Proteini toplotnega šoka (HSP): uvod. O novem zdravilu proti raku: "Ni neumnost, ampak popolnoma napačna informacija. Kaj so proteini toplotnega šoka

Gradivo z zelo optimističnim podnaslovom »Gensko spremenjena zdravila za vse vrste in stopnje maligni tumorji bolniki ga lahko dobijo v treh do štirih letih.«

Vendar pa bo vsaka oseba, ki vsaj malo ve o zdravljenju onkoloških bolezni, v najboljšem primeru presenečeno dvignila obrvi, v najslabšem primeru pa bo ogorčena ob pogledu na takšno napoved. Povemo vam, kaj je narobe z najnovejšo "znanstveno senzacijo".

Kaj se je zgodilo?

Razvoj zdravila, ki je bil opisan v Izvestijah, poteka na Državnem raziskovalnem inštitutu za visoko čista zdravila Zvezne medicinske in biološke agencije (FMBA) Rusije. Namestnik direktorja za znanstveno delo Inštitut, dopisni član Ruske akademije znanosti in doktor medicinske vede Profesor Andrej Simbircev je v tem članku z naslovom »V Rusiji so ustvarili zdravilo za raka in ga testirali v vesolju« povedal dopisniku Izvestia o »beljakovini toplotnega šoka«, ki je bila kristalizirana v ničelni gravitaciji na ISS in je zdaj v predkliničnem testiranju.

Trenutno raziskave potekajo z donacijo Ministrstva za izobraževanje in znanost, znanstveniki pa nameravajo najti 100 milijonov rubljev za klinična preskušanja s pomočjo zasebnih vlagateljev in 50-odstotnega programa državnega sofinanciranja. Da bi ga pritegnili, bodo razvijalci »potrkali na vsa vrata, saj je zdravilo edinstveno. Smo na pragu odkritja popolnoma novega zdravljenja raka. Pomagal bo ljudem z neozdravljivimi tumorji.«

»Zdravilo že proizvajamo z uporabo proizvodna mesta Raziskovalni inštitut,« navdušenim novinarjem pove Andrej Simbircev in doda, da trenutno potekajo testi na miših, do pacientov pa bo prišel v samo treh do štirih letih.

V čem je fora?

Vse to zveni zelo navdihujoče, vendar so proteini toplotnega šoka pravzaprav znani že dolgo, vendar ljudje iz neznanega razloga še vedno niso naredili zdravila za vse vrste raka. To je precej velika družina beljakovin, ki se aktivirajo kot odziv na stres, ko se temperatura poveča (in včasih zniža). Celici pomagajo pri boju proti posledicam razgradnje strukture drugih beljakovin. Najbolj znan primer takšne spremembe je koagulacija glavne sestavine jajčnega beljaka, albumina, med cvrtjem ali vretjem, ko ta iz bistrega postane bel. Beljakovine toplotnega šoka torej odpravijo posledice teh sprememb: »popravijo« oziroma dokončno izkoristijo degradirane strukture. Številni proteini toplotnega šoka so tudi spremljevalci, ki pomagajo drugim proteinom pri pravilnem zvijanju.

Referenca:
Šaperoni so razred proteinov, katerih glavna funkcija je obnavljanje terciarne ali kvartarne strukture proteinov, sodelujejo pa tudi pri tvorbi in disociaciji proteinskih kompleksov.

Beljakovine toplotnega šoka najdemo v vseh celicah. Vendar v različnih celicah (predvsem tumorskih, ki se med seboj zelo razlikujejo različni tipi raka drug od drugega in od normalnih celic v telesu), se ti proteini obnašajo različno. Na primer, pri nekaterih vrstah raka se lahko izražanje proteina HSP-70 poveča (pri malignem melanomu) ali zmanjša (pri raku ledvic).

Da bi razumeli, o kakšni beljakovini govorimo in ali se res uporablja pri zdravljenju raka ter lahko pomaga pri vseh vrstah raka, smo se pogovarjali z doktorjem bioloških znanosti Aleksandrom Sapožnikovim. Ta znanstvenik je vodja laboratorija celičnih interakcij na Inštitutu za bioorgansko kemijo M.M. Shemyakin in Yu.A. Ovchinnikov RAS, ki že vrsto let dela na enem najbolj obetavnih proteinov toplotnega šoka za razvoj v tej smeri. Na ta članek je komentiral:

»Ne bom rekel, da je to neumnost, ampak to je popolnoma napačna informacija. Avtor ideje o uporabi proteinov toplotnega šoka z molekulsko maso 70 kilodaltonov (tako imenovani HSP-70, po angleško HSP70) je moj prijatelj in sodelavec Boris Margulis. Dela na Inštitutu za citologijo v Sankt Peterburgu.

Z ženo Irino Guzhovo se že vse življenje ukvarjata s tem proteinom (tudi jaz se ukvarjam že vrsto let, vendar ne z raziskavami, povezanimi s terapijo raka). Formalno je vodja laboratorija Irina, ki preučuje, kako so proteini povezani z nevrodegenerativnimi boleznimi, Boris pa je vodja oddelka. Je prva oseba na svetu, ki je predlagala uporabo "gole" beljakovine, ki ni obremenjena z antigeni, povezanimi s tumorjem.

Nisem verjel v njegove ideje o tej uporabi tega proteina (pravzaprav še ni dokazano, da bo učinkovit). Če »plešemo od štedilnika«, je tu neki hindujec Pramod Srivastava, ki je rojen v Indiji, a je študiral, živi in dela v Ameriki. Pred davnimi časi ni le izdelal »cepiva« proti tumorju s HSP-70, ampak je odprl tudi kliniko in z njim zdravi bolnike z rakom. Srivastava izolira ta protein neposredno iz tumorja: bolnikom vzame biopsijo, izolira ga iz koščkov tkiva (obstajajo posebni načini za pridobitev zelo visokega deleža tega proteina).

Vendar pa je beljakovina, pridobljena iz tkiv bolnikov z rakom, v močnem stiku s peptidi, povezanimi s tumorjem – tistimi znaki tumorja, ki jih prepozna imunski sistem. Zato pri dajanju tega kompleksa bolnikom veliko število bolnikov razvije imunski odziv in doseže pozitiven učinek za bolnika.

Dejansko po statističnih podatkih ta učinek ne presega učinka kemoterapije. Ampak vseeno, kemoterapija "zastrupi" telo, vendar takšno "cepljenje" ne "zastrupi" telesa. To je zelo dolga zgodovina, ta pristop se v kliniki uporablja že dolgo časa.
Aleksander Sapožnikov. Doktor bioloških znanosti, profesor

Kar zadeva Borisa Margulisa, je (zlasti na podlagi mojega laboratorija) pokazal (in objavil rezultate svojega dela), da če tumorskim celicam dodamo čiste beljakovine brez tumorske obremenitve, potem te eksogene beljakovine povzročijo, da se tumorske celice izpostavijo. isti peptidi, povezani s tumorjem, ki se običajno nahajajo znotraj teh celic, v citoplazmi. Takrat jih bo imunski sistem prepoznal, telo pa bo te celice samo zavrnilo in se borilo proti tumorju.

To se je pokazalo v kulturi in vitro, torej ne v telesu, ampak v epruveti. Poleg tega je Boris Margulis trdil le za otroško levkemijo, saj je povezan s kliniki v Sankt Peterburgu. Kar je Simbirtsev povedal v svojem intervjuju, je razširitev te metode uporabe golih, čistih beljakovin.

Mehanizem delovanja tega čistega proteina je, da prisili tumor, da potegne na površje (kot je Margulis sam rekel, "iztisne") te peptide z njihovim endogenim proteinom. Ta protein je prisoten v vseh celicah in ni celice na svetu, ki tega proteina ne bi imela. To je zelo starodavna, zelo konzervativna beljakovina, vsi jo imajo (ne govorim zdaj o virusih).

Sam Margulis predkliničnih raziskav ne bi izvajal, prejel je (pred petimi leti) štipendijo skupaj z Inštitutom za visoko čista zdravila. Očitno na tem inštitutu dela ta Simbirtsev, velikokrat sem slišal njegovo ime, a ker je to Zvezna medicinsko-biološka agencija, ki vključuje Inštitut za imunologijo na Kaširki, kjer sem delal dolga leta, potem je to najverjetneje Inštitutu za visoko čista zdravila, s katerim je prejel nepovratna sredstva za predklinične raziskave. IN Sovjetska leta to je bil Tretji direktorat Ministrstva za zdravje. Prav s tem inštitutom so za predkliniko prejeli 30-milijonsko nepovratno pomoč ministrstva za izobraževanje za tri leta, ki so se končala pred dvema letoma.

Inštitut za visoko čiste preparate je naredil vso papirologijo, poročali so o svoji donaciji, saj je za naslednjo fazo, promocijo zdravila, tudi tam potreben denar. To je prva stopnja kliničnih preskušanj. Tu se je Boris Margulis, kolikor razumem, že oddaljil od razvoja in ga prepustil Inštitutu za visoko čiste pripravke.

Oni delajo ta protein, oni so naredili biotehnologijo, jaz ga imam celo v hladilniku, Boris mi ga je dal v preizkus. Izdelujejo ga v velikih količinah in ga hranijo v liofilizirani obliki (na suhem) v sterilnih ampulah. Pravzaprav bi bilo treba to zdravilo uporabiti, morda z nekaterimi dodatki, v kliničnih preskušanjih. Ampak to zahteva denar.

Ko sem slučajno videl novico z intervjujem Simbirceva, sem jo prebral, poslal Margulisu in vprašal, ali jo je prebral. Boris mi je odgovoril, da je Andrej (ki ga dobro pozna) naredil neumnost, niti se ni skliceval na avtorje. Avtor te ideje (za uporabo čistega proteina kot protitumorskega zdravila v onkologiji), ponavljam, je Boris Margulis. Ampak, kolikor sem ga zadnje čase slišal, se je oddaljil od tega vprašanja.

Delam na tem proteinu, vendar kot imunomodulatorju, kot moj laboratorij. Delali smo malo s protitumorskimi lastnostmi na mišjih modelih. Tam je res delovalo dobri rezultati. Mislim na "gole" beljakovine, preprosto imajo imunostimulativne lastnosti. Mimogrede, veliko vprašanje je, kaj je razlog za njegove imunostimulacijske lastnosti: sama beljakovina ali nekatere majhne nečistoče, na primer lipopolisaharidi. Ta protein je pridobljen v bakterijski kulturi (in E.coli), je to najpogostejša tehnika za proizvodnjo rekombinantnih proteinov. Lipopolisaharidi (LPS) – komponenta celične stene bakterij in je zelo težko popolnoma očistiti kulturo te nečistoče. Seveda ga očistijo, a nekaj majhnih koncentracij ostane. Te nečistoče LPS imajo tudi imunostimulativne lastnosti preprosto zato, ker se je imunski sistem razvil tako, da razvija lastno obrambo proti bakterijam. Takoj ko se v telesu pojavi "vonj" po bakterijah, se aktivira imunski sistem. Zato mnogi avtorji zdaj verjamejo, da imunostimulacijske lastnosti tega proteina, ki prav tako modulirajo protitumorski odziv, ne povzroča HSP kot tak, temveč njegova primes. Toda to vprašanje je znanstveno, sporno in nima nobene zveze s prakso.

Zdaj, ponavljam, Boris Margulis se odmika od te teme, od onkologije, in dela na majhnih molekulah, ki lahko uravnavajo proizvodnjo tega proteina. Povezal se je s kemiki, ki znajo izdelati inhibitorje - take specifične kinaze, neke encime znotraj celic, ki ustavijo njihovo delo. Inhibitorji lahko nekemu encimu rečejo: "Ne, nimaš pravice delati."

To se naredi zelo preprosto: vsi encimi imajo center za vezavo substrata in če vzamete neko majhno molekulo, ki je vgrajena v ta center za vezavo substrata, ta tega substrata ne bo mogla več obdelati. Boris zdaj dela na molekulah, ki zavirajo znotrajcelično sintezo tega HSP-70. In res so takšne molekule zelo pomembne, ne le za temeljno biologijo, ampak tudi za prakso in klinično medicino.«

Alexander Sapozhnikov se s tem ne strinja teoretična osnova mehanizem delovanja zdravila. Po njegovem mnenju lahko HSP70 deluje na drugačen način, ki ga je treba še preučiti, vendar ostaja dejstvo, da v celičnih kulturah in številnih tumorjih v dveh linijah podgan, v katere so bile cepljene "človeške" tumorske celice, protein dejansko kaže dejavnost.

Po mnenju avtorjev dela je temperatura, pri kateri delajo s HSP70 v celičnih kulturah, 43 °C in je previsoka za žive organizme, vendar se zdi, da so vpleteni drugi mehanizmi, ki jih je prav tako treba razumeti. To velja tudi za delovanje eksogenih celični protein toplotni šok v telesu. »Vsak od nas ima dovolj visoka stopnja HSP70 - do 900 nanogramov na mililiter. Vbrizgali smo ga v žival in poskušali videti, kaj se je potem zgodilo z beljakovino. V 40 minutah smo videli sledi HSP70 v krvi, nato pa je izginil. Obstaja mnenje, da se beljakovine razgradijo, a mi ne mislimo tako.«

Impresivni rezultati čakajo na preverjanje

Irina Guzhova je spregovorila tudi o nadaljnjem testiranju zdravila: »Ta mehanizem smo preizkusili na mišjem melanomu B16, ki raste podkožno, in ga uporabili v obliki gela, ki smo ga nanesli na površino kože. Rezultat je bil impresiven: stopnja preživetja miši je bila veliko višja kot pri kontrolni skupini, ki je bila zdravljena z gelom brez učinkovina ali pa se sploh ne zdravi. Razlika je bila približno deset dni. Za miši in te vrste tumorji so zelo dober odlog. Podobni rezultati so bili prikazani pri podganjem gliomu C6 (to je tumor, ki raste neposredno v možganih).

Živali, ki so bile zdravljene z eno samo injekcijo v možgane, so dobile dodatnih deset dni življenja, medtem ko se je živalim, ki so prek črpalke neprekinjeno tri dni prejemale beljakovine, to trajanje podaljšalo za dodatnih deset dni, saj je tumor rasel počasneje. Pokazali smo, da če zmanjšate populacijo celic T iz miši, ki je imela tumor, in odstranite že "naučene" NK celice ali CD8-pozitivne limfocite, tudi te ne bodo prepoznale tumorja. Sklepamo lahko, da je glavna funkcija HSP70 v tem procesu aktivacija specifična imunost».

Ti podatki so znanstvenike spodbudili k izvedbi omejene študije na kliniki Polenov (Raziskovalni inštitut za nevrokirurgijo v Sankt Peterburgu). »Takrat je bil v naši ekipi nevrokirurg Maxim Shevtsov, ki je sočasno s podiplomskim študijem Borisa Aleksandroviča (Margulis, - opomba spletne strani) opravil specializacijo na tem raziskovalnem inštitutu. Prepričal je svojega nadzornika, profesorja Khachaturiana, da je preizkusil to zdravilo. Po tedanji zakonodaji sta zadostovala sklep znanstvenega sveta in informirana privolitev pacientov, dodeljenih nam je bilo 25 pacientov. Vsi so imeli razne možganske tumorje in vsi so dobili tisto, kar jim je pripadalo po zavarovanju, ampak plus po kirurška odstranitev Maxim je v operacijsko posteljo vbrizgal raztopino HSP70.

Težava je v tem, da je možganske tumorje težko popolnoma odstraniti. Vedno ostanejo drobni koščki, ki jih je nevarno odstraniti, saj se z njimi lahko odstrani tudi osebnost, ti delčki pa povzročajo recidive. Toda rezultati so se izkazali za naravnost osupljive: po operaciji se je pri bolnikih povečalo število specifičnih imunskih celic, zmanjšalo število protumorskih (»preklopili na tumorsko stran«) T-limfocitov in zmanjšala količina interlevkinov. 10 (informacijska molekula imunskega sistema) zmanjšala.

Študija je bila samo pilotna, ne randomizirana, ni bilo kontrolne skupine in je bila izvedena leta 2011. Istega leta je bil sprejet zakon, ki prepoveduje tovrstne teste in jih je bilo treba ustaviti takoj, ko so se začeli. Ostalo nam je še 12 operiranih bolnikov. Kdor pozna klinični del raziskave, ima predstavo o tem, kako težko je slediti usodi bolnikov, potem ko vsak od njih zapusti kliniko. Zato vemo le za osem, ki so ostali kontaktni, in vsi so še živi. V začetku jeseni lani so bili dokaj zdravi, tisti, ki so nadaljevali študij, pa so šli jeseni v šolo, čeprav je povprečna napoved življenjske dobe z odkritim gliomom 14 mesecev.«

Zdaj se po besedah govornikov predklinična preskušanja bližajo koncu, zdravilo pa zahteva večstopenjsko testiranje na bolnikih, ki bo trajalo več let (zato je članek Izvestije vključil tako neverjetno kratek čas, preden zdravilo vstopi v trg - 3-4 leta).

Alexander Sapozhnikov je poudaril tudi pomen kliničnih raziskav: »Tumor, cepljen v miši, in človeški tumor sta nebo in zemlja. Zdravilo lahko deluje na tem tumorju, vendar je neučinkovito niti na normalnem mišjem tumorju niti na človeškem. Pomirite svoje kolege, ni zdravila za vse bolezni naenkrat.”

Tako menijo tudi sami raziskovalci. »Na teh stopnjah vse deluje (in zelo dobro), seveda pa to ni zdravilo, ki vzgaja Lazarja,« pravi Irina Guzhova, »vendar je precej učinkovito in vredno kliničnih preskušanj. In upamo, da se bo to zgodilo."

Preprosto prostor

Bralec ima morda razumno vprašanje: od kod vesolje? Irina Guzhova pojasnjuje: »Dejstvo je, da so testi potekali na podlagi Inštituta za visoko čiste pripravke, katerega zaposleni imajo dobre izkušnje z registracijo patentov in pisanjem papirjev, zato smo to zadevo dali njim. Hkrati so začeli proizvajati ta protein, delali smo poskuse na živalih. Toda med tem je do njih pristopil predstavnik Roscosmosa in jih vprašal, ali imamo kakšno nekristalizirano beljakovino, ki bi jo lahko kristalizirali v vesolju, v orbiti. In dobili so HSP70, poskušali so gojiti kristale v orbiti, a nič ni delovalo.«

Izkazalo se je, da je težava v strukturi proteina. Zelo gibljiv del v strukturi proteina je motil kristalizacijo, zato so ga začeli poskušati kristalizirati v kosih, gibljivi del pa vezati s posebno molekulo, da bi ga ta »držala«. Še vedno poskušajo. »Tukaj je nastala zgodba o celicah, ki rastejo v vesolju in vsakogar pozdravijo raka,« komentira Irina Guzhova.

Povedala je tudi, da je bil protein za testiranje v vesolju in na miših izpostavljen zelo visoki stopnji čiščenja - približno 99%. Glede dvomov, da imunskega sistema ne aktivira šaperon, ampak lipopolisaharid (LPS) – sestavni del celične stene bakterij, v kateri ta protein nastaja – je taka verjetnost majhna. Čeprav se LPS zelo močno "prilepi" na HSP, je precej težko očistiti beljakovine iz njegovih najmanjših nečistoč. Znanstveniki so vzpostavili dodatne kontrole, da bi pokazali, da ni on, ampak spremljevalec, vzrok za učinek zdravila. Na primer, zdravilo se lahko kuha, kar ne vpliva na LPS, vendar uniči strukturo beljakovin. Takrat se njegove lastnosti HSP izgubijo in zdravilo preneha delovati, kar pa se ne bi zgodilo, če bi v njem deloval predvsem bakterijski LPS.

Poleg tega so raziskovalci primerjali učinek uvedbe komponent bakterijske celične stene z učinkom HSP70 in te primerjave so očitno dajale prednost slednjemu.

»Nič neumnega nismo rekli. In kaj? "Brez čustev!"

Irina poroča, da znanstveniki med testi še niso odkrili nobenih neželenih učinkov, vendar se lahko pojavijo z zamudo. »Menim, da mora raziskovalka najprej vse preizkusiti na sebi, in opravila sem dve tečaji spremljevalne terapije. Stranskih učinkov ni bilo, nasprotno, zdelo se je, da manjše ranice izginjajo in za mojim hrbtom rastejo krila.”

"Po drugi strani pa je bilo vse, kar je bilo v medijih, prava sramota," ugotavlja raziskovalec. - A, kot pravijo, ne bi bilo sreče, a nesreča bi pomagala: Inštitut za visoko čiste pripravke že prejema klice s ponudbami za pomoč pri kliničnih preskušanjih. Govorili smo na konferencah in v raznih skromnejših medijih, govorili o istem, a preverjali svoje besede in ne govorili neumnosti. In kaj? - Brez čustev! In potem je po zaslonih švignila taka usedlina in prosim! Tako zanimiva družba, tako zanimiva država.”

Vendar pa je bil po navedbah virov na spletnem mestu Simbircev prisiljen dati intervju, s katerim se je vse skupaj začelo. ponudil intervju, da bi spodbudil zanimanje za problematiko inštituta in pridobil dodatna sredstva za klinična preskušanja. Poleg tega se pojavljajo govorice o morebitni izgubi pravne osebe s strani inštituta zaradi združitev znanstvenih organizacij, ki se dogajajo po vsej državi. Očitno znanstvenik ni bil pripravljen časopisu podrobno in popularno povedati, kaj se dogaja. "Tokrat je bilo vse, kar bi lahko bilo napačno razumljeno, napačno razumljeno," ugotavlja vir.

Posledično postaja situacija vse bolj podobna znani basni, ko Roscosmos in vladne agencije, ki delijo nepovratna sredstva, drvijo v oblake in pričakujejo takojšnje rezultate temeljne znanosti, rak se premika nazaj, novinarji razlivajo strukturirano vodo. In ruska znanost se znova znajde v nezavidljivem položaju, prisiljena se je opravičevati za zločine, ki jih ni storila.

Toplotni šok toplotni šok- toplotni šok.

Stresno stanje telesa po izpostavljenosti povišana temperatura, še posebej, T.š. uporablja za indukcijo poliploidije<inducirana poliploidija> predvsem za živali, ki se razmnožujejo v vodi (ribe, školjke): temperaturo vode dvignemo na 29-33 o C za 2-20 minut. ( normalna temperatura inkubacija je običajno 15-20 o C) po 3-10 minutah. (indukcija triploidije) ali po 20-40 minutah. (indukcija tetraploidije) po oploditvi; tudi sposobni T.š. analizirati aktivnost specifičnih proteinov toplotnega šoka<proteini toplotnega šoka>, puf dejavnost<napihovanje> pri vinskih mušicah (v tem primeru T.š. pri 41-43 o C).

(Vir: "Angleško-ruski Slovar genetski izrazi." Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskva: Založba VNIRO, 1995)

Oglejte si, kaj je "toplotni šok" v drugih slovarjih:

Toplotni šok- * ceplav šok * toplotni šok je stresno stanje telesa zaradi izpostavljenosti povišani temperaturi. T. sh. uporablja se: a) za indukcijo poliploidije (glej) pri ribah, mehkužcih, inkubacijo posameznikov po oploditvi pri tо = 29-33 ° C (namesto ... ... Genetika. enciklopedični slovar

toplotni šok- Stresno stanje telesa po izpostavljenosti povišani temperaturi, zlasti T.sh. uporablja se za indukcijo poliploidije predvsem pri živalih, ki se razmnožujejo v vodi (ribe, školjke): temperatura vode se dvigne na 29-33 oC za 2-20 minut... ... Priročnik za tehnične prevajalce

Toplotni šok- Syn: Toplotna izčrpanost. Nastane pri pregrevanju zaradi nezadostnega odziva srčnih žil na ekstremno visoka temperatura, se še posebej pogosto razvije pri starejših ljudeh, ki jemljejo diuretike. Kaže slabost ... Enciklopedični slovar psihologije in pedagogike

PREGRETJE IN TOPLOTNI UDAR- med Pregrevanje (toplotna sinkopa, toplotna prostracija, toplotni kolaps) in toplotni udar (hiperpireksija, sončni udar, pregrevanje telesa) sta patološki reakciji telesa na visoko temperaturo. okolju, Povezano…… Imenik bolezni

- (angleško HSP, Heat shock proteins) je razred funkcionalno podobnih proteinov, katerih izražanje se poveča z naraščanjem temperature ali pod drugimi pogoji, ki obremenijo celico. Povečano izražanje genov, ki kodirajo toplotne proteine... ... Wikipedia

Tetramer, sestavljen iz štirih enakih molekul proteina p53. Med seboj so povezani z domenami, odgovornimi za oligomerizacijo (glej besedilo). p53 (protein p53) je transkripcijski faktor, ki uravnava celični cikel. V nemutiranem stanju... ... Wikipedia

Leta 1962 v Italiji, mladi genetik Ferruccio Ritossa odkriti otekanje (napihnjenost) nekaterih regij kromosomov Drosophila z naključnim zvišanjem temperature v termostatu. Izkazalo se je, da je to manifestacija aktivacije genov in se je imenovalo " odziv na toplotni šok (povezava ), in poimenovani so bili inducibilni proteini proteini toplotnega šoka, HSP (proteini toplotnega šoka , HSP). Ta razred beljakovin je bil pozneje odkrit v vseh celicah vseh živih organizmov – od bakterij do človeka. Znano je, da se tak odziv poleg toplote kaže tudi pri različnih bioloških (okužbe, vnetja), fizikalnih (sevanje, hipoksija), kemičnih (alkoholi, kovine) in drugih. vplivi stresa. Zato Imenujemo jih tudi proteini toplotnega šoka stresne beljakovine. Povečano izražanje proteinov HSP ščiti celico s stabilizacijo denaturiranih ali napačno zvitih peptidov. Pod različnimi škodljivimi vplivi se kopičijo, Proteini toplotnega šoka pomagajo celici vzdrževati homeostazo pod stresom (cm). HSP proteini se ne odzivajo le na zunanje stresne situacije, pojavljajo se pri številnih boleznih, kot npr nevrodegeneracija, presnovne motnje, ishemične poškodbe in rak, kar določa povečano zanimanje za te proteine in iskanje terapevtskih orodij, ki uravnavajo njihove reakcije ( 2006 , 2007 , 2007a ).
Služijo beljakovine toplotnega šoka biološki označevalci neugodnega stanja telesa.

Celični odziv na stres urejeno predvsem na ravni transkripcije(DNA v RNA) z uporabo dejavniki toplotnega šoka (faktor toplotnega šoka, HSF) (). Družina HSF vsebuje 4 vrste, od katerih se HSF1, HSF2 in HSF4 izražajo pri sesalcih in ljudeh, pri čemer je HSF1 univerzalni aktivator, ki se odziva na stres, medtem ko je HSF2 bolj povezan s procesi diferenciacije. V odsotnosti stresa se ti dejavniki nahajajo v jedru in citoplazmi v monomerni obliki in se ne morejo vezati na DNA. Kot odgovor na stres HSF trimerji oblik(možni homotrimeri HSF1 ali heterotrimeri HSF1-HSF2) (cm .) in se premaknejo v jedro, kje se obrnejo elementi toplotnega udara (HSE) - specifične sekvence DNK v promotorji genov toplotnega šoka.

Naknadno fosforilacija trimerjev HSF ki ga spremlja aktivacija transkripcije gena toplotnega šoka in povečane ravni HSP, kar vodi do nastanek HSF-HSP kompleksov. Ko se stres ustavi, se trimerne oblike HSF ločijo od DNA, spremenijo nazaj v neaktivne monomere in celica vrne v normalno sintezo beljakovin (povezava).
Predpostavlja se, da lahko proteini toplotnega šoka sami uravnavajo izražanje svojih genov "avtoregulacijsko zanko". V skladu s to hipotezo povečanje koncentracije napačno zvitih proteinov, ki je posledica stresa, vodi do vezave specifičnih HSP in aktivacije HSF.

Proteini toplotnega šoka kot molekularni spremljevalci

Nadaljnja študija razreda HSP je pokazala, da teh proteinov ne povzroča samo stres, ampak mnoge od njih deluje konstitutivno kotmolekularni spremljevalci, ki sodelujejo pri stabilizaciji in gibanju nezrelih peptidov med normalno rastjo. Na primer, beljakovine Hsp70, Hsp90 so prisotne v visokih koncentracijah v neobremenjenih celicah in predstavljajo 1-1,5 % skupnih celičnih beljakovin, kar kaže stalna potreba celice po vzdrževanju konformacijske homeostaze svojih proteinov. Te beljakovine najdemo v citosolu, mitohondrijih, endoplazmatskem retikulumu in jedru. Molekulske mase HSP se gibljejo od 15-110 kDa. Najbolj raziskani proteini pri sesalcih so proteini HSP s 60, 70, 90 in 110 kDa, ki igrajo pomembno vlogo v temeljnih znotrajceličnih procesih, od antiapoptotičnih učinkov do odvijanja proteinov in znotrajceličnega prometa.
Funkcije HSP kot spremljevalcev se lahko zmanjša na naslednje:
1. strjevanje nezrele polipeptidne verige;
2. Olajšanje premikanje beljakovine skozi različne celične predelke;
3. Modulacija proteinske aktivnosti s stabilizacijo in/ali zorenjem do funkcionalno kompetentne konformacije;
4. Podpira tvorbo/cepitev multiproteinov kompleksi;
5. Popravek nepravilno zložen beljakovine;
6. Zaščita beljakovin pred agregacijo;
7. Smer popolnoma poškodovane beljakovine za razgradnjo;
8. Organizacija enote iz uničenih beljakovin;
9. Solubilizacija beljakovinskih agregatov za nadaljnjo degradacijo.

So-spremljevalci

Delovanje proteinov toplotnega šoka uravnavajo drugi proteini – so-spremljevalci, ki prispevajo k osnovnim funkcijam HSP. Čeprav je veliko spremljevalcev topnih citosolnih proteinov, so nekateri lokalizirani znotraj celične membrane ah ali elementi citoskeleta. te specializirani spremljevalci vključujejo homologe auxilin, Tom70, UNC-45, Bag-1. Spremljevalci so lahko vključeni v aktivnosti HSP70 in HSP90, odvisne od ATP, vključno s funkcijami, kot so izločanje, transport beljakovin in tvorba/cepitev proteinskih kompleksov (povezava).
Spremljevalci Hip, Hop, Hup, CHIP modulirajo izmenjavo nukleotidov in vezavo substrata Proteini HSP70, ki usklajujejo zvijanje na novo sintetiziranih proteinov, popravljajo nepravilno zvijanje poškodovanih in denaturiranih proteinov, usmerjajo transport proteinov skozi celične membrane, zavirajo agregacijo proteinov in izvajajo razgradnjo po proteasomski poti ().

Funkcije nekaterih spremljevalcev

Proteini HSP70 skupaj z sodeležniki izvajati vsaj 2 alternativni dejavnosti: preprečujejo agregacijo tujerodnih proteinov pri vezavi na hidrofobne regije substratnih molekul in jih ščitijo pred medmolekularnimi interakcijami (dejavnost »varnost«, »nosilec«.), prav tako prispevajo k zvijanju tujerodnih intermediatov v izvorno stanje (dejavnost »zgibanje«, »mapa«.).

HSP in ATPazni cikel

Proteini toplotnega šoka pri sesalcih so glede na molekulsko maso predstavljeni s 6 družinami: Hsp100, Hsp90, Hsp70, Hsp60, Hsp40 in majhni Hsp (15 do 30 kDa), vključno s Hsp27. HSP z visoko molekulsko maso so odvisni od ATP, medtem ko je aktivnost majhnih HSP neodvisna od ATP.
To so pokazali genetski in biokemični podatki hidroliza ATP je bistveni element aktivnosti spremljevalca HSP70. Proteini te družine se vežejo na vmesne peptide skozi cikle vezave ATP in hidrolize, poznejša izmenjava ADP/ATP pa spremlja sproščanje peptidov. Molekule HSP70 vsebujejo dve ohranjeni regiji - N-terminalna vezava na ATP(45 kDa) in C-terminal (15 kDa), vezava hidrofobnih peptidov. Vmes je bolj spremenljivo alfa spiralno območje kapice. HSP70, vezan na ATP (»pokrov« je odprt), prosto sodeluje z nezrelimi ali napačno zvitimi peptidi, kar povzroča konformacijske spremembe, ki vodijo do aktivacije ATPaze, in poveča povezavo s spremljevalcem HSP40, ki spodbuja prehod na ADP-vezan (»pokrov« ” zaprta) oblika. Za učinkovito spajanje hidrolize ATP z vezavo in kasnejšim sproščanjem peptidnih substratov, ko-chaperonov družine JDP (proteini J-domene) (;).

Proteini toplotnega šoka med ishemijo

Citoprotektivne lastnosti proteinov razreda HSP70 so bile dokazane v različnih modeli ishemičnih motenj in vitro in in vivo ( , , , , , ). Sprva so to zaščito razlagali z delovanjem HSP kot šaperonov (ohranjajo pravilno zvijanje proteinov in preprečujejo njihovo agregacijo), potem pa se je izkazalo, da lahko HSP70 neposredno reagira z poti celične smrti - apoptoza in nekroza.
Kot je razvidno iz slike, cerebralna ishemija inducira apoptozo različne poti, HSP70 pa zmanjša učinek vseh. "Notranja" pot apoptoze je sestavljena iz sproščanja pro-apoptotičnih mitohondrijskih snovi, odpiranja mitohondrijskih por in aktivacije kaspaz (glej). Druga (»zunanja«) pot je povezana z aktivacijo receptorjev plazemska membrana(Fas in TNFR), ki inducira apoptozo prek kaspaze-8 z uporabo faktorja TRAF. Poleg tega so znani mehanizmi apoptoze, neodvisne od kaspaze (glej).
Proteini HSP70 lahko zavirajo sproščanje citokroma c (cyt c) iz mitohondrijev in translokacijo faktorja AIF, ki inducira apoptozo, v jedro, kar zmanjša ishemično poškodbo možganov (glejte), kot tudi zavira sproščanje proapoptotičnega proteina Smac /DIABLO iz mitohondrijev miocitov.
Izražanje HSP72 v astrocitih vodi do zmanjšane proizvodnje reaktivnih kisikovih vrst (ROS) in vzdrževanja potenciala mitohondrijske membrane, kot tudi ravni glutationa in povečane aktivnosti superoksid dismutaze med ishemičnimi motnjami v kardiocitih.
Povečano izražanje HSP72 lahko zmanjša apoptozo neposredno s povečanjem ravni Bcl-2 in z zaviranjem translokacije proapoptotičnega faktorja Bax.
Pokazalo se je, da proteini razreda HSP70 zavirajo defosforilacijo JNK kinaze (c-Jun N-terminalna kinaza), ki ima pomembno vlogo pri nevronski apoptozi in je ena od tarč za zdravljenje kapi.
Poleg tega proteini Hsp medsebojno delujejo s topoizomerazo 1 (regulator apoptoze) in so efektorji pomembne antiapoptotične kinaze Akt/PKB (glej). Pomembna aktivacija glutation peroksidaze in glutation reduktaze s proteini toplotnega šoka je bistven element v mehanizmu citoprotektivnega delovanja HSP med ishemijo ().

Protivnetni učinek proteinov toplotnega šoka

Proteini toplotnega šoka imajo močan protivnetni učinek s preprečevanjem odziva celic na vnetne citokine, kot sta TNF in IL-1.
Znano je, da vnetje proizvaja ROS z aktivacijo inducibilne NO sintaze (iNOS) in NADPH oksidaze, pri čemer se iNOS pojavi kot odgovor na sproščanje citokinov. Dušikov oksid (NO), ki ga sintetizira iNOS, reagira s superoksidom in tvori zelo strupeno oksidacijsko sredstvo peroksinitrit: -O2− + -NO → ONOO−
in HSP72 zavira izražanje iNOS z zmanjšanjem aktivacije NFkappaB (povezava). Poleg tega proteini toplotnega šoka zmanjšajo aktivnost NADPH oksidaze v nevtrofilcih in aktivirajo superoksid dismutazo v fagocitih ter uravnavajo tudi aktivnost matričnih metaloproteinaz v astrocitih.
Pomemben del znotrajceličnih učinkov proteinov HSP med vnetjem je povezan z njihovo regulacijo poti jedrskega faktorja NFκB, saj so transkripcijski faktorji te družine ključni udeleženci pri sprožitvi vnetnega odgovora. Translokacijo dimerjev, ki tvorijo NFkB, v jedro, kjer inducirajo izražanje številnih vnetnih genov, zavirajo proteini toplotnega šoka z neposredno interakcijo ali z vplivom na signalne poti NFkB.
Pokazalo se je tudi, da Hsp72 sodeluje s kompleksom kinaze IKK, ki je potreben za sproščanje NFkB in njegov prehod v jedro.
Tako proteini razreda HSP70 uporabljajo številne poti za preprečevanje vnetnih procesov v telesu ( pregled ).

Zunajcelično delovanje proteinov toplotnega šoka

Proteini HSP so dolgo veljali za citoplazmatske, njihove funkcije pa so omejene na znotrajcelični del. Vendar pa je v zadnjem času vse več opažanj, da ti proteini lahko se sprostijo v zunajcelično okolje in vplivajo na druge celice. To se je prvič pokazalo v glialnih celicah velikanskega aksona lignja, iz katerega so se sproščeni proteini HSP70 premaknili v akson. Delo več laboratorijev je raziskalo učinke HSP72, pridobljenega iz astrocitov ali Schwannovih celic, na sosednje nevrone in aksone. Izvencelični učinki HSP so bili pridobljeni tudi na epitelnih celicah, celicah zarodkov podgan, limfocitih B, dendritičnih in tumorskih celicah.
Izkazalo se je, da lahko zunajcelični HSP72 inducira sproščanje citokinov (TNF, IL-6, IL-1beta) iz monocitov, kar zagotavljajo receptorji TLR2, TLR4 in aktivacija NFkB.
Zunajcelični HSP lahko medsebojno delujejo z lipidi celične membrane in se vstavijo v membrane, pri čemer tvorijo ATP-odvisne kationske kanale (glej). Poleg tega HSP72 z interakcijo s fosfatidilserinom na površini apoptotičnih celic pospeši odmiranje teh celic.
Obstaja pomembna povezava med povečana raven serumski HSP70 in zmanjšanje razvoja ateroskleroze, določeno z debelino intime karotidne arterije ().
Dejstvo, da imajo bolniki s koronarno insuficienco obratno korelacijo med serumskimi ravnmi HSP70 in tveganjem za to bolezen, prikazan z angiogramom koronarnih arterij (glej).

Vloga proteinov toplotnega šoka pri imunskih odzivih

HSP in terapija proti raku

Proteini toplotnega šoka so močno izraženi pri mnogih vrstah človeškega raka in so vključeni v proliferacijo, diferenciacijo, metastaze in prepoznavanje tumorskih celic s strani imunskega sistema. Oni so koristni biomarkerji karcinogeneze v nekaterih tkivih in kažejo na stopnjo diferenciacije in agresivnosti nekaterih vrst raka. Poleg tega so lahko ravni krožečih HSP in protiteles proti HSP koristno za diagnosticiranje raka. Včasih je lahko tudi povečano izražanje HSP napovedati odgovor na zdravljenje proti raku . Na primer, HSP27 in HSP70 sta bila vpletena v odpornost na kemoterapijo pri raku dojke, povišane ravni HSP27 pa napovedujejo slab odziv na kemoterapijo pri levkemiji. Istočasno izražanje HSP70 kaže na dobre kemoterapevtske učinke pri osteosarkomih ( glej pregled).
Njihova vloga pri razvoju terapije proti raku s sodelovanjem HSP dvojna funkcija v telesu: Na eni strani - znotrajcelično citoprotektivno/antiapoptotično, in na drugi strani - zunajcelično/imunogeno.
To nam je omogočilo razvoj 2 glavni strategiji pri zdravljenju raka:
1) Farmakološka modifikacija ekspresije HSP in njihove aktivnosti kot molekularnih spremljevalcev;
2) Uporaba HSP v cepivih proti raku na podlagi njihove sposobnosti, da delujejo kot imunološki adjuvansi.

večina obetaven kot farmakološka tarča proti raku izkazalo se je, da je protein HSP90. Njegova raven je 1-2% celotne vsebnosti beljakovin v odsotnosti stresa in njegove količine odjemalske beljakovine presega 100, od katerih jih je veliko povezanih s tumorigenezo. Povečano izražanje HSP90 so ugotovili pri tumorjih dojke, pljučnem raku, levkemiji, Hodgkinovi bolezni, limfomih in drugih vrstah raka. Zato lahko zaviranje HSP90 hkrati uniči veliko število onkogene signalne poti. Številni laboratoriji se ukvarjajo z razvojem inhibitorjev HSP90 (, , 2007a, 2007b itd.).

Naravni zaviralci HSP90 - geldanamicin (GA) in 17-alilamino-17-demetoksigeldanamicin (17-AAG)- sodelujejo z ATP-vezavnim mestom molekule HSP90 z večjo afiniteto kot naravni nukleotidi in motijo prehode proteinov ATP-ADP, kar moti aktivnost HSP90 kot spremljevalca, njegove odjemalske proteine pa razgradi proteasom. Bistveno je, da Zaviralci HSP90, medtem ko odstranjujejo odjemalske proteine v rakavih celicah, ne vplivajo na iste proteine v normalnih tkivih, saj je njihova afiniteta za HSP90, izoliran iz tumorjev, 20-200-krat večja (glej).
Izvedite več o naravnih in umetnih zaviralcih beljakovin toplotnega šoka in njihovih mehanizmih delovanja lahko preberete v ocenah , .

Osnova je bila sposobnost proteinov toplotnega šoka, da vežejo antigenske peptide imunoterapevtski pristop k zdravljenju raka. Kot se uporabljajo peptidni kompleksi Hsp70 in Grp96, izolirani iz tumorjev bolnikov z rakom cepiva proti raku za zdravljenje in preprečevanje raka. Proteini toplotnega šoka poleg tega, da izkazujejo spremljevalno aktivnost proti tumorskim peptidnim antigenom, olajšajo vstop kompleksov HSP-peptid v celice zaradi receptorske endocitoze. To je omogočilo hiter prenos cepiv na osnovi HSP iz študije na živalskih modelih v zdravljenje. rakava obolenja v kliniki. Izboljšane oblike HSP cepiv dobimo z izolacijo HSP70-peptidnih kompleksov iz dendritičnih celic, spojenih s tumorskimi celicami.

Pramod K. Srivastava ( Pramod K. Srivastava, profesor medicine in direktor Centra za imunoterapijo raka in nalezljivih bolezni na Medicinski fakulteti Univerze v Connecticutu)- eden prvih raziskovalcev, ki je proučeval vlogo proteinov toplotnega šoka pri imunski sistem. Z njegovim sodelovanjem je nastalo podjetje Antigenics, ki uspešno razvija cepiva proti raku na osnovi HSP, izoliranih iz tumorjev posameznih bolnikov.

Ta zdravila, ki temeljijo na različnih proteinih toplotnega šoka, so trenutno v kliničnih preskušanjih.

Proteini toplotnega šoka med staranjem

S staranjem organizmi izgubijo sposobnost ustreznega odzivanja na zunanji stres in vzdrževanja homeostaze. Stare celice so bolj dovzetne za motnje in bolezni, zato je dovzetnost za te dejavnike s starostjo večja.
Med življenjem stabilnega proteina pride do različnih posttranslacijskih sprememb. Stabilnost beljakovin je oslabljena zaradi številnih škodljivih učinkov – oksidacije stranskih verig, glikacije, deaminacije asparaginilnih in glutaminilnih ostankov, kar vodi do tvorbe izopeptidnih vezi. Občutljivost za proteotoksične poškodbe se poveča zaradi napake pri prepisovanju in prevajanju in se kaže kot napake pri zvijanju beljakovin. Za staranje je značilno povečanje modifikacij beljakovin, povezanih z koagulacijska homeostaza ( cm. ) . Funkcije šaperonov so motene, potreba po razgradnji beljakovin se poveča, vendar s starostjo se zmanjša tudi aktivnost glavnega proteolitičnega aparata, proteasoma, kar vodi do nevarnosti glikacije. Agregacijo spremljata tudi inhibicija in zaustavitev proteasoma celični cikel. S starostjo oslabljena je tudi razgradnja lizosomskih beljakovin(verjetno zaradi supresije z lipofuscinom). Kopičenje napačno zvitih beljakovin in oslabitev obrambni mehanizmi vodi do

Alexander Sapozhnikov se ne strinja s to teoretično utemeljitvijo mehanizma delovanja zdravila. Po njegovem mnenju lahko HSP70 deluje na drugačen način, ki ga je treba še preučiti, vendar ostaja dejstvo, da v celičnih kulturah in številnih tumorjih v dveh linijah podgan, v katere so bile cepljene "človeške" tumorske celice, protein dejansko kaže dejavnost.

Po mnenju avtorjev dela je temperatura, pri kateri delajo s HSP70 v celičnih kulturah, 43 °C in je previsoka za žive organizme, vendar se zdi, da so vpleteni drugi mehanizmi, ki jih je prav tako treba razumeti. To velja tudi za delovanje eksogenega neceličnega proteina toplotnega šoka v telesu. »Vsak od nas ima v krvnem obtoku precej visoke ravni HSP70 – do 900 nanogramov na mililiter. Vbrizgali smo ga v žival in poskušali videti, kaj se je potem zgodilo z beljakovino. V 40 minutah smo videli sledi HSP70 v krvi, nato pa je izginil. Obstaja mnenje, da se beljakovine razgradijo, a mi ne mislimo tako.«

Impresivni rezultati čakajo na preverjanje

Irina Guzhova je spregovorila tudi o nadaljnjem testiranju zdravila: »Ta mehanizem smo preizkusili na mišjem melanomu B16, ki raste podkožno, in ga uporabili v obliki gela, ki smo ga nanesli na površino kože. Rezultat je bil impresiven: stopnja preživetja miši je bila veliko višja kot pri kontrolni skupini, ki je bila zdravljena z gelom brez učinkovine ali pa sploh ni bila zdravljena. Razlika je bila približno deset dni. Za miši in to vrsto tumorja je to zelo dobra zamuda. Podobni rezultati so bili prikazani pri podganjem gliomu C6 (to je tumor, ki raste neposredno v možganih).

Ti podatki so znanstvenike spodbudili k izvedbi omejene študije na kliniki Polenov (Raziskovalni inštitut za nevrokirurgijo v Sankt Peterburgu). »Takrat je bil v naši ekipi nevrokirurg Maxim Shevtsov, ki je sočasno s podiplomskim študijem Borisa Aleksandroviča (Margulis, - opomba spletne strani) opravil specializacijo na tem raziskovalnem inštitutu. Prepričal je svojega nadzornika, profesorja Khachaturiana, da je preizkusil to zdravilo. Po tedanji zakonodaji sta zadostovala sklep znanstvenega sveta in informirana privolitev pacientov, dodeljenih nam je bilo 25 pacientov. Vsi so imeli različne možganske tumorje in vsi so prejeli tisto, kar jim je pripadalo po zavarovanju, poleg tega pa je Maxim po kirurški odstranitvi tumorja v operacijsko posteljo vbrizgal raztopino HSP70.

Preprosto prostor

Poleg tega so raziskovalci primerjali učinek uvedbe komponent bakterijske celične stene z učinkom HSP70 in te primerjave so očitno dajale prednost slednjemu.

»Nič neumnega nismo rekli. In kaj? "Brez čustev!"