Hősokk fehérje - Heat shock protein

A hősokk fehérjék ( HSP ) olyan fehérjék családja, amelyeket a sejtek termelnek stresszes körülményeknek való kitettség hatására . Ezeket először a hősokk kapcsán írták le , de ma már ismert, hogy más igénybevételek során is kifejeződnek, beleértve a hidegnek, UV -sugárzásnak való kitettséget, valamint a sebgyógyulást vagy a szövetek átalakítását. Ennek a csoportnak számos tagja ellátja a chaperon funkciókat az új fehérjék stabilizálásával a megfelelő összecsukás biztosítása érdekében, vagy segíti a sejt stressz által károsított fehérjék újrafeldolgozását. Ez az expresszió -növekedés transzkripciósan szabályozott. A drámai upreguláció a hősokk fehérjék egy kulcsfontosságú része a hősokk válasz , és indukálódik elsősorban hősokk faktor (HSF). A HSP -k gyakorlatilag minden élő szervezetben megtalálhatók, a baktériumoktól az emberekig .

A hősokk fehérjéket molekulatömegük szerint nevezik el. Például a Hsp60 , a Hsp70 és a Hsp90 (a legszélesebb körben tanulmányozott HSP -k) 60, 70 és 90 kilodalton nagyságrendű hősokkfehérjék családjaira utalnak . A kisméretű, 8 kilodaltonos fehérje, az ubiquitin , amely a fehérjék lebomlását jelzi, szintén hősokk-fehérje jellemzőit tartalmazza. A körülbelül 80 aminosavból álló alfa-kristályosból álló konzervált fehérjekötő domén kis hősokk-fehérjék (sHSP) néven ismert.

Felfedezés

Ismeretes, hogy a gyors hőkeményedést kiválthatja a sejtek rövid, szubletális magas hőmérsékletnek való kitettsége, ami viszont védelmet nyújt a későbbi és súlyosabb hőmérsékletekkel szemben. 1962-ben Ferruccio Ritossa olasz genetikus arról számolt be, hogy a hő és a metabolikus szétválasztó 2,4-dinitrofenol jellegzetes " puffadást " okozott a Drosophila kromoszómáiban . Ez a felfedezés végül a hősokk-fehérjék (HSP) vagy a stresszfehérjék azonosításához vezetett, amelyek kifejeződését ez a puffadás képviselte. A kiválasztott fehérjék fokozott szintéziséről a Drosophila sejtekben olyan stresszek miatt, mint a hősokk, először 1974-ben számoltak be. 1974-ben Tissieres, Mitchell és Tracy felfedezték, hogy a hősokk kis számú fehérje termelését indukálja, és gátolja a legtöbb más termelését. Ez a kezdeti biokémiai megállapítás számos tanulmányt indított el a hősokk indukciójáról és annak biológiai szerepéről. A hősokk fehérjék gyakran kísérőként működnek a hőstressz által károsított fehérjék újrahajtogatásában. A hősokk fehérjéket minden vizsgált fajban találták, a baktériumoktól az emberekig, ami arra utal, hogy nagyon korán fejlődtek ki, és fontos funkciójuk van.

Funkció

Marvin és mtsai. Az sHSP -k egymástól függetlenül nemcsak a hősokk válaszában fejeződnek ki, hanem fejlődési szerepük is van az emlősök, a távoli halak és néhány alsó csigolya genomjának embrionális vagy fiatalkori szakaszában. A hspb1 (HSP27) a stressz során, valamint az embrió, a somiták, a hátsó agy középső része, a szív és a lencse fejlődése során fejeződik ki a zebrahalban. Az alfa -kristályt kódoló hspb4 gén expressziója jelentősen megnő a lencsében a hősokk hatására.

Stresszben történő szabályozás

A magas hősokk -fehérjék termelődését különböző környezeti stressz -feltételeknek való kitettség is kiválthatja , például fertőzés , gyulladás , testmozgás, a sejt káros anyagoknak való kitettsége ( etanol , arzén és nyomelemek , többek között). , ultraibolya fény, éhezés , hipoxia ( oxigénhiány ), nitrogénhiány (növényekben) vagy vízhiány. Következésképpen a hősokk -fehérjéket stresszfehérjéknek is nevezik, és azok felülszabályozását néha általánosabban a stresszválasz részeként írják le .

A baktériumokban meghatározták azt a mechanizmust, amellyel a hősokk (vagy más környezeti stresszor) aktiválja a hősokk tényezőt. A hőstressz során a külső membránfehérjék (OMP) nem hajtogathatók, és nem tudnak megfelelően beilleszkedni a külső membránba. A periplazmatikus térben halmozódnak fel . Ezek OMP-k által észlelt ° -kal, egy belső membránt proteáz , amely átmegy a jel a membránon keresztül a sigmaE transzkripciós faktor. Egyes tanulmányok azonban azt sugallják, hogy a sérült vagy kóros fehérjék növekedése a HSP -ket működésbe hozza.

Néhány bakteriális hősokkfehérjét az RNS-hőmérőket magában foglaló mechanizmus , például a FourU-hőmérő , a ROSE-elem és a Hsp90-cisz-szabályozó elem segítségével szabályoznak .

Petersen és Mitchell azt találták, hogy a D. melanogasterben egy enyhe hősokk előkezelés, amely hősokk gén expressziót indukál (és nagymértékben javítja a túlélést az ezt követő magasabb hőmérsékletű hősokk után), elsősorban az üzenet RNS transzlációját befolyásolja , nem pedig az RNS transzkripcióját . A hősokk -fehérjék szintetizálódnak a D. melanogasterben is, miközben helyreállnak a hosszú ideig tartó hidegtől, hősokk hiányában. Az azonos típusú enyhe hősokk -előkezelés, amely megvédi a halált a későbbi hősokkoktól, megakadályozza a hidegtől való halált is.

Kísérő szerep

Számos hősokk fehérje más fehérjék sejten belüli kísérőjeként működik. Fontos szerepet játszanak a fehérje -fehérje kölcsönhatásokban, mint például a hajtogatás, és segítik a megfelelő fehérje -konformáció (forma) kialakítását és a nem kívánt fehérjeaggregáció megelőzését. Azáltal, hogy segíti a részben kibontott fehérjék stabilizálását, a HSP -k elősegítik a fehérjék szállítását a sejtmembránokon keresztül.

A HSP család egyes tagjai alacsony vagy közepes szinten fejeződnek ki minden szervezetben, mivel alapvető szerepük van a fehérjék fenntartásában.

Menedzsment

A hősokk fehérjék nem stresszes körülmények között is előfordulnak, egyszerűen "figyelik" a sejt fehérjéit. Néhány példa „monitor” szerepükre az, hogy régi fehérjéket visznek a sejt „újrahasznosító ládájába” ( proteaszóma ), és segítik az újonnan szintetizált fehérjék megfelelő hajtogatását.

Ezek a tevékenységek a sejt saját javító rendszerének részét képezik, amelyet "celluláris stresszválasznak" vagy "hősokk-válasznak" neveznek.

A közelmúltban számos tanulmány mutat összefüggést a HSP-k és a kettős frekvenciájú ultrahang között, amint azt az LDM-MED gép használata bizonyítja.

Úgy tűnik, hogy a hősokk fehérjék hajlamosabbak az önbomlásra, mint más fehérjék, mivel lassú proteolitikus hatást gyakorolnak magukra.

Szív- és érrendszer

A hősokk fehérjék jelentős kardiovaszkuláris szerepet töltenek be. Hsp90, hsp84 , hsp70, hsp27 , hsp20 , és alfa-B krisztallin mind leírták, amelynek szerepe van a szív- és érrendszeri.

A Hsp90 megköti az endoteliális nitrogén -monoxid -szintázt és az oldható guanilát -ciklázt , amelyek viszont részt vesznek az erek ellazításában.

Krief és mtsai. a hspb7 -et (cvHSP - kardiovaszkuláris hősokk fehérje) a szív hősokk fehérjéjének nevezték. A Gata4 a szív morfogeneziséért felelős alapvető gén. Ezenkívül szabályozza a hspb7 és a hspb12 génexpresszióját. A Gata4 kimerülése a hspb7 és a hspb12 transzkripciós szintjének csökkenését eredményezheti, ez pedig szív -myopathiához vezethet a zebrafish embriókban, amint azt Gabriel et al.

A hspb7 a Kupffer-hólyagok alulszabályozásában is szerepet játszik, amely felelős a szív bal-jobb aszimmetriájának szabályozásáért a zebrahalban. A hspb7 mellett a hspb12 részt vesz a szív laterális meghatározásában. A nitrogén -monoxid -sejt jelátviteli útjának kináza, a protein -kináz G , foszforilez egy kis hősokk -fehérjét, a hsp20 -at. A Hsp20 foszforiláció jól korrelál a simaizom -ellazulással, és az egyik jelentős foszfoprotein, amely részt vesz a folyamatban. A Hsp20 jelentősnek tűnik a simaizom -fenotípus fejlődésében a fejlődés során. A Hsp20 szintén jelentős szerepet játszik a vérlemezkék aggregációjának megelőzésében, a szív miocita funkciójában és az iszkémiás sérülés utáni apoptózis megelőzésében, valamint a vázizomzat működésében és az izomválaszban.

A Hsp27 fő foszfoprotein a nők összehúzódásai során. A Hsp27 kis izomvándorlásokban működik, és úgy tűnik, szerves szerepet tölt be.

Immunitás

A hősokk-fehérjék immunrendszerben betöltött funkciója azon alapul, hogy nemcsak teljes fehérjéket, hanem peptideket is képesek megkötni. Ennek az interakciónak az affinitása és specificitása jellemzően alacsony.

Kimutatták, hogy legalább néhány, a HSP-k rendelkeznek ezt a képességet, elsősorban a hsp70 , hsp90 , gp96 és calreticulin , és ezek peptid-kötőhelyet azonosítottak. A gp96 esetében nem világos, hogy képes-e kötni a peptideket in vivo , bár peptidkötő helyét megtalálták. De a gp96 immunfunkciója peptidfüggetlen lehet, mivel számos immunreceptor, például TLR vagy integrin megfelelő összecsukásában vesz részt .

Ettől eltekintve a HSP-k stimulálhatják az immunreceptorokat, és fontosak a gyulladást elősegítő jelátviteli folyamatokban részt vevő fehérjék megfelelő összecsukásában.

Funkció az antigén bemutatásában

A HSP -k nélkülözhetetlen összetevői az antigén bemutatási útvonalaknak - a klasszikusaknak, valamint a kereszt -bemutatásnak és az autofágiának .

MHCI bemutató

Ennek az útvonalnak az egyszerűsített nézetében a HSP -ket általában nem említik: antigén peptidek keletkeznek a proteaszómában , transzportálódnak az ER -be a fehérje transzporter TAP -on keresztül , és betöltik az MHCI -ra , amely ezután a plazmamembrán szekréciós útján megy keresztül .

De a HSP -k fontos szerepet játszanak a széthajtott fehérjék proteaszómába történő átvitelében, és az előállított peptidek az MHCI -ba . A Hsp90 asszociálódhat a proteaszómával és átveheti a létrehozott peptideket. Ezt követően társulhat a hsp70 -hez , amely továbbviszi a peptidet a TAP -ba . Miután áthaladt a TAP, egy ER chaperonok egyre fontosabb - kalretikulin olyan peptideket köt, és együtt gp96 formában peptid loading komplex MHCI.

Ez a peptidekkel való átadás fontos, mivel a HSP -k képesek megvédeni a peptidekben található hidrofób maradékokat, amelyek egyébként problémásak lennének a vízi citoszolban. A peptidek egyszerű diffúziója is túl hatástalan lenne.

MHCII bemutató

Az MHCII prezentációban a HSP-k részt vesznek a klatrin-függő endocitózisban . Ha a HSP-k extracellulárisak, akkor a kapcsolódó peptideket be tudják vezetni az MHCII útvonalába, bár nem ismert, hogyan lehet megkülönböztetni őket a keresztben bemutatottól (lásd alább).

Autofágia

A HSP -k részt vesznek a klasszikus makroautofágiában, amikor a fehérjeaggregátumok kettős membránnal vannak elzárva és utána lebomlanak. Ők is részt vesznek az autofágia speciális típusában, az úgynevezett "chaperone-közvetített autofágia" -ban, amikor lehetővé teszik a citoszol fehérjék bejutását a lizoszómákba.

Keresztbemutató

Ha a HSP-k extracellulárisak, akkor kötődhetnek a dendritikus sejtek (DC) specifikus receptoraihoz, és elősegíthetik hordozott peptidjeik kereszt-bemutatását. A legfontosabb receptorok ebben az esetben a scavenger receptorok , elsősorban az SRECI és a LOX-1 . Korábban a CD91 megkötő receptort javasolták közös HSP receptornak. Most azonban ennek relevanciája vitatott, mivel az egyenáramú típusok többsége nem fejezi ki a CD91 -et megfelelő mennyiségben, és sok HSP kötési képessége nem bizonyított. Egyes megkötő receptorok stimulálása akár immunszuppressziót is eredményezhet, ez a helyzet az SRA esetében.

LOX-1 és SRECI, amikor stimulálták, a HSP-ket és a hozzájuk tartozó peptideket kereszt-prezentációba vezetik. A LOX-1 elsősorban a hsp60 és a hsp70 kötődik . Az SRECI-t most a közös hősokk-fehérjereceptor tartja, mert megköti a hsp60 , hsp70 , hsp90 , hsp110, gp96 és GRP170 sejteket .

Az ilyen típusú kereszt-bemutatás relevanciája nagy, különösen a tumor-immunfelügyeletben . A HSP-nek köszönhetően a megkötött peptid védve van a dendritikus sejtrészek lebomlása ellen, és nagyobb a kereszt-bemutatás hatékonysága. A HSP-peptid komplex internalizálása is hatékonyabb, mint az oldható antigének internalizálása. A tumorsejtek általában csak néhány neoantigént expresszálnak, amelyeket az immunrendszer megcélozhat, és nem minden tumorsejt expresszálja azokat. Emiatt a tumoros antigének mennyisége korlátozott, és a kereszt-bemutatás nagy hatékonysága szükséges az erős immunválasz kialakításához.

A Hsp70 és a hsp90 intracellulárisan is részt vesz a kereszt-prezentáció citoszolikus útvonalában, ahol segítik az antigéneknek az endoszómából a citoszolba való bejutását.

A hősokk fehérjék, mint károsodással összefüggő molekuláris minták

Az extracelluláris hősokk-fehérjék az immunitás által károsodással összefüggő molekuláris mintázatként (DAMP) érzékelhetők. Képesek kölcsönhatásba lépni a mintázatfelismerő receptorokkal, mint a TLR2 vagy a TLR4, és aktiválni tudják az antigénbemutató sejteket a ko-stimulációs molekulák (CD80, CD86, CD40), az MHC molekulák és a gyulladást elősegítő és Th1 citokinek felülszabályozásával .

A hősokk fehérjék jelezhetnek a megkötő receptorokon keresztül is , amelyek társulhatnak TLR-ekhez, vagy aktiválhatják a gyulladást elősegítő intraceluláris útvonalakat, mint például a MAPK vagy az NF- kB . Kivéve az SRA-t, amely alulszabályozza az immunválaszt.

Hogyan jutnak be a hősokk fehérjék az extracelluláris térbe

A hősokk fehérjék nem kanonikus szekréciós úton vagy vezető nélküli úton választhatók ki az immunsejtekből vagy a tumorsejtekből, mivel nem rendelkeznek vezető peptiddel, amely a fehérjéket az endoplazmatikus retikulumba juttatja. A nem kanonikus szekréció hasonló lehet az IL1 b esetében előforduló szekrécióhoz , és azt stresszállapotok indukálják.

Egy másik lehetőség felszabadulását HSP-k során sejt nekrózis , vagy szekrécióját HSP-k a exoszómák . Speciális apoptotikus sejtpusztulások során (például néhány kemoterápia által kiváltva ) a HSP -k a plazmamembrán extracelluláris oldalán is megjelenhetnek.

Vita folyik arról, hogy a HSP meddig tudja tartani peptidjét az extracelluláris térben, legalábbis a hsp70 esetében a peptiddel rendelkező komplex meglehetősen stabil.

Az extracelluláris HSP szerepe sokféle lehet. Nagyon függ a szövetek kontextusától, hogy a HSP -k stimulálják -e az immunrendszert, vagy elnyomják az immunitást. Elősegíthetik a Th17 , Th1 , Th2 vagy Treg válaszokat az antigént bemutató sejtektől függően .

Ennek eredményeként a hősokk-fehérjék klinikai alkalmazása a rák kezelésében (az immunválasz erősítése) és az autoimmun betegségek kezelésében (az immunitás elnyomása) egyaránt alkalmazható.

Lencse

Az alfa-kristály ( α4-kristály ) vagy a hspb4 részt vesz a Zebrafish lencse kifejlesztésében, mivel a Zebrafish embrió fejlődési szakaszaiban fellépő hősokk hatására fejeződik ki.

Klinikai jelentőség

A hősokk 1 faktor (HSF1) egy transzkripciós faktor, amely részt vesz a Hsp70 fehérje expressziójának általános fenntartásában és felszabályozásában. Nemrég fedezték fel, hogy a HSF1 a rákkeltő hatás sokoldalú módosítója . HSF1 egereknek mutatnak szignifikánsan csökkent előfordulására bőr tumor helyi alkalmazását követően DMBA (7,12- d i m etil- b Enz a nthracene), egy mutagén . Ezenkívül a HSF1 gátlása egy erős RNS aptamer által csökkenti a mitogén (MAPK) jelátvitelt és rákos sejtek apoptózisát indukálja .

Alkalmazások

Rák elleni védőoltások

Tekintettel a prezentációban betöltött szerepükre , a HSP -k hasznosak immunológiai adjuvánsként (DAMPS) a vakcinára adott válasz fokozásában . Ezenkívül egyes kutatók azt feltételezik, hogy a HSP -k részt vehetnek az elhalt rosszindulatú sejtek fehérjefragmentumainak megkötésében és az immunrendszer számára történő bemutatásában. Ezért a HSP -k hasznosak lehetnek a rákos vakcinák hatékonyságának növelésében.

A daganatsejtekből izolált HSP-k önmagukban is képesek specifikus tumorellenes oltóanyagként működni. A tumorsejtek sok HSP-t expresszálnak, mert mutáns és túlzottan expresszált onkogéneket kell kísérniük , a tumorsejtek is állandó stresszben vannak. Amikor izolálunk HSP -ket egy daganatból, a HSP -k által kötött peptid -repertoár némileg ezeknek a tumorsejteknek az ujjlenyomata. Az ilyen HSP -k alkalmazása a páciensbe, majd stimulálja az immunrendszert (elősegíti a hatékony antigénbemutatást és DAMP -ként működik) kifejezetten a daganat ellen, és a tumor regressziójához vezet. Ez az immunizálás nem működik más tumor ellen. Autológ módon használták a gp96 és a hsp70 klinikai vizsgálatai során, de in vitro ez minden immunreleváns HSP esetében működik.

Rákellenes terápiák

Az intracelluláris hősokk fehérjék erősen expresszálódnak a rákos sejtekben, és elengedhetetlenek ezeknek a sejttípusoknak a túléléséhez a mutált és túlzottan expresszált onkogének jelenléte miatt. Sok HSP is elősegítheti az invazivitást és az áttétek kialakulását a tumorokban, blokkolhatja az apoptózist vagy elősegítheti a rákellenes szerekkel szembeni rezisztenciát. Ezért a HSP -k kis molekulájú inhibitorai , különösen a Hsp90 , ígéretesnek bizonyulnak rákellenes szerekként. A hatásos Hsp90 inhibitor, 17-AAG volt klinikai vizsgálatok kezelésére számos típusú rák, de különböző okok miatt nem kapcsolódó hatékonyság nem megy tovább 3. fázis HSPgp96 is mutatja, ígérnek, mint rákellenes kezelést, és jelenleg a klinikai vizsgálatok során elleni nem kissejtes tüdőrák.

Autoimmunitás kezelés

A DAMP -ként működő HSP -k extracellulárisan elősegíthetik az autoimmun reakciókat, amelyek olyan betegségekhez vezethetnek, mint a reumatoid arthritis vagy a szisztémás lupus erythematosus . Mindazonáltal, azt találták, hogy alkalmazása bizonyos HSP-k a betegekbe képes indukálni immuntolerancia és autoimmun betegségek kezelésére. A mögöttes mechanizmus nem ismert. A HSP -ket (különösen a hsp60 és a hsp70) klinikai vizsgálatokban használják a rheumatoid arthritis és az I. típusú cukorbetegség kezelésére .

A Hsp90 inhibitorok az autoimmunitás másik lehetséges kezelési módja, mivel a hsp90 szükséges számos gyulladást elősegítő fehérje ( PI3K , MAPK és NF- kB kaszkád komponensei) megfelelő hajtogatásához .

Mezőgazdasági

A kutatók azt is vizsgálják, hogy a HSP -k milyen szerepet játszanak a stressztűrésben a hibridizált növények számára, remélve, hogy kezelni tudják az aszályt és a rossz talajviszonyokat a gazdálkodáshoz. Kimutatták, hogy a szárazságra reagálva különböző HSP-k eltérő módon fejeződnek ki a szárazságtűrő és aszályérzékeny cirokfajták levelében és gyökerében.

Osztályozás

A fő hősokk fehérjék, amelyek chaperon aktivitással rendelkeznek, öt konzervált osztályba tartoznak: HSP33 , HSP60 , HSP70 /HSP110, HSP90 , HSP100 és a kis hősokk fehérjék ( sHSP ). A humán HSP gének szabványos nómenklatúrája rendelkezésre áll.

Hozzávetőleges molekulatömeg

( kDa )

Prokarióta fehérjék Eukarióta fehérjék Funkció
10 kDa GroES Hsp10 (HSPD) A Hsp60 társtényezője
20-30 kDa GrpE Emberben: GRPE1 , GRPE2 DnaK/Hsp70 társfaktor, csak bakteriális vagy mitokondriális/kloroplasztikus formák esetén
20-30 kDa Hsp20 Humán HSPB gének. Tizenegy tag emlősökben, beleértve a Hsp27 , HSPB6 vagy HspB1 -et Chaperones
40 kDa DnaJ Hsp40 (DNAJ*; három alcsalád emberben) A Hsp70 társtényezője
60 kDa GroEL, 60 kDa antigén Hsp60 (HSPE) Részt vesz a fehérje hajtogatásában a mitokondriumba/kloroplasztiszba történő transzláció utáni importálás után; egy chaperonin
70 kDa DnaK Humán HSPA gének. Ide tartozik a Hsp71 ( HSPA8 ), a Hsp72 ( HSPA1A ), a Grp78 ( BiP , HSPA5); Hsx70 ( HSPA1B ) csak főemlősökben található.

A Hsp110 gének ebből a szupercsaládból származnak, és HSPH1 -től 4 -ig vannak kódolva.

Fehérje hajtogatása és kibontása. Hőtoleranciát biztosít a sejteknek hőhatás hatására és véd a H2O2 ellen . Ezenkívül megakadályozza a fehérje hajtogatását a mitokondriumokba/kloroplasztiszba történő transzláció utáni behozatal során. A Hsp110 tolerálja a szélsőséges hőmérsékletet.
90 kDa HtpG, C62,5 Humán HSPC gének. Tartalmazza a Hsp90, Grp94 ( HSPC4 ) A szteroid receptorok és a transzkripciós faktorok karbantartása
100 kDa ClpB, ClpA, ClpX Hsp104 ( CLPB ) Oldhatatlan fehérjeaggregátumok kibontása; DnaK/Hsp70 társfaktor

Bár az egyes családok legfontosabb tagjait itt táblázatba foglaljuk, egyes fajok további chaperonokat, co-chaperonokat és hősokk-fehérjéket fejezhetnek ki . Ezen túlmenően sok ilyen fehérje többféle illesztési variánst is tartalmazhat (például Hsp90α és Hsp90β) vagy nómenklatúra -konfliktusokat (a Hsp72 -t néha Hsp70 -nek hívják).

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek