Hvordan ser et molekylært termometer ut? Dette spørsmålet er mye mer komplisert enn det kan virke ved første øyekast. Tilsynelatende er "termometeret" som brukes av cellen, som spiller en av de viktigste rollene for å opprettholde stabiliteten til celleproteomet, et system av transkripsjonsfaktorer og spesialiserte proteiner - chaperones, inkl. varmesjokkproteiner som reagerer ikke bare på en økning i temperatur (dette er bare den første av de oppdagede funksjonene til denne klassen av proteiner), men også på andre fysiologiske effekter som skader cellen.
Chaperones er en klasse av proteiner hvis hovedfunksjon er å gjenopprette den korrekte tertiære strukturen til skadede proteiner, samt dannelse og dissosiasjon av proteinkomplekser.
Ledersystemet reagerer på skader som oppstår i løpet av celleaktivitet og sikrer korrekt passasje av folding - folding av aminosyrekjeder som går ned fra det ribosomale "samlebåndet" til tredimensjonale strukturer. Til tross for åpenheten av den eksepsjonelle betydningen av dette systemet, har i lang tid ingen av spesialistene som studerte det engang antatt at dette molekylære termometeret også var en slags "ungdomskilde" for cellen, og studien gir en mulighet til å se på en rekke sykdommer fra et nytt, tidligere ukjent perspektiv. ...
Proteiner, som er hovedproduktet av funksjonen til genomet, danner ikke bare strukturen, men sikrer også funksjonen til alle celler, vev og organer. Ingen forstyrrelser i syntesen av aminosyresekvenser; dannelse, montering og transport av proteinmolekyler, samt eliminering av skadede proteiner er et viktig aspekt for å opprettholde helsen til både individuelle celler og hele organismen. Proteiner er også materialet som er nødvendig for dannelse og effektiv funksjon av "molekylære maskiner" som gir biosyntetiske prosesser, en prosess som er kritisk for å sikre kroppens levetid. Mange problemer stammer fra forstyrrelser i den grunnleggende foldeprosessen til proteiner. Forstyrrelser i arbeidet til "OTK", representert av varmesjokkproteiner og chaperoner, fører til utseende og akkumulering av feil. Disse feilene forstyrrer arbeidet med molekylære mekanismer, noe som kan føre til utvikling av ulike sykdommer. Forekomsten av slike feil i nevroner er fulle av virkelig forferdelige konsekvenser, manifestert av utviklingen av nevrodegenerative sykdommer som multippel sklerose, samt Huntingtons, Parkinsons og Alzheimers sykdommer.
Oppdaget i 1962 av Ferruccio Ritossa, er varmesjokkreaksjonen beskrevet som en temperaturindusert endring i organiseringen av tettpakkede kromosomer i cellene i spyttkjertlene til fruktfluer, noe som fører til dannelsen av såkalte "hevelser". Slike hevelser, som ser ut som bomullsdotter under mikroskopet, klemt mellom tettpakkede kromosomer, vises også når de utsettes for dinitrofenol, etanol og salisylsyresalter.
Det viste seg at kromosombuler er nye transkripsjonelle regioner som begynner syntesen av nye messenger-RNA-er i løpet av få minutter etter at de dukker opp. Proteinproduktene fra denne prosessen er nå viden kjent som varmesjokkproteiner, hvorav de mest studerte er Hsp90 og Hsp70. Proteiner fra denne familien regulerer foldingen av aminosyrekjeder og forhindrer oppkomsten av misdannede proteinmolekyler i cellene til alle levende organismer.
På slutten av 1970-tallet og begynnelsen av 1980-tallet klarte forskere å klone de første Drosophila-varmesjokkgenene ved å bruke en original cellulær biokjemiteknikk for å øke mengden messenger-RNA som koder for sekvensene til de tilsvarende proteinene. På den tiden var eksperter av den oppfatning at varmesjokkreaksjonen var karakteristisk utelukkende for Drosophila-organismen. Det var på dette stadiet at Richard Morimoto ga sitt første bidrag til studiet av varmesjokkproteiner. Han samlet en omfattende samling av DNA fra flercellede organismer, og ved hjelp av Southern blotting-metoden demonstrerte han at de alle inneholder analoger av Hsp70-genet som er nesten identiske i struktur. Omtrent på samme tid identifiserte Jim Bardwell og Betty Craig fra University of Wisconsin i Madison dnaK-genet, som også er en analog av Hsp70, i Escherichia coli-genomet. Resultatet av ytterligere detaljert studie av dette problemet var forståelsen av at varmesjokkgener i en form praktisk talt uendret i løpet av evolusjonen er representert i genomene til representanter for alle fem kongedømmene i den levende verden.
Det neste fremskrittet i kjeden av påfølgende hendelser var identifiseringen av en familie av transkripsjonsfaktorer som kontrollerer initieringen av det første stadiet av varmesjokkreaksjonen. Flere forskningsgrupper fra ulike universiteter deltok i dette arbeidet, inkludert Morimoto-gruppen. Forskere har vist at en økning i celletemperatur forårsaker en endring i formen til disse transkripsjonsfaktorene, noe som letter deres binding til promotorene til varmesjokkgener, som initierer syntesen av varmesjokkproteiner. Dessuten viste det seg at i motsetning til gjær, fruktfluer og nematoder Caenorhabditis elegans, som bare har én transkripsjonsfaktor for varmesjokkgener, har menneskeceller så mange som tre slike faktorer. Et så komplekst skjema for regulering av uttrykket av de studerte genene førte forskere til ideen om deres multifunksjonalitet, noe som krever ytterligere studier.
Ytterligere studier viste at varmesjokkproteiner selv regulerer funksjonen til transkripsjonsfaktoren, som setter i gang produksjonen deres i cellekjernen. Det ble også åpenbart at varmesjokkproteiner utfører funksjonene til molekylære chaperoner - de kontrollerer foldingen av aminosyrekjeder, sikrer dannelsen av korrekte romlige konformasjoner av proteinmolekyler, og identifiserer og eliminerer også feil i denne prosessen. Dermed viste det seg at et celletermometer ikke bare måler temperatur, men også overvåker utseendet til misdannede og skadede proteiner i cellen. Varmesjokk og andre stressende påvirkninger fyller cellen med unormale proteiner, som chaperones reagerer på ved å binde disse proteinene og frigjøre varmesjokk transkripsjonsfaktor-1 (Hsf1). Molekylene til denne faktoren danner spontant trimerer (komplekser av tre molekyler) som binder seg til de tilsvarende regionene i genomet, som igjen utløser syntesen av varmesjokkproteiner. Den påfølgende økningen i konsentrasjonen av varmesjokkproteiner til det nødvendige nivået i henhold til tilbakemeldingsprinsippet undertrykker transkripsjonsaktiviteten til Hsf1-transkripsjonsfaktoren.
Studiet av funksjonen til varmesjokkproteiner på cellelinjer begrenset sterkt forskeres muligheter, siden det ikke ga informasjon om de medfølgende endringene i hele organismen. Derfor, rundt 1999, bestemte Morimoto og hans kolleger seg for å bytte til en ny modell - C. elegans rundormene. De var spesielt inspirert av arbeidet til Max Perutz, publisert i 1994, som fant ut at årsaken til en alvorlig nevrodegenerativ sykdom – Huntingtons sykdom – er en spesifikk mutasjon i et gen kalt huntingtin. Denne mutasjonen resulterer i syntesen av en variant av proteinet som inneholder et ekstra fragment fra den langkjedede aminosyren glutamin, noe som tilsynelatende forstyrrer den normale foldeprosessen. Aggregering av slike unormale proteinmolekyler i nevroner fører til utvikling av Huntingtons sykdom. Forskerne antok at det å studere proteiner hvis molekylære dannelse er forstyrret på grunn av uttrykket av polyglutamin eller lignende årsaker vil bidra til å forstå hvordan et molekylært termometer fungerer.
Mens de arbeidet med å lage dyremodeller for uttrykk i nevroner og muskelceller av proteiner som inneholder overdreven polyglutaminsekvenser, fant forskerne at graden av aggregering og tilhørende toksisitet til slike proteiner er proporsjonal med lengden og alderen på organismen. Dette fikk dem til å tro at undertrykkelse av den insulinmedierte signalmekanismen som regulerer kroppens levetid kan påvirke prosessen med aggregering av proteiner som inneholder polyglutamin. Resultatene av ytterligere studier bekreftet eksistensen av det foreslåtte forholdet, og demonstrerte også at effekten av funksjonen til transkripsjonsfaktoren Hsf1 på organismens levetid formidles av en insulinavhengig signalmekanisme. Disse observasjonene gjorde det åpenbart at varmesjokkresponsen er like viktig både for organismens overlevelse under akutte stressforhold og for den konstante nøytraliseringen av den toksiske effekten av proteiner, som negativt påvirker funksjonen og levetiden til cellene.
Bruken av levende organismer som en eksperimentell modell gjorde det mulig for forskere å ta forskningen til et kvalitativt nytt nivå. De begynte å ta hensyn til mekanismene som kroppen oppfatter og integrerer informasjon som kommer utenfra på molekylært nivå. Hvis stress påvirker aldringsprosessen, er det logisk å anta at varmesjokkproteiner, som registrerer utseendet og forhindrer akkumulering av skadede proteiner i cellen, er ganske i stand til å bremse utviklingen av aldringseffekter.
Det faktum at mange sykdommer assosiert med akkumulering av proteiner som er utsatt for aggregering er preget av aldringssymptomer, og alle sykdommer basert på forstyrrelser i dannelsen av proteinmolekyler er assosiert med aldring, tyder på at temperaturfølsomme metastabile proteiner mister sin funksjonalitet ved at kroppen aldre. Faktisk har eksperimenter på C. elegans vist at funksjonen til mekanismen som utløses av transkripsjonsfaktoren Hsf1, så vel som andre celleforsvarssystemer, begynner å falme nesten umiddelbart etter at organismen når modenhet. Imidlertid viste det seg at aktivering av transkripsjonsfaktoren Hsf1 på de tidlige stadiene av utviklingen kan forhindre forstyrrelse av stabiliteten til proteinmolekyler (proteostase).
Kanskje denne observasjonen, som antyder veldig spennende muligheter, ikke gjelder for mer komplekse flercellede organismer, men alle levende ting er laget av proteiner, så resultatene oppnådd i eksperimenter på rundorm med høy grad av sannsynlighet kan hjelpe forskere med å forstå mekanismene til mennesker aldring.
Dette er imidlertid ikke slutten på historien. Resultatene av arbeidet nylig utført under ledelse av professor Morimoto indikerer eksistensen av mekanismer for å korrigere proteostase som ikke krever direkte intervensjon i funksjonen til Hsf1-transkripsjonsfaktoren. Forskerne bestemte seg for å gjennomføre en klassisk genetisk screening av C. elegans-mutanter, og demonstrerte abnormiteter i dannelsen av proteinmolekyler i muskelceller. Som et resultat fant de at mutasjonen som påvirker denne prosessen er lokalisert i genet for en transkripsjonsfaktor som kontrollerer produksjonen av nevrotransmitteren gamma-aminosmørsyre (GABA). GABA kontrollerer funksjonen til eksitatoriske nevrotransmittere og regulerer muskeltonus. Et interessant faktum er at ethvert brudd på stabiliteten til arbeidet med GABA-medierte mekanismer fører til hyperstimulering, noe som tvinger postsynaptiske muskelceller til å svare på ikke-eksisterende stress, noe som fører til brudd på dannelsen av proteinmolekyler. Med andre ord viste det seg at aktiviteten til nevroner kan påvirke funksjonen til de molekylære termometrene til andre celler i kroppen, noe som ytterligere kompliserte det nye bildet.
Hvis denne mekanismen strekker seg til mennesker, vil kanskje forskere være i stand til å utvikle en metode for å påvirke nevroner, noe som fører til aktivering av varmesjokkproteiner i skjelettmuskelceller og bidrar til å eliminere symptomene på muskeldystrofi og andre sykdommer i motorneuroner. . Muligens vil manipulering av denne mekanismen tillate å kontrollere prosessen med akkumulering av skadede proteiner assosiert med aldring. Men dessverre er ikke alt så enkelt som vi ønsker. I organismen til C. elegans styres utviklingen av varmesjokkreaksjonen i alle voksne somatiske celler av ett par nevroner. Det ser ut til at aktiviteten til disse nevronene og tilbakemeldingsmekanismen tillater celler og vev å aktivere varmesjokkproteiner i henhold til deres spesifikke behov. Faktum er at forskjellige vev er preget av forskjellig aktivitet av proteinbiosyntese, så vel som forskjellig alvorlighetsgrad og natur av ytre påvirkninger. Derfor er en universell tilnærming til å kontrollere reaksjonen til et varmesjokk i prinsippet umulig.
Væpnet med resultatene av arbeidet og lovende ideer, grunnla Morimoto og flere av hans kolleger Proteostasis Therapeutics, som har som mål å identifisere terapeutiske små molekyler som kan korrigere de patologiske effektene av akkumulering av misdannede proteinmolekyler. Denne tilnærmingen er forbundet med en ganske høy grad av risiko, siden nivået av varmesjokkproteiner øker i mange ondartede sykdommer. Imidlertid mener Morimoto og hans medarbeidere at retningen de utvikler har for mye potensial til å bli ignorert.
om forfatteren
Professor Richard Morimoto, etter å ha forsvart sin doktoravhandling, viet hele sitt arbeid til å studere funksjonen til varmesjokkproteiner og deres rolle i aldring. Morimoto tok sine første skritt i sin valgte retning ved Harvard University under ledelse av Dr. Matt Meselson. Richard Morimoto er for tiden direktør for Rice Institute for Biomedical Research ved Northwestern University i Evanston, Illinois, og et grunnleggende medlem av Proteostasis Therapeutics, Cambridge, Massachusetts.
Evgeniya Ryabtseva
Portal "Eternal Youth" basert på The Scientist: Richard Morimoto,
Strukturelle og funksjonelle endringer under påvirkning av høye temperaturer. Høytemperatureksponering påvirker først og fremst fluiditeten til membraner, som et resultat av at det er en økning i deres permeabilitet og frigjøring av vannløselige stoffer fra cellen. Som et resultat observeres desorganisering av mange cellefunksjoner, spesielt deres deling. Så hvis ved en temperatur på 20 ° C alle celler gjennomgår prosessen med mitotisk deling, ved 38 ° C - hver syvende, og ved 42 ° C - bare hver fem hundrede celle.
Den økte fluiditeten til membranlipider, på grunn av en endring i sammensetningen og strukturen til membranen under overoppheting, fører til tap av aktiviteten til membranbundne enzymer og en forstyrrelse i aktiviteten til ETC. Av de viktigste energiproduserende prosessene - fotosyntese og respirasjon, er den mest følsomme fotosyntesens ETC, spesielt fotosystem II (PS II). Når det gjelder enzymene til fotosyntese, er hovedenzymet i C3-syklusen av fotosyntese, RBP-karboksylase, ganske motstandsdyktig mot overoppheting.
Overoppheting har en merkbar effekt på plantens vannregime, og øker raskt og betydelig transpirasjonsintensiteten. Som et resultat utvikler anlegget et vannunderskudd. Kombinasjonen av tørke med varme og høy solinnstråling har en maksimal negativ effekt på avlinger, og forstyrrer, sammen med fotosyntese, respirasjon og vannregime, absorpsjonen av mineralnæringsstoffer.
Molekylære aspekter ved varmesjokkskade. Varmeskader i cellen primært proteiner, spesielt enzymer, forstyrrer prosessen med proteinbiosyntese de novo, hemmer aktiviteten til enzymer, induserer nedbrytning av eksisterende proteiner. Som et resultat kan pooler av enzymer som er viktige for cellens funksjon både under stress og etterfølgende reparasjon forsvinne. De fleste av de viktigste planteenzymene er termolabile, inkludert RuBisCO, katalase og SOD. Hemming av RuBisCO er hovedårsaken til reduksjonen i IF ved høye temperaturer. Varme undertrykker også evnen til å omdanne sukrose til stivelse i bygg, hvete og poteter, noe som indikerer at ett eller flere enzymer i omdannelseskjeden er sterkt hemmet av varme. Den direkte effekten av varme på aktiviteten til løselig stivelsessyntase i endospermen til hvete, både in vitro og in vivo, forårsaker undertrykkelse av stivelseakkumulering.
Høye temperaturer hemmet katalaseaktivitet i flere plantearter, mens aktiviteten til andre antioksidantenzymer ikke ble undertrykt. I rug var endringer i katalaseaktivitet reversible og etterlot ikke synlige skader etter å ha stoppet varmen, mens i agurk ble gjenopprettingen av katalaseaktiviteten bremset ned (hemmet) og ble ledsaget av misfarging av klorofyll, noe som indikerer mer betydelig oksidativ skade. I maisfrøplanter dyrket ved forhøyede temperaturer (35 ° C), var SOD-aktiviteten lavere enn ved relativt lave temperaturer (10 ° C).
Varmen krenket integriteten til membranene, noe som førte til økt permeabilitet for ioner og løsninger. Samtidig ble aktiviteten til membranassosierte enzymer for fotosyntese, respirasjon og transport av assimilater forstyrret. Varmen økte metningen av fettsyrer i EPR-membranfosfolipider. Under ekstreme varmeforhold ble dens membraner selektivt skadet, noe som forårsaket nedbrytning av mRNA (3-amylase. Samtidig påvirker varmeindusert lekkasje av stoffer gjennom membranene redokspotensialet til de viktigste cellulære avdelingene, som igjen forstyrrer forløpet av metabolske prosesser frem til celledød.
Oksidativt stress har nylig blitt anerkjent som en av de viktigste negative faktorene i effekten av varme på planter. Varme forårsaker en ubalanse mellom mengden solstråling som absorberes av pigmenter og transport av elektroner gjennom cytokromer – en prosess som kalles fotoinhibering. Overskuddsenergi kan overføres til oksygen, noe som fører til dannelsen av ROS. Hovedområdene med oksidativ skade i celler er mitokondrier og kloroplaster, hvor elektrontransport er svekket. I kloroplaster forårsaker høytemperaturstress fotoinhibering av fotosyntese og inaktivering av katalase, noe som fører til akkumulering av ROS og misfarging av klorofyll. Fotosystem II er anerkjent som det mest følsomme for virkningen av varme, noe som fører til desintegrering av de funksjonelle komponentene i PS II-komplekset og følgelig forstyrrelse av elektrontransport mellom PS I og PS II, en økning i strømmen av elektroner til molekylært oksygen, og dannelsen av ROS. Som et resultat avtar IF, som er hovedårsaken til avlingstap under påvirkning av varme.
Varmesjokkproteiner. Syntesen av varmesjokkproteiner (HSP) som svar på en temperaturøkning ble oppdaget i 1974. Det er karakteristisk for alle typer levende organismer, inkludert høyere og lavere planter. HSP i alle organismer er representert av et stort sett med polypeptider, som vanligvis er navngitt i samsvar med molekylvekten uttrykt i kilodalton (kDa). For eksempel kalles HSP-er med en molekylvekt på 70 kDa HSP-er 70. Den betydelige rollen til HSP-er i cellelivet er bevist av den høye konservatismen i deres utvikling. Således beholder individuelle steder i utviklingen av HSP 70 over 90% homologi hos bakterier og mennesker. Plante-HSP-er er representert av en gruppe proteiner med høy molekylvekt (110-60 kDa) og lav molekylvekt (35-15 kDa). Karakteristiske trekk ved planter er mangfoldet av lavmolekylære HSP-er og den høye intensiteten av deres syntese under varmesjokk (HS).
HSP-syntese er et stressende varmesjokkprogram som oppstår når temperaturen stiger 8-10 °C over normalen. Således, i byggblader, nås maksimal HSP-syntese ved 40 ° C, og i risblader - ved 45 ° C. Å bytte normalt celleliv til et stressende program inkluderer genom-omprogrammering assosiert med hemming av ekspresjonen av gener, hvis aktivitet er karakteristisk for liv under normale forhold, og aktivering av HS-gener. I planteceller blir mRNA som koder for HSP-er detektert 5 minutter etter utbruddet av stress. I tillegg oppstår forfallet av polysomer som syntetiserer proteiner som er typiske for normale forhold, og dannelsen av polysomer som syntetiserer HSP-er. Rask aktivering av HSP-syntese på nivået av ikke bare transkripsjon (RNA-syntese på DNA), men også translasjon (proteinsyntese på mRNA) oppnås som et resultat av koordineringen av mange hendelser. Varmesjokk forårsaker endringer i mRNA syntetisert i cellen før sjokk, assosiert med modifisering av proteintranslasjonsfaktorer og ribosomale proteiner. I tillegg skiller HSP-mRNA-er seg fra mRNA-ene til konvensjonelle proteiner. Som et resultat av HS, svekkelse og deretter avslutning av syntesen av vanlige proteiner og bytte av apparatet for proteinsyntese til syntese av HSP-er, som finnes i cellen allerede 15 minutter etter utbruddet av HS. Maksimal syntese observeres etter 2-4 timer, deretter reduseres den.
Syntesen av forskjellige HSP-er skjer ved forskjellige temperaturer. I kloroplaster ble syntesen av høymolekylære HSP-er aktivert i området 34-42 ° C, svekket ved 44 ° C og kraftig redusert ved 46 ° C. Induksjonen av syntesen av lavmolekylære HSP-er var spesielt merkbar ved 40-42 ° C. En betydelig hemming av syntesen av RuBisc skjedde bare ved temperaturer over 44 ° C. Nesten alle de oppdagede kloroplast-HSP-ene er kodet i kjernen, syntetisert i cytoplasmaet og deretter transportert til kloroplasten, hvor de utfører en beskyttende funksjon under HSP. Etter slutten av varmesjokket stopper HSP-syntesen og syntesen av proteiner som er karakteristiske for cellen under normale temperaturforhold fortsetter. I dette tilfellet brytes HSP-mRNA-er raskt ned i celler ved normal temperatur, mens proteinene i seg selv kan vedvare mye lenger, noe som tilsynelatende gir en økning i cellemotstand mot oppvarming. Langvarig eksponering av celler for HS fører vanligvis også til en svekkelse og avslutning av HSP-syntese. I dette tilfellet aktiveres mekanismene for regulering av HSP-genekspresjon i henhold til tilbakemeldingsprinsippet. Akkumulering av HSP-er i cellene reduserer aktiviteten til genene deres. Det er mulig at cellen på denne måten opprettholder antallet HSP-er på det nødvendige nivået, og forhindrer overproduksjon av dem.
Som regel, som svar på en økning i temperaturen, syntetiseres de tilsvarende proteinene, noe som bidrar til en økning i kroppens termiske motstand. Den beskyttende rollen til HSP-er er beskrevet av den molekylære chaperone-modellen (oversatt fra engelsk - guide, mentor til en ung person). Under ekstreme forhold "tar HSPs seg av" funksjonen til spesifikke makromolekyler, cellulære strukturer, frie celler fra skadede komponenter, noe som gjør det mulig å opprettholde cellulær homeostase. Interaksjonen mellom HSP 70 og andre proteiner avhenger av ATP / ADP-forholdet. Det antas at HSP 70 i et kompleks med ADP beholder det avviklede proteinet på seg selv, og erstatning av ADP med ATP fører til frigjøring av dette proteinet fra komplekset med HSP 70.
I samsvar med denne modellen øker HSP-er den termiske motstanden til celler, og gir følgende prosesser: energiavhengig stabilisering av den native strukturen til proteiner; korrekt montering av oligomere strukturer under forhold med hypertermi; transport av stoffer gjennom membranene til organeller; disaggregering av feil sammensatte makromolekylære komplekser; frigjøring av cellen fra denaturerte makromolekyler og gjenbruk av monomerene inkludert i dem ved hjelp av ubiquitiner. Ubiquitiner er lavmolekylære varmesjokkproteiner, hvis binding til et polypeptid gjør det til et mål for proteaser. Dette er et slags «dødsmerke» for proteiner. Med deres hjelp skjer utslakting og fjerning av skadede og uferdige proteiner som følge av HS-handling.
En rekke fakta vitner til fordel for den beskyttende funksjonen til HSP i HS. Spesielt ble det vist at nedstengning av proteinsyntese av spesifikke inhibitorer under HS, når HSP-syntese oppstår, fører til celledød. Celler kan herdes, og øke deres termiske stabilitet ved foreløpig kortvarig eksponering for høye temperaturer. Betingelsene for slik quenching sammenfaller med betingelsene for induksjon av HSP-syntesen. Interessant nok induserer syntesen av HSP i planter ikke bare HS, men også for eksempel kadmiumsalter og arsenitt, behandlingen som øker motstanden til cellene mot varme. Det er også viktig å understreke at endringer i genstrukturen (mutasjoner) som forstyrrer syntesen av HSP fører til tap av cellemotstand mot varme. Ytterligere studier av den spesifikke funksjonen til hver HSP under stress vil gjøre det mulig å belyse de molekylære mekanismene for dannelse og funksjon av beskyttende egenskaper i HSP.
De fleste HS-proteiner har beslektede proteiner i celler, som syntetiseres ved normale temperaturer konstant eller i visse faser av ontogenese. Det viser seg at disse proteinene, spesielt HSP 70, binder seg til andre proteiner, noe som forårsaker utfoldelse og hindrer deres aggregering. Sistnevnte kan forhindre at proteinet får den native konformasjonen som er nødvendig for dets funksjonelle aktivitet. Utfoldelsen av proteiner ved hjelp av HSP-er er nødvendig for deres penetrasjon gjennom membranen til kloroplaster, mitokondrier og EPR. Siden aggregeringen av proteiner øker kraftig med økende temperatur, bør aktivering av syntesen av HSP 70 under disse forholdene beskytte proteiner mot irreversibel skade. HSP-er er tilstede i alle celleavdelinger, spesielt kjernen og nukleolene, hvor de akkumuleres under HS. HSP 70 letter passasjen av forløperne til kloroplast- og mitokondrieproteiner syntetisert i cytoplasmaet gjennom membranen, og spiller en rolle i biogenesen til disse organellene. HSP 60, også relatert til chaperones, kalles også chaperoniner. Disse proteinene sikrer riktig sammenstilling av den kvartære strukturen til cellulære proteiner, for eksempel nøkkelenzymet for fotosyntese, RuBisCO, bestående av åtte store og åtte små underenheter. Gruppen av chaperones inkluderer også HSP 90, som spiller en viktig rolle i dannelsen av et kompleks av steroidhormoner med deres reseptorer. I tillegg danner HSP 90 komplekser med noen proteinkinaser, og kontrollerer deres aktivitet. Som du vet, fosforylerer proteinkinaser en rekke cellulære proteiner, og regulerer deres aktivitet.
I planter ble det funnet mer enn 30 lavmolekylære (15-35 kDa) HSP-er, lokalisert hovedsakelig i cytoplasmatiske varmesjokkgranuler som dukker opp under HS og forsvinner etter det. Deres hovedfunksjon er å beskytte "pre-shock" mRNA, som gjør at de kan brukes til proteinsyntese etter slutten av sjokket. HSP-er med lav molekylvekt finnes også i andre rom, spesielt i kloroplaster. Det antas at de beskytter thylakoidmembranene mot HS, hvor prosessene i lysfasen av fotosyntesen er lokalisert.
I noen planter ble konstitutiv (ikke-indusert) HSP-syntese funnet under dannelsen av, spesielt, av pollen. Det er mulig at preshock HSP-er gir dens termiske stabilitet under HS. I tillegg til HSP, induserer varme ekspresjonen av proteiner fra andre klasser, spesielt calmodulin.
Varmesjokkmetabolisme. Det er svært få målrettede studier av plantemetabolisme under påvirkning av HS, og i disse forsøkene virket ofte både HS og tørke samtidig. Dette er et veldig viktig poeng, siden plantens respons på en kombinasjon av tørke og HS er annerledes enn responsen på individuelle stressfaktorer. Således, under en kombinasjon av stress, akkumulerte planter flere løselige sukkerarter, inkludert sukrose, maltose, trecallose, fruktose og glukose. Under påvirkning av tørke akkumuleres prolin, mens under påvirkning av HS, så vel som kombinasjonen av HS og tørke, akkumuleres ikke prolin i planter. Under TS-forhold er prolin eller dets mellomprodukt (pyrrolin-5-karboksylat) giftig; derfor er prolin ikke egnet som en kompatibel osmolytt. Med samtidig virkning av HS og tørke øker innholdet av glutamin kraftig. Tilsynelatende, når prolinbiosyntesen hemmes, omdannes glutamat til glutamin. Samtidig aktiveres gener som koder for stivelsesspaltning og lipidbiosyntese, og uttrykket av gener som koder for heksokinase, glukose-6-fosfatdehydrogenase, fruktokinase og sukrose-UDP-glukosyltransferase økes. Det er endringene i genuttrykk på transkripsjonsnivå som representerer hovedfaktoren i omprogrammeringen av karbohydratmetabolismen.
Under virkningen av HS på Arabidopsis-frøplanter, ble det etablert en synkron økning i størrelsen på bassengene av en rekke aminosyrer og amider (asparagin, leucin, isoleucin, treonin, alanin og valin) oppnådd fra ANA og PVA. I tillegg økte innholdet av karbohydrater: maltose, sukrose, galaktinol, myoinositol, raffinose og monosakkarider, celleveggforløpere. Allerede etter 6 timer økte konsentrasjonene av b-alanin, glyserol, maltose, sukrose, trecallose.
Fotosyntese, transpirasjon og respirasjon. Stomatal konduktans er en indikator som er nært knyttet til reguleringen av CO2- og H2O-metabolismen i planter. Tallrike data indikerer at høye temperaturer induserer stomatal lukking, noe som kan betraktes som en indirekte reaksjon på temperaturavhengigheten til vanndamptrykkunderskuddet og bladrespirasjonen. Dermed er delvis lukking av stomata en konsekvens av en økning i den intracellulære konsentrasjonen av CO2. Den ønskede lukkingen av stomata fører imidlertid ikke til en reduksjon i fotosyntesen, siden temperaturavhengighetene til stomatal konduktans og IF ikke sammenfaller. Dermed øker stomatal konduktans ved temperaturer slik at fotosyntesen hemmes irreversibelt.
Selv om stomatal konduktans ikke ser ut til å ha en direkte effekt på IF, hjelper den til å regulere transpirasjonen, som ved å kontrollere bladtemperaturen påvirker varmemotstanden til fotosynteseprosessen. I avlinger av enkelte avlinger med tilstrekkelig fuktighetstilførsel kan lufttemperaturen på grunn av termoregulering være nesten 8 ° C lavere enn lufttemperaturen over avlingen. Samtidig, med et fuktighetsunderskudd i jorda, kan det motsatte bildet observeres - temperaturen på bladene i såingen overstiger omgivelsestemperaturen med nesten 15 ° C, noe som øker den negative effekten av vannunderskudd på IF.
Intensiteten av netto fotosyntese av hvete og de fleste C3-avlinger er ganske stabil i området 15-30 ° C. Under og over dette temperaturområdet synker IF med 5-10 % for hver grad (fig. 3.1). Den relativt ubetydelige endringen i netto fotosyntese i området 15-30 ° C bør ikke skjule det faktum at grov fotosyntese faktisk øker med økende temperatur. På grunn av den samtidige økningen i ID for hele planten og spesielt fotorespirasjon, endres intensiteten av netto fotosyntese lite.
Det er merkbare forskjeller mellom C3- og C4-kulturer i denne forbindelse, og den optimale intensiteten av netto fotosyntese i C4-arter observeres ved høyere temperaturer (30-40 ° C). Fotorespirasjonen deres er ubetydelig, som et resultat av at økningen i CO2-fiksering med økende temperatur ikke maskeres av fotorespiratoriske kostnader. Faktisk er det høyere temperaturoptimum for netto fotosyntese i C4-arter sammenlignet med C3-arter, forklart av lavere respirasjonskostnader ved forhøyede temperaturer i førstnevnte. Irreversible endringer i deres fotosyntetiske apparater observeres bare når temperaturen overstiger 40 ° C, hovedsakelig på grunn av skade på PS II, som oppstår innen få minutter etter utbruddet av HS-virkningen, som har en avgjørende effekt på utbyttet.
Varmesjokk varmesjokk- varmesjokk.
Stressende tilstand av kroppen etter eksponering for høye temperaturer, spesielt, T.sh. brukes til å indusere polyploidi<indusert polyploidi> hovedsakelig hos dyr som avler i vann (fisk, bløtdyr): vanntemperaturen økes til 29-33 o С i 2-20 minutter. (normal inkubasjonstemperatur er vanligvis 15-20 o C) etter 3-10 minutter. (induksjon av triploidi) eller etter 20-40 minutter. (induksjon av tetraploidi) etter befruktning; også i stand T.sh. analysere aktiviteten til spesifikke varmesjokkproteiner<varmesjokkproteiner>, puff aktivitet<puffing> i fruktfluer (i dette tilfellet T.sh. ved 41-43°C).
(Kilde: "The English-Russian Explanatory Dictionary of Genetic Terms." Arefiev VA, Lisovenko LA, Moskva: VNIRO Publishing House, 1995)
Se hva "varmesjokk" er i andre ordbøker:
Varmesjokk- * seplavi sjokk * varmesjokk stressende tilstand av kroppen på grunn av eksponering for høye temperaturer. T. sh. brukes: a) for å indusere polyploidi (se) hos fisk, bløtdyr, inkubering av individer etter befruktning ved tо = 29 33 ° С (i stedet for ... ... Genetikk. encyklopedisk ordbok
varmesjokk- Stressende tilstand av kroppen etter eksponering for forhøyet temperatur, spesielt T.sh. det brukes til å indusere polyploidi hovedsakelig hos dyr som formerer seg i vann (fisk, bløtdyr): vanntemperaturen heves til 29 33 oС i 2 20 minutter. ... ... Teknisk oversetterveiledning
Termisk sjokk- Syn.: Varmeutmattelse. Det oppstår ved overoppheting på grunn av en utilstrekkelig respons fra karene i hjertet til en ekstremt høy temperatur, spesielt ofte utvikler seg hos eldre mennesker som tar vanndrivende midler. Det manifesteres av svakhet ... Encyclopedic Dictionary of Psychology and Pedagogy
OVEROPPHETING OG VARMESJOKK- honning. Overoppheting (termisk besvimelse, termisk utmattelse, termisk kollaps) og heteslag (hyperpyreksi, solstikk, overoppheting av kroppen) er patologiske reaksjoner av kroppen på høye omgivelsestemperaturer assosiert med ... ... Sykdomshåndbok
- (engelsk HSP, Heat shock proteins) er en klasse funksjonelt like proteiner, hvis uttrykk øker med økende temperatur eller under andre stressende forhold for cellen. Økt uttrykk for gener som koder for varmeproteiner ... ... Wikipedia
En tetramer sammensatt av fire identiske p53-proteinmolekyler. De er koblet sammen av domener som er ansvarlige for oligomerisering (se tekst). p53 (p53 protein) er en transkripsjonsfaktor som regulerer cellesyklusen. I en ikke-mutert tilstand ... ... Wikipedia
Hvis temperaturen stiger, reagerer den levende organismen på den, og produserer særegne forbindelser kalt "varmesjokkproteiner". Dette er hvordan en person reagerer, dette er hvordan en katt reagerer, dette er hvordan enhver skapning reagerer, siden den består av levende celler. Imidlertid provoserer ikke bare temperaturstigningen syntesen av varmesjokkproteinet til klamydiae og andre arter. Situasjoner er ofte provosert av alvorlig stress.
generell informasjon
Siden varmesjokkproteiner produseres av kroppen kun i spesifikke situasjoner, har de en rekke forskjeller fra normalt produserte forbindelser. Perioden for deres dannelse er preget av hemming av uttrykket av hovedproteinbassenget, som spiller en viktig rolle i metabolismen.
HSP-70-eukaryoter, DnaK-prokaryoter er en slik familie der forskere har kombinert varmesjokkproteiner som er viktige for overlevelse på cellenivå. Dette betyr at takket være slike forbindelser kan cellen fortsette å fungere selv i en situasjon der stress, varme og et aggressivt miljø motstår det. Imidlertid kan proteiner fra denne familien også delta i prosessene som skjer under normale forhold.
Biologi på mikroskopisk nivå
Hvis domenene er 100 % identiske, er eukaryoter, prokaryoter mer enn 50 % homologe. Forskere har vist at i naturen, blant alle proteingrupper, er nøyaktig 70 kDa HSP en av de mest konservative. Forskning på dette ble gjort i 1988 og 1993. Antagelig kan fenomenet forklares gjennom chaperone-funksjonaliteten som ligger i varmesjokkproteiner i intracellulære mekanismer.
Hvordan det fungerer?
Hvis vi vurderer eukaryoter, induseres HSP-gener under påvirkning av varmesjokk. Hvis en bestemt celle har sluppet unna stressende forhold, er faktorene tilstede i kjernen, cytoplasma som monomerer. Denne forbindelsen har ingen DNA-bindende aktivitet.
Under stressende forhold oppfører cellen seg som følger: Hsp70 spaltes, noe som setter i gang produksjonen av denaturerte proteiner. HSP danner trimmere, aktiviteten endrer karakter og berører DNA, noe som til slutt fører til akkumulering av komponenter i cellekjernen. Prosessen er ledsaget av en multippel økning i chaperone-transkripsjon. Selvfølgelig vil situasjonen som provoserte dette gå over over tid, og når dette skjer, kan Hsp70 igjen inkluderes i HSP. Aktiviteten knyttet til DNA forsvinner, cellen fortsetter å fungere, som om ingenting hadde skjedd. Denne hendelsesforløpet ble identifisert så tidlig som i 1993 i studier på HSP utført av Morimoto. Hvis kroppen er infisert med bakterier, kan HSP-er konsentrere seg om synovium.
Hvorfor og hvorfor?
Forskere var i stand til å avsløre at HSP-er dannes som et resultat av påvirkningen av en rekke negative situasjoner som er farlige for cellens liv. Stressende, skadelige påvirkninger fra utsiden kan være ekstremt varierte, men føre til samme variant. På grunn av HSP overlever cellen under påvirkning av aggressive faktorer.
Det er kjent at HSP-er er delt inn i tre familier. I tillegg har forskere funnet ut at det finnes antistoffer mot varmesjokkprotein. Underinndelingen i HSP-grupper utføres under hensyntagen til molekylvekten. Tre kategorier: 25, 70, 90 kDa. Hvis det er en normalt fungerende celle i en levende organisme, vil det i den sikkert være forskjellige proteiner blandet med hverandre, ganske like. Takket være HSP kan denaturerte proteiner, samt feil koagulerte proteiner, bli en løsning igjen. Men i tillegg til denne funksjonen er det noen andre.
Hva vi vet og hva vi gjetter
Til nå har ikke varmesjokkproteinet til klamydia, så vel som andre HSP-er, blitt fullstendig studert. Selvfølgelig er det noen grupper av proteiner som forskere har en ganske stor mengde data om, og det er noen som ennå ikke har blitt mestret. Men allerede nå har vitenskapen nådd det nivået hvor kunnskap vil tillate oss å si at i onkologi kan varmesjokkprotein være et veldig nyttig verktøy som lar deg beseire en av de mest forferdelige sykdommene i vårt århundre - kreft.
Forskere har den største mengden data om HSP Hsp70, som kan binde seg til ulike proteiner, aggregater, komplekser, selv med unormale. Frigjøring skjer over tid, etterfulgt av ATP-forbindelsen. Dette betyr at en løsning dukker opp i cellen igjen, og proteiner som har gjennomgått en feil koagulasjonsprosess kan gjenutsettes for denne operasjonen. Hydrolyse, ATP-forbindelsen er mekanismene som gjorde dette mulig.
Anomalier og normer
Det er vanskelig å overvurdere rollen til varmesjokkproteiner for levende organismer. Enhver celle inneholder alltid unormale proteiner, hvis konsentrasjon kan vokse dersom det er ytre forutsetninger for dette. En typisk historie er overoppheting eller effekten av infeksjon. Dette betyr at for å fortsette den vitale aktiviteten til cellen, er det nødvendig å raskt generere flere HSP-er. Transkripsjonsmekanismen aktiveres, som setter i gang produksjonen av proteiner, cellen tilpasser seg endrede forhold og fortsetter å fungere. Men sammen med de allerede kjente mekanismene gjenstår det fortsatt mye å oppdage. Spesielt antistoffer mot varmesjokkproteinet til klamydia er et så stort felt for forskeres aktiviteter.
HSP-er, når polypeptidkjeden øker, og de befinner seg under forhold som gjør det mulig å inngå en binding med den, tillater å unngå uspesifikk aggregering og nedbrytning. I stedet oppstår folding normalt når de nødvendige ledsagerne er involvert i prosessen. Hsp70 er i tillegg nødvendig for ATP-assistert utfolding av polypeptidkjeder. Ved hjelp av HSP er det mulig å oppnå det faktum at de ikke-polare områdene også er utsatt for påvirkning av enzymer.
HTS og medisin
I Russland var FMBA-forskere i stand til å lage et nytt stoff ved å bruke varmesjokkprotein for å bygge det. Kreftmedisinen presentert av forskerne har allerede bestått den første testen i eksperimentelle gnagere påvirket av sarkomer og melanomer. Disse eksperimentene gjorde det mulig å si med sikkerhet at det er tatt et betydelig skritt fremover i kampen mot onkologi.
Forskere foreslo og var i stand til å bevise at varmesjokkprotein er en medisin, eller rettere sagt, kan bli grunnlaget for et effektivt medikament, hovedsakelig på grunn av det faktum at disse molekylene dannes i stressende situasjoner. Siden de i utgangspunktet produseres av kroppen for å sikre overlevelse av celler, ble det antatt at med riktig kombinasjon med andre midler kunne til og med en svulst bekjempes.
HSP hjelper stoffet med å oppdage syke celler i den syke organismen og å takle feil DNA i dem. Det antas at det nye stoffet vil være like effektivt for alle undertyper av ondartede sykdommer. Det høres ut som et eventyr, men leger går enda lenger - de antar at en kur vil være tilgjengelig på absolutt alle stadier. Enig, et slikt varmesjokkprotein fra kreft, når det består alle testene og bekrefter dets pålitelighet, vil bli en uvurderlig anskaffelse for menneskelig sivilisasjon.
Diagnostisere og behandle
Den mest detaljerte informasjonen om håpet om moderne medisin ble fortalt av Dr. Simbirtsev, en av dem som jobbet med opprettelsen av stoffet. Fra intervjuet hans kan man forstå med hvilken logikk forskerne bygde stoffet og hvordan det skulle gi effektivitet. I tillegg kan det konkluderes om varmesjokkproteinet allerede har bestått kliniske studier eller fortsatt ligger foran.
Som nevnt tidligere, hvis kroppen ikke opplever stressende forhold, skjer produksjonen av BSh i et ekstremt lite volum, men det øker betydelig med en endring i ytre påvirkning. Samtidig er den normale menneskekroppen ikke i stand til å produsere en slik mengde HSP som vil bidra til å beseire den nye ondartede neoplasmen. "Og hva skjer hvis HSP introduseres fra utsiden?" - tenkte forskerne og gjorde denne ideen til grunnlaget for forskning.
Hvordan skal dette fungere?
For å lage et nytt stoff, gjenskapte forskere i laboratorieforhold alt som var nødvendig for at levende celler skulle begynne å produsere HSP-er. For dette ble det skaffet et menneskelig gen, som gjennomgikk kloning ved bruk av det nyeste utstyret. Bakteriene som ble studert i laboratoriene, muterte til de begynte å produsere det proteinet som forskerne selv ønsket.
Forskere, basert på informasjonen innhentet under forskningen, kom til konklusjoner om effekten av HSP på menneskekroppen. For å gjøre dette, måtte vi organisere et ekorn. Dette er ikke lett i det hele tatt: vi måtte sende prøver til planeten vår. Dette skyldes det faktum at terrestriske forhold ikke er egnet for riktig, jevn utvikling av krystaller. Men romforholdene gjør det mulig å skaffe akkurat de krystallene som forskerne trengte. Da de kom tilbake til hjemmeplaneten, ble de eksperimentelle prøvene delt mellom japanske og russiske forskere, som foretok analysen deres, som de sier, uten å kaste bort et sekund.
Og hva fant de?
Mens arbeidet i denne retningen fortsatt pågår. Representanten for gruppen av forskere sa at det var mulig å fastslå nøyaktig: det er ingen eksakt forbindelse mellom HSP-molekylet og organet eller vevet til et levende vesen. Og dette snakker om allsidighet. Dette betyr at hvis varmesjokkproteinet finner anvendelse i medisin, vil det bli et universalmiddel for et stort antall sykdommer på en gang - uansett hvilket organ som er påvirket av en ondartet neoplasma, kan det kureres.
Opprinnelig laget forskere stoffet i flytende form - testpersonene injiseres med det. Rotter og mus ble tatt som de første prøvene for å teste midlene. Det var mulig å identifisere tilfeller av kur både i de første og senere stadier av utviklingen av sykdommen. Det nåværende stadiet kalles preklinisk testing. Forskere anslår tidspunktet for fullføringen minst et år. Etter det vil tiden komme for kliniske studier. På markedet vil et nytt middel, muligens et universalmiddel, være tilgjengelig om ytterligere 3-4 år. Men som forskere bemerker, er alt dette virkelig bare hvis prosjektet finner finansiering.
Vente eller ikke vente?
Selvfølgelig høres legenes løfter attraktive ut, men samtidig skaper de med rette mistillit. Hvor lenge har menneskeheten lidd av kreft, hvor mange ofre for denne sykdommen har vært i løpet av de siste tiårene, og her lover de ikke bare et effektivt medikament, men et ekte universalmiddel - for alle slag, når som helst. Hvordan kan du tro noe slikt? Og verre, å tro, men ikke vente, eller vente, men det viser seg at midlet ikke er så godt som forventet, som lovet.
Utviklingen av et medikament er en metode for genteknologi, det vil si det mest avanserte feltet innen medisin som vitenskap. Dette betyr at hvis vellykket, bør resultatene virkelig være imponerende. Men samtidig betyr dette at prosessen er ekstremt kostbar. Som regel er investorer klare til å investere ganske store midler i lovende prosjekter, men når temaet er så høyt, presset er stort, og tidsrammen er ganske uklar, vurderes risikoen som stor. Det høres nå optimistiske prognoser for 3-4 år ut, men alle markedseksperter er godt klar over hvor ofte tidsrammen sprer seg til flere tiår.
Utrolig, utrolig ... eller er det?
Bioteknologi er et område lukket for forståelse for lekmannen. Derfor kan vi bare håpe på ordene «suksessen til prekliniske studier». Legemidlet fikk sitt arbeidsnavn "Heat Shock Protein". Imidlertid er HSP bare hovedkomponenten i et medikament som lover å være et gjennombrudd i det anti-onkologiske legemiddelmarkedet. I tillegg til ham, er sammensetningen ment å inkludere en rekke nyttige stoffer, som vil være garantisten for effektiviteten til verktøyet. Og alt dette ble mulig på grunn av det faktum at de siste HSP-studiene viste at molekylet ikke bare bidrar til å beskytte levende celler mot skade, men også fungerer som en slags "pekefinger" for immunitet, og hjelper til med å identifisere hvilke celler som er påvirket av en svulst og som ikke er det. Enkelt sagt, når HSP-er vises i kroppen i en tilstrekkelig høy konsentrasjon, håper forskerne at immunresponsen i seg selv vil ødelegge de syke elementene.
Håper og venter
Oppsummert kan vi si at nyheten mot en svulst er basert på det faktum at kroppen selv har et middel som kan ødelegge en neoplasma, det er bare at det er ganske svakt av natur. Konsentrasjonen er så lav at man ikke engang kan drømme om noen terapeutisk effekt. Samtidig er HSP-er delvis lokalisert i celler som ikke er påvirket av svulsten, og molekylet vil ikke "forlate" noe sted fra dem. Derfor er det nødvendig å tilføre et nyttig stoff fra utsiden - slik at det videre direkte påvirker de berørte elementene. Forresten, mens forskere antar at stoffet ikke engang vil ha bivirkninger - og dette er med så høy effektivitet! Og de forklarer denne «magien» med at studier har vist at det ikke er noen toksisitet. De endelige konklusjonene vil imidlertid bli gjort når de prekliniske forsøkene avsluttes, som vil ta minst ett år.
Materiale med en svært optimistisk undertittel "Et genmanipulert medikament fra alle typer og stadier av ondartede svulster kan skaffes av pasienter om tre til fire år."
Imidlertid vil enhver person som i det minste vet den minste biten om terapi av onkologiske sykdommer, ved synet av en slik prognose, i beste fall heve øyenbrynene overrasket, og i verste fall bli indignert. Vi forteller deg hva som er galt med den neste "vitenskapelige sensasjonen".
Hva skjedde?
Utviklingen av stoffet, som ble beskrevet i Izvestia, utføres ved State Research Institute of Highly Pure Preparations fra Federal Medical and Biological Agency (FMBA) i Russland. Underdirektør for forskning ved instituttet, korresponderende medlem av det russiske vitenskapsakademiet og doktor i medisinske vitenskaper, professor Andrei Simbirtsev, i dette materialet under overskriften "Russland har laget en kur mot kreft og testet den i verdensrommet" fortalte Izvestia-korrespondenten om "varmesjokkproteinet" ble krystallisert i null tyngdekraft på ISS, og er nå under preklinisk testing.
Nå utføres forskningen med et stipend fra Kunnskapsdepartementet, og forskerne planlegger å finne 100 millioner rubler til kliniske studier ved hjelp av private investorer og et program med statlig 50% medfinansiering. For å tiltrekke ham, kommer utviklerne til å "banke på alle dører, fordi stoffet er unikt. Vi er på nippet til å oppdage en helt ny kreftbehandling. Det vil hjelpe mennesker med uhelbredelige svulster."
"Vi lager allerede stoffet på produksjonsstedene til forskningsinstituttet," sa Andrei Simbirtsev til entusiastiske journalister, og la til at for øyeblikket blir de testet på mus, og det vil nå pasienter om bare tre til fire år.
Hva er fangsten?
Alt dette høres veldig inspirerende ut, men varmesjokkproteiner har vært kjent i lang tid, men av en eller annen grunn har folk ennå ikke gjort dem til et universalmiddel for alle typer kreft. Dette er en ganske stor familie av proteiner som aktiveres som svar på stress når temperaturen stiger (og noen ganger faller). De hjelper cellen med å bekjempe effekten av strukturell nedbrytning av andre proteiner. Det mest kjente eksemplet på en slik endring er brettingen av hovedkomponenten av eggehvite, albumin, når den stekes eller kokes, når den blir fra gjennomsiktig til hvit. Så, varmesjokkproteiner eliminerer konsekvensene av disse endringene: de "reparerer" eller bruker til slutt degraderte strukturer. Mange varmesjokkproteiner er også ledsagere som hjelper andre proteiner til å brette seg ordentlig.
Henvisning:
Chaperones er en klasse av proteiner hvis hovedfunksjon er å gjenopprette den tertiære eller kvaternære strukturen til proteiner; de er også involvert i dannelsen og dissosiasjonen av proteinkomplekser.
Varmesjokkproteiner finnes i alle celler. Men i forskjellige celler (spesielt tumorceller, som er svært forskjellige i forskjellige typer kreft, både fra hverandre og fra normale celler i kroppen), oppfører disse proteinene seg forskjellig. For eksempel, i noen typer kreft, kan uttrykket av HSP-70-proteinet enten økes (ved malignt melanom) eller reduseres (ved nyrekreft).
For å forstå hva slags protein vi snakker om og om det virkelig brukes i kreftbehandling og kan hjelpe med alle dens typer, snakket vi med doktoren i biologiske vitenskaper Alexander Sapozhnikov. Denne forskeren er leder for laboratoriet for cellulære interaksjoner ved Institute of Bioorganic Chemistry oppkalt etter M.M. Shemyakin og Yu.A. Ovchinnikov Russian Academy of Sciences, som har vært engasjert i et av de mest lovende varmesjokkproteinene for utviklingen i denne retningen i mange år. Han kommenterte denne artikkelen som følger:
«Jeg vil ikke si at dette er tull, men dette er helt feil informasjon. Forfatteren av ideen om å bruke varmesjokkproteiner med en molekylvekt på 70 kilodalton (den såkalte HSP-70, på engelsk HSP70) er min venn og kollega Boris Margulis. Han jobber ved Institute of Cytology i St. Petersburg.
Han og kona Irina Guzhova har jobbet med dette proteinet hele livet (jeg har gjort det i mange år også, men ikke i forskning knyttet til kreftbehandling). Formelt er laboratorieleder Irina, hun studerer hvordan protein er forbundet med nevrodegenerative sykdommer, og Boris er avdelingsleder. Han er den første personen i verden som foreslår bruk av et "nakent" protein som ikke er lastet med noen tumorassosierte antigener.
Jeg trodde ikke på ideene hans om en slik bruk av dette proteinet (faktisk er det ennå ikke bevist at det vil være effektivt). Hvis du «danser fra komfyren», er det en viss hindu, Pramod Srivastava, som ble født i India, men studerte, bor og arbeider i Amerika. For lenge siden laget han ikke bare en "vaksine" mot en svulst ved hjelp av HSP-70, men åpnet også en klinikk og behandler kreftpasienter med den. Srivastava ekstraherer dette proteinet direkte fra svulsten: det tar en biopsi fra pasienter, trekker det ut fra vevsbiter (det er spesielle måter å få en veldig høy andel av dette proteinet på).
Proteinet som oppnås fra vevet til kreftpasienter er imidlertid sterkt assosiert med tumorassosierte peptider - de tegnene på en svulst som immunsystemet gjenkjenner. Derfor, når dette komplekset administreres til pasienter, utvikler et stort antall pasienter en immunrespons, og en positiv effekt oppnås for pasienten.
Faktisk, ifølge statistikk, overstiger ikke denne effekten effekten av kjemoterapi. Fortsatt «forgifter» cellegift kroppen, men slik «vaksinasjon» «forgifter» ikke kroppen. Dette er en veldig gammel historie, denne tilnærmingen har vært brukt i klinikken i lang tid.
Alexander Sapozhnikov. Doktor i biologiske vitenskaper, professor
Når det gjelder Boris Margulis, viste han (spesielt på grunnlag av laboratoriet mitt) (og publiserte resultatene av arbeidet hans) at hvis et rent protein, uten svulstbelastning, tilsettes tumorceller, forårsaker dette eksogene proteinet svulst celler for å eksponere på overflaten de samme tumorassosierte peptidene som normalt finnes inne i disse cellene, i cytoplasmaet. Da gjenkjenner immunsystemet dem, og kroppen vil avvise disse cellene på egen hånd, bekjempe svulsten.
Det har vist seg i kulturen in vitro, altså ikke i kroppen, men i et reagensrør. I tillegg hevdet Boris Margulis kun barneleukemi, siden han er tilknyttet klinikere i St. Petersburg. Det Simbirtsev sa i intervjuet er allerede en forlengelse av denne metoden for å bruke nakent, rent protein.
Virkningsmekanismen til dette rene proteinet er å tvinge svulsten til å trekke ut til overflaten (som Margulis selv kalte det, "presse ut") disse peptidene med deres endogene protein. Dette proteinet finnes i alle celler, og det er ikke en eneste celle i verden som ikke har dette proteinet. Dette er et veldig gammelt, veldig konservativt protein, alle har det (jeg snakker ikke om virus nå).
Margulis selv ville ikke ha trukket inn preklinisk forskning, han mottok (for fem år siden) et stipend sammen med Institute of Highly Pure Preparations. Tilsynelatende jobber dette instituttet på denne Simbirtsev, jeg har hørt etternavnet hans mange ganger, men siden dette er Federal Medical and Biological Agency, som Institutt for immunologi på Kashirka tilhører, hvor jeg jobbet i mange år, så de fleste sannsynligvis er det instituttet med høy renhet medikamenter, som han mottok et stipend for preklinisk forskning. I sovjettiden var dette den tredje avdelingen i helsedepartementet. Det var med dette instituttet det ble mottatt et tilskudd til en preklinikk fra Kunnskapsdepartementet på 30 millioner i tre år, som ble avsluttet for to år siden.
Institute of Highly Pure Medicines gjorde alt papirarbeidet, de rapporterte om bevilgningen deres, for det neste trinnet, markedsføringen av stoffet, trengs det penger også der. Dette er den første fasen av klinisk forskning. Her har Boris Margulis, så vidt jeg forstår, allerede forlatt utviklingen, og overlatt den til Institute of Highly Pure Preparaters nåde.
De lager dette proteinet, de laget bioteknologi, jeg har det til og med i kjøleskapet, Boris ga det for testing. De lager det i store mengder, lagrer det i lyofilisert form (tørt), i sterile ampuller. Egentlig bør dette stoffet brukes, kanskje med noen tilsetningsstoffer, i kliniske studier. Men dette krever penger.
Etter å ha sett nyhetene fra Simbirtsevs intervju ved et uhell, leste jeg den, sendte den til Margulisa, spurte om han hadde lest den. Boris svarte meg at Andrei (som han er godt kjent med) hadde gjort noe dumt, ikke engang referert til forfatterne. Forfatteren av denne ideen (å bruke rent protein som et kreftmedisin i onkologi), jeg gjentar, er Boris Margulis. Men så vidt jeg har hørt fra ham i det siste, har han gått bort fra dette problemet.
Jeg jobber med dette proteinet, men som en immunmodulator, som laboratoriet mitt. Vi har jobbet litt med anti-tumor egenskaper i musemodeller. Det var virkelig gode resultater. Jeg mener "nakent" protein, det har bare immunstimulerende egenskaper. Forresten, et annet stort spørsmål er hva som er årsaken til dets immunstimulerende egenskaper: selve proteinet eller noen små urenheter, for eksempel lipopolysakkarider. Dette proteinet er oppnådd i bakteriekultur (i E coli), er dette den vanligste teknikken for å produsere rekombinante proteiner. Lipopolysakkarider (LPS) er en komponent i bakteriecelleveggen, og det er svært vanskelig å rense kulturen fra denne urenheten til slutten. Selvfølgelig renser de, men det gjenstår noen sparsomme konsentrasjoner. Disse LPS-urenhetene har også immunstimulerende egenskaper, rett og slett fordi immunsystemet har utviklet seg til å forsvare seg mot bakterier. Så snart "lukten" av bakterier dukker opp i kroppen, aktiveres immunforsvaret. Derfor tror mange forfattere nå at de immunstimulerende egenskapene til dette proteinet, som også modulerer antitumorresponsen, ikke er forårsaket av HSP som sådan, men av dets urenhet. Men dette spørsmålet er vitenskapelig, diskutabelt og har ingenting med praksis å gjøre.
Nå, jeg gjentar, Boris Margulis beveger seg bort fra dette emnet, fra onkologi, og jobber med små molekyler som kan regulere produksjonen av dette proteinet. Han tok kontakt med kjemikere som vet hvordan man lager inhibitorer – slike spesifikke kinaser, en slags enzymer inne i cellene som hindrer dem i å virke. Hemmere kan si til et eller annet enzym: "Nei, du har ingen rett til å jobbe."
Dette gjøres veldig enkelt: alle enzymer har et bindingssted med et substrat, og hvis du tar et lite molekyl som integreres i dette substratbindingssenteret, vil det ikke lenger være i stand til å behandle dette substratet. Boris jobber nå med molekyler som hemmer den intracellulære syntesen av denne HSP-70. Og faktisk er slike molekyler veldig relevante, og ikke bare for grunnleggende biologi, men også for praksis, klinisk medisin."
Laster inn ...