Cum arată un termometru molecular? Această întrebare este mult mai complicată decât ar părea la prima vedere. Aparent, „termometrul” folosit de celulă, care joacă unul dintre cele mai importante roluri în menținerea stabilității proteomului celular, este un sistem de factori de transcripție și proteine specializate - chaperone, incl. proteine de șoc termic care reacționează nu numai la creșterea temperaturii (aceasta este doar prima dintre funcțiile descoperite ale acestei clase de proteine), ci și la alte efecte fiziologice care dăunează celulei.
Chaperonele sunt o clasă de proteine, a cărei funcție principală este de a restabili structura terțiară corectă a proteinelor deteriorate, precum și formarea și disocierea complexelor proteice.
Sistemul însoțitor reacționează la deteriorarea apărută în cursul vieții celulare și asigură trecerea corectă a plierii - plierii lanțurilor de aminoacizi care coboară din „linia de asamblare” ribozomală în structuri tridimensionale. În ciuda evidenței importanței excepționale a acestui sistem, pentru o lungă perioadă de timp niciunul dintre specialiștii care l-au studiat nici măcar nu a presupus că acest termometru molecular a fost în același timp un fel de „sursă a tinereții” pentru celulă, iar studiul lui oferă o oportunitate. a privi o serie de boli dintr-o perspectivă nouă, necunoscută anterior...
Proteinele, care sunt produsul principal al funcționării genomului, nu numai că formează structura, ci asigură și funcționarea tuturor celulelor, țesuturilor și organelor. Absența perturbărilor în sinteza secvențelor de aminoacizi; formarea, asamblarea și transportul moleculelor de proteine, precum și eliminarea proteinelor deteriorate este un aspect esențial al menținerii sănătății atât a celulelor individuale, cât și a întregului organism. Proteinele sunt, de asemenea, materialul necesar pentru formarea și funcționarea eficientă a „mașinilor moleculare” care susțin procesele de biosinteză, proces care este esențial pentru asigurarea longevității organismului. Multe probleme provin din perturbările procesului fundamental de pliere a proteinelor. Tulburările în activitatea „OTC”, reprezentate de proteine de șoc termic și însoțitori, duc la apariția și acumularea de erori. Aceste erori perturbă activitatea mecanismelor moleculare, ceea ce poate duce la dezvoltarea diferitelor boli. Apariția unor astfel de erori în neuroni este plină de consecințe cu adevărat grave, manifestate prin dezvoltarea unor astfel de boli neurodegenerative precum scleroza multiplă, precum și a bolilor Huntington, Parkinson și Alzheimer.
Descoperită în 1962 de Ferruccio Ritossa, reacția șocului termic este descrisă ca o modificare indusă de temperatură în organizarea cromozomilor dens împachetate în celulele glandelor salivare ale muștelor fructelor, ducând la formarea așa-numitelor „umflături”. Astfel de umflături, care arată ca niște bile de bumbac la microscop, cuprinse între cromozomi strâns, apar și atunci când sunt expuse la săruri de dinitrofenol, etanol și acid salicilic.
S-a dovedit că umflăturile cromozomilor sunt noi regiuni de transcripție care încep sinteza noilor ARN mesageri în câteva minute după apariția lor. Produsele proteice ale acestui proces sunt acum cunoscute sub numele de proteine de șoc termic, dintre care cele mai studiate sunt Hsp90 și Hsp70. Proteinele din această familie reglează plierea lanțurilor de aminoacizi și previn apariția moleculelor proteice malformate în celulele tuturor organismelor vii.
La sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, folosind tehnica originală a biochimiei celulare, care permite creșterea cantității de ARN mesageri care codifică secvențele proteinelor corespunzătoare, oamenii de știință au reușit să cloneze primele gene de șoc termic ale muștei fructelor. La acea vreme, experții erau de părere că reacția de șoc termic era caracteristică exclusiv pentru organismul Drosophila. În acest stadiu, Richard Morimoto și-a adus prima contribuție la studiul proteinelor de șoc termic. El a colectat o colecție extinsă de ADN de la organisme multicelulare și, folosind metoda Southern blotting, a demonstrat că toate conțin analogi ai genei Hsp70 care sunt aproape identice ca structură. Aproximativ în același timp, Jim Bardwell și Betty Craig de la Universitatea din Wisconsin din Madison au identificat gena dnaK în genomul Escherichia coli, care este, de asemenea, un analog al Hsp70. Rezultatul unui studiu mai detaliat al acestei probleme a fost înțelegerea faptului că genele șocului termic, într-o formă practic neschimbată în cursul evoluției, sunt reprezentate în genomul reprezentanților tuturor celor cinci regate ale lumii vii.
Următorul progres în lanțul evenimentelor ulterioare a fost identificarea unei familii de factori de transcripție care controlează inițierea primei etape a reacției de șoc termic. La această lucrare au participat mai multe grupuri de cercetare din diferite universități, inclusiv grupul Morimoto. Oamenii de știință au demonstrat că o creștere a temperaturii celulelor provoacă o modificare a formei acestor factori de transcripție, ceea ce facilitează legarea lor de promotorii genelor șocului termic, care inițiază sinteza proteinelor șocului termic. Mai mult, s-a dovedit că, spre deosebire de drojdia, muștele de fructe și nematozii Caenorhabditis elegans, care au un singur factor de transcripție pentru genele șocului termic, există până la trei astfel de factori în celulele umane. O astfel de schemă complexă de reglare a expresiei genelor studiate i-a condus pe oamenii de știință la ideea multifuncționalității lor, care necesită un studiu suplimentar.
Studii ulterioare au arătat că proteinele de șoc termic în sine reglează funcționarea factorului de transcripție, care inițiază producerea lor în nucleul celulei. De asemenea, a devenit evident că proteinele de șoc termic îndeplinesc funcțiile chaperonelor moleculare - ele controlează plierea lanțurilor de aminoacizi, asigurând formarea conformațiilor spațiale corecte ale moleculelor de proteine și, de asemenea, identifică și elimină perturbările în acest proces. Astfel, s-a dovedit că un termometru celular nu numai că măsoară temperatura, ci monitorizează și apariția proteinelor malformate și deteriorate în celulă. Șocul termic și alte influențe stresante umplu celula cu proteine anormale, la care însoțitorii reacționează prin legarea acestor proteine și eliberând factorul de transcripție 1 al șocului termic (Hsf1). Moleculele acestui factor formează spontan trimeri (complexe de trei molecule) care se leagă de regiunile corespunzătoare ale genomului, care declanșează, la rândul lor, sinteza proteinelor de șoc termic. Creșterea ulterioară a concentrației proteinelor de șoc termic la nivelul necesar conform principiului de feedback suprimă activitatea transcripțională a factorului de transcripție Hsf1.
Studiul funcționării proteinelor de șoc termic pe liniile celulare a limitat sever posibilitățile cercetătorilor, deoarece nu a furnizat informații cu privire la modificările însoțitoare în întregul organism. Prin urmare, în jurul anului 1999, Morimoto și colegii săi au decis să treacă la un nou model - viermii rotunzi C. elegans. Aceștia s-au inspirat în special din lucrarea lui Max Perutz, publicată în 1994, care a descoperit că cauza unei boli neurodegenerative grave - boala Huntington - este o mutație specială a unei gene numită huntingtin. Această mutație are ca rezultat sinteza unei variante de proteină care conține un fragment suplimentar din aminoacidul cu lanț lung glutamina, perturbând aparent procesul normal de pliere. Agregarea unor astfel de molecule de proteine anormale în neuroni duce la dezvoltarea bolii Huntington. Cercetătorii au emis ipoteza că studierea proteinelor a căror formare moleculară este perturbată din cauza exprimării poliglutaminei sau din motive similare va ajuta la înțelegerea funcționării unui termometru molecular.
În timp ce lucrau la crearea de modele animale de expresie în neuroni și celule musculare a proteinelor care conțin secvențe de poliglutamină în exces, cercetătorii au descoperit că gradul de agregare și toxicitatea asociată acestor proteine este proporțional cu lungimea și vârsta lor a organismului. Acest lucru i-a făcut să creadă că suprimarea mecanismului de semnalizare mediat de insulină care reglează durata de viață a organismului ar putea afecta agregarea proteinelor care conțin poliglutamină. Rezultatele studiilor ulterioare au confirmat existența relației propuse și au demonstrat, de asemenea, că efectul funcționării factorului de transcripție Hsf1 asupra duratei de viață a organismului este mediat de un mecanism de semnalizare dependent de insulină. Aceste observații au făcut evident că reacția de șoc termic este la fel de importantă atât pentru supraviețuirea organismului în condiții de stres acut, cât și pentru neutralizarea constantă a efectului toxic al proteinelor, care afectează negativ funcționarea și durata de viață a celulelor.
Utilizarea organismelor vii ca model experimental a permis oamenilor de știință să ducă cercetarea la un nivel calitativ nou. Au început să acorde atenție mecanismelor prin care organismul percepe și integrează informațiile venite din exterior la nivel molecular. Dacă stresul afectează procesul de îmbătrânire, este logic să presupunem că proteinele de șoc termic, care înregistrează aspectul și previn acumularea proteinelor deteriorate în celulă, sunt destul de capabile să încetinească dezvoltarea efectelor îmbătrânirii.
Faptul că multe boli asociate cu acumularea de proteine predispuse la agregare sunt caracterizate prin simptome de îmbătrânire, iar toate bolile bazate pe tulburări în formarea moleculelor proteice sunt asociate cu îmbătrânirea sugerează că proteinele metastabile sensibile la temperatură își pierd funcționalitatea pe măsură ce îmbătrânește corpul. Într-adevăr, experimentele pe C. elegans au arătat că funcționarea mecanismului declanșat de factorul de transcripție Hsf1, precum și a altor sisteme de apărare celulară, începe să se estompeze aproape imediat după ce organismul ajunge la maturitate. Cu toate acestea, s-a dovedit că activarea factorului de transcripție Hsf1 în stadiile incipiente de dezvoltare poate preveni perturbarea stabilității moleculelor proteice (proteostaza).
Poate că această observație, care sugerează posibilități foarte interesante, nu se aplică organismelor multicelulare mai complexe, dar toate viețuitoarele sunt formate din proteine, așa că rezultatele obținute în experimente pe viermi rotunzi cu un grad ridicat de probabilitate pot ajuta oamenii de știință să înțeleagă mecanismele umane. îmbătrânire.
Totuși, acesta nu este sfârșitul poveștii. Rezultatele lucrărilor efectuate recent sub conducerea profesorului Morimoto indică existența unor mecanisme de corectare a proteostazei care nu necesită intervenție directă în funcționarea factorului de transcripție Hsf1. Cercetătorii au decis să efectueze un screening genetic clasic al mutanților C. elegans, demonstrând anomalii în formarea moleculelor de proteine în celulele musculare. Drept urmare, ei au descoperit că mutația care afectează acest proces este localizată în gena unui factor de transcripție care controlează producția de neurotransmițător acid gamma-aminobutiric (GABA). GABA controlează funcționarea neurotransmițătorilor excitatori și reglează tonusul muscular. Un fapt interesant este că orice încălcare a stabilității activității mecanismelor mediate de GABA duce la hiperstimulare, forțând celulele musculare postsinaptice să răspundă la stres inexistent, ceea ce duce la o încălcare a formării moleculelor de proteine. Cu alte cuvinte, s-a dovedit că activitatea neuronilor poate afecta funcționarea termometrelor moleculare ale altor celule din organism, ceea ce a complicat și mai mult imaginea emergentă.
Dacă acest mecanism se extinde la oameni, atunci, probabil, oamenii de știință vor putea dezvolta o metodă de influențare a neuronilor, care să conducă la activarea proteinelor șocului termic în celulele musculare scheletice și ajutând la eliminarea simptomelor distrofiei musculare și a altor boli ale neuronilor motori. . Posibil, manipularea acestui mecanism va permite controlul procesului de acumulare a proteinelor deteriorate asociate cu îmbătrânirea. Cu toate acestea, din păcate, nu totul este atât de simplu pe cât ne-am dori. În organismul lui C. elegans, dezvoltarea reacției de șoc termic în toate celulele somatice adulte este controlată de o pereche de neuroni. Se pare că activitatea acestor neuroni și mecanismul de feedback permit celulelor și țesuturilor să activeze proteinele de șoc termic în funcție de nevoile lor specifice. Faptul este că diferitele țesuturi sunt caracterizate de activitate diferită a biosintezei proteinelor, precum și de severitatea și natura diferită a influențelor externe. Prin urmare, o abordare universală pentru controlul reacției unui șoc termic este, în principiu, imposibilă.
Înarmați cu rezultatele muncii lor și idei promițătoare, Morimoto și câțiva dintre colegii săi au fondat Proteostasis Therapeutics, care își propune să identifice molecule mici terapeutice care pot corecta efectele patologice ale acumulării de molecule de proteine malformate. Această abordare este asociată cu un grad destul de ridicat de risc, deoarece nivelul proteinelor de șoc termic este crescut în multe boli maligne. Cu toate acestea, Morimoto și asociații săi cred că direcția pe care o dezvoltă are prea mult potențial pentru a fi ignorată.
Despre autor
Profesorul Richard Morimoto, după ce și-a susținut teza de doctorat, și-a dedicat întreaga activitate studierii funcționării proteinelor de șoc termic și a rolului acestora în îmbătrânire. Morimoto a făcut primii pași în direcția pe care a ales-o la Universitatea Harvard, sub conducerea dr. Matt Meselson. Richard Morimoto este în prezent director al Institutului Rice pentru Cercetare Biomedicală de la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois și membru fondator al Proteostasis Therapeutics, Cambridge, Massachusetts.
Evgenia Ryabtseva
Portalul „Eternal Youth” bazat pe materiale de la The Scientist: Richard Morimoto,
Modificări structurale și funcționale sub influența temperaturilor ridicate. Expunerea la temperaturi ridicate afectează în primul rând fluiditatea membranelor, ca urmare a creșterii permeabilității acestora și a eliberării de substanțe solubile în apă din celulă. Ca urmare, există o dezorganizare a multor funcții ale celulelor, în special diviziunea lor. Deci, dacă la o temperatură de 20 ° C toate celulele sunt supuse procesului de diviziune mitotică, la 38 ° C - la fiecare șapte și la 42 ° C - numai la fiecare cinci sutemi de celulă.
Fluiditatea crescută a lipidelor membranei, datorită modificării compoziției și structurii membranei în timpul supraîncălzirii, duce la o pierdere a activității enzimelor legate de membrană și la întreruperea activității ETC. Dintre principalele procese producătoare de energie - fotosinteza și respirația, cel mai sensibil este ETC al fotosintezei, în special fotosistemul II (PS II). În ceea ce privește enzimele fotosintezei, principala enzimă a ciclului C3 de fotosinteză, carboxilaza RBP, este destul de rezistentă la supraîncălzire.
Supraîncălzirea are un efect vizibil asupra regimului de apă al plantei, crescând rapid și semnificativ intensitatea transpirației. Ca urmare, planta dezvoltă un deficit de apă. Combinația dintre secetă cu căldură și insolație solară ridicată are un efect negativ maxim asupra culturilor, perturbând, alături de fotosinteza, respirația și regimul apei, absorbția nutrienților minerali.
Aspecte moleculare ale daunelor șocului termic. Daunele termice în celulă în primul rând proteinele, în special enzimele, perturbând procesul de biosinteză a proteinelor de novo, inhibând activitatea enzimelor, inducând degradarea proteinelor existente. Ca urmare, grupurile de enzime care sunt importante pentru funcționarea celulelor atât în timpul stresului, cât și în timpul reparării ulterioare pot dispărea. Cele mai multe dintre enzimele cheie din plante sunt termolabile, inclusiv RuBisCO, catalaza și SOD. Inhibarea RuBisc este principalul motiv pentru scăderea IF la temperaturi ridicate. Căldura suprimă, de asemenea, capacitatea de a converti zaharoza în amidon în orz, grâu și cartofi, ceea ce indică faptul că una sau mai multe enzime din lanțul de conversie sunt puternic inhibate de căldură. Efectul direct al căldurii asupra activității amidon sintetazei solubile în endospermul grâului, atât in vitro, cât și in vivo, suprimă acumularea de amidon.
Temperaturile ridicate au inhibat activitatea catalazei la mai multe specii de plante, în timp ce activitatea altor enzime antioxidante nu a fost suprimată. La secară, modificările activității catalazei au fost reversibile și nu au lăsat daune vizibile după oprirea căldurii, în timp ce la castravete, restabilirea activității catalazei a fost încetinită (inhibată) și a fost însoțită de decolorarea clorofilei, indicând daune oxidative mai semnificative. La răsadurile de porumb cultivate la temperaturi ridicate (35 ° C), activitatea SOD a fost mai mică decât la temperaturi relativ scăzute (10 ° C).
Căldura a încălcat integritatea membranelor, ceea ce a dus la creșterea permeabilității acestora la ioni și soluții. În același timp, activitatea enzimelor asociate membranei de fotosinteză, respirație și transportul asimilaților a fost perturbată. Căldura a crescut saturația acizilor grași în fosfolipidele membranei EPR. În condiții de căldură extremă, membranele sale au fost afectate selectiv, provocând degradarea ARNm (3-amilazei. În același timp, scurgerea de substanțe indusă de căldură prin membrane afectează potențialul redox al principalelor compartimente celulare, care, la rândul său, perturbă cursul proceselor metabolice până la moartea celulelor.
Stresul oxidativ a fost recent recunoscut ca unul dintre cei mai importanți factori negativi în efectele căldurii asupra plantelor. Căldura provoacă un dezechilibru între cantitatea de radiație solară absorbită de pigmenți și transportul electronilor prin citocromi - proces numit fotoinhibiție. Excesul de energie poate fi transferat la oxigen, ceea ce duce la formarea ROS. Principalele zone de deteriorare oxidativă în celule sunt mitocondriile și cloroplastele, unde transportul electronilor este afectat. În cloroplaste, stresul la temperatură ridicată determină fotoinhibarea fotosintezei și inactivarea catalazei, ceea ce duce la acumularea de ROS și decolorarea clorofilei. Fotosistemul II este recunoscut ca fiind cel mai sensibil la acțiunea căldurii, ceea ce duce la dezintegrarea componentelor funcționale ale complexului PS II și, în consecință, la perturbarea transportului de electroni între PS I și PS II, o creștere a fluxului de electroni către oxigen molecular și formarea ROS. Ca urmare, IF scade, care este principala cauză a pierderii de randament sub influența căldurii.
Proteine de șoc termic. Sinteza proteinelor de șoc termic (HSP) ca răspuns la creșterea temperaturii a fost descoperită în 1974. Este caracteristică tuturor tipurilor de organisme vii, inclusiv plantelor superioare și inferioare. HSP în toate organismele este reprezentat de un set mare de polipeptide, care sunt de obicei denumite în conformitate cu greutatea moleculară exprimată în kilodaltoni (kDa). De exemplu, HSP cu o greutate moleculară de 70 kDa se numesc HSP 70. Rolul semnificativ al HSP-urilor în viața celulelor este evidențiat de conservatorismul ridicat al evoluției lor. Astfel, situsurile individuale din evoluția HSP 70 păstrează peste 90% omologie în bacterii și oameni. HSP de plante sunt reprezentate de un grup de proteine cu greutate moleculară mare (110-60 kDa) și cu greutate moleculară mică (35-15 kDa). Trăsăturile distinctive ale plantelor sunt multiplicitatea HSP cu greutate moleculară mică și intensitatea mare a sintezei lor în timpul șocului termic (HS).
Sinteza HSP este un program de șoc termic stresant care are loc atunci când temperatura crește cu 8-10 ° C peste normal. Astfel, în frunzele de orz, sinteza maximă a HSP este atinsă la 40 ° C, iar în frunzele de orez - la 45 ° C. Trecerea vieții normale a celulelor la un program stresant include reprogramarea genomului asociată cu inhibarea exprimării genelor, a căror activitate este caracteristică vieții în condiții normale și activarea genelor HS. În celulele vegetale, ARNm care codifică HSP-urile sunt detectate la 5 minute după debutul stresului. În plus, are loc dezintegrarea polizomilor care sintetizează proteine tipice pentru condiții normale și formarea polizomilor care sintetizează HSP. Activarea rapidă a sintezei HSP la nivelul nu numai transcripției (sinteza ARN pe ADN), ci și translația (sinteza proteinelor pe ARNm) se realizează ca urmare a coordonării multor evenimente. Șocul termic determină modificări ale ARNm sintetizat în celulă înainte de șoc, asociate cu modificarea factorilor de translație a proteinelor și a proteinelor ribozomale. În plus, ARNm-urile HSP diferă de ARNm-urile proteinelor convenționale. Ca urmare a HS, slăbirea și apoi încetarea sintezei proteinelor comune și trecerea aparatului de sinteză a proteinelor la sinteza HSP, care se găsesc în celulă deja la 15 minute după debutul HS. Sinteza maximă se observă după 2-4 ore, apoi scade.
Sinteza diferitelor HSP are loc la temperaturi diferite. În cloroplaste, sinteza HSP cu greutate moleculară mare a fost activată în intervalul 34-42 ° C, slăbită la 44 ° C și a scăzut brusc la 46 ° C. Inducerea sintezei HSP cu greutate moleculară mică a fost vizibilă în special la 40-42 ° C. O inhibare semnificativă a sintezei RuBisc a avut loc numai la temperaturi de peste 44 ° C. Aproape toate HSP-urile cloroplastice detectate sunt codificate în nucleu, sintetizate în citoplasmă și apoi transportate la cloroplastă, unde îndeplinesc o funcție de protecție în timpul HSP. După terminarea șocului termic, sinteza HSP se oprește și sinteza proteinelor caracteristice celulei în condiții normale de temperatură se reia. În acest caz, ARNm-urile HSP sunt degradate rapid în celule la temperatură normală, în timp ce proteinele în sine pot persista mult mai mult, aparent oferind o creștere a rezistenței celulelor la căldură. Expunerea prelungită a celulelor la HS duce, de obicei, la o slăbire și încetarea sintezei HSP. În acest caz, sunt activate mecanismele de reglare a expresiei genelor HSP prin principiul feedback-ului. Acumularea de HSP în celule scade activitatea genelor lor. Este posibil ca în acest fel celula să mențină numărul de HSP la nivelul necesar, prevenind supraproducția acestora.
De regulă, ca răspuns la creșterea temperaturii, proteinele corespunzătoare sunt sintetizate, ceea ce contribuie la creșterea rezistenței termice a corpului. Rolul protector al HSP este descris de un model molecular de însoțitor (tradus din engleză - un ghid, un mentor pentru un tânăr). În condiții extreme, HSP-urile „au grijă” de funcționarea macromoleculelor specifice, a structurilor celulare, eliberează celulele de componentele deteriorate, ceea ce permite menținerea homeostaziei celulare. Interacțiunea HSP 70 cu alte proteine depinde de raportul ATP/ADP. Se crede că HSP 70 într-un complex cu ADP reține proteina desfășurată pe sine, iar înlocuirea ADP cu ATP duce la eliberarea acestei proteine din complexul cu HSP 70.
În conformitate cu acest model, HSP-urile cresc rezistența termică a celulelor, asigurând următoarele procese: stabilizarea dependentă de energie a structurii native a proteinelor; asamblarea corectă a structurilor oligomerice în condiții de hipertermie; transportul substanțelor prin membranele organitelor; dezagregarea complexelor macromoleculare asamblate incorect; eliberarea celulei din macromoleculele denaturate și reutilizarea monomerilor incluși în acestea cu ajutorul ubiquitinelor. Ubiquitinele sunt proteine de șoc termic cu greutate moleculară mică, a căror atașare la o polipeptidă o face o țintă pentru proteaze. Acesta este un fel de „semn de moarte” pentru proteine. Cu ajutorul lor, are loc sacrificarea și îndepărtarea proteinelor deteriorate și neterminate ca urmare a acțiunii HS.
O serie de fapte mărturisesc în favoarea funcției de protecție a HSP în HS. În special, s-a demonstrat că oprirea sintezei proteinelor de către inhibitori specifici în timpul HS, când are loc sinteza HSP, duce la moartea celulei. Celulele pot fi întărite, crescându-le stabilitatea termică prin expunerea preliminară pe termen scurt la temperaturi ridicate. Condițiile pentru o astfel de stingere coincid cu condițiile pentru inducerea sintezei HSP. Interesant este că sinteza HSP în plante induce nu numai HS, ci și, de exemplu, săruri de cadmiu și arsenitul, tratamentul cu care crește rezistența celulelor la căldură. De asemenea, este important de subliniat că modificările în structura genei (mutații) care perturbă sinteza HSP duc la o pierdere a rezistenței celulare la căldură. Studiile ulterioare ale funcției specifice a fiecărui HSP sub stres vor face posibilă elucidarea mecanismelor moleculare de formare și funcționare a proprietăților de protecție în HSP.
Majoritatea proteinelor HS au proteine înrudite în celule, care sunt sintetizate la temperatură normală în mod constant sau în anumite faze ale ontogenezei. Se pare că aceste proteine, în special HSP 70, se leagă de alte proteine, determinându-le să se desfășoare și prevenind agregarea lor. Acesta din urmă poate împiedica proteina să dobândească conformația nativă necesară activității sale funcționale. Desfășurarea proteinelor folosind HSP este necesară pentru penetrarea lor prin membrana cloroplastelor, mitocondriilor și EPR. Deoarece agregarea proteinelor crește brusc odată cu creșterea temperaturii, activarea sintezei HSP 70 în aceste condiții ar trebui să protejeze proteinele de deteriorarea ireversibilă. HSP-urile sunt prezente în toate compartimentele celulare, în special în nucleu și nucleoli, unde se acumulează în timpul HS. HSP 70 facilitează trecerea cloroplastelor și precursorilor proteinelor mitocondriale sintetizate în citoplasmă prin membrană, jucând un rol în biogeneza acestor organite. HSP 60, legat și de însoțitori, sunt denumite și chaperonine. Aceste proteine asigură asamblarea corectă a structurii cuaternare a proteinelor celulare, de exemplu, enzima cheie a fotosintezei, RuBisc, constând din opt subunități mari și opt mici. Grupul de însoțitori include și HSP 90, care joacă un rol important în formarea unui complex de hormoni steroizi cu receptorii lor. În plus, HSP 90 formează complexe cu unele protein kinaze, controlându-le activitatea. După cum știți, protein kinazele fosforilează o varietate de proteine celulare, reglând activitatea acestora.
La plante, au fost găsite peste 30 de HSP cu greutate moleculară mică (15-35 kDa), localizate în principal în granule de șoc termic citoplasmatic care apar în timpul HS și dispar după aceasta. Funcția lor principală este de a proteja ARNm „pre-șoc”, ceea ce le permite să fie utilizate pentru sinteza proteinelor după terminarea șocului. HSP cu greutate moleculară mică se găsesc și în alte compartimente, în special în cloroplaste. Se crede că protejează membranele tilacoide de HS, unde sunt localizate procesele fazei luminoase a fotosintezei.
La unele plante, sinteza HSP constitutivă (neindusă) a fost găsită în timpul formării, în special, a polenului. Este posibil ca HSP-urile pre-șoc să-și asigure stabilitatea termică în timpul HSP. În plus față de HSP, căldura induce expresia proteinelor din alte clase, în special calmodulina.
Metabolismul șocului termic. Există foarte puține studii țintite asupra metabolismului plantelor sub acțiunea HS și, în aceste experimente, atât HS, cât și seceta au acționat adesea simultan. Acesta este un punct foarte important, deoarece răspunsul plantelor la o combinație de secetă și HS este diferit de răspunsul la factorii de stres individuali. Astfel, sub o combinație de stres, plantele au acumulat mai multe zaharuri solubile, inclusiv zaharoză, maltoză, trecaloză, fructoză și glucoză. Sub acțiunea secetei, prolina se acumulează, în timp ce sub acțiunea HS, precum și combinația dintre HS și secetă, prolina nu s-a acumulat în plante. În condiții de TS, prolina sau intermediarul său (pirolină-5-carboxilat) sunt toxice; prin urmare, prolina nu este adecvată ca osmolit compatibil. Odată cu acțiunea simultană a HS și a secetei, conținutul de glutamină crește brusc. Aparent, atunci când biosinteza prolinei este inhibată, glutamatul este transformat în glutamina. În același timp, sunt activate genele care codifică clivajul amidonului și biosinteza lipidelor, iar expresia genelor care codifică hexokinaza, glucozo-6-fosfat dehidrogenaza, fructokinaza și zaharoza-UDP-glucoziltransferaza este crescută. Modificările în expresia genelor la nivel transcripțional reprezintă principalul factor în reprogramarea metabolismului carbohidraților.
Sub acțiunea HS asupra răsadurilor de Arabidopsis, s-a stabilit o creștere sincronă a dimensiunii piscinelor unui număr de aminoacizi și amide (asparagină, leucină, izoleucină, treonină, alanină și valină) obținute din ANA și PVA. În plus, a crescut conținutul de carbohidrați: maltoză, zaharoză, galactinol, mioinozitol, rafinoză și monozaharide, precursori ai peretelui celular. Deja după 6 ore, concentrațiile de b-alanină, glicerol, maltoză, zaharoză, trecaloză au crescut.
Fotosinteza, transpirația și respirația. Conductanța stomatică este un indicator strâns legat de reglarea metabolismului CO2 și H2O la plante. Numeroase date indică faptul că temperaturile ridicate induc închiderea stomatică, care poate fi considerată ca o reacție indirectă la dependența de temperatură a deficitului de presiune a vaporilor de apă și a respirației frunzelor. Astfel, închiderea parțială a stomatelor este o consecință a creșterii concentrației intracelulare de CO2. Cu toate acestea, închiderea dorită a stomatelor nu duce la o scădere a fotosintezei, deoarece dependențele de temperatură ale conductanței stomate și IF nu coincid. Astfel, conductanța stomatică crește la temperaturi astfel încât fotosinteza este inhibată ireversibil.
Deși conductanța stomatică nu pare să afecteze direct IF, ea ajută la reglarea transpirației, care, prin controlul temperaturii frunzelor, afectează rezistența la căldură a procesului fotosintetic. În culturile unor culturi cu aport suficient de umiditate, datorită termoreglării, temperatura aerului poate fi cu aproape 8 ° C mai mică decât temperatura aerului deasupra culturii. În același timp, cu un deficit de umiditate în sol, se poate observa imaginea opusă - temperatura frunzelor la semănat depășește temperatura aerului ambiant cu aproape 15 ° C, ceea ce sporește impactul negativ al deficitului de apă asupra IF.
Intensitatea fotosintezei nete a grâului și a majorității culturilor C3 este destul de stabilă în intervalul 15-30 ° C. Sub și peste acest interval de temperatură, IF scade cu 5-10% pentru fiecare grad (Fig. 3.1). Modificarea relativ nesemnificativă a fotosintezei nete în intervalul 15-30 ° C nu ar trebui să ascundă faptul că fotosinteza brută crește de fapt odată cu creșterea temperaturii. Cu toate acestea, din cauza creșterii simultane a ID-ului întregii plante și mai ales a fotorespirației, intensitatea fotosintezei nete se modifică puțin.
Există diferențe notabile între culturile C3 și C4 în acest sens, iar intensitatea optimă a fotosintezei nete la speciile C4 se observă la temperaturi mai ridicate (30-40°C). Fotorespirația lor este nesemnificativă, drept urmare creșterea fixării CO2 odată cu creșterea temperaturii nu este mascată de costurile fotorespiratorii. Într-adevăr, temperatura optimă mai ridicată a fotosintezei nete la speciile C4 în comparație cu speciile C3 se explică prin costuri respiratorii mai mici la temperaturi ridicate la primele. Modificări ireversibile ale aparatului lor fotosintetic sunt observate numai atunci când temperatura depășește 40 ° C, în principal din cauza deteriorării PS II, care are loc în câteva minute de la debutul acțiunii HS, ceea ce are un efect decisiv asupra randamentului.
Șoc termic șoc termic- șoc termic.
Stare stresantă a corpului după expunerea la temperaturi ridicate, în special, T.sh. folosit pentru inducerea poliploidiei<poliploidie indusă> în principal la animalele care se reproduc în apă (pești, moluște): temperatura apei este crescută la 29-33 o С timp de 2-20 minute. (temperatura normală de incubare este de obicei 15-20 o C) după 3-10 minute. (inducerea triploidiei) sau după 20-40 de minute. (inducerea tetraploidiei) după fertilizare; de asemenea capabil să T.sh. analizarea activității proteinelor specifice de șoc termic<proteine de șoc termic>, activitate puf<pufăind> în muștele de fructe (în acest caz T.sh. la 41-43 o C).
(Sursa: „Dicționarul explicativ englez-rus al termenilor genetici.” Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moscova: Editura VNIRO, 1995)
Vedeți ce înseamnă „șoc termic” în alte dicționare:
Șoc termic- * soc seplavi * soc termic stare stresanta a corpului datorita expunerii la temperaturi ridicate. T. sh. se folosește: a) pentru a induce poliploidie (vezi) la pești, moluște, incubarea indivizilor după fertilizare la tо = 29 33 ° С (în loc de ... ... Genetica. Dicţionar enciclopedic
șoc termic- Starea stresanta a organismului dupa expunerea la temperaturi ridicate, in special, T.sh. este utilizat pentru inducerea poliploidiei în principal la animalele care se reproduc în apă (pești, moluște): temperatura apei este crescută la 29 33 oС timp de 2 20 de minute. ... ... Ghidul tehnic al traducătorului
Soc termic- Sin.: Epuizare de căldură. Apare la supraîncălzire din cauza unui răspuns insuficient al vaselor inimii la o temperatură extrem de ridicată, în special se dezvoltă adesea la persoanele în vârstă care iau diuretice. Se manifestă prin slăbiciune... Dicţionar Enciclopedic de Psihologie şi Pedagogie
SUPRAÎNCĂLZIRE ȘI ȘOC TERMIC- Miere. Supraîncălzirea (leșin termic, prostrație termică, colaps termic) și insolație (hiperpirexie, insolație, supraîncălzire a corpului) reacții patologice ale corpului la temperaturi ambientale ridicate asociate cu ... ... Manual de boală
- (HSP engleză, Heat shock proteins) este o clasă de proteine similare funcțional, a căror expresie crește odată cu creșterea temperaturii sau în alte condiții stresante pentru celulă. Expresie crescută a genelor care codifică proteinele termice ... ... Wikipedia
Un tetramer compus din patru molecule identice de proteină p53. Ele sunt legate de domenii responsabile de oligomerizare (vezi textul). p53 (proteina p53) este un factor de transcripție care reglează ciclul celular. Într-o stare nemutată ...... Wikipedia
Dacă temperatura crește, organismul viu reacționează la ea, producând compuși particulari numiți „proteine de șoc termic”. Așa reacționează o persoană, așa reacționează o pisică, așa reacționează orice creatură, deoarece este formată din celule vii. Cu toate acestea, nu numai creșterea temperaturii provoacă sinteza proteinei de șoc termic a chlamidiei și a altor specii. Situațiile sunt adesea provocate de stres sever.
informatii generale
Deoarece proteinele de șoc termic sunt produse de organism doar în situații specifice, ele au o serie de diferențe față de compușii produși în mod normal. Perioada de formare a acestora se caracterizează prin inhibarea exprimării pool-ului principal de proteine, care joacă un rol important în metabolism.
Eucariotele HSP-70, procariotele DnaK sunt o astfel de familie în care oamenii de știință au combinat proteine de șoc termic care sunt importante pentru supraviețuirea la nivel celular. Aceasta înseamnă că datorită unor astfel de conexiuni, celula poate continua să funcționeze chiar și într-o situație în care stresul, încălzirea și un mediu agresiv îi rezistă. Cu toate acestea, proteinele din această familie pot participa și la procesele care au loc în condiții normale.
Biologie la nivel microscopic
Dacă domeniile sunt 100% identice, atunci eucariotele, procariotele sunt mai mult de 50% omologi. Oamenii de știință au arătat că în natură, dintre toate grupele de proteine, exact 70 kDa HSP este una dintre cele mai conservatoare. Cercetările în acest sens au fost făcute în 1988 și 1993. Probabil, fenomenul poate fi explicat prin funcționalitatea însoțitoarelor inerentă proteinelor de șoc termic în mecanismele intracelulare.
Cum functioneaza?
Dacă luăm în considerare eucariotele, atunci genele HSP sunt induse sub influența șocului termic. Dacă o anumită celulă a scăpat de condiții stresante, atunci factorii sunt prezenți în nucleu, citoplasmă ca monomeri. Un astfel de compus nu are activitate de legare la ADN.
Când se confruntă cu condiții stresante, celula se comportă după cum urmează: Hsp70 este scindată, ceea ce inițiază producerea de proteine denaturate. HSP formează trimmere, activitatea își schimbă caracterul și atinge ADN-ul, ceea ce duce în cele din urmă la acumularea de componente în nucleul celular. Procesul este însoțit de o creștere multiplă a transcripției însoțitorilor. Desigur, situația care a provocat acest lucru trece de-a lungul timpului și, în momentul în care se întâmplă acest lucru, Hsp70 poate fi din nou inclus în HSP. Activitatea asociată cu ADN-ul dispare, celula continuă să funcționeze, de parcă nimic nu s-ar fi întâmplat. Această secvență de evenimente a fost identificată încă din 1993 în studiile asupra HSP efectuate de Morimoto. Dacă organismul este infectat cu bacterii, atunci HSP-urile se pot concentra asupra sinoviului.
De ce și de ce?
Oamenii de știință au reușit să dezvăluie că HSP-urile se formează ca urmare a influenței unei varietăți de situații negative care sunt periculoase pentru activitatea vitală a celulei. Influențele stresante, dăunătoare din exterior pot fi extrem de variate, dar conduc la aceeași variantă. Datorită HSP, celula supraviețuiește sub influența factorilor agresivi.
Se știe că HSP-urile sunt subîmpărțite în trei familii. În plus, oamenii de știință au descoperit că există anticorpi împotriva proteinei de șoc termic. Subdiviziunea în grupe HSP se realizează ținând cont de greutatea moleculară. Trei categorii: 25, 70, 90 kDa. Dacă într-un organism viu există o celulă care funcționează în mod normal, atunci în interiorul acesteia vor exista probabil diverse proteine amestecate între ele, destul de asemănătoare. Datorită HSP-urilor, proteinele denaturate, precum și proteinele coagulate incorect, pot deveni din nou o soluție. Cu toate acestea, pe lângă această funcție, există și altele.
Ceea ce știm și ce ghicim
Până acum, proteina de șoc termic a chlamydiei, precum și a altor HSP, nu a fost studiată pe deplin. Desigur, există câteva grupuri de proteine despre care oamenii de știință au o cantitate destul de mare de date și există unele care nu au fost încă stăpânite. Dar deja acum știința a atins nivelul în care cunoștințele ne vor permite să spunem că în oncologie proteina șocului termic poate fi un instrument cu adevărat util care vă permite să învingeți una dintre cele mai teribile boli ale secolului nostru - cancerul.
Oamenii de știință au cea mai mare cantitate de date despre HSP Hsp70, care se poate lega cu diferite proteine, agregate, complexe, chiar și cu cele anormale. Eliberarea are loc în timp, urmată de compusul ATP. Aceasta înseamnă că o soluție apare din nou în celulă, iar proteinele care au trecut prin procesul de coagulare incorect pot fi supuse din nou acestei operații. Hidroliza, compusul ATP sunt mecanismele care au făcut acest lucru posibil.
Anomalii și norme
Este dificil de supraestimat rolul proteinelor de șoc termic pentru organismele vii. Orice celulă conține întotdeauna proteine anormale, a căror concentrație poate crește dacă există condiții preliminare externe pentru aceasta. O poveste tipică este supraîncălzirea sau efectele infecției. Aceasta înseamnă că pentru a continua activitatea vitală a celulei este necesară generarea urgentă a unui număr mai mare de HSP. Este activat mecanismul de transcripție, care inițiază producția de proteine, celula se adaptează la condițiile în schimbare și continuă să funcționeze. Cu toate acestea, alături de mecanismele deja cunoscute, rămân multe de descoperit. În special, anticorpii împotriva proteinei de șoc termic a chlamidiei sunt un domeniu atât de mare pentru activitățile oamenilor de știință.
HSP-urile, atunci când lanțul polipeptidic crește și se găsesc în condiții care fac posibilă intrarea într-o legătură cu acesta, fac posibilă evitarea agregării și degradării nespecifice. În schimb, plierea are loc în mod normal atunci când însoțitorii necesari sunt implicați în proces. Hsp70 este suplimentar necesar pentru desfășurarea asistată de ATP a lanțurilor polipeptidice. Prin intermediul HSP este posibil să se realizeze faptul că regiunile nepolare sunt, de asemenea, supuse influenței enzimelor.
HTS și medicină
În Rusia, oamenii de știință de la FMBA au reușit să creeze un nou medicament folosind proteina de șoc termic pentru a-l construi. Medicamentul pentru cancer prezentat de cercetători a trecut deja de testul inițial la rozătoarele experimentale afectate de sarcoame și melanoame. Aceste experimente au permis să spunem cu încredere că s-a făcut un pas semnificativ înainte în lupta împotriva oncologiei.
Oamenii de știință au sugerat și au putut să demonstreze că proteina șocului termic este un medicament, sau mai bine zis, poate deveni baza unui medicament eficient, în mare parte datorită faptului că aceste molecule se formează în situații stresante. Deoarece sunt produse inițial de organism pentru a asigura supraviețuirea celulelor, s-a presupus că, cu o combinație adecvată cu alți agenți, chiar și o tumoare ar putea fi luptată.
HSP ajută medicamentul să detecteze celulele bolnave din organismul bolnav și să facă față ADN-ului incorect din ele. Se presupune că noul medicament va fi la fel de eficient pentru orice subtip de boli maligne. Sună ca un basm, dar medicii merg și mai departe - presupun că un remediu va fi disponibil în absolut orice stadiu. De acord, o astfel de proteină de șoc termic din cancer, atunci când trece toate testele și își confirmă fiabilitatea, va deveni o achiziție de neprețuit pentru civilizația umană.
Diagnosticați și tratați
Cele mai detaliate informații despre speranța medicinei moderne au fost spuse de dr. Simbirtsev, unul dintre cei care a lucrat la crearea medicamentului. Din interviul său, se poate înțelege prin ce logică oamenii de știință au construit medicamentul și cum ar trebui să aducă eficacitate. În plus, se poate concluziona dacă proteina șoc termic a trecut deja din studiile clinice sau este încă înainte.
După cum am menționat mai devreme, dacă organismul nu se confruntă cu condiții stresante, atunci producția de BSh are loc într-un volum extrem de mic, dar crește semnificativ odată cu schimbarea influenței externe. În același timp, corpul uman normal nu este capabil să producă o asemenea cantitate de HSP care ar ajuta la înfrângerea neoplasmului malign emergent. „Și ce se întâmplă dacă HSP-ul este introdus din exterior?” - au gândit oamenii de știință și au făcut din această idee baza cercetării.
Cum ar trebui să funcționeze asta?
Pentru a crea un nou medicament, oamenii de știință în condiții de laborator au recreat tot ceea ce este necesar pentru ca celulele vii să înceapă să producă HSP. Pentru aceasta s-a obținut o genă umană, care a fost supusă clonării folosind echipamente de ultimă generație. Bacteriile studiate în laboratoare au suferit mutații până când au început să producă independent proteina așa dorită de oamenii de știință.
Oamenii de știință, pe baza informațiilor obținute în timpul cercetării, au tras concluzii cu privire la efectul HSP-urilor asupra organismului uman. Pentru a face acest lucru, a trebuit să organizăm o veveriță. Acest lucru nu este deloc ușor: a trebuit să trimitem mostre pe orbita planetei noastre. Acest lucru se datorează faptului că condițiile terestre nu sunt potrivite pentru dezvoltarea corectă și uniformă a cristalelor. Dar condițiile cosmice permit obținerea exactă a acelor cristale de care aveau nevoie oamenii de știință. La întoarcerea pe planeta lor natală, mostrele experimentale au fost împărțite între oameni de știință japonezi și ruși, care și-au întreprins analiza, după cum se spune, fără a pierde o secundă.
Și ce au găsit?
În timp ce lucrările în această direcție sunt încă în desfășurare. Reprezentantul grupului de oameni de știință a spus că se poate stabili cu siguranță: nu există o legătură exactă între molecula HSP și organul sau țesutul unei ființe vii. Și asta vorbește despre versatilitate. Aceasta înseamnă că, dacă proteina șocului termic își găsește aplicație în medicină, va deveni un panaceu pentru un număr mare de boli deodată - indiferent de organul afectat de un neoplasm malign, acesta poate fi vindecat.
Inițial, oamenii de știință au făcut medicamentul în formă lichidă - subiecții de testare sunt injectați cu acesta. Sobolanii si soarecii au fost luati ca primele specimene care au testat fondurile. S-au putut identifica cazuri de vindecare atât în stadiile inițiale, cât și în cele ulterioare ale dezvoltării bolii. Etapa actuală se numește studii preclinice. Oamenii de știință estimează momentul finalizării acestuia la cel puțin un an. După aceea, va veni timpul pentru studiile clinice. Pe piata, un nou remediu, eventual un panaceu, va fi disponibil peste alti 3-4 ani. Cu toate acestea, după cum notează oamenii de știință, toate acestea sunt reale numai dacă proiectul găsește finanțare.
Așteptați sau nu așteptați?
Desigur, promisiunile medicilor sună atractiv, dar în același timp provoacă, pe bună dreptate, neîncredere. De cât timp a suferit omenirea de cancer, câte victime ale acestei boli au fost în ultimele decenii și aici promit nu doar un medicament eficient, ci un adevărat panaceu - pentru orice fel, în orice moment. Cum poți să crezi așa ceva? Și mai rău, să crezi, dar să nu aștepți, sau să aștepți, dar se dovedește că remediul nu este deloc atât de bun pe cât se aștepta, cum s-a promis.
Dezvoltarea unui medicament este o metodă de inginerie genetică, adică cel mai avansat domeniu al medicinei ca știință. Aceasta înseamnă că, dacă au succes, rezultatele ar trebui să fie cu adevărat impresionante. Totuși, în același timp, acest lucru înseamnă că procesul este extrem de costisitor. De regulă, investitorii sunt gata să investească fonduri destul de mari în proiecte promițătoare, dar când subiectul este atât de tare, presiunea este mare, iar intervalul de timp este destul de neclar, riscurile sunt evaluate ca fiind uriașe. Acum sună previziuni optimiste pentru 3-4 ani, dar toți experții din piață sunt bine conștienți de cât de des intervalul de timp se extinde la decenii.
Uimitor, incredibil... sau nu?
Biotehnologia este o zonă închisă înțelegerii pentru profan. Prin urmare, nu putem decât să sperăm la cuvintele „succesul studiilor preclinice”. Medicamentul și-a primit numele de funcționare „Heat Shock Protein”. Cu toate acestea, HSP este doar componenta principală a unui medicament care promite a fi o descoperire pe piața medicamentelor anti-oncologice. În plus, compoziția ar trebui să includă o serie de substanțe utile, care vor fi garantul eficacității instrumentului. Și toate acestea au devenit posibile datorită faptului că cele mai recente studii HSP au arătat că molecula nu numai că ajută la protejarea celulelor vii de deteriorare, ci servește și ca un fel de „degetul arătător” pentru imunitate, ajutând la identificarea celulelor afectate de o tumora si care nu sunt. Mai simplu spus, atunci când HSP-urile apar în organism într-o concentrație suficient de mare, oamenii de știință speră că răspunsul imun în sine va distruge elementele bolnave.
Speră și așteaptă
Rezumând, putem spune că noutatea împotriva unei tumori se bazează pe faptul că organismul însuși are un remediu care ar putea distruge un neoplasm, pur și simplu este destul de slab din fire. Concentrația este atât de scăzută încât nici măcar nu se poate visa la vreun efect terapeutic. În același timp, parțial HSP-urile sunt localizate în celule care nu sunt afectate de tumoare, iar molecula nu va „părăsi” nicăieri din ele. Prin urmare, este necesar să se furnizeze o substanță utilă din exterior - astfel încât să afecteze în continuare direct elementele afectate. Apropo, în timp ce oamenii de știință presupun că medicamentul nici măcar nu va avea efecte secundare - și asta cu o eficiență atât de mare! Și explică această „magie” prin faptul că studiile au arătat că nu există toxicitate. Cu toate acestea, concluziile finale vor fi făcute când studiile preclinice se vor încheia, care va dura cel puțin un an.
Material cu un subtitlu foarte optimist „Un medicament modificat genetic din toate tipurile și stadiile de tumori maligne poate fi obținut de către pacienți în trei-patru ani”.
Cu toate acestea, orice persoană care știe măcar puțin despre terapia bolilor oncologice, la vederea unui astfel de prognostic, va ridica în cel mai bun caz sprâncenele surprinsă și în cel mai rău caz va fi indignată. Vă vom spune ce este în neregulă cu următoarea „senzație științifică”.
Ce s-a întâmplat?
Dezvoltarea medicamentului, care a fost descrisă în Izvestia, se desfășoară la Institutul de Cercetare de Stat al Preparatelor extrem de pure al Agenției Federale Medicale și Biologice (FMBA) din Rusia. Director adjunct pentru Cercetare al Institutului, Membru Corespondent al Academiei Ruse de Științe și Doctor în Științe Medicale, profesorul Andrei Simbirtsev, în acest material la rubrica „Rusia a creat un leac pentru cancer și l-a testat în spațiu”, a declarat corespondentului Izvestia. despre „proteina șocului termic” a fost cristalizată în gravitate zero pe ISS și acum este supusă testelor preclinice.
Acum cercetarea se desfășoară cu un grant de la Ministerul Educației și Științei, iar oamenii de știință intenționează să găsească 100 de milioane de ruble pentru studiile clinice cu ajutorul investitorilor privați și un program de cofinanțare de stat de 50%. Pentru a-l atrage, dezvoltatorii vor „băta la toate ușile, pentru că medicamentul este unic. Suntem pe punctul de a descoperi un tratament complet nou pentru cancer. Va ajuta oamenii cu tumori incurabile.”
„Facem deja medicamentul la locurile de producție ale institutului de cercetare”, a spus Andrei Simbirtsev jurnaliştilor inspiraţi, adăugând că în prezent sunt testaţi pe şoareci şi va ajunge la pacienţi în doar trei-patru ani.
Care e siretlicul?
Toate acestea sună foarte inspirant, totuși, proteinele de șoc termic sunt cunoscute de mult timp, dar din anumite motive oamenii încă nu le-au făcut un panaceu pentru toate tipurile de cancer. Aceasta este o familie destul de mare de proteine care sunt activate ca răspuns la stres atunci când temperatura crește (și uneori scade). Ele ajută celula să lupte împotriva efectelor degradării structurale a altor proteine. Cel mai faimos exemplu al unei astfel de schimbări este plierea componentei principale a albușului de ou, albumina, la prăjire sau fierbere, când se transformă din transparent în alb. Deci, proteinele de șoc termic elimină consecințele acestor modificări: ele „repară” sau în cele din urmă utilizează structurile degradate. Multe proteine de șoc termic sunt însoțitori care ajută alte proteine să se plieze corect.
Referinţă:
Chaperonele sunt o clasă de proteine a căror funcție principală este de a restabili structura terțiară sau cuaternară a proteinelor; de asemenea, participă la formarea și disocierea complexelor proteice.
Proteinele de șoc termic se găsesc în toate celulele. Cu toate acestea, în celule diferite (în special în celulele tumorale, care sunt foarte diferite în diferite tipuri de cancer, atât între ele, cât și față de celulele normale ale corpului), aceste proteine se comportă diferit. De exemplu, în unele tipuri de cancer, expresia proteinei HSP-70 poate fi fie crescută (în melanomul malign) fie scăzută (în cancerul de rinichi).
Pentru a înțelege despre ce fel de proteină vorbim și dacă este într-adevăr folosită în terapia cancerului și poate ajuta cu toate tipurile sale, am discutat cu doctorul în științe biologice Alexander Sapozhnikov. Acest om de știință este șeful laboratorului de interacțiuni celulare de la Institutul de Chimie Bioorganică numit după M.M. Shemyakin și Yu.A. Ovchinnikov Academia Rusă de Științe, care a fost angajată într-una dintre cele mai promițătoare proteine de șoc termic pentru dezvoltarea în această direcție de mulți ani. El a comentat acest articol după cum urmează:
„Nu voi spune că este o prostie, dar aceasta este o informație absolut incorectă. Autorul ideii de a folosi proteine de șoc termic cu o greutate moleculară de 70 de kilodaltoni (așa-numitul HSP-70, în engleză HSP70) este prietenul și colegul meu Boris Margulis. Lucrează la Institutul de Citologie din Sankt Petersburg.
El și soția sa Irina Guzhova au lucrat toată viața la această proteină (o fac de mulți ani, dar nu în cercetările legate de terapia cancerului). Formal, șefa laboratorului este Irina, ea studiază modul în care proteinele sunt asociate cu bolile neurodegenerative, iar Boris este șeful secției. El este prima persoană din lume care sugerează folosirea unei proteine „goale” care nu este încărcată cu antigene asociate tumorii.
Nu am crezut în ideile sale despre o astfel de utilizare a acestei proteine (de fapt, încă nu s-a dovedit că va fi eficientă). Dacă „dansezi din sobă”, există un anume hindus, Pramod Srivastava, care s-a născut în India, dar a studiat, trăiește și lucrează în America. Cu mult timp în urmă a făcut nu doar un „vaccin” împotriva unei tumori cu ajutorul HTSH-70, ci și-a deschis și o clinică și tratează bolnavii de cancer cu acesta. Srivastava extrage această proteină direct din tumoră: ia o biopsie de la pacienți, o extrage din bucăți de țesut (există modalități speciale de a obține o fracție foarte mare din această proteină).
Cu toate acestea, proteina obținută din țesuturile bolnavilor de cancer este puternic asociată cu peptidele asociate tumorilor - acele semne ale unei tumori pe care sistemul imunitar le recunoaște. Prin urmare, atunci când acest complex este administrat pacienților, un număr mare de pacienți dezvoltă un răspuns imun și se obține un efect pozitiv pentru pacient.
De fapt, conform statisticilor, acest efect nu depășește efectul chimioterapiei. Totuși, chimioterapia „otrăvește” organismul, dar o astfel de „vaccinare” nu „otrăvește” organismul. Aceasta este o istorie foarte lungă, această abordare este folosită în clinică de mult timp.
Alexandru Sapojnikov. Doctor în Științe Biologice, Profesor
În ceea ce îl privește pe Boris Margulis, el (în special, pe baza laboratorului meu) a arătat (și a publicat rezultatele muncii sale) că, dacă la celulele tumorale se adaugă o proteină pură, fără nicio încărcătură tumorală, atunci această proteină exogenă cauzează tumori. celulele să expună pe suprafața lor aceleași peptide asociate tumorii care se găsesc în mod normal în interiorul acestor celule, în citoplasmă. Apoi sistemul imunitar le recunoaște, iar organismul va respinge singur aceste celule, lupta împotriva tumorii.
S-a arătat în cultură in vitro, adică nu în corp, ci într-o eprubetă. În plus, Boris Margulis a susținut doar leucemie în copilărie, deoarece este asociat cu clinicienii din Sankt Petersburg. Ceea ce a spus Simbirtsev în interviul său este deja o extensie a acestei metode de utilizare a proteinelor goale, pure.
Mecanismul de acțiune al acestei proteine pure este de a forța tumora să tragă la suprafață (cum a numit-o însuși Margulis, „strângeți afară”) aceste peptide cu proteina lor endogene. Această proteină se găsește în toate celulele și nu există o singură celulă în lume care să nu aibă această proteină. Aceasta este o proteină foarte veche, foarte conservatoare, toată lumea o are (nu vorbesc despre viruși acum).
Margulis insusi nu s-ar fi tras in cercetarea preclinica, a primit (in urma cu cinci ani) un grant in colaborare cu Institutul de Preparate Inalt Purificate. Aparent, acest institut lucrează la acest Simbirtsev, i-am auzit numele de familie de multe ori, dar deoarece aceasta este Agenția Federală Medicală și Biologică, de care aparține Institutul de Imunologie de pe Kashirka, în care am lucrat mulți ani, atunci cel mai probabil. este Institutul de medicamente de înaltă puritate, cu care a primit o bursă pentru cercetare preclinică. În vremea sovietică, era al treilea departament al Ministerului Sănătății. Cu acest institut s-a primit un grant pentru o preclinica de la Ministerul Educatiei in valoare de 30 de milioane timp de trei ani, care s-a incheiat in urma cu doi ani.
Institutul de Medicament de Inalt Puritate a facut toate actele, au raportat despre grantul lor, ca pentru etapa urmatoare, promovarea medicamentului, e nevoie si de bani acolo. Aceasta este prima etapă a cercetării clinice. Aici Boris Margulis, din câte am înțeles, s-a îndepărtat deja de dezvoltare, lăsând-o la cheremul Institutului de Preparate Înalt Pur.
Ei fac această proteină, au făcut biotehnologie, chiar o am în frigider, Boris a dat-o pentru testare. Îl fac în cantități mari, îl păstrează sub formă liofilizată (uscat), în fiole sterile. De fapt, acest medicament ar trebui utilizat, poate cu niște aditivi, în studiile clinice. Dar asta necesită bani.
Când am văzut întâmplător știrea din interviul lui Simbirtsev, am citit-o, i-am trimis-o lui Margulisa, am întrebat-o dacă a citit-o. Boris mi-a răspuns că Andrei (cu care este bine cunoscut) a făcut o prostie și nici măcar nu s-a referit la autori. Autorul acestei idei (de a folosi proteinele pure ca medicament anticancer în oncologie), repet, este Boris Margulis. Dar, din câte am auzit de el în ultima vreme, s-a îndepărtat de această problemă.
Lucrez la această proteină, dar ca imunomodulator, ca laboratorul meu. Am lucrat puțin cu proprietățile antitumorale în modele de șoarece. Chiar au fost rezultate bune. Adică proteina „goală”, are doar proprietăți imunostimulatoare. Apropo, o altă mare întrebare este care este motivul proprietăților sale imunostimulatoare: proteina în sine sau unele impurități mici, cum ar fi lipopolizaharidele. Această proteină este obținută în cultură bacteriană (în E coli), aceasta este cea mai comună tehnică de producere a proteinelor recombinante. Lipopolizaharidele (LPS) sunt o componentă a peretelui celular bacterian și este foarte dificil să curățați cultura de această impuritate până la sfârșit. Desigur, ele curăță, dar rămân niște concentrații reduse. Aceste impurități LPS au și proprietăți imunostimulatoare pur și simplu pentru că sistemul imunitar a evoluat pentru a se apăra împotriva bacteriilor. De îndată ce „mirosul” bacteriilor apare în organism, sistemul imunitar este activat. Prin urmare, mulți autori consideră acum că proprietățile imunostimulatoare ale acestei proteine, care modulează și răspunsul antitumoral, sunt cauzate nu de HSP ca atare, ci de impuritatea sa. Dar această întrebare este științifică, discutabilă și nu are nimic de-a face cu practica.
Acum, repet, Boris Margulis se îndepărtează de acest subiect, de la oncologie, și lucrează la molecule mici care pot regla producția acestei proteine. A contactat chimiști care știu să producă inhibitori - astfel de kinaze specifice, un fel de enzime din interiorul celulelor care le opresc să funcționeze. Inhibitorii pot spune unei enzime: „Nu, nu ai dreptul să lucrezi”.
Acest lucru se face foarte simplu: toate enzimele au un loc de legare cu un substrat și, dacă luați o moleculă mică care se integrează în acest centru de legare a substratului, nu va mai putea procesa acest substrat. Boris lucrează acum la molecule care inhibă sinteza intracelulară a acestui HSP-70. Și, într-adevăr, astfel de molecule sunt foarte relevante, și nu numai pentru biologia fundamentală, ci și pentru practica, medicina clinică.”
Se încarcă ...