Kā izskatās molekulārais termometrs? Šis jautājums ir daudz sarežģītāks, nekā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Acīmredzot šūnas izmantotais “termometrs”, kam ir viena no svarīgākajām lomām šūnas proteomas stabilitātes uzturēšanā, ir transkripcijas faktoru un specializētu proteīnu – šaperonu, t.sk. karstuma šoka olbaltumvielas, kas reaģē ne tikai uz paaugstinātu temperatūru (šī ir tikai pirmā no atklātajām šīs olbaltumvielu klases funkcijām), bet arī uz citām fizioloģiskajām ietekmēm, kas bojā šūnu.
Šaperoni ir proteīnu klase, kuras galvenā funkcija ir atjaunot bojāto proteīnu pareizu terciāro struktūru, kā arī proteīnu kompleksu veidošanos un disociāciju.
Šaperonu sistēma reaģē uz bojājumiem, kas rodas šūnas dzīves laikā, un nodrošina pareizu locīšanas pāreju - aminoskābju ķēžu locīšanu, kas nāk no ribosomu “montāžas līnijas” trīsdimensiju struktūrās. Neskatoties uz šīs sistēmas acīmredzamo nozīmi, ilgu laiku neviens no to pētošajiem speciālistiem pat neiedomājās, ka šis molekulārais termometrs ir arī sava veida “jaunības strūklaka” šūnai, un tā izpēte sniedz iespēju paskatīties uz virkni slimību no jaunas, līdz šim nezināmas puses.
Olbaltumvielas, kas ir galvenais genoma funkcionēšanas produkts, veido ne tikai struktūru, bet arī nodrošina visu šūnu, audu un orgānu darbību. Nav traucējumu aminoskābju secību sintēzē; Olbaltumvielu molekulu veidošanās, montāža un transportēšana, kā arī bojāto proteīnu noņemšana ir būtisks aspekts gan atsevišķu šūnu, gan visa ķermeņa veselības saglabāšanā. Olbaltumvielas ir arī materiāls, kas nepieciešams “molekulāro mašīnu” veidošanai un efektīvai darbībai, kas nodrošina biosintēzes procesus, kas ir būtisks process organisma ilgmūžības nodrošināšanai. Daudzas problēmas izraisa olbaltumvielu locīšanas pamatprocesa traucējumi. Traucējumi “OTK” darbībā, ko attēlo karstuma šoka proteīni un šaperoni, izraisa kļūdu parādīšanos un uzkrāšanos. Šīs kļūdas traucē molekulāro mehānismu darbību, kas var izraisīt attīstību dažādas slimības. Šādu kļūdu rašanās neironos ir pilns ar patiesi briesmīgām sekām, kas izpaužas kā tādu neirodeģeneratīvu slimību attīstība kā multiplā skleroze, kā arī Hantingtona, Parkinsona un Alcheimera slimības.
Reakcija uz karstuma šoku, ko 1962. gadā atklāja Ferruccio Ritossa, ir aprakstīta kā temperatūras izraisītas izmaiņas cieši iesaiņotu hromosomu organizācijā šūnās. siekalu dziedzeri Drosophila lido, izraisot tā saukto “pietūkumu” veidošanos. Šādi pietūkumi, kas mikroskopā izskatās kā vates bumbiņas, iespiesti starp cieši saspiestām hromosomu sekcijām, parādās arī tad, ja tiek pakļauti dinitrofenola, etanola un salicilskābes sāļu iedarbībai.
Izrādījās, ka hromosomu pietūkumi ir jauni transkripcijas reģioni, kas dažu minūšu laikā pēc to rašanās sāk jaunu ziņojuma RNS sintēzi. Šī procesa proteīnu produkti tagad ir plaši pazīstami kā karstuma šoka proteīni, no kuriem vislabāk izpētītie ir Hsp90 un Hsp70. Šīs saimes olbaltumvielas regulē aminoskābju ķēžu locīšanu un novērš nepareizi veidotu olbaltumvielu molekulu parādīšanos visu dzīvo organismu šūnās.
70. gadu beigās un 80. gadu sākumā, izmantojot oriģinālu šūnu bioķīmijas paņēmienu, lai palielinātu RNS ziņnešu skaitu, kas kodē atbilstošo proteīnu sekvences, zinātniekiem izdevās klonēt pirmos augļu mušas karstuma šoka gēnus. Toreiz eksperti uzskatīja, ka karstuma šoka reakcija bija raksturīga tikai Drosophila organismam. Šajā posmā Ričards Morimoto sniedza savu pirmo ieguldījumu karstuma šoka proteīnu izpētē. Viņš savāca plašu DNS kolekciju no daudzšūnu organismiem un, izmantojot Southern blotēšanu, parādīja, ka tie visi satur Hsp70 gēna analogus, kas pēc struktūras bija gandrīz identiski. Aptuveni tajā pašā laikā Džims Bārdvels un Betija Kreiga no Viskonsinas Universitātes Medisonā identificēja coli(Escherichia coli) dnaK gēnu, kas ir arī Hsp70 analogs. Tālākas detalizētas šī jautājuma izpētes rezultāts bija izpratne, ka karstuma šoka gēni, kas evolūcijas laikā praktiski nav mainīti, ir pārstāvēti visu piecu dzīvās pasaules karaļvalstu pārstāvju genomos.
Nākamais sasniegums notikumu ķēdē, kas sekoja, bija transkripcijas faktoru grupas identificēšana, kas kontrolē karstuma šoka reakcijas pirmā posma sākšanos. Šajā darbā piedalījās vairākas pētniecības grupas no dažādām universitātēm, tostarp Morimoto grupa. Zinātnieki ir pierādījuši, ka šūnu temperatūras paaugstināšanās izraisa šo transkripcijas faktoru formas izmaiņas, kas veicina to saistīšanos ar karstuma šoka gēnu promotoriem, kas ierosina karstuma šoka proteīnu sintēzi. Turklāt izrādījās, ka atšķirībā no rauga, augļu mušām un nematodes Caenorhabditis elegans, kurām ir tikai viens transkripcijas faktors karstuma šoka gēniem, cilvēka šūnām ir pat trīs šādi faktori. Šāda sarežģīta pētāmo gēnu ekspresijas regulēšanas shēma lika zinātniekiem domāt par to daudzfunkcionalitāti, kas prasa papildu izpēti.
Turpmākie pētījumi parādīja, ka karstuma šoka proteīni paši regulē transkripcijas faktora darbību, kas ierosina to veidošanos šūnu kodolos. Tāpat kļuvis acīmredzams, ka karstuma šoka proteīni pilda molekulāro šaperonu funkcijas - kontrolē aminoskābju ķēžu locīšanu, nodrošinot pareizu proteīna molekulu telpisko konformāciju veidošanos, kā arī identificē un novērš šī procesa kļūmes. Tādējādi izrādījās, ka šūnu termometrs ne tikai mēra temperatūru, bet arī uzrauga nepareizi veidotu un bojātu proteīnu parādīšanos šūnā. Karstuma šoks un citi stresa faktori pārpludina šūnu ar patoloģiskiem proteīniem, uz kuriem reaģē šaperoni, saistot šos proteīnus un atbrīvojot karstuma šoka transkripcijas faktoru 1 (Hsf1). Šī faktora molekulas spontāni veido trimerus (trīs molekulu kompleksus), kas saistās ar attiecīgajiem genoma reģioniem, kas savukārt izraisa karstuma šoka proteīnu sintēzi. Sekojošais siltuma šoka proteīnu koncentrācijas pieaugums līdz vajadzīgajam līmenim saskaņā ar principu atsauksmes nomāc Hsf1 transkripcijas faktora transkripcijas aktivitāti.
Karstuma šoka proteīnu darbības izpēte uz šūnu līnijām ievērojami ierobežoja pētnieku iespējas, jo tā nesniedza informāciju par pavadošajām izmaiņām, kas notiek visā ķermenī. Tāpēc ap 1999. gadu Morimoto un viņa kolēģi nolēma pāriet uz jaunu modeli: apaļtārpu C.elegans. Viņus īpaši iedvesmoja Maksa Peruca darbs, kas publicēts 1994. gadā, un viņš atklāja, ka nopietnas neirodeģeneratīvās slimības Hantingtona slimības cēlonis ir specifiska gēna, ko sauc par huntingtīnu, mutācija. Šīs mutācijas rezultātā notiek proteīna varianta sintēze, kas satur papildu fragmentu no aminoskābes glutamīna garās ķēdes, kas, šķiet, pārtrauc normāls process locīšana. Šādu patoloģisku olbaltumvielu molekulu agregācija neironos izraisa Hantingtona slimības attīstību. Pētnieki ierosināja, ka tādu proteīnu izpēte, kuru molekulārā veidošanās ir traucēta poliglutamīna ekspresijas vai līdzīgu iemeslu dēļ, palīdzētu izprast molekulārā termometra darbību.
Strādājot, lai izveidotu dzīvnieku modeļus proteīnu ekspresijai, kas satur pārmērīgas poliglutamīna sekvences neironos un muskuļu šūnās, pētnieki atklāja, ka šādu proteīnu agregācijas pakāpe un ar to saistītā toksicitāte ir proporcionāla to garumam un organisma vecumam. Tas lika viņiem domāt, ka insulīna mediētā signalizācijas mehānisma nomākšana, kas regulē dzīves ilgumu, var ietekmēt poliglutamīnu saturošu proteīnu agregāciju. Turpmāko pētījumu rezultāti apstiprināja ierosinātās attiecības esamību un arī parādīja, ka Hsf1 transkripcijas faktora darbības ietekmi uz organisma dzīves ilgumu veicina no insulīna atkarīgs signalizācijas mehānisms. Šie novērojumi skaidri parādīja, ka reakcija uz karstuma šoku ir vienlīdz svarīga gan organisma izdzīvošanai akūta stresa apstākļos, gan arī nepārtrauktai olbaltumvielu toksiskās iedarbības neitralizēšanai, kas negatīvi ietekmē šūnu darbību un mūža ilgumu.
Dzīvu organismu izmantošana kā eksperimentāls modelis ļāva zinātniekiem pārvērst pētījumus kvalitatīvos jauns līmenis. Viņi sāka pievērst uzmanību mehānismiem, ar kuriem ķermenis uztver un integrē informāciju, kas nāk no ārpuses molekulārā līmenī. Ja stress ietekmē novecošanās procesu, ir loģiski pieņemt, ka karstuma šoka proteīni, kas konstatē bojāto proteīnu parādīšanos un novērš to uzkrāšanos šūnā, ir diezgan spējīgi palēnināt novecošanās efektu attīstību.
Fakts, ka daudzām slimībām, kas saistītas ar olbaltumvielu uzkrāšanos, kurām ir nosliece uz agregāciju, ir raksturīgi novecošanās simptomi, un visas slimības, kuru pamatā ir proteīna molekulu veidošanās traucējumi, ir saistītas ar novecošanos, liecina, ka temperatūrai jutīgie metastabīlie proteīni zaudē savu funkcionalitāti, jo ir raksturīgi novecošanās simptomi. ķermenim novecojot. Patiešām, eksperimenti ar C.elegans ir parādījuši, ka Hsf1 transkripcijas faktora iedarbinātā mehānisma, kā arī citu šūnu aizsardzības sistēmu darbība sāk izbalināt gandrīz uzreiz pēc tam, kad organisms sasniedz briedumu. Tomēr izrādījās, ka Hsf1 transkripcijas faktora aktivizēšana agrīnā attīstības stadijā var novērst proteīna molekulu stabilitātes traucējumus (proteostāzi).
Lai gan šī intriģējošā iespēja var neattiekties uz sarežģītākiem daudzšūnu organismiem, visas dzīvās būtnes ir izgatavotas no olbaltumvielām, tāpēc rezultāti, kas iegūti eksperimentos ar apaļtārpiem, visticamāk, palīdzēs zinātniekiem izprast cilvēka novecošanās mehānismus.
Tomēr ar to viss vēl nebeidzas. Profesora Morimoto vadībā nesen veiktā darba rezultāti liecina par proteostāzes regulēšanas mehānismu esamību, kuriem nav nepieciešama tieša iejaukšanās Hsf1 transkripcijas faktora darbībā. Pētnieki nolēma veikt klasisko ģenētisko skrīningu C.elegans mutantiem, kas parāda muskuļu šūnu proteīnu molekulu veidošanās traucējumus. Rezultātā viņi atklāja, ka mutācija, kas ietekmē šo procesu, atrodas transkripcijas faktora gēnā, kas kontrolē neirotransmitera veidošanos. gamma-aminosviestskābe(GABA). GABA kontrolē ierosinošo neirotransmiteru darbību un regulē muskuļu tonusu. Interesants fakts ir tas, ka jebkuri traucējumi GABA mediēto mehānismu stabilitātē izraisa hiperstimulāciju, izraisot postsinaptisku darbību. muskuļu šūnas reaģēt uz neesošu stresu, kas izraisa olbaltumvielu molekulu veidošanās traucējumus. Citiem vārdiem sakot, izrādījās, ka neironu darbība var ietekmēt citu ķermeņa šūnu molekulāro termometru darbību, kas vēl vairāk sarežģīja jauno ainu.
Ja šis mehānisms attieksies arī uz cilvēkiem, tad varbūt zinātnieki spēs izstrādāt neironu ietekmēšanas metodi, kas izraisa karstuma šoka proteīnu aktivāciju skeleta muskuļu šūnās un palīdz novērst simptomus. muskuļu distrofija un citas motoro neironu slimības. Iespējams, manipulācijas ar šiem mehānismiem ļaus arī kontrolēt ar novecošanos saistīto bojāto proteīnu uzkrāšanās procesu. Tomēr diemžēl ne viss ir tik vienkārši, kā mēs vēlētos. C.elegans gadījumā karstuma šoka reakcijas attīstību visās pieaugušo somatiskajās šūnās kontrolē viens neironu pāris. Šķiet, ka šo neironu darbība un atgriezeniskās saites mehānisms ļauj šūnām un audiem aktivizēt karstuma šoka proteīnus atbilstoši to īpašajām vajadzībām. Fakts ir tāds, ka dažādiem audiem ir raksturīga atšķirīga olbaltumvielu biosintēzes aktivitāte, kā arī atšķirīga izpausme un raksturs ārējām ietekmēm. Tāpēc universāla pieeja karstuma šoka reakcijas vadīšanai principā nav iespējama.
Bruņojies ar savu darbu un daudzsološām idejām, Morimoto un vairāki viņa kolēģi nodibināja Proteostasis Therapeutics, kuras mērķis ir identificēt terapeitiskas mazas molekulas, kas var koriģēt nepareizi veidotu olbaltumvielu molekulu uzkrāšanās patoloģiskos efektus. Šī pieeja ir saistīta ar diezgan lielu riska daļu, jo daudzu ļaundabīgu slimību gadījumā palielinās karstuma šoka proteīnu līmenis. Tomēr Morimoto un viņa domubiedri uzskata, ka viņu attīstītajam virzienam ir pārāk daudz potenciālu, lai tos ignorētu.
par autoru
Profesors Ričards Morimoto pēc doktora disertācijas aizstāvēšanas visu savu darbu veltīja karstuma šoka proteīnu darbības izpētei un to nozīmei organisma novecošanā. Pirmos soļus savā izvēlētajā virzienā Morimoto spēra Hārvardas universitātē doktora Meta Meselsona vadībā. Pašlaik Ričards Morimoto ir Rīsu Biomedicīnas pētījumu institūta direktors, kas ir daļa no Ziemeļrietumu universitāte Evanstonā, Ilinoisā, kā arī līdzdibināja Proteostasis Therapeutics (Kembridža, Masačūsetsa).
Jevgeņija Rjabceva
Portāls “Mūžīgā jaunība”, kura pamatā ir materiāli no The Scientist: Richard Morimoto,
Strukturālās un funkcionālās izmaiņas augstu temperatūru ietekmē. Augstas temperatūras iedarbība galvenokārt ietekmē membrānu plūstamību, kā rezultātā palielinās to caurlaidība un ūdenī šķīstošās vielas izdalās no šūnas. Tā rezultātā notiek daudzu šūnu funkciju dezorganizācija, jo īpaši to dalīšanās. Tātad, ja 20 ° C temperatūrā visas šūnas iziet mitotiskās dalīšanās procesu, 38 ° C temperatūrā - katra septītā šūna, bet 42 ° C temperatūrā - tikai katra pieci simtā šūna.
Paaugstināta membrānas lipīdu plūstamība, ko izraisa membrānas sastāva un struktūras izmaiņas pārkaršanas laikā, izraisa membrānu saistīto enzīmu aktivitātes zudumu un ETC aktivitātes traucējumus. No galvenajiem enerģijas ražošanas procesiem - fotosintēze un elpošana, fotosintēzes ETC ir visjutīgākais, īpaši fotosistēma II (PSII). Runājot par fotosintēzes enzīmiem, galvenais C3 fotosintēzes cikla enzīms RuBP karboksilāze ir diezgan izturīgs pret pārkaršanu.
Pārkaršana jūtami ietekmē auga ūdens režīmu, ātri un būtiski palielinot transpirācijas ātrumu. Tā rezultātā augs piedzīvo ūdens trūkumu. Sausuma kombinācija ar karstumu un augstu saules insolāciju ir maksimāla slikta ietekme uz kultūraugiem, traucējot kopā ar fotosintēzi, elpošanu un ūdens režīmu, minerālvielu uztura elementu uzsūkšanos.
Karstuma šoka bojājumu molekulārie aspekti. Siltums galvenokārt bojā olbaltumvielas šūnā, īpaši fermentus, izjaucot de novo proteīnu biosintēzes procesu, kavējot enzīmu aktivitāti un izraisot esošo proteīnu noārdīšanos. Rezultātā var izzust enzīmu kopumi, kas ir svarīgi šūnu funkcionēšanai gan stresa periodos, gan pēc tam atjaunošanās periodā. Lielākā daļa galveno augu enzīmu ir karstumizturīgi, tostarp Rubisco, katalāze un SOD. Rubisko inhibīcija ir galvenais iemesls samazinot IF augstās temperatūrās. Siltums arī kavē spēju pārvērst saharozi cietē miežos, kviešos un kartupeļos, norādot, ka viens vai vairāki fermenti konversijas ķēdē tiek spēcīgi kavēti ar karstumu. Siltuma tiešā ietekme uz šķīstošās cietes sintāzes aktivitāti kviešu endospermā gan in vitro, gan in vivo izraisa cietes uzkrāšanās nomākšanu.
Augsta temperatūra inhibēja katalāzes aktivitāti vairākās augu sugās, savukārt citu antioksidantu enzīmu aktivitāte netika kavēta. Rudzos katalāzes aktivitātes izmaiņas bija atgriezeniskas un neatstāja redzamus bojājumus pēc karstuma pārtraukšanas, savukārt gurķiem katalāzes aktivitātes atjaunošanās tika palēnināta (inhibēta) un to pavadīja hlorofila krāsas maiņa, kas liecina par būtiskākiem oksidatīviem bojājumiem. Kukurūzas stādiem, kas audzēti paaugstinātā temperatūrā (35 ° C), SOD aktivitāte bija zemāka nekā salīdzinoši zemā temperatūrā. zemas temperatūras(10°C).
Karstums izjauca membrānu integritāti, kā rezultātā palielinājās to caurlaidība joniem un šķīdumiem. Tajā pašā laikā tika traucēta ar membrānu saistīto fotosintēzes, elpošanas un asimilātu transporta enzīmu darbība. Siltums palielināja piesātinājuma līmeni taukskābes ER membrānas fosfolipīdi. Ekstrēma karstuma apstākļos tā membrānas tika selektīvi bojātas, izraisot mRNS (3-amilāzes) degradāciju. Tajā pašā laikā siltuma izraisīta vielu noplūde caur membrānām ietekmē galveno šūnu nodalījumu redokspotenciālu, kas, savukārt, izjauc vielmaiņas procesu gaitu līdz pat šūnu nāvei.
Oksidatīvais stress nesen tika atzīts par vienu no vissvarīgākajām siltuma negatīvajām sekām uz augiem. Siltums izraisa nelīdzsvarotību starp pigmentu absorbētā saules starojuma daudzumu un elektronu transportēšanu caur citohromiem, ko sauc par fotoinhibīciju. Lieko enerģiju var pārnest uz skābekli, kas noved pie ROS veidošanās. Galvenās oksidatīvo bojājumu zonas šūnās ir mitohondriji un hloroplasti, kur tiek traucēta elektronu transportēšana. Hloroplastos augstas temperatūras stress izraisa fotosintēzes fotoinhibīciju un katalāzes inaktivāciju, kas izraisa ROS uzkrāšanos un hlorofila balināšanu. Fotosistēma II ir atzīta par visjutīgāko pret karstumu, kas izraisa PS II kompleksa funkcionālo komponentu sadalīšanos un attiecīgi elektronu transportēšanas traucējumus starp PS I un PS II, elektronu plūsmas palielināšanos uz molekulāro skābekli un ROS veidošanās. Rezultātā FI samazinās, kas ir galvenais ražas zuduma cēlonis karstuma dēļ.
Karstuma šoka proteīni. Karstuma šoka proteīnu (HSP) sintēze, reaģējot uz paaugstinātu temperatūru, tika atklāta 1974. gadā. Tā ir raksturīga visu veidu dzīviem organismiem, tostarp augstākiem un zemākiem augiem. HSP visos organismos attēlo liels polipeptīdu kopums, kurus parasti nosauc pēc to molekulmasas, kas izteikta kilodaltonos (kDa). Piemēram, HSP ar molekulmasu 70 kDa sauc par HSP 70. Par HSP nozīmīgo lomu šūnu dzīvē liecina to evolūcijas augstā saglabāšanās. Tādējādi atsevišķi reģioni HSP 70 attīstībā saglabā vairāk nekā 90% homoloģiju starp baktērijām un cilvēkiem. Augu HSP pārstāv augstas molekulmasas (110–60 kDa) un zemas molekulmasas (35–15 kDa) proteīnu grupa. Specifiskas īpatnības augi ir mazmolekulāro HSP daudzveidība un to sintēzes augstā intensitāte karstuma šoka (HS) laikā.
HSP sintēze ir stresa programma, ko izraisa karstuma šoks un kas notiek, kad temperatūra paaugstinās par 8-10 °C virs normas. Tādējādi miežu lapās maksimālā HSP sintēze tiek sasniegta 40 °C, bet rīsu lapās - 45 °C. Pārslēgšanās normālu dzīvišūnas stresa programmā ietver genoma pārprogrammēšanu, kas saistīta ar gēnu ekspresijas inhibīciju, kuras darbība ir raksturīga dzīvībai normāli apstākļi un TS gēnu aktivizēšana. Augu šūnās mRNS, kas kodē HSP, tiek noteikta 5 minūtes pēc stresa sākuma. Turklāt notiek to polisomu sadalīšanās, kas sintezē normāliem apstākļiem raksturīgus proteīnus, un veidojas polisomas, kas sintezē HSP. Ātra HSP sintēzes aktivizēšana ne tikai transkripcijas (RNS sintēze uz DNS), bet arī translācijas (olbaltumvielu sintēze uz mRNS) līmenī tiek panākta daudzu notikumu koordinācijas rezultātā. Karstuma šoks izraisa izmaiņas mRNS, kas šūnā sintezēta pirms šoka, kas saistītas ar proteīnu translācijas faktoru un ribosomu proteīnu modifikāciju. Turklāt HSP mRNS atšķiras no parasto proteīnu mRNS. HS rezultātā tiek novājināta un pēc tam pārtraukta konvencionālo proteīnu sintēze un proteīnu sintēzes aparāts pāriet uz HSP sintēzi, kas šūnā tiek konstatēti jau 15 minūtes pēc HS sākuma. Maksimālā sintēze tiek novērota pēc 2-4 stundām, pēc tam tā samazinās.
Dažādu HSP sintēze notiek, kad dažādas temperatūras. Hloroplastos augstas molekulmasas HSP sintēze tika aktivizēta diapazonā no 34 līdz 42 ° C, vājināta 44 ° C temperatūrā un strauji samazināta 46 ° C temperatūrā. Zemas molekulmasas HSP sintēzes indukcija bija īpaši pamanāma 40–42 °C temperatūrā. Būtisks Rubisco sintēzes kavējums notika tikai temperatūrā virs 44 °C. Gandrīz visi konstatētie hloroplastu HSP tiek kodēti kodolā, sintezēti citoplazmā un pēc tam tiek transportēti uz hloroplastu, kur HS laikā veic aizsargfunkciju. Pēc karstuma šoka beigām HSP sintēze apstājas un atsākas šūnai raksturīgo proteīnu sintēze normālos temperatūras apstākļos. Šajā gadījumā HSP mRNS tiek ātri iznīcināta šūnās normālā temperatūrā, savukārt paši proteīni var pastāvēt daudz ilgāk, acīmredzot nodrošinot šūnu izturības pret karstumu pieaugumu. Ilgstoša šūnu pakļaušana HSP apstākļiem parasti arī noved pie HSP sintēzes pavājināšanās un pārtraukšanas. Šajā gadījumā HSP gēna ekspresijas regulēšanas mehānismi tiek aktivizēti pēc atgriezeniskās saites principa. HSP uzkrāšanās šūnās samazina to gēnu aktivitāti. Varbūt šādā veidā šūna uztur HSP daudzumu vajadzīgajā līmenī, novēršot to pārprodukciju.
Kā likums, reaģējot uz temperatūras paaugstināšanos, tiek sintezēti attiecīgie proteīni, kas palīdz palielināt ķermeņa termisko pretestību. PA aizsargājošo lomu raksturo molekulārā chaperona modelis (tulkojumā no angļu valodas - ceļvedis, mentors jaunietim). IN ekstremāli apstākļi HSP “sargā” specifisku makromolekulu un šūnu struktūru darbību, atbrīvo šūnas no bojātiem komponentiem, kas ļauj uzturēt šūnu homeostāzi. HSP 70 mijiedarbība ar citiem proteīniem ir atkarīga no ATP/ADP attiecības. Tiek uzskatīts, ka HSP 70 kompleksā ar ADP saglabā neausto proteīnu, un ADP aizstāšana ar ATP noved pie šī proteīna izdalīšanās no kompleksa ar HSP 70.
Saskaņā ar šo modeli HSP paaugstina šūnu termisko stabilitāti, nodrošinot sekojošus procesus: no enerģijas atkarīgu proteīnu dabiskās struktūras stabilizāciju; pareiza oligomēru struktūru montāža hipertermijas apstākļos; vielu transportēšana caur organellu membrānām; nepareizi samontētu makromolekulāro kompleksu sadalīšana; šūnas atbrīvošana no denaturētām makromolekulām un tajās iekļauto monomēru pārstrāde ar ubikvitīnu palīdzību. Ubikvitīni ir zemas molekulmasas karstuma šoka proteīni, kuru piesaiste polipeptīdam padara to par proteāžu mērķi. Tā ir sava veida "nāves zīme" olbaltumvielām. Ar to palīdzību HS darbības rezultātā bojātās un nepabeigtās olbaltumvielas tiek izbrāķētas un izņemtas.
Vairāki fakti apstiprina HSP aizsargājošo funkciju HS. Jo īpaši ir pierādīts, ka proteīnu sintēzes izslēgšana ar specifiskiem inhibitoriem HS laikā, kad notiek HSP sintēze, izraisa šūnu nāvi. Šūnas var sacietēt, palielinot to termisko stabilitāti, vispirms īslaicīgi pakļaujot tās paaugstinātai temperatūrai. Šādas sacietēšanas nosacījumi sakrīt ar HSP sintēzes ierosināšanas nosacījumiem. Interesanti, ka HSP sintēzi augos ierosina ne tikai HSP, bet arī, piemēram, kadmija sāļi un arsenīts, kuru apstrāde palielina šūnu izturību pret karstumu. Svarīgi arī uzsvērt, ka izmaiņas gēnu struktūrā (mutācijas), kas traucē HSP sintēzi, noved pie šūnu izturības pret karsēšanu zuduma. Turpmāki pētījumi par katras HSP īpašo funkciju stresa apstākļos atklās molekulārie mehānismi aizsargīpašību veidošanās un funkcionēšana TS.
Lielākajai daļai HS proteīnu šūnās ir radniecīgi proteīni, kas tiek sintezēti normālā temperatūrā pastāvīgi vai noteiktās ontoģenēzes fāzēs. Izrādās, ka šie proteīni, jo īpaši HSP 70, saistās ar citiem proteīniem, izraisot to izvēršanos un novēršot to agregāciju. Pēdējais var neļaut proteīnam iegūt dabisko konformāciju, kas nepieciešama tās funkcionālajai darbībai. Olbaltumvielu izvēršana ar HSP ir nepieciešama, lai tie varētu iekļūt caur hloroplastu, mitohondriju un ER membrānu. Tā kā proteīnu agregācija strauji palielinās, palielinoties temperatūrai, HSP 70 sintēzes aktivizēšanai šādos apstākļos vajadzētu aizsargāt proteīnus no neatgriezeniskiem bojājumiem. HSP atrodas visos šūnu nodalījumos, jo īpaši kodolā un kodolos, kur tie uzkrājas HS laikā. HSP 70 veicina citoplazmā sintezēto hloroplastu un mitohondriju proteīnu prekursoru pāreju cauri membrānai, spēlējot lomu šo organellu bioģenēzē. HSP 60, kas ir saistīts arī ar chaperoniem, tiek saukts arī par chaperonīniem. Šīs olbaltumvielas nodrošina pareizu šūnu proteīnu kvartārās struktūras montāžu, piemēram, galvenā fotosintēzes enzīma Rubisco, kas sastāv no astoņām lielām un astoņām mazām apakšvienībām. Šaperonu grupā ietilpst arī HSP 90, kam ir liela nozīme kompleksa veidošanā steroīdie hormoni ar saviem receptoriem. Turklāt HSP 90 veido kompleksus ar dažām proteīnkināzēm, kontrolējot to darbību. Ir zināms, ka proteīnkināzes fosforilē dažādus šūnu proteīnus, regulējot to darbību.
Augos tika konstatēti vairāk nekā 30 zemas molekulmasas (15-35 kDa) HSP, kas lokalizētas galvenokārt citoplazmas karstuma šoka granulās, kas parādās HS laikā un izzūd pēc tās. To galvenā funkcija ir aizsargāt “pirmsšoka” mRNS, kas ļauj tās izmantot proteīnu sintēzei pēc šoka beigām. Zemas molekulmasas HSP ir sastopamas arī citos nodalījumos, jo īpaši hloroplastos. Tiek uzskatīts, ka tie aizsargā tilakoīdu membrānas, kurās ir lokalizēti fotosintēzes gaismas fāzes procesi, no HS.
Dažos augos, veidojoties, jo īpaši ziedputekšņiem, ir konstatēta konstitutīva (neinducēta) HSP sintēze. Iespējams, ka pirmsšoka HSP nodrošina tā termisko stabilitāti HS laikā. Papildus HSP siltums izraisa citu proteīnu klašu, jo īpaši kalmodulīna, ekspresiju.
Metabolisms karstuma šoka apstākļos. Ir ļoti maz mērķtiecīgu pētījumu par augu metabolismu HS ietekmē, un šajos eksperimentos gan HS, gan sausums bieži darbojās vienlaikus. Tas ir ļoti svarīgs punkts, jo augu reakcija uz sausuma un HS kombināciju atšķiras no reakcijas uz atsevišķiem stresa faktoriem. Tādējādi spriedzes kombinācijā augi uzkrāja vairākus šķīstošos cukurus, tostarp saharozi, maltozi, trekalozi, fruktozi un glikozi. Sausuma ietekmē prolīns uzkrājas, bet HS, kā arī HS un sausuma kombinācijas ietekmē prolīns augos neuzkrājās. HS apstākļos prolīns vai tā starpprodukts (pirolīna-5-karboksilāts) ir toksisks, tāpēc prolīns nav piemērots kā saderīgs osmolīts. Vienlaicīgi iedarbojoties uz HS un sausumu, glutamīna saturs strauji palielinās. Acīmredzot, kad prolīna biosintēze tiek kavēta, glutamāts tiek pārveidots par glutamīnu. Tajā pašā laikā tiek aktivizēti gēni, kas kodē cietes sadalīšanos un lipīdu biosintēzi, kā arī palielinās heksokināzes, glikozes-6-fosfāta dehidrogenāzes, fruktokināzes un saharozes-UDP-glikoziltransferāzes kodējošo gēnu ekspresija. Tieši izmaiņas gēnu ekspresijā transkripcijas līmenī ir galvenais faktors ogļhidrātu metabolisma pārprogrammēšanā.
HS ietekmē uz Arabidopsis stādiem tika konstatēts sinhrons vairāku aminoskābju un amīdu (asparagīna, leicīna, izoleicīna, treonīna, alanīna un valīna), kas iegūti no AP un PVS, kopu lieluma. Turklāt palielinājās ogļhidrātu saturs: maltoze, saharoze, galaktinols, mioinozitols, rafinoze un monosaharīdi, šūnu sienas prekursori. Jau pēc 6 stundām b-alanīna, glicerīna, maltozes, saharozes un trekalozes koncentrācija palielinājās.
Fotosintēze, transpirācija un elpošana. Indikators, kas cieši saistīts ar CO2 un H2O metabolisma regulēšanu augos, ir stomatālā vadītspēja. Plaši pierādījumi liecina, ka augsta temperatūra izraisa stomatālu aizvēršanos, ko var uzskatīt par netiešu reakciju uz ūdens tvaika spiediena deficīta un lapu elpošanas atkarību no temperatūras. Tādējādi daļēja stomatu slēgšana ir intracelulārās CO2 koncentrācijas palielināšanās sekas. Tomēr vēlamā stomas slēgšana neizraisa fotosintēzes samazināšanos, jo stomatālās vadītspējas un IF atkarības no temperatūras nesakrīt. Tādējādi stomatālā vadītspēja palielinās temperatūrā, kurā fotosintēze ir neatgriezeniski kavēta.
Lai gan šķiet, ka stomatālā vadītspēja tieši neietekmē IF, tā palīdz regulēt transpirāciju, kas, kontrolējot lapu temperatūru, ietekmē fotosintēzes siltuma toleranci. Dažu kultūraugu sējumos ar pietiekamu mitruma padevi gaisa temperatūra termoregulācijas ietekmē var būt gandrīz par 8 °C zemāka nekā gaisa temperatūra virs ražas. Tajā pašā laikā, ja augsnē ir mitruma deficīts, var novērot pretēju ainu - lapu temperatūra kultūrā pārsniedz apkārtējā gaisa temperatūru gandrīz par 15 °C, kas paaugstina negatīva ietekmeūdens deficīts pie IF.
Kviešu un vairuma C3 kultūru neto fotosintēzes ātrums ir diezgan stabils 15-30 °C robežās. Zem un virs šī temperatūras diapazona IF samazinās par 5-10% par katru grādu (3.1. att.). Salīdzinoši nelielajām neto fotosintēzes izmaiņām 15-30 °C diapazonā nevajadzētu slēpt faktu, ka kopējā fotosintēze faktiski palielinās, palielinoties temperatūrai. Tomēr, vienlaikus palielinoties visa auga ID un īpaši fotoelpošanai, neto fotosintēzes intensitāte mainās maz.
Šajā ziņā ir vērojamas ievērojamas atšķirības starp C3 un C4 kultūrām, optimālo neto fotosintēzes intensitāti C4 sugām novērojot augstākā temperatūrā (30-40 °C). To fotoelpošana ir nenozīmīga, kā rezultātā CO2 fiksācijas palielināšanās, pieaugot temperatūrai, netiek maskēta ar fotorespirācijas izmaksām. Patiešām, augstāka temperatūras optimālā neto fotosintēze C4 sugās salīdzinājumā ar C3 sugām ir izskaidrojama ar zemākām elpošanas izmaksām paaugstinātā temperatūrā pirmajās. Neatgriezeniskas izmaiņas to fotosintēzes aparātā novērojamas tikai tad, ja temperatūra pārsniedz 40 °C, galvenokārt PS II bojājumu dēļ, kas rodas dažu minūšu laikā pēc HS darbības sākuma, kam ir izšķiroša ietekme uz ražu.
Karstuma šoks karstuma šoks- karstuma šoks.
Ķermeņa stresa stāvoklis pēc iedarbības paaugstināta temperatūra, it īpaši, T.sh. izmanto poliploidijas ierosināšanai<izraisīta poliploīdija> galvenokārt dzīvniekiem, kas vairojas ūdenī (zivis, vēžveidīgie): ūdens temperatūru paaugstina līdz 29-33 o C uz 2-20 minūtēm. ( normāla temperatūra inkubācija parasti ir 15-20 o C) pēc 3-10 minūtēm. (triploidijas indukcija) vai pēc 20-40 minūtēm. (tetraploīdijas indukcija) pēc apaugļošanas; arī spēj T.sh. analizēt specifisko karstuma šoka proteīnu aktivitāti<karstuma šoka proteīni>, pufa darbība<uzpūšot> augļu mušās (šajā gadījumā T.sh. 41-43 o C).
(Avots: "angļu-krievu Vārdnīcaģenētiskie termini." Arefjevs V.A., Lisovenko L.A., Maskava: Izdevniecība VNIRO, 1995)
Skatiet, kas ir “karstuma šoks” citās vārdnīcās:
Karstuma šoks- * ceplavšoks * karstuma šoks ir ķermeņa saspringts stāvoklis, ko izraisa paaugstinātas temperatūras iedarbība. T. sh. izmanto: a) poliploīdijas izraisīšanai (sk.) zivīs, mīkstmiešiem, īpatņu inkubācijai pēc apaugļošanas tо = 29-33 °C (nevis ... ... Ģenētika. enciklopēdiskā vārdnīca
karstuma šoks- Ķermeņa stresa stāvoklis pēc paaugstinātas temperatūras iedarbības, jo īpaši, T.sh. izmanto poliploīdijas izraisīšanai galvenokārt ūdenī vairojošiem dzīvniekiem (zivīm, vēžveidīgajiem): ūdens temperatūru paaugstina līdz 29-33 oC uz 2-20 minūtēm... ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
Termiskais šoks- Sin: termiskā izsīkšana. Rodas pārkaršanas gadījumā, jo sirds asinsvadu nepietiekama reakcija uz ārkārtēju paaugstināta temperatūra, īpaši bieži attīstās gados vecākiem cilvēkiem, kuri lieto diurētiskos līdzekļus. Parāda vājumu... Enciklopēdiskā psiholoģijas un pedagoģijas vārdnīca
PĀRKARSŠANA UN KARSTUMDŪSTĪBA- medus Pārkaršana (karstuma ģībonis, karstuma nogurums, karstuma sabrukums) un karstuma dūriens (hiperpireksija, saules dūriens, ķermeņa pārkaršana) patoloģiskas ķermeņa reakcijas uz augstu temperatūru vidi, Saistīts…… Slimību direktorijs
- (angļu valodā HSP, Heat shock proteins) ir funkcionāli līdzīgu proteīnu klase, kuru ekspresija palielinās, palielinoties temperatūrai vai citos apstākļos, kas rada stresu šūnai. Paaugstināta termisko proteīnu kodējošo gēnu ekspresija... ... Wikipedia
Tetramērs, kas sastāv no četrām identiskām p53 proteīna molekulām. Tie ir savstarpēji saistīti ar domēniem, kas ir atbildīgi par oligomerizāciju (sk. tekstu). p53 (p53 proteīns) ir transkripcijas faktors, kas regulē šūnu cikls. Nemutētā stāvoklī... ... Vikipēdija
Ja temperatūra paaugstinās, dzīvs organisms uz to reaģē, ražojot īpašus savienojumus, ko sauc par "karstuma šoka proteīniem". Tā reaģē cilvēks, tā reaģēs kaķis, tā reaģē jebkura radība, jo tā sastāv no dzīvām šūnām. Tomēr ne tikai temperatūras paaugstināšanās izraisa hlamīdiju un citu sugu karstuma šoka proteīna sintēzi. Bieži tiek izraisītas smagas stresa situācijas.
Galvenā informācija
Tā kā karstuma šoka proteīnus organisms ražo tikai īpašās situācijās, tiem ir vairākas atšķirības no parasti ražotajiem savienojumiem. To veidošanās periodu raksturo galvenā olbaltumvielu baseina ekspresijas kavēšana, kam ir svarīga loma vielmaiņā.
Eikariotu HSP-70, prokariotu DnaK - tā ir ģimene, kurā zinātnieki apvienojuši siltuma šoka proteīnus, kas ir svarīgi izdzīvošanai šūnu līmenī. Tas nozīmē, ka, pateicoties šādiem savienojumiem, šūna var turpināt funkcionēt pat situācijā, kad stress, karstums un agresīva vide tai pretojas. Tomēr šīs ģimenes proteīni var piedalīties arī procesos, kas notiek normālos apstākļos.
Bioloģija mikroskopiskā līmenī
Ja domēni ir 100% identiski, tad eikarioti un prokarioti ir vairāk nekā 50% homologi. Zinātnieki ir pierādījuši, ka dabā starp visām olbaltumvielu grupām 70 kDa HSP ir viena no konservatīvākajām. Tam veltīti pētījumi tika veikti 1988. un 1993. gadā. Iespējams, šo parādību var izskaidrot ar chaperona funkcionalitāti, kas raksturīga siltuma šoka proteīniem intracelulārajos mehānismos.
Kā tas strādā?
Ja mēs uzskatām eikariotus, tad karstuma šoka ietekmē tiek inducēti HSP gēni. Ja noteikta šūna ir izbēgusi no stresa apstākļiem, tad faktori atrodas kodolā un citoplazmā kā monomēri. Šim savienojumam nav DNS saistīšanās aktivitātes.
Piedzīvojot stresa apstākļus, šūna uzvedas šādi: Hsp70 tiek atdalīts, kas ierosina denaturētu proteīnu ražošanu. HSP veido trimmerus, darbība maina savu raksturu un ietekmē DNS, kas laika gaitā noved pie komponentu uzkrāšanās šūnas kodolā. Procesu pavada daudzkārtējs chaperona transkripcijas pieaugums. Protams, situācija, kas to izraisīja, laika gaitā pāriet, un līdz brīdim, kad tas notiek, Hsp70 atkal var tikt iekļauts HSP. Ar DNS saistītā aktivitāte izzūd, un šūna turpina darboties tā, it kā nekas nebūtu noticis. Šī notikumu secība tika identificēta 1993. gadā Morimoto veiktajos pētījumos par PA. Ja ķermeni ietekmē baktērijas, HSP var koncentrēties uz sinoviju.
Kāpēc un kāpēc?
Zinātniekiem izdevās atklāt, ka HSP veidojas dažādu šūnu dzīvībai bīstamu negatīvu situāciju ietekmes rezultātā. Stresa, kaitīga ietekme no ārpuses var būt ļoti dažāda, bet novest pie vienas un tās pašas iespējas. Pateicoties HSP, šūna pārdzīvo agresīvu faktoru ietekmi.
Zināms, ka PA iedalās trīs saimēs. Turklāt zinātnieki ir atklājuši, ka ir antivielas pret karstuma šoka proteīnu. HSP ir sadalītas grupās, pamatojoties uz molekulmasu. Trīs kategorijas: 25, 70, 90 kDa. Ja dzīvā organismā ir normāli funkcionējoša šūna, tad tās iekšienē, iespējams, būs dažādi sajaukušies proteīni, diezgan līdzīgi. Pateicoties HSP, par risinājumu atkal var kļūt denaturētie proteīni, kā arī tie, kas salocījušies nepareizi. Tomēr bez šīs funkcijas ir arī dažas citas.
Ko mēs zinām un ko mēs uzminējam
Līdz šim hlamīdiju, kā arī citu HSP karstuma šoka proteīns nav pilnībā izpētīts. Protams, ir dažas olbaltumvielu grupas, par kurām zinātniekiem ir diezgan liels datu apjoms, un ir arī citas, kas vēl jāapgūst. Taču tagad zinātne ir sasniegusi līmeni, kad zināšanas ļauj apgalvot, ka onkoloģijā karstuma šoka proteīns var būt patiesi noderīgs instruments, lai uzveiktu vienu no mūsu gadsimta briesmīgākajām slimībām – vēzi.
Zinātnieku rīcībā ir vislielākais datu apjoms par Hsp70 HSP, kas spēj saistīties ar dažādiem proteīniem, agregātiem, kompleksiem, pat nenormāliem. Laika gaitā izdalīšanās notiek kopā ar ATP savienojumu. Tas nozīmē, ka šūnā atkal parādās šķīdums, un olbaltumvielas, kas nepareizi izgājušas koagulācijas procesu, var tikt pakļautas šai operācijai vēlreiz. Hidrolīze, ATP savienošana ir mehānismi, kas to padarīja iespējamu.
Anomālijas un normas
Ir grūti pārvērtēt karstuma šoka proteīnu lomu dzīviem organismiem. Jebkurā šūnā vienmēr ir patoloģiski proteīni, kuru koncentrācija var palielināties, ja tam ir ārēji priekšnoteikumi. Tipisks stāsts ir pārkaršana vai infekcija. Tas nozīmē, ka, lai šūna turpinātu darboties, ir steidzami jāģenerē vairāk HSP. Tiek aktivizēts transkripcijas mehānisms, kas uzsāk olbaltumvielu ražošanu, šūna pielāgojas mainīgajiem apstākļiem un turpina funkcionēt. Tomēr kopā ar jau zināmajiem mehānismiem vēl daudz kas ir jāatklāj. Jo īpaši antivielas pret hlamīdiju karstuma šoka proteīnu ir tik liels lauks zinātnieku darbībai.
HSP, kad palielinās polipeptīdu ķēde un tie nonāk apstākļos, kas ļauj ar to nonākt saskarē, ļauj izvairīties no nespecifiskas agregācijas un degradācijas. Tā vietā locīšana notiek normāli, un procesā tiek iesaistīti nepieciešamie pavadoņi. Hsp70 ir papildus nepieciešams polipeptīdu ķēžu atlocīšanai ar ATP piedalīšanos. Ar HSP palīdzību ir iespējams nodrošināt, ka arī nepolārie reģioni ir jutīgi pret enzīmu ietekmi.
PA un medicīna
Krievijā FMBA zinātnieki varēja izveidot jaunas zāles, izmantojot karstuma šoka proteīnu, lai to izveidotu. Pētnieku piedāvātā vēža ārstēšana jau ir izturējusi sākotnējo testēšanu ar eksperimentāliem grauzējiem, kurus skārušas sarkomas un melanomas. Šie eksperimenti ļāva droši apgalvot, ka ir sperts nozīmīgs solis uz priekšu cīņā pret onkoloģiju.
Zinātnieki ir ierosinājuši un spējuši pierādīt, ka karstuma šoka proteīns ir zāles vai, pareizāk sakot, var kļūt par efektīvas zāles pamatu, galvenokārt tāpēc, ka šīs molekulas veidojas stresa situācijās. Tā kā sākotnēji tos ražo organisms, lai nodrošinātu šūnu izdzīvošanu, ir ierosināts, ka ar pareizu kombināciju ar citiem līdzekļiem var cīnīties pat ar audzējiem.
HSP palīdz zālēm atklāt skartās šūnas slimā ķermenī un tikt galā ar nepareizu DNS tajās. Tiek pieņemts, ka jaunās zāles būs vienlīdz efektīvas jebkuram apakštipam ļaundabīgas slimības. Tas izklausās pēc pasakas, bet ārsti iet vēl tālāk – viņi pieņem, ka izārstēt būs pilnīgi jebkurā stadijā. Piekrītu, šāds vēža karstuma šoka proteīns, kad tas izturēs visus testus un apstiprinās tā uzticamību, kļūs par nenovērtējamu ieguvumu cilvēka civilizācijai.
Diagnosticēt un ārstēt
Lielākā daļa Detalizēta informācija par cerību mūsdienu medicīna teica ārsts Simbircevs, viens no tiem, kas strādāja pie zāļu radīšanas. No viņa intervijas jūs varat saprast, pēc kādas loģikas zinātnieki izveidoja zāles un kā tām vajadzētu nodrošināt efektivitāti. Turklāt var secināt, vai karstuma šoka proteīns jau ir izturējis klīniskos pētījumus vai vēl tikai gaidāms.
Kā minēts iepriekš, ja ķermenis nepiedzīvo stresa apstākļus, BS veidošanās notiek ārkārtīgi mazā apjomā, bet tas ievērojami palielinās, mainoties ārējām ietekmēm. Tajā pašā laikā normāls cilvēka ķermenis nespēj saražot tādu daudzumu HSP, kas palīdzētu uzveikt jauno ļaundabīgo audzēju. "Kas notiks, ja jūs ieviesīsit BTS no ārpuses?" - zinātnieki domāja un padarīja šo ideju par pamatu pētījumiem.
Kā tam vajadzētu darboties?
Lai radītu jaunas zāles, zinātnieki in laboratorijas apstākļi ir atjaunojuši visu nepieciešamo, lai dzīvās šūnas varētu sākt ražot HSP. Šim nolūkam tika iegūts cilvēka gēns, kuram tika veikta klonēšana, izmantojot jaunākās iekārtas. Laboratorijās pētītās baktērijas tika modificētas, līdz tās sāka patstāvīgi ražot zinātnieku vēlamo proteīnu.
Zinātnieki, pamatojoties uz pētījumu laikā iegūto informāciju, ir izdarījuši secinājumus par PA ietekmi uz cilvēka ķermenis. Lai to izdarītu, mums bija jāorganizē vāvere. Tas nepavisam nav viegli izdarāms: mums bija jānosūta paraugi mūsu planētas orbītā. Tas ir saistīts ar faktu, ka zemes apstākļi nav piemēroti pareizai, vienmērīgai kristālu attīstībai. Bet kosmosa apstākļi ļauj iegūt tieši tos kristālus, kas bija nepieciešami zinātniekiem. Atgriežoties uz dzimtās planētas, eksperimentālie paraugi tika sadalīti starp Japānas un Krievijas zinātniekiem, kuri, kā paši saka, ķērās pie analīzes, netērējot ne sekundi.
Un ko viņi atrada?
Pagaidām darbs šajā virzienā vēl turpinās. Zinātnieku komandas pārstāvis sacīja, ka ir iespējams precīzi konstatēt, ka starp HSP molekulu un dzīvas būtnes orgānu vai audiem nav precīzas saiknes. Un tas runā par daudzpusību. Tas nozīmē, ka, ja karstuma šoka proteīns atradīs pielietojumu medicīnā, tas kļūs par panaceju uzreiz no milzīgs apjoms slimības – neatkarīgi no tā, kuru orgānu skārusi ļaundabīgais audzējs, to var izārstēt.
Sākotnēji zinātnieki sagatavoja zāles šķidrā veidā – tās injicēja eksperimentālajiem subjektiem. Žurkas un peles tika ņemtas kā pirmie paraugi produkta testēšanai. Bija iespējams identificēt izārstēšanas gadījumus gan sākumā, gan plkst vēlīnās stadijas slimības attīstība. Pašreizējo posmu sauc par preklīnisko testēšanu. Zinātnieki lēš, ka laika posms tā pabeigšanai ir vismaz gads. Pēc tam pienāks laiks klīniskie pētījumi. Jauns produkts, iespējams, panaceja, tirgū būs pieejams vēl pēc 3-4 gadiem. Taču, kā atzīmē zinātnieki, tas viss ir reāli tikai tad, ja projektam tiek atrasts finansējums.
Gaidīt vai negaidīt?
Protams, ārstu solījumi izklausās pievilcīgi, bet tajā pašā laikā tie pamatoti izraisa neuzticību. Cik ilgi cilvēce ir cietusi no vēža, cik daudz upuru ir šai slimībai pēdējo desmitgažu laikā, un šeit viņi sola ne tikai efektīvas zāles, bet īsta panaceja - jebkuram tipam, jebkuram periodam. Kā jūs varat tam noticēt? A sliktāk par to- ticiet, bet negaidiet vai gaidiet, bet izrādās, ka līdzeklis nav tik labs, kā gaidīts, kā solīts.
Zāļu izstrāde ir tehnika gēnu inženierija, tas ir, progresīvākā medicīnas nozare kā zinātne. Tas nozīmē, ka, ja tas ir veiksmīgs, rezultātiem patiešām vajadzētu būt iespaidīgiem. Tomēr tajā pašā laikā tas nozīmē, ka process ir ārkārtīgi dārgs. Parasti perspektīvos projektos investori ir gatavi ieguldīt diezgan lielus līdzekļus, taču, kad tēma ir tik skaļa, spiediens ir liels, un laika rāmis ir diezgan neskaidrs, riski tiek vērtēti kā milzīgi. Tagad šīs izklausās optimistiskas prognozes 3-4 gadiem, taču visi tirgus eksperti labi zina, cik bieži laika posms sniedzas līdz pat gadu desmitiem.
Apbrīnojami, neticami... vai tomēr?
Biotehnoloģija ir joma, kas vidusmēra cilvēkam ir slēgta izpratnei. Tāpēc mēs varam tikai cerēt uz vārdiem "preklīnisko pētījumu panākumi". Zāļu darba nosaukums bija "Heat Shock Protein". Taču PA ir tikai galvenā zāļu sastāvdaļa, kas solās būt izrāviens pret onkoloģiju medikamentu tirgū. Papildus tam sastāvam ir jāiekļauj vairākas noderīgas vielas, kas garantēs produkta efektivitāti. Un tas viss kļuva iespējams, pateicoties tam jaunākais pētījums HSP parādīja, ka molekula ne tikai palīdz aizsargāt dzīvās šūnas no bojājumiem, bet arī darbojas kā imūnsistēmas "vadošais pirksts", palīdzot noteikt, kuras šūnas audzējs ietekmē un kuras nav. Vienkārši sakot, HSP parādoties organismā pietiekami lielā koncentrācijā, zinātnieki cer, ka pati imūnreakcija iznīcinās slimos elementus.
Cerēt un gaidīt
Rezumējot, var teikt, ka jaunais pretvēža līdzeklis ir balstīts uz to, ka pašam organismam ir līdzeklis, kas var iznīcināt audzēju, tikai dabiski tas ir diezgan vājš. Koncentrācija ir tik zema, ka nē terapeitiskais efekts jūs pat nevarat par to sapņot. Tajā pašā laikā daži HSP ir atrodami šūnās, kuras audzējs neietekmē, un molekula no tām "neizzudīs". Tāpēc piegāde ir nepieciešama noderīga viela no ārpuses - lai tas tālāk direktīvi ietekmētu ietekmētos elementus. Starp citu, līdz šim zinātnieki pieņem, ka zālēm pat nebūs blakusparādību - un tas ir ar tik augstu efektivitāti! Un viņi šo "maģiju" izskaidro ar to, ka pētījumi ir parādījuši, ka nav toksicitātes. Tomēr galīgie secinājumi tiks izdarīti, kad beigsies preklīniskie izmēģinājumi, kuriem būs nepieciešams vismaz gads.
Materiāls ar ļoti optimistisku apakšvirsrakstu “Ģenētiski izstrādātas zāles visiem veidiem un stadijām ļaundabīgi audzēji pacienti to var iegūt trīs līdz četru gadu laikā.
Tomēr ikviens, kas kaut ko zina par terapiju onkoloģiskās slimības, ieraugot šādu prognozi, labākajā gadījumā viņš pārsteigumā saraustīs uzacis, sliktākajā gadījumā būs sašutis. Mēs jums pastāstīsim, kas ir nepareizi ar jaunāko "zinātnisko sensāciju".
Kas notika?
Zāļu izstrāde, kas tika aprakstīta Izvestija, tiek veikta Krievijas Federālās medicīnas un bioloģiskās aģentūras (FMBA) Valsts ļoti tīru zāļu pētniecības institūtā. Institūta direktora vietnieks zinātniskajā darbā, Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondējošais loceklis un doktors medicīnas zinātnes, profesors Andrejs Simbircevs šajā rakstā ar nosaukumu “Krievijā viņi radīja zāles pret vēzi un izmēģināja to kosmosā” Izvestija korespondentam stāstīja par “karstuma šoka proteīnu”, kas uz SKS tika kristalizēts nulles gravitācijā un tagad ir. tiek veikta preklīniskā pārbaude.
Patlaban pētījumi tiek veikti ar Izglītības un zinātnes ministrijas grantu, un zinātnieki plāno ar privāto investoru palīdzību un 50% valsts līdzfinansējuma programmu atrast 100 miljonus rubļu klīniskiem pētījumiem. Lai viņu piesaistītu, izstrādātāji gatavojas “klauvēt pie visām durvīm, jo zāles ir unikālas. Mēs esam uz robežas, lai atklātu pilnīgi jaunu vēža ārstēšanu. Tas palīdzēs cilvēkiem ar neārstējamiem audzējiem.
"Mēs jau ražojam zāles pētniecības institūta ražotnēs," Andrejs Simbircevs stāsta entuziastiem žurnālistiem, piebilstot, ka Šis brīdis tiek pārbaudītas uz pelēm, un tas sasniegs pacientus tikai trīs līdz četru gadu laikā.
Kāds ir loms?
Tas viss izklausās ļoti iedvesmojoši, taču karstuma šoka proteīni patiesībā ir zināmi jau sen, taču nez kāpēc cilvēki tos joprojām nav padarījuši par panaceju pret visu veidu vēzi. Šī ir diezgan liela olbaltumvielu grupa, kas tiek aktivizēta, reaģējot uz stresu, kad temperatūra paaugstinās (un dažreiz samazinās). Tie palīdz šūnai cīnīties ar citu olbaltumvielu struktūras degradācijas sekām. Lielākā daļa slavens piemērsšādas izmaiņas ir galvenās sastāvdaļas sabrukums olas baltums, albumīns, cepot vai vārot, kad tas kļūst no caurspīdīga uz baltu. Tātad karstuma šoka proteīni novērš šo izmaiņu sekas: tie “labo” vai beidzot izmanto degradētās struktūras. Daudzi karstuma šoka proteīni ir arī chaperoni, kas palīdz citiem proteīniem pareizi salocīt.
Atsauce:
Šaperoni ir proteīnu klase, kuru galvenā funkcija ir atjaunot proteīnu terciāro vai ceturtdaļējo struktūru, tie ir iesaistīti arī proteīnu kompleksu veidošanā un disociācijā.
Karstuma šoka proteīni ir atrodami visās šūnās. Tomēr dažādās šūnās (īpaši audzēju šūnās, kas ievērojami atšķiras dažādi veidi vēzis gan viena no otras, gan no normālām ķermeņa šūnām), šie proteīni uzvedas atšķirīgi. Piemēram, dažos vēža veidos HSP-70 proteīna ekspresija var būt vai nu palielināta (ļaundabīgas melanomas gadījumā) vai samazināta (nieru vēža gadījumā).
Lai saprastu, par kādu proteīnu mēs runājam un vai tas tiešām tiek izmantots vēža terapijā un var palīdzēt ar visiem tā veidiem, mēs runājām ar Dr. bioloģijas zinātnes Aleksandrs Sapožņikovs. Šis zinātnieks ir M.M. vārdā nosauktā Bioorganiskās ķīmijas institūta šūnu mijiedarbības laboratorijas vadītājs. Šemjakins un Yu.A. Ovchinnikov RAS, kas daudzus gadus strādā pie viena no daudzsološākajiem karstuma šoka proteīniem attīstībai šajā virzienā. Viņš komentēja šo rakstu:
"Es neteikšu, ka tas ir muļķības, bet tā ir absolūti nepareiza informācija. Idejas par karstuma šoka proteīnu ar molekulmasu 70 kilodaltoni (tā sauktais HSP-70, angļu valodā HSP70) izmantošanas autors ir mans draugs un kolēģis Boriss Margulis. Viņš strādā Citoloģijas institūtā Sanktpēterburgā.
Viņš ar sievu Irinu Gužovu visu mūžu ir strādājis pie šī proteīna (arī es pie tā strādāju daudzus gadus, bet ne ar vēža terapiju saistītiem pētījumiem). Formāli laboratorijas vadītāja ir Irina, kura pēta, kā olbaltumvielas ir saistītas ar neirodeģeneratīvām slimībām, bet Boriss ir nodaļas vadītājs. Viņš ir pirmais cilvēks pasaulē, kurš ierosināja izmantot "kailu" proteīnu, kas nav piekrauts ar audzēju saistītu antigēnu.
Es neticēju viņa idejām par šo šī proteīna izmantošanu (patiesībā vēl nav pierādīts, ka tas būs efektīvs). Ja mēs “dejojam no plīts”, tad ir kāds hinduists Pramods Srivastava, kurš dzimis Indijā, bet mācījies, dzīvo un strādā Amerikā. Sen viņš ne tikai izgatavoja “vakcīnu” pret audzēju, izmantojot HSP-70, bet arī atvēra klīniku un ar to ārstē vēža slimniekus. Srivastava izolē šo proteīnu tieši no audzēja: viņš ņem biopsijas no pacientiem, izolē to no audu gabaliņiem (ir īpaši veidi, kā iegūt ļoti augstā frakcijašis proteīns).
Taču olbaltumviela, kas tiek iegūta no vēža slimnieku audiem, ir cieši saistīta ar ar audzēju saistītiem peptīdiem – tām audzēja pazīmēm, kuras atpazīst imūnsistēma. Tāpēc, ievadot šo kompleksu pacientiem, liels daudzums pacientiem rodas imūnreakcija un pacientam tiek iegūts pozitīvs efekts.
Faktiski, saskaņā ar statistiku, šis efekts nepārsniedz ķīmijterapijas efektu. Bet tomēr ķīmijterapija “saindē” ķermeni, bet šāda “vakcinācija” organismu “nesaindē”. Tā ir ļoti sena vēsture, šī pieeja klīnikā ir izmantota jau ilgu laiku.
Aleksandrs Sapožņikovs. Bioloģijas zinātņu doktors, profesors
Kas attiecas uz Borisu Marguli, tad viņš (īpaši, balstoties uz manu laboratoriju) parādīja (un publicēja sava darba rezultātus), ka, ja audzēja šūnām pievieno tīru proteīnu bez jebkādas audzēja slodzes, tad šis eksogēnais proteīns izraisa audzēja šūnu atmaskošanu. tie paši ar audzēju saistītie peptīdi, kas parasti atrodas šo šūnu iekšpusē, citoplazmā. Tad imūnsistēma tās atpazīs, un organisms pats noraidīs šīs šūnas un cīnīsies ar audzēju.
Tas ir parādīts kultūrā in vitro, tas ir, nevis ķermenī, bet gan mēģenē. Turklāt Boriss Margulis apgalvoja tikai par leikēmiju bērnībā, jo viņš ir saistīts ar Sanktpēterburgas ārstiem. Tas, ko Simbircevs teica savā intervijā, ir šīs kaila, tīra proteīna lietošanas metodes paplašināšana.
Šī tīrā proteīna darbības mehānisms ir piespiest audzēju izvilkt uz virsmas (kā pats Margulis to sauca, "izspiest") šos peptīdus ar to endogēno proteīnu. Šis proteīns atrodas visās šūnās, un pasaulē nav nevienas šūnas, kurā šī proteīna nebūtu. Tas ir ļoti sens, ļoti konservatīvs proteīns, tas ir visiem (es tagad nerunāju par vīrusiem).
Pats Margulis preklīniskos pētījumus nebūtu veicis, viņš (pirms pieciem gadiem) saņēma stipendiju kopā ar Augsti tīru zāļu institūtu. Acīmredzot šajā institūtā strādā šis Simbircevs, esmu daudzkārt dzirdējis viņa vārdu, bet tā kā šī ir Federālā Medicīnas-bioloģiskā aģentūra, kurā ietilpst Kaširkas Imunoloģijas institūts, kurā es strādāju daudzus gadus, tad visticamāk tas ir Institūtā ļoti tīras zāles, ar kurām viņš saņēma stipendiju preklīniskajiem pētījumiem. IN Padomju gadi tā bija Veselības ministrijas Trešā direkcija. Tieši ar šo institūtu no IZM tika saņemta dotācija preklīnikai 30 miljonu apmērā uz trim gadiem, kas beidzās pirms diviem gadiem.
Augsti tīrās sagatavošanas institūts veica visus dokumentus, ziņoja par savu dotāciju nākamais posms, popularizējot narkotiku, tur arī vajag naudu. Šis ir pirmais klīnisko pētījumu posms. Šeit Boriss Margulis, cik es saprotu, jau ir attālinājies no attīstības, atstājot to Augsti tīru preparātu institūtam.
Viņi ražo šo proteīnu, viņi izgatavoja biotehnoloģiju, man tas pat ir ledusskapī, Boriss man to iedeva testēšanai. Viņi to izgatavo lielos daudzumos un uzglabā liofilizētā veidā (sausā) sterilās ampulās. Patiesībā šīs zāles vajadzētu lietot, iespējams, ar dažām piedevām klīniskie pētījumi. Bet tas prasa naudu.
Nejauši ieraudzījusi ziņu ar Simbirceva interviju, izlasīju, aizsūtīju Margulim un jautāju, vai viņš to ir lasījis. Boriss man atbildēja, ka Andrejs (kuru viņš labi pazīst) izdarīja kaut ko stulbu, viņš pat neatsaucās uz autoriem. Šīs idejas (onkoloģijā izmantot tīro proteīnu kā pretvēža medikamentu) autors, atkārtoju, ir Boriss Margulis. Bet, cik pēdējā laikā esmu dzirdējis no viņa, viņš ir attālinājies no šī jautājuma.
Es strādāju pie šī proteīna, bet kā imūnmodulatoru, tāpat kā manā laboratorijā. Nedaudz strādājām ar pretvēža īpašībām, peļu modeļos. Tur bija patiešām labi rezultāti. Es domāju "kailu" proteīnu, tam vienkārši ir imūnstimulējošas īpašības. Starp citu, lielais jautājums ir par to, kāpēc tā imūnstimulējošās īpašības ir: pats proteīns vai daži nelieli piemaisījumi, piemēram, lipopolisaharīdi. Šo proteīnu iegūst baktēriju kultūrā (in E. coli), šī ir visizplatītākā metode rekombinanto proteīnu ražošanai. Lipopolisaharīdi (LPS) ir baktēriju šūnu sienas sastāvdaļa, un ir ļoti grūti pilnībā attīrīt kultūru no šī piemaisījuma. Protams, viņi to notīra, taču saglabājas neliela koncentrācija. Šiem LPS piemaisījumiem ir arī imūnstimulējošas īpašības, jo imūnsistēma ir attīstījusies, lai izstrādātu savu aizsardzību pret baktērijām. Tiklīdz organismā parādās baktēriju “smarža”, aktivizējas imūnsistēma. Tāpēc daudzi autori tagad uzskata, ka šī proteīna imūnstimulējošās īpašības, kas arī modulē pretvēža reakciju, izraisa nevis HSP kā tāda, bet gan tā piejaukums. Bet šis jautājums ir zinātnisks, apspriežams un tam nav nekāda sakara ar praksi.
Tagad, atkārtoju, Boriss Margulis attālinās no šīs tēmas, no onkoloģijas un strādā pie mazām molekulām, kas var regulēt šī proteīna veidošanos. Viņš sazinājās ar ķīmiķiem, kuri zina, kā ražot inhibitorus – tādas specifiskas kināzes, dažus enzīmus šūnās, kas aptur to darbību. Inhibitori var pateikt kādam fermentam: "Nē, jums nav tiesību strādāt."
Tas tiek darīts ļoti vienkārši: visiem fermentiem ir substrāta saistīšanas centrs, un, ja paņemat kādu mazu molekulu, kas ir iebūvēta šajā substrāta saistīšanas centrā, tā vairs nevarēs apstrādāt šo substrātu. Boriss tagad strādā pie molekulām, kas kavē šī HSP-70 intracelulāro sintēzi. Un patiešām šādas molekulas ir ļoti svarīgas ne tikai fundamentālajai bioloģijai, bet arī praksei un klīniskajai medicīnai.
Notiek ielāde...