Seperti apa bentuk termometer molekuler? Pertanyaan ini jauh lebih rumit daripada yang terlihat pada pandangan pertama. Rupanya, “termometer” yang digunakan oleh sel, yang memainkan salah satu peran terpenting dalam menjaga stabilitas proteom sel, adalah sistem faktor transkripsi dan protein khusus - pendamping, termasuk. protein kejutan panas, yang merespons tidak hanya terhadap peningkatan suhu (ini hanyalah fungsi pertama yang ditemukan dari kelas protein ini), tetapi juga terhadap pengaruh fisiologis lain yang merusak sel.
Pendamping adalah kelas protein yang fungsi utamanya adalah mengembalikan struktur tersier yang benar dari protein yang rusak, serta pembentukan dan disosiasi kompleks protein.
Sistem pendamping merespons kerusakan yang terjadi selama kehidupan sel dan memastikan jalannya pelipatan yang benar - pelipatan rantai asam amino yang keluar dari “jalur perakitan” ribosom menjadi struktur tiga dimensi. Meskipun sistem ini sangat penting, untuk waktu yang lama tidak ada satupun ahli yang mempelajarinya bahkan membayangkan bahwa termometer molekuler ini juga merupakan semacam “sumber awet muda” bagi sel, dan penelitiannya memberikan kesempatan untuk melihat sejumlah penyakit dari sisi baru yang sebelumnya tidak diketahui.
Protein, yang merupakan produk utama fungsi genom, tidak hanya membentuk struktur, tetapi juga menjamin berfungsinya seluruh sel, jaringan, dan organ. Tidak ada gangguan pada sintesis rangkaian asam amino; Pembentukan, perakitan dan pengangkutan molekul protein, serta pembuangan protein yang rusak, merupakan aspek penting dalam menjaga kesehatan sel individu dan seluruh tubuh. Protein juga merupakan bahan yang diperlukan untuk pembentukan dan berfungsinya “mesin molekuler” secara efektif yang menyediakan proses biosintesis, sebuah proses yang penting untuk memastikan umur panjang tubuh. Banyak masalah yang disebabkan oleh gangguan pada proses dasar pelipatan protein. Gangguan dalam fungsi “OTK”, yang diwakili oleh protein kejutan panas dan pendamping, menyebabkan munculnya dan akumulasi kesalahan. Kesalahan ini mengganggu fungsi mekanisme molekuler, yang dapat menyebabkan perkembangan berbagai penyakit. Terjadinya kesalahan pada neuron penuh dengan konsekuensi yang sangat mengerikan, yang dimanifestasikan oleh perkembangan penyakit neurodegeneratif seperti sklerosis ganda, serta penyakit Huntington, Parkinson dan Alzheimer.
Ditemukan pada tahun 1962 oleh Ferruccio Ritossa, respons sengatan panas digambarkan sebagai perubahan yang disebabkan oleh suhu dalam organisasi kromosom yang padat di dalam sel. kelenjar ludah Drosophila terbang, menyebabkan terbentuknya apa yang disebut “pembengkakan”. Pembengkakan seperti itu, yang terlihat seperti bola kapas di bawah mikroskop, terjepit di antara bagian kromosom yang padat, juga muncul ketika terkena dinitrofenol, etanol, dan garam asam salisilat.
Ternyata pembengkakan kromosom adalah daerah transkripsi baru yang memulai sintesis RNA pembawa pesan baru dalam beberapa menit setelah terjadinya. Produk protein dari proses ini sekarang dikenal sebagai protein heat shock, yang paling banyak diteliti adalah Hsp90 dan Hsp70. Protein dari keluarga ini mengatur pelipatan rantai asam amino dan mencegah munculnya molekul protein yang salah bentuk dalam sel semua organisme hidup.
Pada akhir tahun 1970-an dan awal 1980-an, dengan menggunakan teknik biokimia seluler asli untuk meningkatkan jumlah RNA pembawa pesan yang mengkode urutan protein yang sesuai, para ilmuwan mampu mengkloning gen kejutan panas pertama pada lalat buah. Saat itu, para ahli berpendapat bahwa reaksi sengatan panas hanya terjadi pada organisme Drosophila. Pada tahap ini, Richard Morimoto memberikan kontribusi pertamanya pada studi protein kejutan panas. Dia mengumpulkan banyak koleksi DNA dari organisme multiseluler dan, dengan menggunakan Southern blotting, menunjukkan bahwa semuanya mengandung analog gen Hsp70 yang strukturnya hampir identik. Sekitar waktu yang sama, Jim Bardwell dan Betty Craig dari Universitas Wisconsin di Madison mengidentifikasinya E.coli Gen DNAK (Escherichia coli), juga merupakan analog dari Hsp70. Hasil dari studi rinci lebih lanjut tentang masalah ini adalah pemahaman bahwa gen kejutan panas, yang secara praktis tidak berubah selama evolusi, terwakili dalam genom perwakilan kelima kerajaan di dunia kehidupan.
Kemajuan berikutnya dalam rangkaian peristiwa berikutnya adalah identifikasi serangkaian faktor transkripsi yang mengontrol inisiasi tahap pertama respons kejutan panas. Beberapa kelompok peneliti dari berbagai universitas ikut serta dalam penelitian ini, termasuk kelompok Morimoto. Para ilmuwan telah menunjukkan bahwa peningkatan suhu sel menyebabkan perubahan bentuk faktor transkripsi ini, yang mendorong pengikatan faktor tersebut pada promotor gen kejutan panas, yang memulai sintesis protein kejutan panas. Selain itu, ternyata tidak seperti ragi, lalat buah, dan nematoda Caenorhabditis elegans, yang hanya memiliki satu faktor transkripsi untuk gen kejutan panas, sel manusia memiliki sebanyak tiga faktor tersebut. Skema pengaturan ekspresi gen yang begitu rumit membuat para ilmuwan berpikir tentang multifungsinya, yang memerlukan studi lebih lanjut.
Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa protein kejutan panas sendiri mengatur fungsi faktor transkripsi yang memulai produksinya di inti sel. Menjadi jelas juga bahwa protein kejutan panas menjalankan fungsi pendamping molekuler - mereka mengontrol pelipatan rantai asam amino, memastikan pembentukan konformasi spasial yang benar dari molekul protein, dan juga mengidentifikasi dan menghilangkan kegagalan dalam proses ini. Jadi, ternyata termometer seluler tidak hanya mengukur suhu, tetapi juga memantau munculnya protein yang cacat dan rusak di dalam sel. Kejutan panas dan pemicu stres lainnya membanjiri sel dengan protein abnormal, yang ditanggapi oleh pendamping dengan mengikat protein-protein ini dan melepaskan faktor transkripsi kejutan panas 1 (Hsf1). Molekul faktor ini secara spontan membentuk trimer (kompleks tiga molekul) yang berikatan dengan daerah genom yang sesuai, yang pada gilirannya memicu sintesis protein kejutan panas. Peningkatan selanjutnya dalam konsentrasi protein kejutan panas ke tingkat yang diperlukan sesuai dengan prinsip masukan menekan aktivitas transkripsi faktor transkripsi Hsf1.
Mempelajari fungsi protein kejutan panas pada garis sel sangat membatasi kemampuan para peneliti, karena tidak memberikan informasi tentang perubahan yang terjadi di seluruh tubuh. Maka sekitar tahun 1999, Morimoto dan rekan-rekannya memutuskan untuk beralih ke model baru: cacing gelang C.elegans. Mereka terutama terinspirasi oleh karya Max Perutz, yang diterbitkan pada tahun 1994, yang menemukan bahwa penyebab penyakit neurodegeneratif yang serius, penyakit Huntington, adalah mutasi spesifik dari gen yang disebut huntertin. Mutasi ini menghasilkan sintesis varian protein yang mengandung fragmen tambahan dari rantai panjang asam amino glutamin, yang tampaknya mengganggu proses normal Melipat. Agregasi molekul protein abnormal di neuron menyebabkan perkembangan penyakit Huntington. Para peneliti menyarankan bahwa mempelajari protein yang pembentukan molekulnya terganggu karena ekspresi poliglutamin atau alasan serupa akan membantu untuk memahami cara kerja termometer molekuler.
Saat bekerja untuk membuat model hewan dari ekspresi protein yang mengandung rangkaian poliglutamin berlebih di neuron dan sel otot, para peneliti menemukan bahwa tingkat agregasi dan toksisitas terkait protein tersebut sebanding dengan panjangnya dan usia organisme. Hal ini membuat mereka percaya bahwa penekanan mekanisme sinyal yang dimediasi insulin yang mengatur umur dapat mempengaruhi agregasi protein yang mengandung poliglutamin. Hasil penelitian lebih lanjut mengkonfirmasi adanya hubungan yang diusulkan dan juga menunjukkan bahwa pengaruh fungsi faktor transkripsi Hsf1 pada umur organisme dimediasi oleh mekanisme sinyal yang bergantung pada insulin. Pengamatan ini memperjelas bahwa respons sengatan panas sama pentingnya baik untuk kelangsungan hidup organisme dalam kondisi stres akut dan untuk netralisasi efek toksik protein yang berdampak buruk pada fungsi dan umur sel.
Penggunaan organisme hidup sebagai model eksperimental memungkinkan para ilmuwan menerjemahkan penelitian ke dalam kualitatif tingkat baru. Mereka mulai memperhatikan mekanisme dimana tubuh merasakan dan mengintegrasikan informasi yang datang dari luar pada tingkat molekuler. Jika stres mempengaruhi proses penuaan, maka masuk akal untuk berasumsi bahwa protein heat shock, yang mendeteksi kemunculan dan mencegah penumpukan protein yang rusak di dalam sel, cukup mampu memperlambat perkembangan efek penuaan.
Fakta bahwa banyak penyakit yang berhubungan dengan akumulasi protein yang rentan terhadap agregasi ditandai dengan gejala penuaan, dan semua penyakit yang didasarkan pada gangguan dalam pembentukan molekul protein berhubungan dengan penuaan, menunjukkan bahwa protein metastabil yang peka terhadap suhu kehilangan fungsinya karena seiring bertambahnya usia tubuh. Memang benar, percobaan pada C.elegans telah menunjukkan bahwa fungsi mekanisme yang dipicu oleh faktor transkripsi Hsf1, serta sistem pertahanan sel lainnya, mulai memudar segera setelah organisme mencapai kematangan. Namun ternyata aktivasi faktor transkripsi Hsf1 pada tahap awal perkembangannya dapat mencegah terganggunya stabilitas molekul protein (proteostasis).
Meskipun kemungkinan menarik ini mungkin tidak berlaku untuk organisme multiseluler yang lebih kompleks, semua makhluk hidup terbuat dari protein, sehingga hasil yang diperoleh dari percobaan pada cacing gelang kemungkinan besar akan membantu para ilmuwan memahami mekanisme penuaan manusia.
Namun, ini bukanlah akhir dari cerita. Hasil penelitian yang baru-baru ini dilakukan di bawah arahan Profesor Morimoto menunjukkan adanya mekanisme penyesuaian proteostasis yang tidak memerlukan intervensi langsung terhadap fungsi faktor transkripsi Hsf1. Para peneliti memutuskan untuk melakukan skrining genetik klasik terhadap mutan C.elegans yang menunjukkan gangguan dalam pembentukan molekul protein dalam sel otot. Hasilnya, mereka menemukan bahwa mutasi yang mempengaruhi proses ini terletak pada gen faktor transkripsi yang mengontrol produksi neurotransmitter. asam gamma-aminobutirat(GABA). GABA mengontrol fungsi neurotransmiter rangsang dan mengatur tonus otot. Fakta yang menarik adalah bahwa setiap gangguan pada stabilitas mekanisme yang dimediasi GABA menyebabkan hiperstimulasi, menyebabkan terjadinya postsinaptik. sel otot merespons stres yang tidak ada, yang menyebabkan terganggunya pembentukan molekul protein. Dengan kata lain, ternyata aktivitas neuron dapat mempengaruhi fungsi termometer molekuler sel lain dalam tubuh, yang semakin memperumit gambaran yang muncul.
Jika mekanisme ini meluas ke manusia, mungkin para ilmuwan akan dapat mengembangkan metode untuk mempengaruhi neuron yang mengarah pada aktivasi protein kejutan panas dalam sel otot rangka dan membantu menghilangkan gejala. distrofi otot dan penyakit neuron motorik lainnya. Mungkin manipulasi mekanisme ini juga akan memungkinkan untuk mengontrol proses akumulasi protein rusak yang berhubungan dengan penuaan. Namun sayangnya, tidak semuanya sesederhana yang kita inginkan. Di C.elegans, perkembangan respons sengatan panas di semua sel somatik dewasa dikendalikan oleh sepasang neuron. Tampaknya aktivitas neuron ini dan mekanisme umpan balik memungkinkan sel dan jaringan mengaktifkan protein kejutan panas sesuai dengan kebutuhan spesifiknya. Faktanya adalah bahwa jaringan yang berbeda dicirikan oleh aktivitas biosintesis protein yang berbeda, serta ekspresi dan karakter yang berbeda pengaruh eksternal. Oleh karena itu, pendekatan universal untuk mengelola reaksi sengatan panas pada prinsipnya tidak mungkin dilakukan.
Berbekal karya dan ide menjanjikan mereka, Morimoto dan beberapa rekannya mendirikan Proteostasis Therapeutics, yang bertujuan untuk mengidentifikasi molekul kecil terapeutik yang dapat memperbaiki efek patologis dari akumulasi molekul protein yang salah bentuk. Pendekatan ini dikaitkan dengan risiko yang cukup besar, karena tingkat protein kejutan panas meningkat pada banyak penyakit ganas. Namun, Morimoto dan rekan-rekannya percaya bahwa arah yang mereka kembangkan memiliki potensi yang terlalu besar untuk diabaikan.
tentang Penulis
Profesor Richard Morimoto, setelah mempertahankan disertasi doktoralnya, mengabdikan seluruh karyanya untuk mempelajari fungsi protein kejutan panas dan perannya dalam penuaan tubuh. Morimoto mengambil langkah pertamanya ke arah pilihannya di Universitas Harvard di bawah bimbingan Dr. Matt Meselson. Saat ini, Richard Morimoto adalah direktur Rice Institute for Biomedical Research, bagian dari Universitas Barat Laut di Evanston, Illinois, dan juga ikut mendirikan Proteostasis Therapeutics (Cambridge, Massachusetts).
Evgenia Ryabtseva
Portal “Pemuda Abadi” berdasarkan materi dari The Scientist: Richard Morimoto,
Perubahan struktural dan fungsional di bawah pengaruh suhu tinggi. Pengaruh suhu tinggi terutama mempengaruhi fluiditas membran, mengakibatkan peningkatan permeabilitas dan pelepasan zat yang larut dalam air dari sel. Akibatnya, terjadi disorganisasi banyak fungsi sel, khususnya pembelahannya. Jadi, jika pada suhu 20 °C semua sel mengalami proses pembelahan mitosis, pada suhu 38 °C - setiap sel ketujuh, dan pada 42 °C - hanya setiap lima ratus sel.
Peningkatan fluiditas lipid membran, yang disebabkan oleh perubahan komposisi dan struktur membran selama panas berlebih, menyebabkan hilangnya aktivitas enzim yang terikat membran dan terganggunya aktivitas ETC. Dari proses penghasil energi utama - fotosintesis dan respirasi, ETC fotosintesis adalah yang paling sensitif, terutama fotosistem II (PS II). Sedangkan untuk enzim fotosintesis, enzim utama siklus fotosintesis C3 yaitu RuBP karboksilase cukup tahan terhadap overheating.
Panas berlebih mempunyai dampak nyata pada sistem air tanaman, dengan cepat dan signifikan meningkatkan laju transpirasi. Akibatnya tanaman mengalami kekurangan air. Kombinasi kekeringan dengan panas dan insolasi matahari yang tinggi memiliki hasil yang maksimal pengaruh buruk pada tanaman, mengganggu, bersama dengan fotosintesis, respirasi dan sistem air, penyerapan unsur nutrisi mineral.
Aspek molekuler dari kerusakan akibat sengatan panas. Panas terutama merusak protein di dalam sel, terutama enzim, mengganggu proses biosintesis protein de novo, menghambat aktivitas enzim, dan menyebabkan degradasi protein yang ada. Akibatnya, kumpulan enzim yang penting untuk fungsi sel selama periode stres dan perbaikan berikutnya mungkin hilang. Sebagian besar enzim tanaman utama tidak stabil terhadap panas, termasuk Rubisco, katalase, dan SOD. Penghambatan Rubisco adalah alasan utama mengurangi IF pada suhu tinggi. Panas juga menghambat kemampuan untuk mengubah sukrosa menjadi pati pada jelai, gandum, dan kentang, yang menunjukkan bahwa satu atau lebih enzim dalam rantai konversi sangat terhambat oleh panas. Pengaruh langsung panas terhadap aktivitas sintase pati terlarut dalam endosperma gandum, baik in vitro maupun in vivo, menyebabkan penekanan akumulasi pati.
Suhu tinggi menghambat aktivitas katalase pada beberapa spesies tanaman, sedangkan aktivitas enzim antioksidan lainnya tidak terhambat. Pada gandum hitam, perubahan aktivitas katalase bersifat reversibel dan tidak meninggalkan kerusakan yang terlihat setelah penghentian panas, sedangkan pada mentimun, pemulihan aktivitas katalase melambat (terhambat) dan disertai dengan perubahan warna klorofil, yang menunjukkan kerusakan oksidatif yang lebih signifikan. Pada bibit jagung yang ditanam pada suhu tinggi (35 °C), aktivitas SOD lebih rendah dibandingkan pada suhu yang relatif rendah. suhu rendah(10°C).
Panas mengganggu integritas membran, yang menyebabkan peningkatan permeabilitas terhadap ion dan larutan. Pada saat yang sama, aktivitas enzim fotosintesis, respirasi, dan transportasi asimilasi yang terkait dengan membran terganggu. Panas meningkatkan tingkat saturasi asam lemak fosfolipid membran RE. Dalam kondisi panas yang ekstrim, membrannya rusak secara selektif, menyebabkan degradasi mRNA (3-amilase. Pada saat yang sama, kebocoran zat yang disebabkan oleh panas melalui membran mempengaruhi potensi redoks kompartemen seluler utama, yang, pada gilirannya, mengganggu jalannya proses metabolisme hingga kematian sel.
Stres oksidatif baru-baru ini dikenal sebagai salah satu dampak negatif terpenting dari panas pada tanaman. Panas menyebabkan ketidakseimbangan antara jumlah radiasi matahari yang diserap oleh pigmen dan transpor elektron melalui sitokrom, suatu proses yang disebut fotoinhibisi. Kelebihan energi dapat ditransfer ke oksigen, yang mengarah pada pembentukan ROS. Area utama kerusakan oksidatif dalam sel adalah mitokondria dan kloroplas, dimana transpor elektron terganggu. Dalam kloroplas, tekanan suhu tinggi menyebabkan fotoinhibisi fotosintesis dan inaktivasi katalase, yang menyebabkan akumulasi ROS dan pemutihan klorofil. Fotosistem II dikenal sebagai yang paling sensitif terhadap panas, menyebabkan disintegrasi komponen fungsional kompleks PS II dan, karenanya, gangguan transpor elektron antara PS I dan PS II, peningkatan aliran elektron ke molekul oksigen dan peningkatan aliran elektron. pembentukan ROS. Akibatnya FI menurun yang menjadi penyebab utama hilangnya hasil panen akibat panas.
Protein kejutan panas. Sintesis protein kejutan panas (HSP) sebagai respons terhadap peningkatan suhu ditemukan pada tahun 1974. Ini merupakan karakteristik semua jenis organisme hidup, termasuk tumbuhan tingkat tinggi dan rendah. HSP di semua organisme diwakili oleh sekumpulan besar polipeptida, yang biasanya diberi nama berdasarkan berat molekulnya, dinyatakan dalam kilodalton (kDa). Misalnya, HSP dengan berat molekul 70 kDa disebut HSP 70. Peran penting HSP dalam kehidupan sel ditunjukkan dengan tingginya konservasi evolusinya. Dengan demikian, masing-masing wilayah dalam evolusi HSP 70 mempertahankan lebih dari 90% homologi pada bakteri dan manusia. HSP tumbuhan diwakili oleh sekelompok protein dengan berat molekul tinggi (110-60 kDa) dan berat molekul rendah (35-15 kDa). Fitur khas tanaman adalah banyaknya HSP dengan molekul rendah dan intensitas sintesisnya yang tinggi selama kejutan panas (HS).
Sintesis HSP merupakan program stres yang dipicu oleh kejutan panas dan terjadi ketika suhu naik 8-10 °C di atas normal. Jadi, pada daun jelai, sintesis HSP maksimum dicapai pada suhu 40 °C, dan pada daun padi - pada suhu 45 °C. Beralih hidup normal sel ke program stres termasuk pemrograman ulang genom yang terkait dengan penghambatan ekspresi gen, yang aktivitasnya merupakan karakteristik kehidupan di kondisi normal, dan aktivasi gen TS. Dalam sel tumbuhan, mRNA yang mengkode HSP terdeteksi 5 menit setelah timbulnya stres. Selain itu, terjadi disintegrasi polisom yang mensintesis protein khas kondisi normal, dan pembentukan polisom yang mensintesis HSP. Aktivasi cepat sintesis HSP tidak hanya pada tingkat transkripsi (sintesis RNA pada DNA), tetapi juga translasi (sintesis protein pada mRNA) dicapai sebagai hasil koordinasi banyak peristiwa. Kejutan panas menyebabkan perubahan mRNA yang disintesis dalam sel sebelum kejutan, terkait dengan modifikasi faktor translasi protein dan protein ribosom. Selain itu, mRNA HSP berbeda dari mRNA protein biasa. Akibat HS, sintesis protein konvensional melemah dan kemudian dihentikan dan peralatan sintesis protein beralih ke sintesis HSP, yang terdeteksi di dalam sel 15 menit setelah dimulainya HS. Sintesis maksimum diamati setelah 2-4 jam, kemudian menurun.
Sintesis berbagai HSP terjadi ketika suhu yang berbeda. Dalam kloroplas, sintesis HSP dengan berat molekul tinggi diaktifkan pada kisaran 34–42 °C, melemah pada 44 °C, dan menurun tajam pada 46 °C. Induksi sintesis HSP dengan berat molekul rendah terutama terlihat pada 40-42 °C. Penghambatan sintesis Rubisco yang signifikan hanya terjadi pada suhu di atas 44 °C. Hampir semua HSP kloroplas yang terdeteksi dikodekan dalam nukleus, disintesis dalam sitoplasma, dan kemudian diangkut ke kloroplas, di mana mereka melakukan fungsi perlindungan selama HS. Setelah kejutan panas berakhir, sintesis HSP berhenti dan sintesis protein karakteristik sel pada kondisi suhu normal dilanjutkan. Dalam hal ini, mRNA HSP dengan cepat dihancurkan di dalam sel pada suhu normal, sementara proteinnya sendiri dapat bertahan lebih lama, tampaknya meningkatkan ketahanan sel terhadap panas. Paparan sel terhadap kondisi HSP dalam waktu lama biasanya juga menyebabkan melemahnya dan terhentinya sintesis HSP. Dalam hal ini, mekanisme pengaturan ekspresi gen HSP diaktifkan berdasarkan prinsip umpan balik. Akumulasi HSP dalam sel mengurangi aktivitas gennya. Mungkin dengan cara ini sel mempertahankan jumlah HSP pada tingkat yang dibutuhkan, mencegah produksi berlebih.
Sebagai aturan, sebagai respons terhadap peningkatan suhu, protein yang sesuai disintesis, yang membantu meningkatkan ketahanan termal tubuh. Peran protektif HSP digambarkan oleh model pendamping molekuler (diterjemahkan dari bahasa Inggris - pemandu, mentor bagi kaum muda). DI DALAM kondisi ekstrim HSP “menjaga” fungsi makromolekul spesifik dan struktur seluler, membebaskan sel dari komponen yang rusak, sehingga memungkinkan pemeliharaan homeostasis seluler. Interaksi HSP 70 dengan protein lain bergantung pada rasio ATP/ADP. Dipercayai bahwa HSP 70, dalam kompleks dengan ADP, mempertahankan protein yang tidak dirajut, dan penggantian ADP dengan ATP menyebabkan pelepasan protein ini dari kompleks dengan HSP 70.
Sesuai dengan model ini, HSP meningkatkan stabilitas termal sel, menyediakan proses berikut: stabilisasi struktur asli protein yang bergantung pada energi; perakitan struktur oligomer yang benar dalam kondisi hipertermia; pengangkutan zat melintasi membran organel; disagregasi kompleks makromolekul yang tersusun secara tidak benar; pembebasan sel dari makromolekul yang terdenaturasi dan daur ulang monomer yang termasuk di dalamnya dengan bantuan ubiquitin. Ubiquitin adalah protein kejutan panas dengan berat molekul rendah, yang keterikatannya pada polipeptida menjadikannya target protease. Ini adalah semacam “tanda kematian” bagi protein. Dengan bantuan mereka, protein yang rusak dan tidak terselesaikan akibat aksi HS dimusnahkan dan dihilangkan.
Sejumlah fakta mendukung fungsi protektif HSP pada HS. Secara khusus, telah terbukti bahwa penghentian sintesis protein dengan inhibitor spesifik selama HS, ketika sintesis HSP terjadi, menyebabkan kematian sel. Sel dapat dikeraskan, sehingga meningkatkan stabilitas termalnya dengan terlebih dahulu memaparkannya sebentar pada suhu tinggi. Kondisi pengerasan tersebut bertepatan dengan kondisi untuk menginduksi sintesis HSP. Menariknya, sintesis HSP pada tanaman diinduksi tidak hanya oleh HSP, tetapi juga, misalnya, oleh garam kadmium dan arsenit, pengobatan yang meningkatkan ketahanan sel terhadap panas. Penting juga untuk ditekankan bahwa perubahan struktur gen (mutasi) yang mengganggu sintesis HSP menyebabkan hilangnya ketahanan sel terhadap pemanasan. Studi lebih lanjut mengenai fungsi spesifik masing-masing HSP di bawah tekanan akan mengungkapnya mekanisme molekuler pembentukan dan fungsi sifat pelindung di TS.
Sebagian besar protein HS memiliki protein terkait di dalam sel, yang disintesis secara konstan pada suhu normal atau selama fase entogenesis tertentu. Ternyata protein-protein ini, khususnya HSP 70, menempel pada protein lain, menyebabkan protein tersebut terbuka dan mencegah agregasinya. Yang terakhir ini dapat mencegah protein memperoleh konformasi asli yang diperlukan untuk aktivitas fungsionalnya. Pembukaan protein oleh HSP diperlukan untuk penetrasi mereka melalui membran kloroplas, mitokondria, dan RE. Karena agregasi protein meningkat tajam seiring dengan meningkatnya suhu, aktivasi sintesis HSP 70 dalam kondisi ini akan melindungi protein dari kerusakan permanen. HSP terdapat di semua kompartemen sel, khususnya nukleus dan nukleolus, tempat mereka terakumulasi selama HS. HSP 70 mendorong lewatnya prekursor kloroplas dan protein mitokondria yang disintesis dalam sitoplasma melalui membran, berperan dalam biogenesis organel ini. HSP 60, juga terkait dengan pendamping, disebut juga pendamping. Protein ini memastikan perakitan yang benar dari struktur kuaterner protein seluler, seperti enzim fotosintetik utama Rubisco, yang terdiri dari delapan subunit besar dan delapan subunit kecil. Kelompok pendamping juga mencakup HSP 90 yang berperan penting dalam pembentukan kompleks hormon steroid dengan reseptornya. Selain itu, HSP 90 membentuk kompleks dengan beberapa protein kinase, mengendalikan aktivitasnya. Protein kinase diketahui memfosforilasi berbagai protein seluler, mengatur aktivitasnya.
Lebih dari 30 HSP dengan berat molekul rendah (15-35 kDa) ditemukan pada tanaman, terlokalisasi terutama dalam butiran kejutan panas sitoplasma yang muncul selama HS dan menghilang setelahnya. Fungsi utamanya adalah untuk melindungi mRNA “pra-syok”, yang memungkinkan mRNA digunakan untuk sintesis protein setelah syok berakhir. HSP dengan berat molekul rendah juga ditemukan di kompartemen lain, khususnya di kloroplas. Dipercaya bahwa mereka melindungi membran tilakoid, tempat proses fotosintesis fase cahaya terlokalisasi, dari HS.
Pada beberapa tanaman, sintesis HSP konstitutif (tidak terinduksi) telah terdeteksi selama pembentukan, khususnya, serbuk sari. Ada kemungkinan bahwa HSP pra-kejutan memastikan stabilitas termal selama HS. Selain HSP, panas menginduksi ekspresi kelas protein lain, khususnya calmodulin.
Metabolisme dalam kondisi sengatan panas. Hanya ada sedikit penelitian yang ditargetkan mengenai metabolisme tanaman di bawah pengaruh H2S, dan dalam percobaan ini baik H2S dan kekeringan sering kali terjadi secara bersamaan. Ini sangat poin penting, karena respons tanaman terhadap kombinasi kekeringan dan HS berbeda dengan respons terhadap stresor individual. Jadi, di bawah kombinasi tekanan, tanaman mengakumulasi beberapa gula terlarut, termasuk sukrosa, maltosa, trekalosa, fruktosa, dan glukosa. Di bawah pengaruh kekeringan, prolin terakumulasi, tetapi di bawah pengaruh H2S, serta kombinasi H2S dan kekeringan, prolin tidak terakumulasi pada tanaman. Dalam kondisi HS, prolin atau zat antara (pirolin-5-karboksilat) bersifat toksik, sehingga prolin tidak cocok sebagai osmolit yang kompatibel. Dengan aksi simultan HS dan kekeringan, kandungan glutamin meningkat tajam. Rupanya, ketika biosintesis prolin dihambat, glutamat diubah menjadi glutamin. Pada saat yang sama, gen yang mengkode pemecahan pati dan biosintesis lipid diaktifkan, dan ekspresi gen yang mengkode heksokinase, glukosa-6-fosfat dehidrogenase, fruktokinase dan sukrosa-UDP-glukosiltransferase juga meningkat. Perubahan ekspresi gen pada tingkat transkripsilah yang mewakili faktor utama dalam pemrograman ulang metabolisme karbohidrat.
Di bawah pengaruh HS pada bibit Arabidopsis, terjadi peningkatan sinkron dalam ukuran kumpulan sejumlah asam amino dan Amida (asparagin, leusin, isoleusin, treonin, alanin, dan valin) yang diperoleh dari AP dan PVA. Selain itu, kandungan karbohidrat meningkat: maltosa, sukrosa, galaktinol, mioinositol, rafinosa dan monosakarida, prekursor dinding sel. Setelah 6 jam, konsentrasi b-alanin, gliserol, maltosa, sukrosa, dan trekalosa meningkat.
Fotosintesis, transpirasi dan respirasi. Salah satu indikator yang berkaitan erat dengan regulasi metabolisme CO2 dan H2O pada tumbuhan adalah konduktansi stomata. Bukti luas menunjukkan bahwa suhu tinggi menyebabkan penutupan stomata, yang dapat dilihat sebagai respons tidak langsung terhadap ketergantungan suhu akibat defisit tekanan uap air dan respirasi daun. Dengan demikian, penutupan sebagian stomata merupakan konsekuensi dari peningkatan konsentrasi CO2 intraseluler. Namun, penutupan stomata yang diinginkan tidak menyebabkan penurunan fotosintesis, karena ketergantungan konduktansi stomata dan IF pada suhu tidak bersamaan. Dengan demikian, konduktansi stomata meningkat pada suhu dimana fotosintesis terhambat secara permanen.
Meskipun konduktansi stomata tampaknya tidak mempengaruhi IF secara langsung, konduktansi stomata membantu mengatur transpirasi, yang dengan mengontrol suhu daun, mempengaruhi toleransi panas fotosintesis. Pada tanaman beberapa tanaman, dengan pasokan air yang cukup, suhu udara akibat termoregulasi bisa hampir 8 °C lebih rendah daripada suhu udara di atas tanaman. Pada saat yang sama, jika ada defisit kelembaban di tanah, gambaran sebaliknya dapat diamati - suhu daun di tanaman melebihi suhu udara sekitar hampir 15 °C, yang meningkatkan dampak negatif defisit air di IF.
Laju fotosintesis bersih gandum dan sebagian besar tanaman C3 cukup stabil pada kisaran 15-30 °C. Di bawah dan di atas kisaran suhu ini, IF menurun sebesar 5-10% untuk setiap derajat (Gbr. 3.1). Perubahan yang relatif kecil pada fotosintesis bersih pada kisaran 15-30 °C seharusnya tidak menyembunyikan fakta bahwa fotosintesis kotor sebenarnya meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Namun, karena peningkatan ID seluruh tumbuhan secara simultan dan terutama fotorespirasi, intensitas fotosintesis bersih sedikit berubah.
Terdapat perbedaan mencolok antara tanaman C3 dan C4 dalam hal ini, dengan intensitas optimal fotosintesis bersih pada spesies C4 diamati pada suhu yang lebih tinggi (30-40 °C). Fotorespirasinya tidak signifikan, sehingga peningkatan fiksasi CO2 seiring dengan peningkatan suhu tidak ditutupi oleh biaya fotorespirasi. Memang benar, suhu optimal yang lebih tinggi untuk fotosintesis bersih pada spesies C4 dibandingkan dengan spesies C3 dijelaskan oleh biaya pernapasan yang lebih rendah pada suhu tinggi pada spesies C4. Perubahan ireversibel pada peralatan fotosintesisnya hanya terlihat ketika suhu melebihi 40 °C, terutama disebabkan oleh kerusakan PS II yang terjadi dalam beberapa menit setelah timbulnya aksi HS, yang mempunyai pengaruh yang menentukan pada hasil.
Kejutan panas kejutan panas- kejutan panas.
Keadaan tubuh yang stres setelah terpapar suhu tinggi, secara khusus, T.sh. digunakan untuk menginduksi poliploidi<poliploidi yang diinduksi> terutama untuk hewan yang berkembang biak di air (ikan, kerang): suhu air dinaikkan menjadi 29-33 o C selama 2-20 menit. ( suhu normal inkubasi biasanya 15-20 o C) setelah 3-10 menit. (induksi triploidi) atau setelah 20-40 menit. (induksi tetraploidi) setelah pembuahan; juga mampu T.sh. menganalisis aktivitas protein kejutan panas spesifik<protein kejutan panas>, aktivitas pouf<engahan> pada lalat buah (dalam hal ini T.sh. pada 41-43 o C).
(Sumber: "Inggris-Rusia Kamus istilah genetik." Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskow: Rumah Penerbitan VNIRO, 1995)
Lihat apa itu "kejutan panas" di kamus lain:
Kejutan panas- *ceplav shock* heat shock adalah keadaan tubuh yang stres akibat paparan suhu tinggi. T.sh. digunakan: a) untuk menginduksi poliploidi (lihat) pada ikan, moluska, inkubasi individu setelah pembuahan pada tо = 29-33 °C (bukan ... ... Genetika. kamus ensiklopedis
kejutan panas- Keadaan tubuh yang stres setelah terpapar suhu tinggi, khususnya T.sh. digunakan untuk menginduksi poliploidi terutama pada hewan yang bereproduksi di air (ikan, kerang): suhu air dinaikkan menjadi 29-33 oC selama 2-20 menit... ... Panduan Penerjemah Teknis
Kejutan termal- Syn: Kelelahan termal. Terjadi ketika kepanasan terjadi karena respon pembuluh jantung yang tidak mencukupi terhadap kondisi ekstrim suhu tinggi, sering berkembang terutama pada orang tua yang memakai diuretik. Menunjukkan kelemahan... Kamus Ensiklopedis Psikologi dan Pedagogi
TERLALU PANAS DAN STROKE PANAS- Sayang Kepanasan (sinkop panas, sujud panas, kolaps panas) dan serangan panas (hiperpireksia, kelengar kena matahari, tubuh terlalu panas) reaksi patologis tubuh terhadap suhu tinggi lingkungan, Terkait… … Direktori penyakit
- (HSP Bahasa Inggris, Protein kejutan panas) adalah kelas protein yang serupa secara fungsional, yang ekspresinya meningkat seiring dengan meningkatnya suhu atau dalam kondisi lain yang memberi tekanan pada sel. Peningkatan ekspresi gen yang mengkode protein termal... ... Wikipedia
Tetramer yang terdiri dari empat molekul protein p53 identik. Mereka saling berhubungan oleh domain yang bertanggung jawab atas oligomerisasi (lihat teks). p53 (protein p53) adalah faktor transkripsi yang mengatur siklus sel. Dalam keadaan tidak bermutasi... ... Wikipedia
Jika suhu meningkat, organisme hidup akan bereaksi dengan memproduksi senyawa aneh yang disebut “protein kejutan panas”. Beginilah reaksi manusia, beginilah reaksi kucing, begitulah reaksi makhluk apa pun, karena ia terdiri dari sel-sel hidup. Namun, bukan hanya peningkatan suhu yang memicu sintesis protein kejutan panas klamidia dan spesies lainnya. Situasi stres yang parah sering kali dipicu.
informasi Umum
Karena protein kejutan panas diproduksi oleh tubuh hanya dalam situasi tertentu, mereka memiliki sejumlah perbedaan dari senyawa yang biasanya diproduksi. Periode pembentukannya ditandai dengan terhambatnya ekspresi kumpulan protein utama, yang memainkan peran penting dalam metabolisme.
HSP-70 dari eukariota, DnaK dari prokariota - ini adalah keluarga di mana para ilmuwan telah menggabungkan protein kejutan panas yang penting untuk kelangsungan hidup di tingkat sel. Artinya, berkat koneksi tersebut, sel dapat terus berfungsi meski dalam situasi di mana stres, panas, dan lingkungan agresif menentangnya. Namun, protein dari keluarga ini juga dapat berpartisipasi dalam proses yang terjadi dalam kondisi normal.
Biologi pada tingkat mikroskopis
Jika domainnya 100% identik, maka eukariota dan prokariota lebih dari 50% homolog. Para ilmuwan telah membuktikan bahwa di alam, di antara semua kelompok protein, HSP 70 kDa adalah salah satu yang paling konservatif. Studi yang ditujukan untuk hal ini dilakukan pada tahun 1988 dan 1993. Agaknya, fenomena ini dapat dijelaskan melalui fungsi pendamping yang melekat pada protein kejutan panas dalam mekanisme intraseluler.
Bagaimana itu bekerja?
Jika kita mempertimbangkan eukariota, maka di bawah pengaruh kejutan panas, gen HSP diinduksi. Jika sel tertentu lolos dari kondisi stres, maka faktor-faktor tersebut terdapat dalam nukleus dan sitoplasma sebagai monomer. Senyawa ini tidak memiliki aktivitas pengikatan DNA.
Saat mengalami kondisi stres, sel berperilaku sebagai berikut: Hsp70 dibelah, yang memulai produksi protein terdenaturasi. HSP membentuk pemangkas, aktivitasnya mengubah karakternya dan mempengaruhi DNA, yang seiring waktu menyebabkan akumulasi komponen dalam inti sel. Proses ini disertai dengan peningkatan transkripsi pendamping. Tentu saja, situasi yang memicu hal ini akan berlalu seiring berjalannya waktu, dan pada saat hal ini terjadi, Hsp70 dapat dimasukkan kembali ke dalam HSP. Aktivitas terkait DNA memudar dan sel terus berfungsi seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Rangkaian peristiwa ini diidentifikasi pada tahun 1993 dalam studi tentang HSP yang dilakukan oleh Morimoto. Jika tubuh terkena bakteri, maka HSP dapat berkonsentrasi pada sinovium.
Mengapa dan mengapa?
Para ilmuwan mampu mengungkap bahwa HSP terbentuk akibat pengaruh berbagai situasi negatif yang berbahaya bagi kehidupan sel. Pengaruh luar yang membuat stres dan merusak bisa sangat beragam, tetapi mengarah pada pilihan yang sama. Karena HSP, sel bertahan dari pengaruh faktor agresif.
Diketahui bahwa HSP terbagi menjadi tiga keluarga. Selain itu, para ilmuwan telah menemukan adanya antibodi terhadap protein kejutan panas. HSP dibagi menjadi beberapa kelompok berdasarkan berat molekul. Tiga kategori: 25, 70, 90 kDa. Jika ada sel yang berfungsi normal dalam organisme hidup, maka di dalamnya mungkin terdapat berbagai protein yang bercampur, sangat mirip. Berkat HSP, protein yang terdenaturasi, serta protein yang tidak terlipat dengan benar, dapat kembali menjadi solusi. Namun selain fungsi ini, masih ada beberapa fungsi lainnya.
Apa yang kita ketahui dan apa yang kita duga
Hingga saat ini, protein heat shock pada klamidia, serta HSP lainnya, belum sepenuhnya dipelajari. Tentu saja, ada beberapa kelompok protein yang datanya cukup banyak dimiliki para ilmuwan, dan ada pula kelompok lain yang belum dikuasai. Namun kini sains telah mencapai tingkat di mana pengetahuan memungkinkan kita untuk mengatakan bahwa dalam onkologi, protein kejutan panas dapat menjadi alat yang sangat berguna untuk mengalahkan salah satu penyakit paling mengerikan di abad kita - kanker.
Para ilmuwan memiliki jumlah data terbesar tentang Hsp70 HSP yang mampu mengikat berbagai protein, agregat, kompleks, bahkan yang abnormal. Seiring waktu, terjadi pelepasan, disertai dengan senyawa ATP. Ini berarti larutan muncul kembali di dalam sel, dan protein yang salah menjalani proses koagulasi dapat menjalani operasi ini lagi. Hidrolisis, penggandengan ATP adalah mekanisme yang memungkinkan hal ini.
Anomali dan norma
Sulit untuk melebih-lebihkan peran protein kejutan panas bagi organisme hidup. Setiap sel selalu mengandung protein abnormal, yang konsentrasinya dapat meningkat jika ada prasyarat eksternal untuk itu. Kisah khasnya adalah kepanasan atau infeksi. Artinya, agar sel dapat terus berfungsi, sangat penting untuk menghasilkan lebih banyak HSP. Mekanisme transkripsi diaktifkan, yang memulai produksi protein, sel beradaptasi dengan perubahan kondisi dan terus berfungsi. Namun, seiring dengan mekanisme yang telah diketahui, masih banyak yang harus ditemukan. Secara khusus, antibodi terhadap protein kejutan panas klamidia merupakan bidang yang cukup luas bagi aktivitas para ilmuwan.
HSP, ketika rantai polipeptida meningkat dan berada dalam kondisi yang memungkinkan untuk bersentuhan dengannya, memungkinkan mereka menghindari agregasi dan degradasi nonspesifik. Sebaliknya, pelipatan terjadi secara normal, dengan pendamping yang diperlukan terlibat dalam prosesnya. Hsp70 juga diperlukan untuk pembukaan rantai polipeptida dengan partisipasi ATP. Melalui HSP, dimungkinkan untuk memastikan bahwa daerah non-polar juga rentan terhadap pengaruh enzim.
HSP dan obat-obatan
Di Rusia, para ilmuwan FMBA mampu menciptakan obat baru, menggunakan protein kejutan panas untuk membuatnya. Obat kanker yang dipresentasikan oleh para peneliti telah melewati pengujian awal pada hewan pengerat eksperimental yang terkena sarkoma dan melanoma. Eksperimen ini memungkinkan kita untuk mengatakan dengan yakin bahwa langkah maju yang signifikan telah dibuat dalam perang melawan onkologi.
Para ilmuwan telah menyarankan dan mampu membuktikan bahwa protein kejutan panas adalah obat, atau lebih tepatnya, dapat menjadi dasar obat yang efektif, sebagian besar disebabkan oleh fakta bahwa molekul-molekul ini terbentuk dalam situasi stres. Karena obat ini awalnya diproduksi oleh tubuh untuk menjamin kelangsungan hidup sel, disarankan bahwa dengan kombinasi yang tepat dengan obat lain, tumor pun dapat dilawan.
HSP membantu obat mendeteksi sel-sel yang terkena dampak dalam tubuh yang sakit dan mengatasi DNA yang salah di dalamnya. Diasumsikan bahwa obat baru ini akan sama efektifnya untuk subtipe apa pun penyakit ganas. Kedengarannya seperti dongeng, tetapi dokter melangkah lebih jauh - mereka berasumsi bahwa obatnya akan tersedia pada tahap apa pun. Setuju, protein kejutan panas untuk kanker, ketika lulus semua tes dan memastikan keandalannya, akan menjadi perolehan yang sangat berharga bagi peradaban manusia.
Diagnosis dan obati
Paling Informasi rinci tentang harapan pengobatan modern kata Dr. Simbirtsev, salah satu orang yang bekerja dalam pembuatan obat tersebut. Dari wawancaranya, Anda dapat memahami logika apa yang digunakan para ilmuwan untuk membuat obat tersebut dan bagaimana obat tersebut dapat memberikan efektivitas. Selain itu, dapat disimpulkan apakah protein heat shock tersebut sudah lolos uji klinis atau masih akan datang.
Seperti disebutkan sebelumnya, jika tubuh tidak mengalami kondisi stres, maka produksi BS terjadi dalam jumlah yang sangat kecil, namun meningkat secara signifikan seiring dengan perubahan pengaruh eksternal. Pada saat yang sama, tubuh manusia normal tidak mampu memproduksi HSP dalam jumlah besar yang dapat membantu mengalahkan neoplasma ganas yang baru muncul. “Apa jadinya jika kamu memperkenalkan BTS dari luar?” - para ilmuwan memikirkan dan menjadikan ide ini sebagai dasar penelitian.
Bagaimana cara kerjanya?
Untuk menciptakan obat baru, para ilmuwan di kondisi laboratorium telah menciptakan kembali semua yang diperlukan sel hidup untuk mulai memproduksi HSP. Untuk tujuan ini, diperoleh gen manusia yang dikloning menggunakan peralatan terkini. Bakteri yang dipelajari di laboratorium dimodifikasi hingga mereka mulai memproduksi protein yang diinginkan para ilmuwan secara mandiri.
Para ilmuwan, berdasarkan informasi yang diperoleh selama penelitian, telah menarik kesimpulan tentang pengaruh HSP tubuh manusia. Untuk melakukan ini, kami harus mengorganisir seekor tupai. Hal ini sama sekali tidak mudah untuk dilakukan: kita harus mengirimkan sampel ke orbit planet kita. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa kondisi bumi tidak cocok untuk perkembangan kristal yang benar dan seragam. Namun kondisi luar angkasa memungkinkan diperolehnya kristal yang dibutuhkan para ilmuwan. Sekembalinya ke planet asalnya, sampel eksperimen dibagi antara ilmuwan Jepang dan Rusia, yang melakukan analisis, seperti yang mereka katakan, tanpa membuang waktu sedetik pun.
Dan apa yang mereka temukan?
Sejauh ini, upaya ke arah tersebut masih berlangsung. Perwakilan tim ilmuwan mengatakan bahwa dimungkinkan untuk menetapkan dengan tepat bahwa tidak ada hubungan pasti antara molekul HSP dan organ atau jaringan makhluk hidup. Dan ini berbicara tentang keserbagunaan. Artinya, jika protein heat shock dapat digunakan dalam pengobatan, maka protein tersebut akan langsung menjadi obat mujarab jumlah yang besar penyakit - tidak peduli organ mana yang terkena neoplasma ganas, penyakit itu dapat disembuhkan.
Awalnya, para ilmuwan menyiapkan obat dalam bentuk cair - disuntikkan ke subjek percobaan. Tikus dan mencit diambil sebagai spesimen pertama untuk menguji produk. Dimungkinkan untuk mengidentifikasi kasus penyembuhan baik pada tahap awal maupun pada saat itu tahap akhir perkembangan penyakit. Tahapan saat ini disebut uji praklinis. Para ilmuwan memperkirakan jangka waktu penyelesaiannya setidaknya satu tahun. Setelah itu waktunya akan tiba uji klinis. Produk baru, mungkin obat mujarab, akan tersedia di pasar dalam 3-4 tahun ke depan. Namun, sebagaimana dicatat oleh para ilmuwan, semua ini hanya realistis jika proyek tersebut mendapat pendanaan.
Menunggu atau tidak menunggu?
Tentu saja, janji-janji dokter terdengar menarik, tetapi pada saat yang sama juga menimbulkan ketidakpercayaan. Berapa lama umat manusia telah menderita kanker, berapa banyak korban yang menderita penyakit ini dalam beberapa dekade terakhir, dan di sini mereka menjanjikan lebih dari itu obat yang efektif, tapi obat mujarab yang nyata - untuk jenis apa pun, untuk periode apa pun. Bagaimana Anda bisa percaya ini? A lebih buruk dari itu- percaya, tapi tidak menunggu, atau menunggu, tapi ternyata obatnya tidak sebaik yang diharapkan, seperti yang dijanjikan.
Pengembangan obat adalah sebuah teknik rekayasa genetika, yaitu bidang kedokteran yang paling maju sebagai suatu ilmu. Artinya, jika berhasil, hasilnya pasti akan mengesankan. Namun, pada saat yang sama, hal ini berarti prosesnya sangat mahal. Biasanya, investor bersedia menginvestasikan cukup banyak uang dalam proyek-proyek yang menjanjikan, namun ketika topiknya begitu keras, tekanannya besar, dan jangka waktunya tidak jelas, maka risikonya dinilai sangat besar. Perkiraan ini terdengar optimis untuk 3-4 tahun, namun semua pakar pasar mengetahui dengan baik seberapa sering jangka waktunya meluas hingga beberapa dekade.
Luar biasa, luar biasa... atau benarkah?
Bioteknologi adalah bidang yang tertutup bagi pemahaman orang kebanyakan. Oleh karena itu, kita hanya bisa berharap pada kata-kata “keberhasilan uji praklinis”. Nama kerja obat tersebut adalah “Heat Shock Protein”. Namun, HSP hanyalah komponen utama obat yang menjanjikan terobosan di pasar obat onkologi. Selain itu, komposisinya juga diharapkan mengandung sejumlah zat bermanfaat yang akan menjamin keefektifan produk. Dan semua ini menjadi mungkin berkat fakta itu penelitian terbaru HSP menunjukkan bahwa molekul tersebut tidak hanya membantu melindungi sel-sel hidup dari kerusakan, tetapi juga bertindak sebagai semacam “jari penuntun” bagi sistem kekebalan tubuh, membantu mengidentifikasi sel mana yang terkena tumor dan mana yang tidak. Sederhananya, ketika HSP muncul di dalam tubuh dalam konsentrasi yang cukup besar, para ilmuwan berharap respon imun itu sendiri akan menghancurkan unsur-unsur penyakit tersebut.
Berharap dan tunggu
Ringkasnya, kita dapat mengatakan bahwa produk anti-tumor baru ini didasarkan pada fakta bahwa tubuh sendiri mempunyai obat yang dapat menghancurkan tumor, namun secara alami obat tersebut cukup lemah. Konsentrasinya sangat rendah sehingga tidak efek terapeutik Anda bahkan tidak bisa memimpikannya. Pada saat yang sama, beberapa HSP ditemukan di sel yang tidak terpengaruh oleh tumor, dan molekulnya tidak akan “meninggalkan” sel tersebut. Oleh karena itu, pengiriman diperlukan zat bermanfaat dari luar - sehingga selanjutnya mempengaruhi secara langsung unsur-unsur yang terkena dampak. Omong-omong, sejauh ini para ilmuwan berasumsi bahwa obat tersebut bahkan tidak akan memiliki efek samping - dan ini sangat efektif! Dan mereka menjelaskan “keajaiban” ini dengan fakta bahwa penelitian menunjukkan bahwa tidak ada toksisitas. Namun, kesimpulan akhir akan diambil ketika uji praklinis berakhir, yang akan memakan waktu setidaknya satu tahun.
Materi dengan subjudul yang sangat optimis “Obat rekayasa genetika untuk semua jenis dan tahapan tumor ganas pasien bisa mendapatkannya dalam tiga sampai empat tahun.”
Namun, siapapun yang mengetahui sesuatu tentang terapi penyakit onkologis, saat melihat ramalan seperti itu, paling banter, dia akan mengangkat alisnya karena terkejut, dan paling buruk, dia akan marah. Kami memberi tahu Anda apa yang salah dengan “sensasi ilmiah” terbaru.
Apa yang terjadi?
Pengembangan obat, yang dijelaskan di Izvestia, sedang dilakukan di Institut Penelitian Negara untuk Obat-obatan Sangat Murni dari Badan Medis dan Biologi Federal (FMBA) Rusia. Wakil Direktur Karya Ilmiah Institut, Anggota Koresponden dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia dan Doktor Ilmu Medis, Profesor Andrei Simbirtsev, dalam artikel berjudul “Di Rusia mereka menciptakan obat untuk kanker dan mengujinya di luar angkasa,” mengatakan kepada koresponden Izvestia tentang “protein kejutan panas,” yang mengkristal dalam gravitasi nol di ISS, dan sekarang menjalani uji praklinis.
Saat ini, penelitian tersebut dilakukan dengan dana hibah dari Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan, dan para ilmuwan berencana untuk menyediakan dana sebesar 100 juta rubel untuk uji klinis dengan bantuan investor swasta dan program pembiayaan bersama negara sebesar 50%. Untuk menariknya, para pengembang akan “mengetuk semua pintu, karena obatnya unik. Kami berada di ambang penemuan pengobatan kanker yang benar-benar baru. Ini akan membantu orang-orang dengan tumor yang tidak dapat disembuhkan.”
“Kami sudah memproduksi obat tersebut di lokasi produksi lembaga penelitian,” kata Andrei Simbirtsev kepada para jurnalis yang antusias, seraya menambahkan bahwa di saat ini sedang diuji pada tikus, dan akan menjangkau pasien hanya dalam tiga hingga empat tahun.
Apa menariknya?
Semua ini terdengar sangat menginspirasi, namun protein heat shock sebenarnya sudah dikenal sejak lama, namun entah mengapa masyarakat masih belum menjadikannya obat mujarab untuk semua jenis kanker. Ini adalah keluarga protein yang cukup besar yang diaktifkan sebagai respons terhadap stres ketika suhu naik (dan terkadang menurun). Mereka membantu sel melawan konsekuensi degradasi struktur protein lain. Paling contoh terkenal perubahan seperti itu adalah runtuhnya komponen utama putih telur, albumin, saat digoreng atau direbus, berubah warna dari transparan menjadi putih. Jadi, protein kejutan panas menghilangkan konsekuensi dari perubahan ini: mereka “memperbaiki” atau akhirnya memanfaatkan struktur yang terdegradasi. Banyak protein kejutan panas juga merupakan pendamping yang membantu protein lain terlipat dengan benar.
Referensi:
Pendamping adalah kelas protein yang fungsi utamanya adalah memulihkan struktur protein tersier atau kuaterner; mereka juga terlibat dalam pembentukan dan disosiasi kompleks protein.
Protein kejutan panas ditemukan di semua sel. Namun, pada sel yang berbeda (terutama sel tumor, perbedaannya sangat besar jenis yang berbeda kanker baik dari satu sama lain maupun dari sel-sel normal dalam tubuh), protein-protein ini berperilaku berbeda. Misalnya, pada beberapa jenis kanker, ekspresi protein HSP-70 dapat meningkat (pada melanoma maligna) atau menurun (pada kanker ginjal).
Untuk memahami jenis protein apa yang sedang kita bicarakan dan apakah protein tersebut benar-benar digunakan dalam terapi kanker dan dapat membantu semua jenisnya, kami berbicara dengan Dr. ilmu biologi Alexander Sapozhnikov. Ilmuwan ini adalah kepala laboratorium interaksi seluler di Institut Kimia Bioorganik yang dinamai M.M. Shemyakin dan Yu.A. Ovchinnikov RAS, yang telah mengerjakan salah satu protein kejutan panas yang paling menjanjikan untuk pengembangan ke arah ini selama bertahun-tahun. Dia mengomentari artikel ini:
“Saya tidak akan mengatakan bahwa ini tidak masuk akal, tetapi ini adalah informasi yang benar-benar salah. Penulis ide menggunakan protein heat shock dengan berat molekul 70 kilodalton (disebut HSP-70, dalam bahasa Inggris HSP70) adalah teman dan kolega saya Boris Margulis. Dia bekerja di Institut Sitologi di St. Petersburg.
Dia dan istrinya Irina Guzhova telah mengerjakan protein ini sepanjang hidup mereka (saya juga telah mengerjakannya selama bertahun-tahun, tetapi tidak dengan penelitian terkait terapi kanker). Secara formal, kepala laboratorium adalah Irina, yang mempelajari bagaimana protein berhubungan dengan penyakit neurodegeneratif, dan Boris adalah kepala departemen. Dia adalah orang pertama di dunia yang mengusulkan penggunaan protein “telanjang”, yang tidak mengandung antigen terkait tumor.
Saya tidak percaya dengan gagasannya tentang penggunaan protein ini (pada kenyataannya, belum terbukti efektif). Jika kita “menari dari kompor”, ada seorang Hindu tertentu, Pramod Srivastava, yang lahir di India, tetapi belajar, tinggal dan bekerja di Amerika. Dahulu kala, ia tidak hanya membuat “vaksin” tumor menggunakan HSP-70, tetapi juga membuka klinik dan merawat pasien kanker dengan HSP-70. Srivastava mengisolasi protein ini langsung dari tumor: ia mengambil biopsi dari pasien, mengisolasinya dari potongan jaringan (ada cara khusus untuk mendapatkan protein yang sangat faksi tinggi protein ini).
Namun, protein yang diperoleh dari jaringan pasien kanker memiliki ikatan yang kuat dengan peptida terkait tumor - tanda-tanda tumor yang dapat dikenali oleh sistem kekebalan tubuh. Oleh karena itu, ketika kompleks ini diberikan kepada pasien, jumlah besar pasien, respon imun dihasilkan, dan efek positif diperoleh bagi pasien.
Faktanya, menurut statistik, efek ini tidak melebihi efek kemoterapi. Tapi tetap saja kemoterapi “meracuni” tubuh, tapi “vaksinasi” seperti itu tidak “meracuni” tubuh. Ini adalah sejarah yang sangat panjang; pendekatan ini telah digunakan di klinik sejak lama.
Alexander Sapozhnikov. Doktor Ilmu Biologi, Profesor
Adapun Boris Margulis, dia (khususnya berdasarkan laboratorium saya) menunjukkan (dan mempublikasikan hasil karyanya) bahwa jika protein murni, tanpa beban tumor, ditambahkan ke sel tumor, maka protein eksogen ini menyebabkan sel tumor terekspos. peptida terkait tumor yang sama yang biasanya terletak di dalam sel-sel ini, di sitoplasma. Kemudian sistem kekebalan akan mengenalinya, dan tubuh akan menolak sel-sel ini dengan sendirinya dan melawan tumor.
Hal ini telah ditunjukkan dalam budaya secara in vitro, yaitu, bukan di dalam tubuh, tetapi di dalam tabung reaksi. Selain itu, Boris Margulis hanya mengaku menderita leukemia pada masa kanak-kanak, karena ia terhubung dengan dokter di St. Apa yang dikatakan Simbirtsev dalam wawancaranya adalah perluasan dari metode penggunaan protein murni dan telanjang.
Mekanisme kerja protein murni ini adalah memaksa tumor menarik ke permukaan (sebagaimana Margulis sendiri menyebutnya, “memeras”) peptida ini dengan protein endogennya. Protein ini ada di semua sel, dan tidak ada satu sel pun di dunia yang tidak memiliki protein ini. Ini adalah protein yang sangat kuno dan sangat konservatif, setiap orang memilikinya (saya tidak sedang membicarakan virus sekarang).
Margulis sendiri tidak akan melakukan penelitian praklinis, ia menerima (lima tahun lalu) hibah bersama dengan Institute of Highly Pure Drugs. Rupanya, institut inilah tempat Simbirtsev bekerja, saya sudah mendengar namanya berkali-kali, tetapi karena ini adalah Badan Medis-Biologi Federal, yang mencakup Institut Imunologi di Kashirka, tempat saya bekerja selama bertahun-tahun, maka kemungkinan besar ini adalah Institut obat-obatan yang sangat murni, yang dengannya ia menerima hibah untuk penelitian praklinis. DI DALAM tahun Soviet itu adalah Direktorat Ketiga Kementerian Kesehatan. Dari lembaga inilah diperoleh dana hibah untuk praklinik dari Kemendikbud sebesar 30 juta selama tiga tahun yang berakhir dua tahun lalu.
Institut Persiapan Sangat Murni mengerjakan semua dokumen, mereka melaporkan hibah mereka tahap berikutnya, mempromosikan obat, uang juga dibutuhkan di sana. Ini adalah uji klinis tahap pertama. Di sini Boris Margulis, sejauh yang saya pahami, telah meninggalkan pengembangan, menyerahkannya kepada Institut Persiapan yang Sangat Murni.
Mereka membuat protein ini, mereka membuat bioteknologi, saya bahkan menyimpannya di lemari es, Boris memberikannya kepada saya untuk diuji. Mereka membuatnya dalam jumlah banyak dan menyimpannya dalam bentuk lyophilized (kering) dalam ampul steril. Sebenarnya obat ini sebaiknya digunakan, mungkin dengan beberapa bahan tambahan, di uji klinis. Tapi ini membutuhkan uang.
Karena tidak sengaja melihat berita wawancara Simbirtsev, saya membacanya, mengirimkannya ke Margulis, dan bertanya apakah dia sudah membacanya. Boris menjawab saya bahwa Andrey (yang dia kenal baik) melakukan sesuatu yang bodoh, dia bahkan tidak merujuk pada penulisnya. Penulis ide ini (menggunakan protein murni sebagai obat antitumor dalam onkologi), saya ulangi, adalah Boris Margulis. Tapi, sejauh yang saya dengar darinya akhir-akhir ini, dia sudah menjauh dari masalah ini.
Saya sedang mengerjakan protein ini, tetapi sebagai imunomodulator, seperti laboratorium saya. Kami bekerja sedikit dengan sifat antitumor, pada model mouse. Ada hasil yang sangat bagus di sana. Maksud saya protein "telanjang", ia hanya memiliki sifat imunostimulan. Omong-omong, pertanyaan besarnya adalah apa alasan sifat imunostimulannya: protein itu sendiri atau beberapa kotoran kecil, misalnya lipopolisakarida. Protein ini diperoleh dalam kultur bakteri (in E.coli), ini adalah teknik paling umum untuk memproduksi protein rekombinan. Lipopolisakarida (LPS) adalah komponen dinding sel bakteri, dan sangat sulit untuk sepenuhnya memurnikan kultur pengotor ini. Tentu saja, mereka membersihkannya, tetapi konsentrasi kecil masih tersisa. Pengotor LPS ini juga memiliki sifat imunostimulan karena sistem kekebalan telah berevolusi untuk mengembangkan pertahanannya sendiri terhadap bakteri. Begitu “bau” bakteri muncul di dalam tubuh, sistem kekebalan tubuh diaktifkan. Oleh karena itu, banyak penulis sekarang percaya bahwa sifat imunostimulasi protein ini, yang juga memodulasi respons antitumor, bukan disebabkan oleh HSP, tetapi oleh campurannya. Namun pertanyaan ini bersifat ilmiah, dapat diperdebatkan dan tidak ada hubungannya dengan praktik.
Sekarang, saya ulangi, Boris Margulis beralih dari topik ini, dari onkologi, dan sedang mengerjakan molekul kecil yang dapat mengatur produksi protein ini. Dia menghubungi ahli kimia yang tahu cara membuat inhibitor - seperti kinase spesifik, beberapa enzim di dalam sel yang menghentikan kerjanya. Inhibitor dapat memberi tahu beberapa enzim: “Tidak, Anda tidak punya hak untuk bekerja.”
Hal ini dilakukan dengan sangat sederhana: semua enzim memiliki pusat pengikatan substrat, dan jika Anda mengambil beberapa molekul kecil yang tertanam di pusat pengikatan substrat ini, maka ia tidak akan dapat lagi memproses substrat ini. Boris sekarang sedang mengerjakan molekul yang menghambat sintesis intraseluler HSP-70 ini. Dan tentu saja, molekul-molekul tersebut sangat relevan, dan tidak hanya untuk biologi dasar, tetapi juga untuk praktik dan kedokteran klinis.”
Memuat...