt), és klorofill elszíneződés kísérte, ami jelentősebb oxidatív károsodásra utal. Az emelt hőmérsékleten (35 °C) nevelt kukorica palántákban az SOD aktivitása alacsonyabb volt, mint viszonylag alacsony hőmérsékleten (10 °C).
A hő megsértette a membránok integritását, ami megnövekedett ionok és oldatok áteresztőképességéhez vezetett. Ugyanakkor a membránhoz kapcsolódó fotoszintézis, légzés és asszimilátum transzport enzimek aktivitása megszakadt. A hő növelte a zsírsavak telítettségét az EPR membrán foszfolipidekben. Szélsőséges hőviszonyok között membránjai szelektíven károsodtak, ami az mRNS (3-amiláz) lebomlását okozta. Ugyanakkor a hő által kiváltott anyagok membránon keresztüli szivárgása befolyásolja a fő sejtrészek redoxpotenciálját, ami viszont megzavarja. az anyagcsere folyamatok lefolyása a sejthalálig.
Az oxidatív stresszt a közelmúltban a hő növényekre gyakorolt hatásának egyik legfontosabb negatív tényezőjeként ismerték fel. A hő egyensúlyhiányt okoz a pigmentek által elnyelt napsugárzás mennyisége és az elektronok citokrómon keresztül történő szállítása között – ezt a folyamatot fotogátlásnak nevezik. A felesleges energia oxigénbe kerülhet, ami ROS képződéséhez vezet. A sejtekben az oxidatív károsodás fő területei a mitokondriumok és a kloroplasztiszok, ahol az elektrontranszport károsodik. A kloroplasztiszokban a magas hőmérsékletű stressz a fotoszintézis fotogátlását és a kataláz inaktiválását okozza, ami a ROS felhalmozódásához és a klorofill elszíneződéséhez vezet. A Photosystem II a legérzékenyebb a hőhatásra, ami a PS II komplex funkcionális összetevőinek széteséséhez, és ennek megfelelően a PS I és PS II közötti elektrontranszport megzavarásához, valamint az elektronfluxus növekedéséhez vezet. molekuláris oxigén és a ROS képződése. Ennek hatására csökken az IF, ami a hő hatására bekövetkező termésveszteség fő oka.
Hősokk fehérjék. A hősokkfehérjék (HSP) szintézisét a hőmérséklet emelkedésére válaszul 1974-ben fedezték fel. Ez minden élő szervezetre jellemző, beleértve a magasabb és alacsonyabb növényeket is. A HSP-t minden szervezetben polipeptidek nagy halmaza képviseli, amelyeket általában a kilodaltonban (kDa) kifejezett molekulatömegnek megfelelően neveznek el. Például a 70 kDa molekulatömegű HSP-ket HSP 70-nek nevezik. A HSP-k jelentős szerepét a sejtek életében bizonyítja fejlődésük nagyfokú konzervativitása. Így a HSP 70 evolúciójában az egyes helyek több mint 90%-os homológiát őriznek meg baktériumokban és emberekben. A növényi HSP-ket a nagy molekulatömegű (110-60 kDa) és az alacsony molekulatömegű (35-15 kDa) fehérjék csoportja képviseli. A növények megkülönböztető jellemzője az alacsony molekulatömegű HSP-k sokasága és a hősokk (HS) során történő szintézisük nagy intenzitása.
A HSP szintézis egy stresszes hősokk-program, amely akkor következik be, amikor a hőmérséklet 8-10 °C-kal a normál fölé emelkedik. Így az árpalevelekben a maximális HSP szintézis 40 ° C-on, a rizslevelekben pedig 45 ° C-on érhető el. A normál sejtélet stresszes programra való átállítása magában foglalja a gének expressziójának gátlásával járó genom-átprogramozást, amelyek aktivitása a normál körülmények között jellemző életre jellemző, valamint a HS gének aktiválását. Növényi sejtekben a HSP-ket kódoló mRNS a stressz kezdete után 5 perccel kimutatható. Emellett a normál körülményekre jellemző fehérjéket szintetizáló poliszómák lebomlása és a HSP-ket szintetizáló poliszómák kialakulása következik be. A HSP szintézis gyors aktiválása nemcsak a transzkripció (RNS-szintézis a DNS-en), hanem a transzláció (fehérjeszintézis az mRNS-en) szintjén is számos esemény összehangolásának eredményeként érhető el. A hősokk változásokat okoz a sejtben a sokk előtt szintetizált mRNS-ben, amely a fehérje transzlációs faktorok és riboszomális fehérjék módosulásával jár. Ezenkívül a HSP mRNS-ek különböznek a hagyományos fehérjék mRNS-eitől. A HS hatására a közönséges fehérjék szintézisének gyengülése, majd leállása, valamint a fehérjeszintézis apparátusának átállása a HSP-k szintézisére, amelyek már a HS megjelenése után 15 perccel megtalálhatók a sejtben. A maximális szintézis 2-4 óra múlva figyelhető meg, majd csökken.
A különböző HSP-k szintézise különböző hőmérsékleteken megy végbe. A kloroplasztiszokban a nagy molekulatömegű HSP-k szintézise 34-42 ° C-on aktiválódott, 44 ° C-on gyengült, 46 ° C-on pedig élesen csökkent. Az alacsony molekulatömegű HSP-k szintézisének indukciója különösen 40-42 ° C-on volt észrevehető. A RuBisc szintézisének jelentős gátlása csak 44 ° C feletti hőmérsékleten fordult elő. A kimutatott kloroplasztisz-HSP-k szinte mindegyike a sejtmagban kódolódik, a citoplazmában szintetizálódik, majd a kloroplasztiszba kerül, ahol védő funkciót lát el a HS során. A hősokk lejárta után a HSP szintézis leáll, és a sejtre jellemző fehérjék szintézise normál hőmérsékleti körülmények között újraindul. Ebben az esetben a HSP mRNS-ek gyorsan lebomlanak a sejtekben normál hőmérsékleten, míg maguk a fehérjék sokkal tovább fennmaradhatnak, láthatóan növelve a sejtek hőállóságát. A sejtek hosszan tartó HS-nek való kitettsége általában a HSP szintézis gyengüléséhez és leállásához is vezet. Ebben az esetben aktiválódnak azok a mechanizmusok, amelyek a HSP gének expresszióját a visszacsatolási elv alapján szabályozzák. A HSP-k sejtekben történő felhalmozódása csökkenti génjeik aktivitását. Lehetséges, hogy így a sejt a szükséges szinten tartja a HSP-k számát, megelőzve azok túltermelését.
Általában a hőmérséklet növekedésére válaszul a megfelelő fehérjék szintetizálódnak, ami hozzájárul a test hőellenállásának növekedéséhez. A HSP-k védő szerepét egy molekuláris chaperon modell írja le (angolul fordítva - útmutató, mentor egy fiatal számára). Extrém körülmények között a HSP-k „gondoskodnak” specifikus makromolekulák, sejtstruktúrák működéséről, megszabadítják a sejteket a sérült komponensektől, ami lehetővé teszi a sejthomeosztázis fenntartását. A HSP 70 kölcsönhatása más fehérjékkel az ATP/ADP aránytól függ. Úgy gondolják, hogy az ADP-vel alkotott komplexben lévő HSP 70 megtartja magán a feltekert fehérjét, és az ADP ATP-vel való helyettesítése ennek a fehérjének a felszabadulásához vezet a HSP 70 komplexből.
Ennek a modellnek megfelelően a HSP-k növelik a sejtek hőellenállását, a következő folyamatokat biztosítva: a fehérjék natív szerkezetének energiafüggő stabilizálása; az oligomer szerkezetek helyes összeállítása hipertermia körülményei között; anyagok szállítása az organellumok membránjain keresztül; a helytelenül összeállított makromolekuláris komplexek szétbontása; a sejt felszabadulása a denaturált makromolekulákból és a bennük lévő monomerek újrahasznosítása ubiquitinek segítségével. Az ubiquitinek alacsony molekulatömegű hősokk-fehérjék, amelyek polipeptidhez való kapcsolódása a proteázok célpontjává teszi. Ez egyfajta "haláljel" a fehérjék számára. Segítségükkel megtörténik a HS hatás következtében sérült és befejezetlen fehérjék selejtezése és eltávolítása.
Számos tény tanúskodik a HSP védő funkciója mellett a HS-ben. Különösen kimutatták, hogy a fehérjeszintézis specifikus inhibitorok általi leállítása a HS során, amikor a HSP szintézis megtörténik, sejthalálhoz vezet. A sejteket meg lehet keményíteni, növelve hőstabilitásukat előzetes rövid távú, magas hőmérsékletnek való kitétellel. Az ilyen kioltás feltételei egybeesnek a HSP szintézis indukciójának feltételeivel. Érdekes módon a HSP növényekben történő szintézise nemcsak HS-t indukál, hanem például kadmium sókat és arzenitet is, amelyekkel történő kezelés növeli a sejtek hőállóságát. Azt is fontos hangsúlyozni, hogy a génszerkezetben bekövetkező változások (mutációk), amelyek megzavarják a HSP szintézist, a sejtek hőrezisztenciájának elvesztéséhez vezetnek. Az egyes HSP stressz alatti specifikus funkcióinak további vizsgálata lehetővé teszi a HSP-ben a védőtulajdonságok kialakulásának és működésének molekuláris mechanizmusainak feltárását.
A legtöbb HS fehérjéhez rokon fehérjék vannak a sejtekben, amelyek normál hőmérsékleten folyamatosan vagy az ontogenezis bizonyos fázisaiban szintetizálódnak. Kiderült, hogy ezek a fehérjék, különösen a HSP 70, más fehérjékhez kötődnek, ezáltal kibontakoznak, és megakadályozzák aggregációjukat. Ez utóbbi megakadályozhatja, hogy a fehérje megszerezze a funkcionális aktivitásához szükséges natív konformációt. A fehérjék HSP-k segítségével történő kibontása szükséges ahhoz, hogy a kloroplasztiszok, mitokondriumok és EPR membránján keresztül átjussanak. Mivel a fehérjék aggregációja meredeken növekszik a hőmérséklet emelkedésével, a HSP 70 szintézisének ilyen körülmények között történő aktiválása megóvja a fehérjéket az irreverzibilis károsodástól. A HSP-k minden sejtkompartmentben jelen vannak, különösen a sejtmagban és a sejtmagokban, ahol felhalmozódnak a HS során. A HSP 70 elősegíti a citoplazmában szintetizált kloroplasztisz és mitokondriális fehérje prekurzorok membránon való átjutását, szerepet játszik ezen organellumok biogenezisében. A chaperonokkal is rokon HSP 60-at chaperoninoknak is nevezik. Ezek a fehérjék biztosítják a sejtfehérjék kvaterner szerkezetének megfelelő összeállítását, például a fotoszintézis kulcsenzimét, a RuBisc-et, amely nyolc nagy és nyolc kis alegységből áll. A chaperonok csoportjába tartozik a HSP 90 is, amely fontos szerepet játszik a szteroid hormonok receptoraival alkotott komplexének kialakításában. Ezenkívül a HSP 90 komplexeket képez néhány protein-kinázzal, szabályozva azok aktivitását. Mint tudják, a protein-kinázok számos sejtfehérjét foszforilálnak, szabályozva azok aktivitását.
Növényekben több mint 30 kis molekulatömegű (15-35 kDa) HSP-t találtak, amelyek főként citoplazmatikus hősokk granulátumokban lokalizálódnak, amelyek a HS alatt jelennek meg, majd eltűnnek. Fő funkciójuk a "sokk előtti" mRNS-ek védelme, ami lehetővé teszi, hogy a sokk befejezése után fehérjeszintézishez használják fel őket. Az alacsony molekulatömegű HSP-k más kompartmentekben is megtalálhatók, különösen a kloroplasztiszokban. Úgy tartják, hogy megvédik a tilakoid membránokat a HS-től, ahol a fotoszintézis fényfázisának folyamatai lokalizálódnak.
Egyes növényekben konstitutív (nem indukált) HSP szintézist találtak, különösen a pollen képződése során. Lehetséges, hogy a sokk előtti HSP-k biztosítják a hőstabilitást a HSP során. A HSP mellett a hő más osztályokhoz tartozó fehérjék, különösen a kalmodulin expresszióját is indukálja.
Hősokk anyagcsere. Nagyon kevés célzott tanulmány létezik a növények anyagcseréjéről a HS hatására, és ezekben a kísérletekben a HS és a szárazság gyakran egyidejűleg hatott. Ez nagyon fontos szempont, mivel a növények válasza a szárazság és a HS kombinációjára eltér az egyéni stresszorokra adott választól. Így a stressz kombinációja hatására a növények számos oldható cukrot halmoztak fel, köztük szacharózt, malátát, trekallózt, fruktózt és glükózt. Szárazság hatására a prolin felhalmozódik, míg a HS hatására, valamint a HS és aszály kombinációja hatására a prolin nem halmozódott fel a növényekben. TS körülmények között a prolin vagy intermedierje (pirrolin-5-karboxilát) mérgező, ezért a prolin nem alkalmas kompatibilis ozmolitként. A HS és a szárazság egyidejű hatására a glutamin tartalma meredeken növekszik. Nyilvánvalóan, ha a prolin bioszintézis gátolt, a glutamát glutaminná alakul. Ezzel egyidejűleg aktiválódnak a keményítő hasítást és lipid bioszintézist kódoló gének, valamint fokozódik a hexokinázt, glükóz-6-foszfát dehidrogenázt, fruktokinázt és szacharóz-UDP-glükoziltranszferázt kódoló gének expressziója. A génexpresszió transzkripciós szintű változásai jelentik a fő tényezőt a szénhidrát-anyagcsere átprogramozásában.
A HS hatására az Arabidopsis palántákon az ANA-ból és PVA-ból nyert számos aminosav és amid (aszparagin, leucin, izoleucin, treonin, alanin és valin) halmazának szinkron növekedését állapították meg. Emellett nőtt a szénhidráttartalom: maltóz, szacharóz, galaktinol, mioinozitol, raffinóz és monoszacharidok, a sejtfal prekurzorai. Már 6 óra elteltével megnőtt a b-alanin, glicerin, maltóz, szacharóz, trekallóz koncentrációja.
Fotoszintézis, transzspiráció és légzés. A sztóma vezetőképessége a növények CO2- és H2O-anyagcseréjének szabályozásához szorosan kapcsolódó mutató. Számos adat utal arra, hogy a magas hőmérséklet sztómazáródást vált ki, ami közvetett reakciónak tekinthető a vízgőznyomás-deficit és a levéllégzés hőmérsékletfüggésére. Így a sztómák részleges záródása a CO2 intracelluláris koncentrációjának növekedésének a következménye. A sztómák kívánt záródása azonban nem vezet a fotoszintézis csökkenéséhez, mivel a sztóma konduktancia és az IF hőmérsékletfüggése nem esik egybe. Így a sztóma vezetőképessége megnő olyan hőmérsékleten, hogy a fotoszintézis visszafordíthatatlanul gátolt.
Bár úgy tűnik, hogy a sztóma vezetőképessége nem befolyásolja közvetlenül az IF-et, segít a párologtatás szabályozásában, ami a levél hőmérsékletének szabályozásával befolyásolja a fotoszintetikus folyamat hőállóságát. Egyes kultúrnövények megfelelő nedvességellátású növényeiben a hőszabályozás miatt a levegő hőmérséklete közel 8 °C-kal alacsonyabb lehet, mint a termés feletti levegő hőmérséklete. Ugyanakkor a talaj nedvességhiányával ellentétes kép figyelhető meg - a vetésben a levelek hőmérséklete csaknem 15 ° C-kal meghaladja a környezeti levegő hőmérsékletét, ami fokozza a vízhiány negatív hatását az IF-re.
A búza és a legtöbb C3-as termény nettó fotoszintézisének intenzitása 15-30 °C tartományban meglehetősen stabil. E hőmérsékleti tartomány alatt és felett az IF fokonként 5-10%-kal csökken (3.1. ábra). A nettó fotoszintézis viszonylag jelentéktelen változása a 15-30 °C-os tartományban nem rejtheti véka alá azt a tényt, hogy a bruttó fotoszintézis valójában a hőmérséklet emelkedésével növekszik. A teljes növény ID-jének egyidejű növekedése és különösen a fotorespiráció miatt azonban a nettó fotoszintézis intenzitása alig változik.
Ebben a tekintetben észrevehető különbségek vannak a C3 és C4 tenyészetek között, és a C4 fajokban a nettó fotoszintézis optimális intenzitása magasabb hőmérsékleten (30-40 °C) figyelhető meg. Fotorespirációjuk jelentéktelen, aminek következtében a CO2 megkötésének növekedését a hőmérséklet emelkedésével nem takarják el a fotorespirációs költségek. Valójában a C4 fajok nettó fotoszintézisének magasabb hőmérsékleti optimuma a C3 fajokhoz képest az előbbieknél magasabb hőmérsékleten alacsonyabb légzési költségekkel magyarázható. A fotoszintetikus berendezésükben visszafordíthatatlan változások csak akkor figyelhetők meg, ha a hőmérséklet meghaladja a 40 °C-ot, főként a PS II károsodása miatt, amely néhány percen belül következik be a HS hatás kezdete után, ami döntő hatással van a termésre.
Hősokk hősokk- hősokk.
A test stresszes állapota magas hőmérsékletnek való kitettség után, különösen T.sh. poliploidia kiváltására használják<indukált poliploidia> főleg vízben szaporodó állatoknál (halak, puhatestűek): a víz hőmérsékletét 2-20 percre 29-33 o С-ra emelik. (a normál inkubációs hőmérséklet általában 15-20 o C) 3-10 perc elteltével. (triploidia kiváltása) vagy 20-40 perc után. (tetraploidia kiváltása) megtermékenyítés után; arra is képes T.sh. specifikus hősokkfehérjék aktivitásának elemzése<hősokk fehérjék>, puff tevékenység<püfölni> gyümölcslegyekben (ebben az esetben T.sh. 41-43 o C-on).
(Forrás: "The English-Russian Explanatory Dictionary of Genetic Terms." Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moszkva: VNIRO Publishing House, 1995)
Nézze meg, mi a "hősokk" más szótárakban:
Hősokk- * seplavi sokk * hősokk stresszes állapota a szervezetnek a magas hőmérsékletnek való kitettség miatt. T. sh. Ezt használják: a) poliploidia (lásd) indukálására halakban, puhatestűekben, az egyedek inkubációjára a megtermékenyítés után tо = 29 33 ° С-on (nem ... ... Genetika. enciklopédikus szótár
hősokk- A test stresszes állapota magas hőmérsékletnek való kitettség után, különösen a T.sh. főként vízben szaporodó állatok (halak, puhatestűek) poliploidiájának kiváltására szolgál: a víz hőmérsékletét 2 20 percre 29 33 oС-ra emelik. ... ... Műszaki fordítói útmutató
Hősokk- Syn .: Hőkimerülés. Túlmelegedés esetén fordul elő, amely a szívedények rendkívül magas hőmérsékletre adott elégtelen reakciója miatt következik be, különösen gyakran vizelethajtót szedő időseknél. Gyengeségben nyilvánul meg... Pszichológiai és pedagógiai enciklopédikus szótár
TÚLMELEGEDÉS ÉS HŐSOKK- édesem. Túlmelegedés (termikus ájulás, termikus elhajlás, termikus összeomlás) és hőguta (hiperláz, napszúrás, a test túlmelegedése) a test kóros reakciói a magas környezeti hőmérsékletre, amelyek a ... Betegség kézikönyv
- (angolul HSP, Heat shock proteins) funkcionálisan hasonló fehérjék osztálya, amelyek expressziója a hőmérséklet emelkedésével vagy más, a sejtet megterhelő körülmények között fokozódik. A hőfehérjéket kódoló gének fokozott expressziója ... ... Wikipédia
Négy azonos p53 fehérjemolekulából álló tetramer. Az oligomerizációért felelős domének kapcsolják össze őket (lásd a szöveget). A p53 (p53 fehérje) egy transzkripciós faktor, amely szabályozza a sejtciklust. Nem mutált állapotban ... ... Wikipédia
Ha a hőmérséklet emelkedik, az élő szervezet reagál rá, sajátos vegyületeket, úgynevezett "hősokk-fehérjéket" termelve. Így reagál az ember, így reagál a macska, így reagál minden lény, hiszen élő sejtekből áll. Azonban nem csak a hőmérséklet emelkedése provokálja a chlamydia és más fajok hősokk-fehérje szintézisét. A helyzeteket gyakran súlyos stressz provokálja.
Általános információ
Mivel a hősokkfehérjéket a szervezet csak meghatározott helyzetekben állítja elő, számos különbség van a normálisan előállított vegyületektől. Kialakulásuk időszakát a fő fehérjekészlet expressziójának gátlása jellemzi, amely fontos szerepet játszik az anyagcserében.
A HSP-70 eukarióták, a DnaK prokarióták egy olyan család, amelyben a tudósok olyan hősokk-fehérjéket kombináltak, amelyek fontosak a sejtszintű túléléshez. Ez azt jelenti, hogy az ilyen kapcsolatoknak köszönhetően a sejt tovább tud működni olyan helyzetben is, amikor a stressz, a melegedés és az agresszív környezet ellenáll neki. Ennek a családnak a fehérjéi azonban részt vehetnek a normál körülmények között lezajló folyamatokban is.
Biológia mikroszkopikus szinten
Ha a domének 100%-ban azonosak, akkor az eukarióták, prokarióták több mint 50%-ban homológok. A tudósok kimutatták, hogy a természetben az összes fehérjecsoport közül a pontosan 70 kDa-os HSP az egyik legkonzervatívabb. Az ezzel kapcsolatos kutatásokat 1988-ban és 1993-ban végezték. A jelenség feltehetően az intracelluláris mechanizmusokban lévő hősokkfehérjékben rejlő chaperon funkcióval magyarázható.
Hogyan működik?
Ha az eukariótákra gondolunk, akkor a HSP gének hősokk hatására indukálódnak. Ha egy sejt elkerülte a stresszes körülményeket, akkor a faktorok a sejtmagban, a citoplazmában monomerként jelen vannak. Az ilyen vegyületnek nincs DNS-kötő aktivitása.
Stresszes körülmények között a sejt a következőképpen viselkedik: A Hsp70 lehasad, ami beindítja a denaturált fehérjék termelődését. A HSP trimmereket képez, az aktivitás megváltoztatja a karakterét és megérinti a DNS-t, ami végül a komponensek felhalmozódásához vezet a sejtmagban. A folyamatot a chaperon transzkripció többszörös növekedése kíséri. Természetesen az ezt kiváltó helyzet idővel elmúlik, és mire ez megtörténik, a Hsp70 ismét bekerülhet a HSP-be. A DNS-hez kapcsolódó tevékenység elhalványul, a sejt tovább dolgozik, mintha mi sem történt volna. Ezt az eseménysort még 1993-ban azonosították a Morimoto által a HSP-vel kapcsolatos tanulmányokban. Ha a testet baktériumok fertőzték meg, akkor a HSP-k a szinoviumba koncentrálhatnak.
Miért és miért?
A tudósok felfedték, hogy a HSP-k különféle negatív helyzetek hatására jönnek létre, amelyek veszélyesek a sejt létfontosságú tevékenységére. A kívülről érkező stresszes, károsító hatások rendkívül változatosak lehetnek, de ugyanahhoz a változathoz vezetnek. A HSP-nek köszönhetően a sejt túléli agresszív tényezők hatása alatt.
Ismeretes, hogy a HSP-ket három családra osztják. Ezenkívül a tudósok azt találták, hogy vannak antitestek a hősokkfehérjével szemben. A HSP csoportokra való felosztás a molekulatömeg figyelembevételével történik. Három kategória: 25, 70, 90 kDa. Ha egy élő szervezetben van normálisan működő sejt, akkor abban valószínűleg különböző fehérjék keverednek egymással, meglehetősen hasonlóak. A HSP-knek köszönhetően a denaturált fehérjék, valamint a nem megfelelően koagulált fehérjék ismét megoldást jelenthetnek. Ezen a funkción kívül azonban van még néhány.
Amit tudunk és amit sejtünk
Ez idáig a chlamydia, valamint más HSP-k hősokk-fehérjét nem vizsgálták teljes mértékben. Természetesen vannak olyan fehérjecsoportok, amelyekről a tudósok meglehetősen nagy mennyiségű adattal rendelkeznek, és vannak olyanok is, amelyeket még el kell sajátítani. De a tudomány már most elérte azt a szintet, amikor a tudás lehetővé teszi számunkra, hogy kijelentsük, hogy az onkológiában a hősokk-fehérje valóban hasznos eszköz lehet, amely lehetővé teszi évszázadunk egyik legszörnyűbb betegségének - a rák - legyőzését.
A tudósok a legtöbb adattal a HSP Hsp70-ről rendelkeznek, amely képes kötődni különféle fehérjékhez, aggregátumokhoz, komplexekhez, még a kóros fehérjékhez is. A felszabadulás idővel történik, majd az ATP vegyület. Ez azt jelenti, hogy ismét oldat jelenik meg a sejtben, és a nem megfelelő koagulációs folyamaton átesett fehérjék újra alávethetők ennek a műveletnek. A hidrolízis, az ATP-vegyület az a mechanizmus, amely ezt lehetővé tette.
Anomáliák és normák
Nehéz túlbecsülni a hősokkfehérjék szerepét az élő szervezetekben. Bármely sejt mindig tartalmaz abnormális fehérjéket, amelyek koncentrációja növekedhet, ha ennek külső előfeltételei vannak. Tipikus történet a túlmelegedés vagy a fertőzés hatásai. Ez azt jelenti, hogy a sejt létfontosságú tevékenységének folytatásához sürgősen nagyobb számú HSP-t kell generálni. Aktiválódik a transzkripciós mechanizmus, amely beindítja a fehérjék termelődését, a sejt alkalmazkodik a változó körülményekhez és tovább működik. A már ismert mechanizmusok mellett azonban még sok felfedezni való van. A chlamydia hősokk-fehérje elleni antitestek különösen nagy területet jelentenek a tudósok tevékenységében.
A HSP-k, amikor a polipeptid lánc növekszik, és olyan körülmények között találják magukat, amelyek lehetővé teszik, hogy kötést hozzanak létre vele, lehetővé teszik a nem specifikus aggregáció és degradáció elkerülését. Ehelyett a hajtogatás rendesen megtörténik, ha a szükséges kísérők részt vesznek a folyamatban. A Hsp70 ezenkívül szükséges a polipeptidláncok ATP-vel segített kibontásához. A HSP segítségével elérhető, hogy a nem poláris régiók is ki legyenek téve az enzimek hatásának.
HTS és az orvostudomány
Oroszországban az FMBA tudósai hősokk-fehérje felhasználásával új gyógyszert tudtak létrehozni. A kutatók által bemutatott rákgyógyszer már átment a kezdeti teszten szarkómától és melanómától szenvedő kísérleti rágcsálókon. Ezek a kísérletek lehetővé tették, hogy bizalommal kijelenthessük, jelentős előrelépés történt az onkológia elleni küzdelemben.
A tudósok azt javasolták és be is tudták bizonyítani, hogy a hősokk-fehérje gyógyszer, vagy inkább egy hatékony gyógyszer alapjává válhat, nagyrészt annak köszönhetően, hogy ezek a molekulák stresszes helyzetekben keletkeznek. Mivel ezeket kezdetben a szervezet termeli, hogy biztosítsa a sejtek túlélését, feltételezték, hogy megfelelő kombinációval más szerekkel akár egy daganat is leküzdhető.
A HSP segít a gyógyszernek felismerni a beteg sejteket a beteg szervezetben, és megbirkózni a bennük lévő hibás DNS-sel. Feltételezhető, hogy az új gyógyszer ugyanolyan hatásos lesz a rosszindulatú betegségek bármely altípusára. Úgy hangzik, mint egy tündérmese, de az orvosok még tovább mennek – feltételezik, hogy a gyógymód minden szakaszban elérhető lesz. Egyetértek azzal, hogy egy ilyen rákból származó hősokk-fehérje, ha átmegy az összes teszten és megerősíti megbízhatóságát, felbecsülhetetlen értékű beszerzés lesz az emberi civilizáció számára.
Diagnosztizálni és kezelni
A legrészletesebb információkat a modern orvoslás reményéről Dr. Simbirtsev mondta el, egyike azoknak, akik a gyógyszer megalkotásán dolgoztak. Interjújából érthető, hogy a tudósok milyen logika alapján építették fel a gyógyszert, és hogyan kell hatékonyságot hoznia. Ezen túlmenően arra lehet következtetni, hogy a hősokk-fehérje túljutott-e már a klinikai vizsgálatokon, vagy még előtte áll.
Ahogy korábban említettük, ha a szervezet nem tapasztal stresszes körülményeket, akkor a BSh termelés rendkívül kis mennyiségben megy végbe, de a külső hatás változásával jelentősen megnövekszik. Ugyanakkor a normál emberi szervezet nem képes olyan mennyiségű HSP-t előállítani, amely segítene legyőzni a kialakuló rosszindulatú daganatot. – És mi történik, ha a HSP-t kívülről vezetik be? - gondolták a tudósok, és ezt az ötletet tették a kutatás alapjául.
Ennek hogyan kellene működnie?
Egy új gyógyszer létrehozásához a tudósok laboratóriumi körülmények között újraalkottak mindent, ami ahhoz szükséges, hogy az élő sejtek elkezdhessék HSP-k termelését. Ehhez emberi gént kaptak, amelyet a legújabb berendezésekkel klónoztak. A laboratóriumokban vizsgált baktériumok addig mutáltak, amíg el nem kezdték önállóan termelni a tudósok által kívánt fehérjét.
A tudósok a kutatás során szerzett információk alapján következtetéseket vontak le a HSP-k emberi szervezetre gyakorolt hatásáról. Ehhez egy mókust kellett szerveznünk. Ez egyáltalán nem egyszerű: mintákat kellett küldenünk bolygónk pályájára. Ennek az az oka, hogy a szárazföldi viszonyok nem alkalmasak a kristályok helyes, egyenletes fejlődésére. De a kozmikus körülmények lehetővé teszik, hogy pontosan azokat a kristályokat szerezzék meg, amelyekre a tudósoknak szüksége volt. Miután visszatértek szülőbolygójukra, a kísérleti mintákat felosztották japán és orosz tudósok között, akik – mint mondják – egy pillanatot sem vesztegetve vállalták az elemzést.
És mit találtak?
Míg ez irányú munka még folyamatban van. A tudóscsoport képviselője szerint biztosan meg lehetett állapítani: nincs pontos kapcsolat a HSP molekula és az élőlény szerve, szövete között. És ez sokoldalúságról beszél. Ez azt jelenti, hogy ha a hősokk-fehérje alkalmazásra talál az orvostudományban, akkor egyszerre rengeteg betegség csodaszere lesz - függetlenül attól, hogy melyik szervet érinti a rosszindulatú daganat, az gyógyítható.
Kezdetben a tudósok folyékony formában készítették el a gyógyszert - a kísérleti alanyok injekciót kapnak vele. Az alapok tesztelésére elsőként patkányokat és egereket vettek. A betegség kialakulásának kezdeti és későbbi szakaszában is sikerült azonosítani a gyógyulási eseteket. A jelenlegi szakaszt preklinikai vizsgálatoknak nevezik. A tudósok becslése szerint a befejezés ideje legalább egy év. Ezt követően eljön a klinikai vizsgálatok ideje. A piacon újabb 3-4 év múlva lesz elérhető egy új szer, esetleg csodaszer. A tudósok azonban megjegyzik, hogy mindez csak akkor valós, ha a projekt finanszírozást talál.
Várni vagy nem várni?
Az orvosok ígéretei persze vonzónak hangzanak, ugyanakkor joggal keltenek bizalmatlanságot. Mióta szenved az emberiség rákban, hány áldozata volt ennek a betegségnek az elmúlt évtizedekben, és itt nem csak egy hatásos gyógyszert ígérnek, hanem egy igazi csodaszert – bármire, bármikor. Hogy hihetsz ilyesmit? És ami még rosszabb, hinni, de nem várni, vagy várni, de kiderül, hogy a gyógymód egyáltalán nem olyan jó, mint várták, ahogy ígérték.
A gyógyszerfejlesztés a géntechnológia egyik módszere, vagyis az orvostudomány, mint tudomány legfejlettebb területe. Ez azt jelenti, hogy ha sikeres, az eredmények valóban lenyűgözőek lesznek. Ugyanakkor ez azt jelenti, hogy az eljárás rendkívül költséges. A befektetők általában készek meglehetősen nagy összegeket fektetni ígéretes projektekbe, de amikor ilyen hangos a téma, akkor nagy a nyomás, és az időkeret meglehetősen elmosódott, a kockázatokat óriásinak értékelik. Jelenleg 3-4 évre szóló optimista előrejelzések hangzanak, de minden piaci szakértő tisztában van azzal, hogy az időkeret milyen gyakran terjed évtizedekre.
Csodálatos, hihetetlen… vagy nem?
A biotechnológia a laikusok számára a megértés elől elzárt terület. Ezért csak reménykedhetünk a "preklinikai vizsgálatok sikerében" szavakban. A gyógyszer a "Heat Shock Protein" munkanevet kapta. A HSP azonban csak a fő összetevője annak a gyógyszernek, amely áttörést ígér az onkológiai gyógyszerpiacon. Ezenkívül a készítménynek számos hasznos anyagot kell tartalmaznia, amelyek garantálják az eszköz hatékonyságát. Mindez pedig annak köszönhető, hogy a legújabb HSP-vizsgálatok kimutatták, hogy a molekula nemcsak megvédi az élő sejteket a károsodástól, hanem egyfajta „mutatóujjként” is szolgál az immunitás felé, segít azonosítani, mely sejteket érinti daganat és amelyek nem. Egyszerűen fogalmazva, amikor a HSP-k kellően magas koncentrációban jelennek meg a szervezetben, a tudósok azt remélik, hogy maga az immunválasz fogja elpusztítani a beteg elemeket.
Reménykedj és várj
Összegezve elmondhatjuk, hogy a daganat elleni újdonság azon alapul, hogy magának a szervezetnek van olyan gyógymódja, amely elpusztíthat egy daganatot, egyszerűen elég gyenge a természete. A koncentráció olyan alacsony, hogy terápiás hatásról álmodni sem lehet. Ugyanakkor a HSP-k részben a daganat által nem érintett sejtekben helyezkednek el, és a molekula nem fog "elhagyni" sehonnan. Ezért egy hasznos anyagot kívülről kell ellátni - hogy az tovább direkt módon befolyásolja az érintett elemeket. Mellesleg, míg a tudósok azt feltételezik, hogy a gyógyszernek még mellékhatása sem lesz - és ez ilyen nagy hatékonysággal történik! Ezt a "varázslatot" pedig azzal magyarázzák, hogy a vizsgálatok kimutatták, hogy nincs toxicitás. A végső következtetésekre azonban akkor kerül sor, amikor a preklinikai vizsgálatok véget érnek, ami legalább egy évig tart.
Nagyon optimista alcímű anyag "A rosszindulatú daganatok minden típusából és stádiumából génmanipulált gyógyszert a betegek három-négy év alatt megszerezhetnek."
Azonban aki legalább egy kicsit is tud az onkológiai betegségek terápiájáról, egy ilyen prognózis láttán legjobb esetben is meglepődve felvonja a szemöldökét, legrosszabb esetben pedig felháborodik. Elmondjuk, mi a baj a következő „tudományos szenzációval”.
Mi történt?
Az Izvesztyiában leírt gyógyszer fejlesztését az Oroszországi Szövetségi Orvosi és Biológiai Ügynökség (FMBA) Nagy tisztaságú Készítmények Állami Kutatóintézetében végzik. Az intézet kutatási igazgatóhelyettese, az Orosz Tudományos Akadémia levelező tagja és az orvostudományok doktora, Andrej Szimbircev professzor, ebben az anyagban "Oroszország gyógymódot hozott létre a rák ellen, és tesztelte az űrben" - mondta az Izvesztyia tudósítójának. a "hősokk-fehérje" gravitációmentesen kristályosodott ki az ISS-en, és jelenleg preklinikai tesztelés alatt áll.
A kutatást most az Oktatási és Tudományos Minisztérium támogatásával végzik, és a tudósok 100 millió rubelt terveznek találni klinikai vizsgálatokra magánbefektetők segítségével és egy 50%-os állami társfinanszírozási program segítségével. A fejlesztők „minden ajtón bekopogtatnak, mert a gyógyszer egyedülálló. Egy teljesen új rákkezelés felfedezésének küszöbén állunk. Segíteni fog a gyógyíthatatlan daganatokban szenvedőknek."
„A gyógyszert már a kutatóintézet gyártóhelyein készítjük” – mondta Andrej Szimbircev ihletett újságíróknak, hozzátéve, hogy jelenleg egereken tesztelik, és mindössze három-négy éven belül eljut a betegekhez.
Mi a fogás?
Mindez nagyon inspirálóan hangzik, azonban a hősokk-fehérjék már régóta ismertek, de valamiért még mindig nem csinálták őket csodaszerként az összes ráktípus ellen. Ez egy meglehetősen nagy fehérjecsalád, amely stressz hatására aktiválódik, amikor a hőmérséklet emelkedik (és néha csökken). Segítenek a sejtnek leküzdeni más fehérjék szerkezeti lebomlásának hatásait. Az ilyen változás leghíresebb példája a tojásfehérje fő összetevőjének, az albuminnak a hajtogatása sütés vagy forralás közben, amikor átlátszóból fehérré válik. A hősokk-fehérjék tehát megszüntetik e változások következményeit: "megjavítják" vagy végül hasznosítják a leromlott struktúrákat. Sok hősokk-fehérje chaperon, amely elősegíti a többi fehérje megfelelő hajtogatását.
Referencia:
A chaperonok olyan fehérjék osztálya, amelyek fő funkciója a fehérjék harmadlagos vagy kvaterner szerkezetének helyreállítása, valamint részt vesznek a fehérjekomplexek kialakításában és disszociációjában.
A hősokkfehérjék minden sejtben megtalálhatók. Azonban a különböző sejtekben (különösen a daganatos sejtekben, amelyek a különböző típusú rákfajtákban nagyon eltérőek, mind egymástól, mind a normál testsejtektől) ezek a fehérjék eltérően viselkednek. Például egyes ráktípusokban a HSP-70 fehérje expressziója fokozódhat (rosszindulatú melanoma esetén), vagy csökkent (veserák esetén).
Hogy megértsük, milyen fehérjéről beszélünk, és valóban használják-e a rákterápiában, és segíthet-e minden típusában, Alekszandr Szapozsnyikov biológiai tudományok doktorával beszélgettünk. Ez a tudós az M.M.-ről elnevezett Bioszerves Kémiai Intézet sejtkölcsönhatások laboratóriumának vezetője. Shemyakin és Yu.A. Ovchinnikov Orosz Tudományos Akadémia, amely évek óta foglalkozik az egyik legígéretesebb hősokk-fehérjével az ilyen irányú fejlesztéshez. Ezt a cikket a következőképpen kommentálta:
„Nem mondom, hogy ez hülyeség, de ez abszolút téves információ. A 70 kilodalton molekulatömegű hősokk-fehérjék (az ún. HSP-70, angolul HSP70) alkalmazásának ötletének szerzője Boris Margulis barátom és kollégám. A szentpétervári Citológiai Intézetben dolgozik.
Feleségével, Irina Guzhovaval egész életükben ezen a fehérjén dolgoztak (én sok éve csinálom, de nem a rákterápiával kapcsolatos kutatások során). Formálisan a laboratórium vezetője Irina, ő azt vizsgálja, hogyan kapcsolódik a fehérje a neurodegeneratív betegségekhez, Boris pedig az osztályvezető. Ő az első ember a világon, aki olyan "csupasz" fehérje használatát javasolja, amely nem tartalmaz semmilyen daganathoz kapcsolódó antigént.
Nem hittem a fehérje ilyen felhasználásával kapcsolatos elképzeléseiben (sőt, még nem bizonyították, hogy hatékony lesz). Ha „táncol a tűzhelyről”, van egy bizonyos hindu, Pramod Srivastava, aki Indiában született, de Amerikában tanult, él és dolgozik. Réges-régen nemcsak daganat elleni "oltást" készített a HTSH-70 segítségével, hanem klinikát is nyitott, és rákos betegeket is kezel vele. A Srivastava ezt a fehérjét közvetlenül a daganatból vonja ki: biopsziát vesz a betegektől, kivonja a szövetdarabokból (speciális módszerek vannak ennek a fehérjének nagyon magas frakciójához).
A rákos betegek szöveteiből nyert fehérje azonban erősen kapcsolódik a daganathoz kapcsolódó peptidekhez – a daganatok azon jeleihez, amelyeket az immunrendszer felismer. Ezért, amikor ezt a komplexet beadják a betegeknek, nagyszámú betegben immunválasz alakul ki, és pozitív hatás érhető el a páciens számára.
Valójában a statisztikák szerint ez a hatás nem haladja meg a kemoterápia hatását. Ennek ellenére a kemoterápia "megmérgezi" a szervezetet, de az ilyen "oltás" nem "mérgezi meg" a szervezetet. Ez nagyon hosszú történelem, ezt a megközelítést régóta alkalmazzák a klinikán.
Alekszandr Szapozsnyikov. A biológiai tudományok doktora, professzor
Boris Margulist pedig (különösen az én laboratóriumom alapján) kimutatta (és publikálta munkája eredményeit), hogy ha a tumorsejtekhez tiszta fehérjét adunk, tumorterhelés nélkül, akkor ez az exogén fehérje daganatot okoz. sejteket, hogy felszínükön ugyanazokat a daganathoz kapcsolódó peptideket tegyék ki, amelyek normális esetben ezekben a sejtekben, a citoplazmában találhatók. Ekkor az immunrendszer felismeri őket, és a szervezet magától kilöki ezeket a sejteket, harcol a daganat ellen.
A kultúrában megmutatták in vitro, vagyis nem a testben, hanem egy kémcsőben. Ráadásul Boris Margulis csak gyermekkori leukémiát állított, mivel kapcsolatban áll a szentpétervári klinikusokkal. Amit Szimbircev az interjújában mondott, az már a csupasz, tiszta fehérje felhasználási módszerének kiterjesztése.
Ennek a tiszta fehérjének a hatásmechanizmusa az, hogy rákényszeríti a daganatot, hogy a felszínre húzza (ahogy maga Margulis nevezte, „kinyomja”) ezeket a peptideket az endogén fehérjével együtt. Ez a fehérje minden sejtben megtalálható, és nincs egyetlen olyan sejt sem a világon, amelyben ne lenne ez a fehérje. Ez egy nagyon ősi, nagyon konzervatív fehérje, mindenkinek megvan (most nem a vírusokról beszélek).
Margulis maga nem húzott volna bele a preklinikai kutatásba, (öt éve) a Magasan Tisztított Preparátumok Intézetével közösen kapott támogatást. Úgy tűnik, ez az intézet ennél a Simbirtsevnél dolgozik, sokszor hallottam a vezetéknevét, de mivel ez a Szövetségi Orvosi és Biológiai Ügynökség, amelyhez a Kashirka Immunológiai Intézet tartozik, ahol sok évig dolgoztam, akkor valószínűleg ez a nagytisztaságú gyógyszerek intézete, amellyel preklinikai kutatásra kapott támogatást. A szovjet időkben az Egészségügyi Minisztérium harmadik osztálya volt. Ezzel az intézettel kaptak három évre 30 milliós támogatást preklinikára az Oktatási Minisztériumtól, ami két éve ért véget.
A Magas Tiszta Gyógyszerek Intézete minden papírmunkát elvégzett, beszámoltak a támogatásról, hiszen a következő szakaszhoz, a gyógyszer népszerűsítéséhez ott is pénz kell. Ez a klinikai kutatás első szakasza. Itt Boris Margulis, ha jól értem, már eltávolodott a fejlesztéstől, és a Magas Tiszta Készítmények Intézetének kegyére hagyta.
Csinálják ezt a fehérjét, csináltak biotechnológiát, még a hűtőben is van, Boris adta tesztelésre. Nagy mennyiségben készítik, liofilizált formában (száraz), steril ampullákban tárolják. Valójában ezt a gyógyszert kell használni, esetleg néhány adalékanyaggal, a klinikai vizsgálatok során. De ehhez pénz kell.
Amikor véletlenül megláttam a hírt Szimbircev interjújából, elolvastam, elküldtem Margulisának, megkérdeztem, olvasta-e. Borisz azt válaszolta nekem, hogy Andrej (akivel jól ismeri) valami hülyeséget csinált, és még csak nem is hivatkozott a szerzőkre. Az ötlet szerzője (a tiszta fehérje használata rákellenes gyógyszerként az onkológiában), ismétlem, Boris Margulis. De amennyire mostanában hallottam felőle, eltávolodott ettől a problémától.
Ezen a fehérjén dolgozom, de immunmodulátorként, mint a laboratóriumom. Dolgoztunk egy kicsit a daganatellenes tulajdonságokkal egérmodellekben. Valóban jó eredmények születtek. A "csupasz" fehérjére gondolok, csak immunstimuláló tulajdonságokkal rendelkezik. Egyébként egy másik nagy kérdés, hogy mi az oka immunstimuláló tulajdonságainak: maga a fehérje vagy néhány apró szennyeződés, például lipopoliszacharidok. Ezt a fehérjét baktériumtenyészetben nyerik (in E. coli), ez a leggyakoribb technika a rekombináns fehérjék előállítására. A lipopoliszacharidok (LPS) a baktériumsejtfal egyik összetevője, és nagyon nehéz a tenyészetet ettől a szennyeződéstől a végéig megtisztítani. Természetesen tisztítanak, de néhány csekély koncentráció megmarad. Ezek az LPS-szennyeződések immunstimuláló tulajdonságokkal is rendelkeznek, egyszerűen azért, mert az immunrendszer úgy fejlődött, hogy megvédje magát a baktériumokkal szemben. Amint a baktériumok "szaga" megjelenik a szervezetben, az immunrendszer aktiválódik. Ezért sok szerző úgy véli, hogy ennek a fehérjének az immunstimuláló tulajdonságait, amelyek a daganatellenes választ is módosítják, nem maga a HSP, hanem annak szennyeződése okozza. De ez a kérdés tudományos, vitatható, és semmi köze a gyakorlathoz.
Most ismétlem, Boris Margulis eltávolodik ettől a témától, az onkológiától, és olyan kis molekulákon dolgozik, amelyek szabályozhatják ennek a fehérjének a termelését. Felvette a kapcsolatot a vegyészekkel, akik tudják, hogyan kell inhibitorokat készíteni – ilyen specifikus kinázokat, bizonyos sejteken belüli enzimeket, amelyek meggátolják azok működését. A gátlók azt mondhatják bizonyos enzimekre: "Nem, nincs joga dolgozni."
Ez nagyon egyszerűen történik: minden enzimnek van egy kötőhelye egy szubsztráttal, és ha veszünk valamilyen kis molekulát, amely beépül ebbe a szubsztrátkötő központba, akkor az már nem fogja tudni feldolgozni ezt a szubsztrátot. Boris jelenleg olyan molekulákon dolgozik, amelyek gátolják ennek a HSP-70-nek az intracelluláris szintézisét. És valóban, az ilyen molekulák nagyon fontosak, és nem csak az alapvető biológia, hanem a gyakorlat, a klinikai orvoslás szempontjából is.
Betöltés ...