Який вигляд має молекулярний термометр? Це питання набагато складніше, ніж може здатися на перший погляд. Зважаючи на все, використовуваний клітиною «термометр», що грає одну з найважливіших ролей у підтримці стабільності протеома клітини, є системою факторів транскрипції та спеціалізованих білків – шаперонів, у т.ч. білків теплового шоку, що реагують не тільки на підвищення температури (це лише перша з відкритих функцій цього класу білків), але і на інші фізіологічні впливи, що пошкоджують клітину.
Шаперони (chaperones) – клас білків, основна функція яких – відновлення правильної третинної структури пошкоджених білків, і навіть освіту та дисоціація білкових комплексів.
Система шаперонів реагує на ушкодження, що виникають у процесі життєдіяльності, і забезпечує правильне проходження фолдингу – згортання амінокислотних ланцюжків, що сходять з рибосомальної «лінії складання», у тривимірні структури. Незважаючи на очевидність виняткової важливості цієї системи, довгий часніхто з фахівців, що її займаються її вивченням, навіть не припускав, що цей молекулярний термометр одночасно є і свого роду «джерелом молодості» клітини, а його вивчення надає можливість поглянути на ряд захворювань з нової, невідомої раніше сторони.
Білки, які є основним продуктом функціонування геному, не лише формують структуру, а й забезпечують роботу всіх клітин, тканин та органів. Відсутність збоїв у процесах синтезу амінокислотних послідовностей; формування, складання та транспортування білкових молекул, а також виведення пошкоджених білків є найважливішим аспектом підтримки здоров'я як окремих клітин, так і всього організму. Білки також є матеріалом, необхідним для формування та ефективного функціонування «молекулярних машин», що забезпечують процеси біосинтезу – процесу, критичного для забезпечення довголіття організму. Причиною багатьох проблем є порушення фундаментального процесу білків фолдингу. Порушення роботи «ОТК», представленого білками теплового шоку та шаперонами, призводять до появи та накопичення помилок. Ці помилки порушують роботу молекулярних механізмів, що може призводити до розвитку різних захворювань. Виникнення таких помилок у нейронах загрожує воістину жахливими наслідками, що виявляються розвитком таких нейродегенеративних захворювань, як розсіяний склероз, а також хвороб Гентінгтона, Паркінсона та Альцгеймера.
Відкрита в 1962 році Феруччіо Рітосса (Ferruccio Ritossa) реакція теплового шоку описана як індуковане підвищенням температури зміна організації щільно упакованих хромосом у клітинах слинних залозмух-дрозофіл, що веде до утворення про «здуття». Такі здуття, що виглядають під мікроскопом як бавовняні кульки, затиснуті між щільно упакованими ділянками хромосом, з'являються також при дії динітрофенолу, етанолу та солей саліцилової кислоти.
Виявилося, що здуття хромосом є новими регіонами транскрипції, які розпочинають синтез нових інформаційних РНК протягом кількох хвилин після свого виникнення. p align="justify"> Білкові продукти цього процесу в даний час широко відомі як білки теплового шоку, найбільш вивченими з яких є Hsp90 і Hsp70. Білки цього сімейства регулюють згортання амінокислотних ланцюжків та запобігають появі неправильно сформованих білкових молекул у клітинах усіх живих організмів.
Наприкінці 1970-х та на початку 1980-х років за допомогою оригінального прийому клітинної біохімії, що дозволяє збільшити кількість інформаційних РНК, що кодують послідовності відповідних білків, ученим вдалося клонувати перші гени теплового шоку мухи-дрозофіли. На той момент фахівці дотримувались думки, що реакція теплового шоку характерна виключно для організму дрозофіл. На цьому етапі Річард Морімото і зробив свій перший внесок у вивчення білків теплового шоку. Він зібрав велику колекцію ДНК багатоклітинних організмів і за допомогою методу саузерн-блоту продемонстрував, що всі вони містять практично ідентичні за структурою аналоги гена Hsp70. Приблизно водночас Джим Бардуелл (Jim Bardwell) та Бетті Крейг (Betty Craig) з університету Вісконсіна в Медісоні ідентифікували в геномі кишкової палички(Escherichia coli) ген dnaK, що також є аналогом Hsp70. Результатом подальшого детального вивчення цього питання стало розуміння того, що гени теплового шоку у вигляді, що практично незмінився в ході еволюції, представлені в геномах представників усіх п'яти царств живого світу.
Наступним досягненням у ланцюзі подій стала ідентифікація сімейства факторів транскрипції, що управляють запуском першого етапу реакції теплового шоку. У цій роботі взяло участь кілька дослідницьких груп із різних університетів, у тому числі й група Морімото. Вчені продемонстрували, що підвищення температури клітини викликає зміну форми цих факторів транскрипції, що сприяє їхньому зв'язуванню з промоторами генів теплового шоку, які ініціюють синтез білків теплового шоку. Більше того, виявилося, що на відміну від дріжджів, мух-дрозофіл і нематод Caenorhabditis elegans, які мають лише один фактор транскрипції генів теплового шоку, в клітинах людини є аж три такі фактори. Така складна схема регуляції експресії досліджуваних генів навела вчених на думку про їхню багатофункціональність, що вимагає додаткового вивчення.
Подальші дослідження показали, що білки теплового шоку самі регулюють функціонування фактора транскрипції, який ініціює їхню продукцію в ядрах клітин. Очевидним стало також те, що білки теплового шоку виконують функції молекулярних шаперонів – керують згортанням амінокислотних ланцюжків, забезпечуючи формування правильних просторових конформацій білкових молекул, а також виявляють та усувають збої у цьому процесі. Отже, виявилося, що клітинний термометр як вимірює температуру, а й здійснює моніторинг появи у клітині неправильно сформованих і ушкоджених білків. Тепловий шок та інші стресорні дії наповнюють клітину аномальними білками, на що шаперони реагують зв'язуванням цих білків та вивільненням фактора транскрипції теплового шоку-1 (Hsf1). Молекули цього чинника спонтанно формують тримери (комплекси з трьох молекул), що зв'язуються з відповідними регіонами геному, що в свою чергу запускають синтез білків теплового шоку. Наступне підвищення концентрації білків теплового шоку до необхідного рівня за принципом зворотнього зв'язкупригнічує транскрипційну активність фактора транскрипції HSF1.
Вивчення функціонування білків теплового шоку на лініях клітин сильно обмежувало можливості дослідників, оскільки не забезпечувало отримання інформації про зміни, що супроводжують його, що відбуваються у всьому організмі. Тому приблизно 1999 року Морімото та його колеги вирішили перейти на нову модель – круглих хробаків C.elegans. Їх особливо надихнула опублікована в 1994 робота Макса Перутца (Max Perutz), який встановив, що причиною серйозного нейродегенеративного захворювання - хвороби Гентінгтона - є особлива мутація гена, що отримав назву гентингтін. Ця мутація призводить до синтезу варіанта білка, що містить додатковий фрагмент з довгого ланцюжка амінокислоти глутаміну, мабуть, порушує нормальний процесфолдінгу. Агрегація таких аномальних білкових молекул у нейронах призводить до розвитку хвороби Гентінгтона. Дослідники припустили, що вивчення білків, формування молекул яких порушено через експресію поліглутаміну або подібні причини, допоможе розібратися в роботі молекулярного термометра.
У процесі роботи над створенням тварин моделей експресії в нейронах та м'язових клітинах білків, що містять надлишкові поліглутамінові послідовності, дослідники встановили, що ступінь агрегації та асоційованої з нею токсичності таких білків пропорційна їх довжині та віку організму. Це навело їх на думку, що придушення опосередкованого інсуліном сигнального механізму, що регулює тривалість життя організму, може вплинути на процес агрегації білків, що містять поліглутамін. Результати подальших досліджень підтвердили існування передбачуваного взаємозв'язку, а також продемонстрували, що вплив функціонування фактора транскрипції HSF1 на тривалість життя організму опосередковано інсулінзалежним сигнальним механізмом. Ці спостереження зробили очевидним той факт, що реакція теплового шоку однаково важлива як для виживання організму в умовах гострого стресу, так і для постійної нейтралізації токсичної дії білків, що негативно впливає на функціонування та тривалість життя клітин.
Використання живих організмів як експериментальна модель дозволило вченим перевести дослідження на якісно новий рівень. Вони почали звертати увагу на механізми, за допомогою яких організм сприймає та інтегрує інформацію, що надходить ззовні, на молекулярному рівні. Якщо стрес впливає на процес старіння, логічно припустити, що білки теплового шоку, що реєструють появу і запобігають накопиченню у клітині пошкоджених білків, цілком здатні уповільнювати розвиток ефектів старіння.
Те, що для багатьох захворювань, асоційованих з накопиченням схильних до агрегації білків, характерні симптоми старіння, а всі хвороби, в основі яких лежать порушення формування білкових молекул, асоційовані зі старінням, наводить на думку, що чутливі до температури метастабільні білки втрачають свою функціональність мірою старіння організму. Експерименти на C.elegans показали, що функціонування механізму, що запускається фактором транскрипції Hsf1, як і інших захисних систем клітини, починає згасати практично відразу після досягнення організмом зрілості. Однак виявилося, що активація фактора транскрипції HSF1 на ранніх етапах розвитку може перешкоджати порушенню стабільності білкових молекул (протеостазу).
Можливо, це спостереження, що передбачає досить інтригуючі можливості, не поширюється на складніші багатоклітинні організми, проте все живе складається з білків, тому отримані в експериментах на круглих черв'яках результати з великим ступенем ймовірності можуть допомогти вченим розібратися в механізмах старіння людини.
Однак це ще не кінець історії. Результати роботи, нещодавно проведеної під керівництвом професора Морімото, вказують на існування механізмів коригування протеостазу, що не потребують безпосереднього втручання у функціонування фактора транскрипції HSF1. Дослідники вирішили провести класичний генетичний скринінг мутантів C.elegans, які демонструють порушення процесу формування білкових молекул у м'язових клітинах. В результаті вони встановили, що мутація, що впливає на цей процес, знаходиться в гені фактора транскрипції, що контролює продукцію нейротрансмітера. гамма-аміномасляної кислоти(ГАМК). ГАМК управляє функціонуванням нейротрансмітерів збудження та регулює м'язовий тонус. Цікавим є той факт, що будь-яке порушення стабільності роботи опосередкованих ГАМК механізмів веде до гіперстимуляції, що змушує постсинаптичні. м'язові клітиниреагувати на неіснуючий стрес, що призводить до порушення процесів формування білкових молекул. Іншими словами, виявилося, що активність нейронів може впливати на функціонування молекулярних термометрів інших клітин організму, що ще більше ускладнило картину, що вимальовується.
Якщо цей механізм поширюється і на людину, то, можливо, вченим вдасться розробити метод впливу на нейрони, що призводить до активації білків теплового шоку в клітинах скелетних м'язів і сприяє усуненню симптомів. м'язової дистрофіїта інших захворювань рухових нейронів. Можливо, маніпуляції над цим механізмів дозволять контролювати процес накопичення пошкоджених білків, асоційований зі старінням. Однак, на жаль, не все так просто, як би хотілося. В організмі C.elegans розвитком реакції теплового шоку у всіх дорослих соматичних клітинах управляє одна пара нейронів. Зважаючи на все, активність цих нейронів та механізм зворотного зв'язку дозволяють клітинам і тканинам активувати білки теплового шоку відповідно до їх конкретних потреб. Справа в тому, що для різних тканин характерна різна активність біосинтезу білків, а також виразність і характер, що відрізняються. зовнішніх впливів. Тому універсальний підхід до управління реакцією теплового шоку у принципі неможливий.
Озброївшись результатами своєї роботи та багатообіцяючими ідеями, Морімото та кілька його колег заснували компанію Proteostasis Therapeutics, метою роботи якої є ідентифікація терапевтичних малих молекул, здатних коригувати патологічні ефекти накопичення неправильно сформованих білкових молекул. Цей підхід пов'язаний із досить великою часткою ризику, оскільки рівень білків теплового шоку підвищується при багатьох злоякісних захворюваннях. Однак Морімото і його соратники вважають, що напрямок, який вони розробляють, має занадто великий потенціал, щоб його ігнорувати.
про автора
Професор Річард Морімото (Richard Morimoto), після захисту докторської дисертації, повністю присвятив свою роботу вивченню функціонування білків теплового шоку та їх ролі у старінні організму. Перші кроки у вибраному ним напрямі Морімото зробив у Гарвардському університеті під керівництвом доктора Метта Месельсона (Matt Meselson). В даний час Річард Морімото є директором інституту біомедичних досліджень імені Райса, що входить до структури Північно-Західного університетув Еванстоні, штат Іллінойс, а також одним із засновників компанії Proteostasis Therapeutics (Кембридж, штат Массачусетс).
Євгенія Рябцева
Портал "Вічна молодість" за матеріалами The Scientist: Richard Morimoto,
Структурно-функціональні зміни під впливом високих температур.Високотемпературний вплив позначається насамперед текучості мембран, у результаті відбувається збільшення їх проникності і виділення з клітини водорозчинних речовин. Внаслідок цього спостерігається дезорганізація багатьох функцій клітин, зокрема їх поділу. Так, якщо при температурі 20 °C усі клітини проходять процес мітотичного поділу, при 38 °C - кожна сьома, а при 42 °C - лише кожна п'ятисота клітина.
Підвищена плинність мембранних ліпідів, обумовлена зміною складу та структури мембрани при перегріві, призводить до втрати активності мембранно-пов'язаних ферментів та порушення діяльності ЕТЦ. З основних енергопродукуючих процесів - фотосинтезу та дихання, найбільш чутлива ЕТЦ фотосинтеза, особливо фотосистема II (ФС II). Що ж до ферментів фотосинтезу, то основний фермент С3-циклу фотосинтезу - РБФ-карбоксилаза - досить стійкий до перегріву.
Перегрів має помітний ефект на водний режим рослини, швидко і значно підвищуючи інтенсивність транспірації. У результаті рослини виникає водний дефіцит. Поєднання посухи зі спекою та високою сонячною інсоляцією надає максимальне негативний впливна посіви, порушуючи, поряд із фотосинтезом, диханням та водним режимом, поглинання елементів мінерального живлення.
Молекулярні аспекти пошкоджень теплового шоку.Спека пошкоджує в клітині насамперед білки, особливо ферменти, порушуючи процес біосинтезу білків de novo, інгібуючи активність ферментів, індукуючи деградацію існуючих білків. У результаті можуть зникати пули ферментів, значущих функціонування клітин як у період стресу, і наступної репарації. Більшість ключових ферментів рослин термолабільні, включаючи РБФК, каталазу та СОД. Інгібування РБФК є головну причинузниження ІФ за високої температури. Спека пригнічує також здатність перетворювати сахарозу на крохмаль у ячменю, пшениці та картоплі, вказуючи на те, що один або кілька ферментів у ланцюзі перетворення сильно інгібуються спекою. Безпосередній вплив спеки на активність розчинної крохмальсинтази в ендоспермі пшениці як in vitro, так і in vivo викликає пригнічення накопичення крохмалю.
Високі температури пригнічували активність каталази у кількох видів рослин, тоді як активність інших антиоксидантних ферментів не пригнічувалася. У жита зміни активності каталази були оборотними і не залишали видимих пошкоджень після припинення спеки, у той час як у огірка відновлення активності каталази сповільнювалося (гальмувалося) і супроводжувалося знебарвленням хлорофілу, що вказує на більш істотне пошкодження. У проростках кукурудзи, що вирощується при підвищених температурах (35 °C), активність СОД була нижчою, ніж при відносно низьких температурах(10 °C).
Спека порушувала цілісність мембран, що призводило до підвищеної їхньої проникності для іонів та розчинів. Одночасно порушувалася діяльність асоційованих з мембранами ферментів фотосинтезу, дихання та транспорту асимілятів. Спека підвищувала рівень насичення жирних кислотмембранних фосфоліпідів ЕПР. В умовах сильної спеки його мембрани вибірково ушкоджувалися, викликаючи деградацію мРНК (3-амілази. Одночасно індукований спекою витік речовин через мембрани впливає на редокс-потенціал основних клітинних компартментів, що, у свою чергу, порушує перебіг метаболічних процесів аж до загибелі клітин.
Окислювальний стрес був нещодавно визнаний одним із найголовніших негативних факторів дії спеки на рослини. Спека викликає дисбаланс між кількістю поглиненої пігментами сонячної радіації та транспортом електронів через цитохроми – процес, названий фотоінгібуванням. Надмірна енергія може перейти на кисень, що призводить до утворення АФК. Основними зонами окисного пошкодження у клітинах є мітохондрії та хлоропласти, де відбувається порушення транспорту електронів. У хлоропластах високотемпературний стрес викликає фотоінгібування фотосинтезу та інактивацію каталази, що призводить до накопичення АФК та знебарвлення хлорофілу. Фотосистема II визнана найчутливішою до дії спеки, що призводить до дезінтеграції функціональних компонентів комплексу ФС II та, відповідно, порушення транспорту електронів між ФС I та ФС II, збільшення потоку електронів на молекулярний кисень та утворення АФК. В результаті знижується ІФ, що є основною причиною втрати врожаю при дії спеки.
Білки теплового шокуСинтез білків теплового шоку (БТШ) у відповідь збільшення температури було виявлено 1974 р. Він уражає всіх типів живих організмів, включаючи вищі і нижчі рослини. БТШ у всіх організмів представлений великим набором поліпептидів, які прийнято називати відповідно до молекулярної маси, вираженої в кілодальтонах (кДа). Наприклад, БТШ з молекулярною масою 70 кДа називають БТШ 70. Про суттєву роль БТШ у житті клітин говорить висока консервативність їхньої еволюції. Так, окремі ділянки в еволюції БТШ 70 зберігають понад 90% гомології у бактерій та людини. БТШ рослин представлені групою високомолекулярних (110-60 кДа) та низькомолекулярних (35-15 кДа) білків. Відмінними рисамирослин є множинність низькомолекулярних БТШ та висока інтенсивність їх синтезу при тепловому шоці (ТШ).
Синтез БТШ - стресова програма, що включає тепловий шок, відбувається при підйомі температури на 8-10 ° C вище нормальної. Так, у листі ячменю максимум синтезу БТШ досягається при 40 °C, а в листі рису - при 45 °C. Перемикання нормального життяклітини на стресову програму включає репрограмування геному, пов'язане з гальмуванням експресії генів, активність яких характерна для життя в нормальних умовах, та активацією генів ТШ. У клітинах рослин мРНК, що кодують БТШ, виявляються через 5 хв після початку стресу. Крім того, відбувається розпад полісом, що синтезують білки, типові для нормальних умов, та формування полісом, що синтезують БТШ. Швидке включення синтезу БТШ лише на рівні як транскрипції (синтез РНК на ДНК), а й трансляції (синтез білка на мРНК) досягається внаслідок координації багатьох подій. Тепловий шок викликає зміни у мРНК, синтезованих у клітині до шоку, пов'язані з модифікацією білкових факторів трансляції та рибосомних білків. Крім того, мРНК БТШ мають відмінність від мРНК звичайних білків. В результаті ТШ відбувається ослаблення, а потім і припинення синтезу звичайних білків і перемикання апарату синтезу білкового на синтез БТШ, які виявляються в клітці вже через 15 хв після початку ТШ. Максимум синтезу спостерігається через 2-4 год, потім його зниження.
Синтез різних БТШ відбувається при різної температури. У хлоропластах синтез високомолекулярних БТШ активувався в діапазоні 34-42 °C, слабшав при 44 °C і різко знижувався при 46 °C. Індукція синтезу низькомолекулярних БТШ була особливо помітною за 40-42 °C. Істотне пригнічення синтезу РБФК відбувалося лише за температури вище 44 °C. Майже всі виявлені БТШ хлоропластів кодуються в ядрі, синтезуються в цитоплазмі, а потім транспортуються в хлоропласт, де і виконують захисну функцію під час ТШ. Після закінчення теплового шоку синтез БТШ припиняється та відновлюється синтез білків, характерних для клітини у нормальних температурних умовах. При цьому мРНК БТШ швидко руйнуються в клітинах за нормальної температури, тоді як самі білки можуть зберігатися істотно довше, забезпечуючи, мабуть, підвищення стійкості клітин до нагрівання. Тривале перебування клітин в умовах ТШ зазвичай також призводить до послаблення та припинення синтезу БТШ. У цьому випадку включаються механізми регулювання експресії генів БТШ за принципом зворотного зв'язку. Накопичення у клітинах БТШ знижує активність їх генів. Можливо, таким шляхом клітина підтримує кількість БТШ на необхідному рівні, перешкоджаючи надпродукції.
Як правило, у відповідь на підвищення температури синтезуються відповідні білки, що сприяє підвищенню термостійкості організму. Захисна роль БТШ описується моделлю молекулярного шаперона (в пров. з англ. - Провідник, наставник при молодій особі). У екстремальних умовБТШ «опікуються» функціонуванням конкретних макромолекул, клітинних структур, звільняють клітини від пошкоджених компонентів, що дозволяє підтримувати клітинний гомеостаз. Взаємодія БТШ70 з іншими білками залежить від співвідношення АТФ/АДФ. Вважається, що БТШ 70 у комплексі з АДФ утримує на собі розплетений білок, а заміна АДФ на АТФ призводить до звільнення білка з комплексу з БТШ 70.
Відповідно до цієї моделі БТШ підвищують термостійкість клітин, забезпечуючи такі процеси: енергозалежну стабілізацію нативної структури білків; правильне складання олігомерних структур в умовах гіпертермії; транспорт речовин через мембрани органел; дезагрегацію неправильно зібраних макромолекулярних комплексів; звільнення клітини від денатурованих макромолекул і реутилізацію мономерів, що входили до них, за допомогою убіквітінів. Убіквітини – низькомолекулярні білки теплового шоку, приєднання яких до поліпептиду робить його мішенню протеаз. Це свого роду "мітка смерті" для білків. За їх допомогою відбувається вибраковування та видалення пошкоджених та недобудованих внаслідок дії ТШ білків.
На користь захисної функції БТШ при ТШ свідчить низка фактів. Зокрема показано, що виключення синтезу білка специфічними інгібіторами під час ТШ, коли відбувається синтез БТШ, призводить до загибелі клітин. Клітини можна загартовувати, підвищуючи їхню термостійкість шляхом попереднього короткочасного впливу підвищених температур. Умови такого загартування збігаються з умовами індукції синтезу БТШ. Цікаво, що синтез БТШ у рослин індукує не лише ТШ, а й, наприклад, солі кадмію та арсеніт, обробка якими підвищує стійкість клітин до нагрівання. Важливо також наголосити, що зміни у структурі гена (мутації), що порушують синтез БТШ, призводять до втрати стійкості клітин до нагрівання. Подальші дослідження конкретної функції кожного БТШ під час стресу дозволять з'ясувати молекулярні механізмиформування та функціонування захисних властивостей при ТШ.
Більшість білків ТШ мають у клітинах споріднені білки, які синтезуються за нормальної температури постійно чи певні фази онтогенезу. Виявляється, ці білки, зокрема БТШ 70, приєднуються до інших білків, викликаючи їхнє розгортання та перешкоджаючи їх агрегації. Останнє може перешкодити білку придбати нативну конформацію, необхідну його функціональної активності. Розгортання білків за допомогою БТШ необхідно для їх проникнення через мембрану хлоропластів, мітохондрій та ЕПР. Оскільки агрегація білків у разі підвищення температури різко посилюється, активація синтезу БТШ 70 у умовах повинна захищати білки від незворотного ушкодження. БТШ присутні у всіх компартментах клітини, зокрема ядрі та ядерцях, де вони накопичуються при ТШ. БТШ 70 сприяє проходженню синтезованих у цитоплазмі попередників хлоропластних і мітохондріальних білків через мембрану, граючи роль біогенезі цих органел. БТШ 60, що теж відносяться до шаперонів, називають також шаперонінами. Ці білки забезпечують правильне складання четвертинної структури клітинних білків, наприклад ключового ферменту фотосинтезу РБФК, що складається з восьми великих та восьми малих субодиниць. До групи шаперонів відносять також БТШ 90, що відіграє важливу роль в освіті комплексу стероїдних гормонівз їхніми рецепторами. Крім того, БТШ 90 утворює комплекси з деякими протеїнкіназами, контролюючи їхню активність. Як відомо, протеїнкінази фосфорилируют різні клітинні білки, регулюючи їх активність.
У рослин знайдено понад 30 низькомолекулярних (15-35 кДа) БТШ, локалізованих головним чином у цитоплазматичних гранулах теплового шоку, що з'являються під час ТШ та зникають після нього. Їхня основна функція - захищати «дошокові» мРНК, що дозволяє використовувати останні для синтезу білка після закінчення шоку. Низькомолекулярні БТШ виявляються й у інших компартментах, зокрема у хлоропластах. Вважається, що вони захищають від ТШ тилакоїдні мембрани, де локалізовані процеси світлової фази фотосинтезу.
У деяких рослин виявлено конститутивний (неіндукований) синтез БТШ при формуванні, зокрема, пилку. Можливо, що дошокові БТШ забезпечують термостабільність при ТШ. Крім БТШ, спека індукує експресію білків інших класів, зокрема кальмодуліну.
Метаболізм за умов теплового шоку.Цілеспрямованих досліджень метаболізму рослин при дії ТШ вкрай мало, причому в цих дослідах часто одночасно діяли як ТШ, так і посуха. Це дуже важливий моментоскільки реакція рослин на поєднання посухи і ТШ інша, ніж реакція на окремі стресори. Так, при поєднанні стресів рослини накопичували кілька розчинних цукрів, у тому числі сахарозу, мальтозу, трекалозу, фруктозу та глюкозу. При дії посухи накопичується пролін, а при дії ТШ, а також поєднання ТШ та посухи пролін у рослинах не накопичувався. В умовах ТШ пролін або його інтермедіат (піролін-5-карбоксилат) токсичні, тому пролін не підходить як сумісний осмоліт. При одночасному дії ТШ та посухи різко зростає вміст глутаміну. Мабуть, при інгібуванні біосинтезу проліну глутамат трансформується у глутамін. Одночасно активуються гени, що кодують розщеплення крохмалю та біосинтез ліпідів, а також підвищується експресія генів, що кодують гексокіназу, глюкозо-6-фосфат-дегідрогеназу, фруктокіназу та сахарозо-УДФ-глюкозилтрансферазу. Саме зміни в експресії генів на рівні транскрипції є головним фактором перепрограмування вуглеводного метаболізму.
При дії ТШ на проростки арабідопсису встановлено синхронне підвищення розміру пулів цілого ряду амінокислот та амідів (аспарагіна, лейцину, ізолейцину, треоніну, аланіну та валіну), одержуваних із ЩУК та ПВК. Крім того, збільшився вміст вуглеводів: мальтози, сахарози, галактинолу, міоїнозитолу, раффінози та моносахаридів, попередників клітинної стінки. Вже через 6 годин збільшувалися концентрації b-аланіну, гліцерину, мальтози, сахарози, трекалози.
Фотосинтез, транспірація та дихання.Показником, що тісно пов'язаним з регуляцією CO2- та Н2O-обміну рослин, є устьична провідність. Численні дані свідчать про те, що високі температури індукують закривання продихів, яке можна розглядати як непряму реакцію на температурну залежність дефіциту тиску водяної пари та дихання листя. Так, часткове закривання продихів є наслідком підвищення внутрішньоклітинної концентрації CO2. Однак шукане закривання продихів не призводить до зниження фотосинтезу, оскільки температурні залежності устьичної провідності та ІФ не збігаються. Так, устьична провідність підвищується за таких температур, коли фотосинтез незворотно інгібується.
Хоча устьична провідність, мабуть, не впливає на ІФ, вона допомагає регулювати транспірацію, яка завдяки контролю за температурою листа впливає на жаростійкість процесу фотосинтезу. У посівах деяких культур при достатньому вологозабезпеченні температура повітря завдяки терморегуляції може бути майже на 8 °C нижче за температуру повітря над посівом. Водночас при дефіциті вологи в ґрунті може спостерігатися зворотна картина – температура листя у сівбі перевищує температуру навколишнього повітря майже на 15 °C, що посилює негативний впливводного дефіциту на ІФ
Інтенсивність нетто-фотосинтезу пшениці та більшості С3-культур досить стабільна в діапазоні 15-30 °C. Нижче і вище за цей температурний діапазон ІФ знижується на 5-10% на кожен градус (рис. 3.1). Відносно незначна зміна нетто-фотосинтезу в діапазоні 15-30 °C не повинна приховувати те, що грос-фотосинтез з підвищенням температури насправді підвищується. Однак через одночасне підвищення ВД всієї рослини і особливо фотодихання інтенсивність нетто-фотосинтезу змінюється мало.
Між C3- та С4-культурами в цьому відношенні існують помітні відмінності, причому оптимальна інтенсивність нетто-фотосинтезу у С4-видів спостерігається за більш високих температур (30-40 °C). Фотодихання у них незначне, внаслідок чого підвищення фіксації CO2 зі збільшенням температури не маскується фотодихальними витратами. Справді, вищий температурний оптимум нетто-фотосинтезу у С4-видів порівняно з С3-видами пояснюється меншими дихальними витратами при підвищених температурах у перших. Необоротні зміни фотосинтетичного апарату у них відзначаються лише при перевищенні температури 40 °C головним чином через пошкодження ФС II, що настає протягом декількох хвилин після початку дії ТШ, що надає вирішальний вплив на врожайність.
Тепловий шок heat shock– тепловий шок.
Стресовий стан організму після дії підвищеної температури, зокрема, Т.р.застосовується для індукування поліплоїдії<induced polyploidy> переважно у тварин, що розмножуються у воді (риби, молюски): температуру води підвищують до 29-33 o С на 2-20 хв. ( нормальна температураінкубації зазвичай 15-20 o З) через 3-10 хв. (Індукція триплоїдії) або через 20-40 хв. (індукція тетраплоїдії) після запліднення; також у стані Т.р.аналізують активність специфічних білків теплового шоку<heat-shock proteins>, пуфової активності<puffing> у дрозофіл (у цьому випадку Т.р.при 41-43 o С).
(Джерело: «Англо-російський тлумачний словникгенетичних термінів». Ареф'єв В.А., Лісовенко Л.А., Москва: Вид-во ВНІРО, 1995 р.)
Дивитись що таке "тепловий шок" в інших словниках:
Тепловий шок- * Цеплавий шок * Heat Shock Стресовий стан організму внаслідок впливу підвищеної температури. Т. ш. застосовується: а) для індукування поліплоїдії (див.) у риб, молюсків інкубація особин після запліднення при tо = 29 33 °С (замість… …) Генетика. Енциклопедичний словник
тепловий шок- стресовий стан організму після впливу підвищеної температури, зокрема, Т.ш. застосовується для індукування поліплоїдії в основному у тварин (риби, молюски), що розмножуються у воді: температуру води підвищують до 29 33 oС на 2 20 хв. Довідник технічного перекладача
Шок тепловий- Син.: Виснаження теплове. Виникає при перегріванні внаслідок недостатньої реакції у відповідь судин серця на екстремально високу температуру, особливо часто розвивається у людей похилого віку, які приймають сечогінні препарати. Проявляється слабкістю. Енциклопедичний словник з психології та педагогіки
ПЕРЕГРІВАННЯ І ТЕПЛОВИЙ УДАР- Мед. Перегрівання (теплова непритомність, теплова прострація, тепловий колапс) та тепловий удар (гіперпірексія, сонячний удар, перегрівання організму) патологічні реакції організму на високу температуру довкілля, пов'язані з… … Довідник з хвороб
- (англ. HSP, Heat shock proteins) це клас функціонально подібних білків, експресія яких посилюється при підвищенні температури або при інших умовах, що стресують клітину. Підвищення експресії генів, що кодують білки теплового ... Вікіпедія
Тетрамер, що складається із чотирьох ідентичних молекул білка p53. Вони пов'язані між собою доменами, які відповідають за олігомеризацію (див. текст). p53 (білок p53) це транскрипційний фактор, що регулює клітинний цикл. У стані, що не мутував… … Вікіпедія
Якщо температура підвищується, живий організм реагує на це, виробляючи своєрідні сполуки, що дістали назву білки теплового шоку. Так реагує людина, так відреагує кішка, так реагує будь-яка істота, оскільки вона складається з живих клітин. Втім, не тільки зростання температури стимулює синтез білка теплового шоку хламідій, інших видів. Нерідко провокують ситуації сильні стреси.
Загальна інформація
Так як білки теплового шоку виробляються організмом тільки в специфічних ситуаціях, вони мають ряд відмінностей від з'єднань, що продукуються нормально. Період їхнього утворення відрізняється пригніченням експресії основного білкового пулу, що відіграє важливу роль для метаболізму.
БТШ-70 еукаріотів, DnaK прокаріотів - це така сім'я, в яку вчені об'єднали білки теплового шоку, значущі для виживання на клітинному рівні. Це означає, що завдяки таким сполукам клітина може продовжувати функціонування навіть у ситуації, коли стрес, нагрівання, агресивне середовище протистоять цьому. Втім, білки цього сімейства можуть брати участь і в процесах, що протікають в нормальних умовах.
Біологія на мікроскопічному рівні
Якщо домени ідентичні на 100%, тоді еукаріоти прокаріоти більш ніж на 50% гомологічні. Вчені довели, що у природі серед усіх білкових груп саме 70 кДа БТШ – одна з найбільш консервативних. Посвячені цьому дослідження було зроблено 1988 і 1993 року. Імовірно, пояснити явище можна через шаперонну функціональність, властиву білкам теплового шоку у внутрішньоклітинних механізмах.
Як це працює?
Якщо розглядати еукаріоти, під впливом теплового шоку відбувається індукування генів БТШ. Якщо деяка клітина уникла стресових умов, тоді фактори є в ядрі, цитоплазмі як мономери. Такому з'єднанню не властива активність зв'язування ДНК.
Переживаючи стресові умови, клітина поводиться так: Hsp70 відщеплюється, що ініціює продукування денатурованих білків. БТШ формує тримери, активність змінює свій характер і зачіпає ДНК, що з часом призводить до акумуляції компонентів в ядрі клітини. Процес супроводжується багаторазовим зростанням транскрипції шаперонів. Безумовно, ситуація, що спровокувала цю ситуацію, з часом проходить, і до моменту, коли це трапляється, Hsp70 знову може включитися в БТШ. Активність, пов'язана з ДНК, сходить нанівець, клітина продовжує працювати, як ні в чому не бувало. Таку послідовність того, що відбувається, вдалося виявити ще в 1993 році в дослідженнях, присвячених БТШ, проведених Морімото. Якщо організм уражений бактеріями, тоді БТШ можуть концентруватися на синовіальній оболонці.
Навіщо та чому?
Вченим вдалося виявити, що БТШ формуються як результат впливу різних негативних, небезпечних для життєдіяльності клітини ситуацій. Стресові, що ушкоджують впливу ззовні можуть бути виключно різноманітними, але приводять до одного й того ж варіанту. За рахунок БТШ клітина виживає за впливу агресивних факторів.
Відомо, що БТШ поділяються на три сімейства. Крім того, вчені виявили, що існують антитіла до білка теплового шоку. Підрозділ групи БТШ проводиться з урахуванням молекулярної маси. Три категорії: 25, 70, 90 кДа. Якщо в живому організмі є нормально функціонуюча клітина, тоді в ній напевно знайдуться різні білки, перемішані між собою, досить-таки подібні. Завдяки БТШ денатуровані білки, а також згорнуті некоректно, можуть знову стати розчином. Втім, крім цієї функції, є деякі інші.
Що знаємо і про що здогадуємось
Досі білок теплового шоку хламідій, як і інші БТШ, не вивчений остаточно. Звичайно, є деякі групи білків, про які вчені мають досить великий обсяг даних, а є такі, які ще тільки належить освоїти. Але вже зараз наука дійшла до того рівня, коли знання дозволять говорити, що при онкології білок теплового шоку може виявитися справді корисним засобом, що дозволяє перемогти одну з найстрашніших хвороб нашого століття – рак.
Найбільший обсяг даних вчені мають у своєму розпорядженні про БТШ Hsp70, здатних вступати у зв'язку з різними білками, агрегатами, комплексами, навіть з аномальними. Згодом відбувається вивільнення, що супроводжується з'єднанням АТР. Це означає, що в клітці знову з'являється розчин, а білки, що пройшли некоректно процес згортання, можуть знову бути піддані цій операції. Гідроліз, з'єднання АТР – механізми, які зробили це можливим.
Аномалії та норми
Важко переоцінити для живих організмів роль білків теплового шоку. Будь-яка клітина завжди містить аномальні білки, концентрація яких може зростати, якщо до цього є зовнішні передумови. Типова історія – це перегрів чи вплив інфекції. Це означає, що з продовження життєдіяльності клітини необхідно терміново згенерувати більше БТШ. Активується механізм транскрипції, що ініціює вироблення білків, клітина підлаштовується під мінливі умови та продовжує функціонувати. Втім, нарівні з уже відомими механізмами багато що ще тільки належить відкрити. Зокрема таким досить великим полем для діяльності вчених є антитіла до білка теплового шоку хламідій.
БТШ, коли поліпептидний ланцюжок збільшується, а вони опиняються в умовах, що уможливлюють вступ з нею у зв'язок, дозволяють уникнути неспецифічної агрегації та деградації. Натомість фолдинг відбувається у нормальному режимі, коли в процесі задіяні необхідні шаперони. Hsp70 додатково необхідний при розгортанні поліпептидних ланцюгів за участю АТР. За допомогою БТШ вдається досягти того, що неполярні ділянки також схильні до впливу ферментів.
БТШ та медицина
У Росії вчені ФМБА змогли створити новий препарат, Застосувавши для його побудови білок теплового шоку. Ліки від раку, представлені науковцями, вже пройшли первинну перевірку на піддослідних гризунах, уражених саркомами, меланомами. Ці експерименти дозволили впевнено говорити, що зроблено значний крок уперед у боротьбі з онкологією.
Вчені припустили і змогли довести, що білок теплового шоку - ліки, а точніше, може стати основою для ефективного препарату, завдяки тому, що ці молекули формуються в стресових ситуаціях. Так як вони спочатку організмом продукуються, щоб забезпечити виживання клітин, було зроблено припущення, що за належної комбінації з іншими засобами можна боротися навіть з пухлиною.
БТШ допомагає препарату виявляти в хворому організмі уражені клітини та справлятися з некоректністю ДНК у них. Припускають, що новий препарат стане однаково результативним для будь-якого підтипу. злоякісних захворювань. Звучить схоже на казку, але лікарі йдуть ще далі - вони припускають, що лікування буде доступним на будь-якій стадії. Погодьтеся, такий білок теплового шоку від раку, коли пройде всі випробування та підтвердить свою надійність, стане безцінним придбанням для людської цивілізації.
Діагностувати та лікувати
Найбільш детальну інформаціюпро надію сучасної медицинирозповів доктор Симбірцев, один із тих, хто працював над створенням медикаменту. З його інтерв'ю можна зрозуміти, за якою логікою вчені збудували препарат і яким чином він має принести ефективність. Крім того, можна зробити висновки, чи вже білок теплового шоку пройшов клінічні випробування, чи це ще попереду.
Як вже було зазначено раніше, якщо організм не переживає стресових умов, тоді продукування БШ має місце у виключно малому обсязі, але він суттєво зростає зі зміною зовнішнього впливу. У той же час нормальний організм людини не в змозі продукувати таку кількість БТШ, яка допомогла б перемогти злоякісне новоутворення, що з'явилося. "А що станеться, якщо запровадити БТШ ззовні?" – подумали вчені та зробили цю ідею основою для дослідження.
Як це має спрацювати?
Щоб створити нові ліки, вчені в лабораторних умоввідтворили все необхідне, щоб живі клітини почали продукувати БТШ. Для цього було отримано людський ген, який зазнав клонування при застосуванні нової апаратури. Бактерії, досліджені в лабораторіях, видозмінювалися доти, доки почали самостійно продукувати настільки бажаний для вчених білок.
Науковці на основі отриманої при дослідженнях інформації зробили висновки про вплив БТШ на людський організм. І тому довелося організувати білка. Зробити це дуже непросто: довелося направити проби на орбіту нашої планети. Це пов'язано з тим, що земні умови не підходять для правильного, рівномірного розвитку кристалів. А ось космічні умови допускають отримання саме тих кристалів, які були потрібні вченим. Після повернення на рідну планету піддослідні зразки були розділені між японськими та російськими вченими, які взялися за їх аналіз, що називається, не втрачаючи жодної секунди.
І що знайшли?
Поки що роботи в цьому напрямку все ще ведуться. Представник групи вчених сказав, що вдалося точно встановити: немає точного зв'язку між молекулою БТШ та органом чи тканиною живої істоти. А це свідчить про універсальність. Значить, якщо білок теплового шоку і знайде застосування в медицині, він стане панацей відразу величезної кількостізахворювань - який би орган виявився вражений злоякісним новоутворенням, його вдасться вилікувати.
Спочатку вчені виготовили препарат у рідкій формі – піддослідним його вводять ін'єктивно. Як перші екземпляри для перевірки кошти були взяті щури, миші. Вдалося виявити випадки лікування як на початкових, так і пізніх стадіяхрозвитку хвороби Поточна стадія називається доклінічними випробуваннями. Вчені оцінюють терміни її завершення не менш як на рік. Після цього настане часклінічних випробувань. На ринку новий засіб, можливо, панацея буде доступний ще через 3-4 роки. Втім, як зазначають вчені, все це реально лише у тому випадку, коли проект знайде фінансування.
Чекати чи не чекати?
Звичайно, обіцянки лікарів звучать привабливо, але водночас справедливо викликають недовіру. Скільки часу людство страждало від раку, як багато жертв у цієї хвороби було останні кілька десятиліть, а тут обіцяють не просто ефективний препаратале справжню панацею - від будь-якого виду, на будь-якому терміні. Та як можна повірити у таке? А гірше за те- повірити, але не дочекатися, або дочекатися, але виявиться, що зовсім засіб не так добре, як очікували, як це було обіцяно.
Розробка препарату – це методика генної інженерії, тобто найбільш передової галузі медицини як науки. Це означає, що за належного успіху результати і справді мають бути вражаючими. Втім, це означає, що процес виключно дорогий. Як правило, інвестори готові вкладати досить великі кошти в перспективні проекти, але коли тематика настільки гучна, тиск великий, а часові рамки досить розмиті, ризики оцінюються як величезні. Це зараз звучать оптимістичні прогнози на 3-4 роки, але всі знавці ринку добре знають, як часто тимчасові рамки розповзаються до десятиліть.
Дивно, неймовірно… чи таки?
Біотехнології - це область, яка для обивателя закрита до розуміння. Тому залишається лише сподіватися на слова «успішність доклінічних випробувань». Робочу назву препарат отримав «Білок теплового шоку». Втім, БТШ – це лише головний компонент медикаменту, який обіцяє стати проривом на ринку ліків проти онкології. Крім нього, до складу передбачається включення ряду корисних речовин, що буде гарантом дієвості засобу. А можливим усе це стало завдяки тому, що нові дослідженняБТШ показали, що молекула не просто допомагає вберегти від пошкодження живі клітини, але ще й є для імунітету таким собі «вказівним пальцем», що допомагає виявити, які клітини уражені пухлиною, а які ні. Простіше кажучи, з появою в організмі в досить великій концентрації БТШ, як сподіваються вчені, імунна відповідь сама по собі знищить хворі елементи.
Сподіватися та чекати
Підсумовуючи, можна сказати, що новинка проти пухлини заснована на тому, що організм і сам має засіб, який міг би знищити новоутворення, просто від природи воно досить слабке. Концентрація настільки мала, що ні про яке терапевтичному ефектігоді й мріяти. У той самий час частково БТШ перебувають у клітинах, не уражених пухлиною, і їх молекула нікуди не «піде». Тому і необхідне постачання корисної речовиниззовні – щоб воно далі директивно впливало на уражені елементи. До речі, поки вчені припускають, що навіть побічних ефектів у препарату не буде - і це за такої високої результативності! А пояснюють таке «чари» тим, що дослідження показали – токсичності немає. Втім, остаточні висновки будуть зроблені, коли доклінічні випробування добігають кінця, що вимагатиме не менше року.
Матеріал з вельми оптимістичним підзаголовком «Генно-інженерний препарат від усіх видів та стадій злоякісних пухлинпацієнти можуть отримати через три-чотири роки».
Однак будь-яка людина, яка хоч скільки-небудь знає про терапію онкологічних захворювань, побачивши такий прогноз у кращому разі здивовано підніме брови, а в гіршому — обуриться. Розповідаємо, що не так із черговою «науковою сенсацією».
Що трапилося?
Розробка препарату, про який розповіли в "Известиях", ведеться в Державному науково-дослідному інституті особливо чистих препаратів Федерального медико-біологічного агентства (ФМБА) Росії. Заступник директора з наукової роботи інституту, член-кореспондент РАН та доктор медичних наук, професор Андрій Симбірцев, у цьому матеріалі під заголовком «У Росії створили ліки від раку та перевірили його в космосі» розповів кореспондентові «Известий» про «білку теплового шоку», який кристалізували в невагомості, на МКС, і тепер проходять доклінічні випробування.
Зараз дослідження проводяться на грант Міністерства освіти і науки, а 100 мільйонів рублів на клінічні випробування вчені планують знайти за допомогою приватних інвесторів та програми державного 50% співфінансування. Щоб його залучити, розробники збираються «стукати у всі двері, тому що препарат унікальний. Ми стоїмо на порозі відкриття абсолютно нового засобу лікування раку. Воно дозволить допомогти людям із невиліковними пухлинами».
«Ми вже виготовляємо препарат на виробничих ділянках НДІ», — повідомляє натхненним журналістам Андрій Симбірцев, додаючи, що у Наразіпроходять випробування на мишах, а до пацієнтів він дійде лише через три-чотири роки.
У чому каверза?
Все це звучить дуже надихаюче, проте білки теплового шоку справді відомі давно, але люди чомусь досі не зробили з них панацею від усіх видів раку. Це досить велике сімейство білків, які активуються у відповідь на стрес у разі підвищення (а іноді й при зниженні) температури. Вони допомагають клітині боротися із наслідками деградації структури інших білків. Самий відомий прикладтакої зміни - згортання головного компонента яєчного білка, альбумін, при жарінні або варіння, коли він з прозорого стає білим. Так ось, білки теплового шоку усувають наслідки цих змін: «чинять» або остаточно утилізують структури, що деградували. Багато білків теплового шоку є водночас шаперонами, які допомагають іншим білкам «згортатися» правильно.
Довідка:
Шаперони - клас білків, основною функцією яких є відновлення третинної або четвертинної структури білків, також беруть участь в освіті та дисоціації білкових комплексів.
Білки теплового шоку є у всіх клітинах. Однак у різних клітинах (особливо пухлинних, які сильно відрізняються при різних видахраку як один від одного, так і від нормальних клітин організму) ці білки поводяться по-різному. Наприклад, в одних видах раку експресія білка HSP-70 може бути підвищеною (при злоякісній меланомі), так і зниженою (при раку нирки).
Щоб зрозуміти, про яке білку йдеться і чи справді він використовується в терапії раку і може допомогти при всіх його видах, ми поговорили з лікарем біологічних наукОлександром Сапожніковим. Цей вчений – керівник лабораторії клітинних взаємодій Інституту біоорганічної хімії імені М.М. Шемякіна та Ю.А. Овчиннікова РАН, яка займається одним із найперспективніших для розробок у цьому напрямку білків теплового шоку вже багато років. Він так прокоментував цю статтю:
«Я не скажу, що це марення, але це абсолютно некоректна інформація. Автором ідеї застосування білків теплового шоку з молекулярною масою 70 кілодальтон (так звані БТШ-70, англійською HSP70) є мій друг та колега Борис Маргуліс. Він працює в Інституті цитології у Санкт-Петербурзі.
Він та його дружина Ірина Гужова займаються цим білком все життя (я теж займаюся ним багато років, але не дослідженнями, пов'язаними з терапією раку). Формально завідувачем лабораторії є Ірина, вона займається вивченням того, як білок пов'язаний із нейродегенеративними захворюваннями, а Борис — завідувач відділу. Він перша у світі людина, яка запропонувала застосовувати «голу», не навантажену жодними пухлинно-асоційованими антигенами, білок.
Я не вірив у його уявлення про таке застосування цього білка (власне, поки що й не доведено, що це буде ефективно). Якщо «танцювати від грубки», є якийсь індус, Прамод Сривастава, який в Індії народився, але вчився, живе та працює в Америці. Він давно зробив не просто «вакцину» проти пухлини за допомогою БТШ-70, але і відкрив клініку і лікує нею онкологічних хворих. Зривастава виділяє цей білок прямо з пухлини: бере біопсію у пацієнтів, виділяє його зі шматочків тканини (є спеціальні способи отримати дуже високу фракціюцього білка).
Проте білок, який одержують із тканин онкологічних хворих, перебуває у міцному зв'язку з пухлинно-асоційованими пептидами – тими ознаками пухлини, які розпізнає імунна система. Тому, коли цей комплекс вводять хворим, у великої кількостіхворих виробляється імунна відповідь і виходить позитивний ефект для хворого.
Насправді, за статистикою цей ефект не перевищує ефект від застосування хіміотерапії. Але все-таки хіміотерапія "травить" організм, а ось така "вакцинація" організм не "травить". Це дуже давня історія, такий підхід давним-давно застосовується у клініці.
Олександр Сапожніков.Доктор біологічних наук, професор
Що стосується Бориса Маргуліса, він (зокрема, на базі моєї лабораторії) показав (і опублікував результати своєї роботи), що якщо чистий білок, без будь-якого пухлинного навантаження, додати до пухлинних клітин, то цей екзогенний білок змушує пухлинні клітини виставляти на свою поверхню ті самі пухлинно-асоційовані пептиди, які в нормальному стані знаходяться всередині цих клітин, у цитоплазмі. Тоді імунна система їх розпізнає, і організм самотужки відкидатиме ці клітини, боротиметься з пухлиною.
Це було показано у культурі in vitroтобто не в організмі, а в пробірці. До того ж Борис Маргуліс претендував лише на дитячі лейкемії, оскільки він пов'язаний із клініцистами у Пітері. Те, що Симбірцев у своєму інтерв'ю сказав, — це вже розширення такого методу застосування голого, чистого білка.
Механізм дії цього чистого білка – змушувати пухлину витягувати на поверхню (як сам Маргуліс це назвав, «видавлювати») ці пептиди зі своїм ендогенним білком. Цей білок є у всіх клітинах, і в світі немає жодної клітини, яка не мала б цього білка. Це дуже давній, дуже консервативний протеїн, він є у всіх (про віруси я не веду зараз мови).
Сам Маргуліс не потяг би доклінічні дослідження, він отримав (років п'ять тому) грант спільно з Інститутом особливо чистих препаратів. У цьому інституті, мабуть, і працює цей Симбірцев, його прізвище я чув багато разів, але якщо це Федеральне медико-біологічне агентство, до якого належить Інститут імунології на Каширці, в якому я багато років працював, то, швидше за все, це Інститут особливо чистих препаратів, з якими він отримав грант на доклінічні дослідження. У радянські рокице було Третє управління МОЗ. Саме з цим інститутом було отримано грант на доклініку від Мінобра на 30 мільйонів на три роки, який закінчився два роки тому.
Всі паперові справи Інститут особливо чистих препаратів зробив, вони відзвітували за своїм грантом, що стосується наступній стадії, просування препарату, там теж потрібні гроші Це перша стадія клінічних досліджень. Тут Борис Маргуліс, наскільки я розумію, відійшов від розробок, віддавши це на відкуп Інституту особливо чистих препаратів.
Вони роблять цей білок, зробили біотехнологію, у мене він навіть у холодильнику їсти, Борис давав його для випробувань. Вони у великих кількостях його роблять, зберігають у ліофілізованій формі (у сухому вигляді), у стерильних ампулах. Власне, цей препарат і треба, можливо з якимись добавками, застосовувати в клінічних випробуваннях. Але для цього потрібні гроші.
Побачивши випадково новину з інтерв'ю Симбірцева, я прочитав, послав Маргулісу, запитав, чи він читав. Борис мені відповів, що Андрій (з яким він добре знайомий) зробив якусь дурість, навіть не послався на авторів. Автором цієї ідеї (застосовувати чистий білок як протипухлинний препарат в онкології), повторюся, є Борис Маргуліс. Але, як я від нього чув останнім часом, він від цієї проблематики відійшов.
Я займаюся цим білком, але як імуномодулятором, як і моя лабораторія. Ми трошки працювали з протипухлинними властивостями на мишачих моделях. Там справді вийшли добрі результати. Я маю на увазі «голий» білок, він просто має імуностимулюючі властивості. До речі, ще велике питання, що є причиною його імуностимулюючих властивостей: сам білок чи якісь маленькі домішки, наприклад, ліпополісахариди. Цей білок одержують у бактеріальній культурі (у E.coli), це найпоширеніша техніка одержання рекомбінантних білків. Ліполісахариди (ЛПС) - компонент клітинної стінки бактерій, і очистити культуру від цієї домішки до кінця дуже складно. Звісно, очищають, але якісь мізерні концентрації залишаються. Ці домішки ЛПС теж мають імуностимулюючі властивості просто тому, що імунна система в процесі еволюції виробила свій захист від бактерій. Як тільки запах бактерій з'являється в організмі, імунна система активується. Тому багато авторів зараз вважають, що імуностимулюючі властивості цього білка, які модулюють і протипухлинну відповідь, викликані не БТШ як таким, а його домішкою. Але це питання наукове, дискусійне і не має відношення до практики.
Зараз, повторюся, Борис Маргуліс відходить від цієї теми, від онкології і працює над малими молекулами, які здатні регулювати продукцію цього білка. Він зв'язався з хіміками, які вміють робити інгібітори — такі специфічні кінази, якісь ферменти всередині клітин, які припиняють їхню роботу. Інгібітори можуть сказати якомусь ферменту: "Ні, ти не маєш права працювати".
Це робиться дуже просто: всі ферменти мають центр зв'язування з субстратом, і якщо взяти якусь маленьку молекулу, яка вбудується в цей центр зв'язування субстрату, він вже не зможе цей субстрат обробляти. Борис зараз займається такими молекулами, які інгібують внутрішньоклітинний синтез цього БТШ-70. І справді такі молекули дуже актуальні, і не тільки для фундаментальної біології, а й для практики, клінічної медицини».
Loading...