Table of Contents
Proteinele de șoc termic dezvăluite: Aflați despre rolul vital al acestor chaperoni moleculari în sănătatea celulară, răspunsul la stres și implicațiile lor potențiale pentru diverse afecțiuni medicale.
Ce sunt proteinele de șoc termic?
Proteinele de șoc termic (HSP) sunt un grup de proteine care se găsesc în aproape toate organismele vii, de la bacterii la oameni. Acest fapt sugerează că aceste proteine au evoluat de timpuriu și au roluri semnificative în majoritatea ființelor.
Acestea sunt produse ca răspuns la expunerea celulelor la condiții de stres. Aceste condiții de stres au fost în primul rând șocul termic.
Cu toate acestea, știm că proteinele șocului termic sunt produse și în timpul expunerii la frig și la razele UV și atunci când o rană se vindecă sau când există remodelare tisulară.
Proteinele de șoc termic sunt împărțite în funcție de greutatea moleculară, structură și funcție în cinci familii majore: HSP100, 90, 70, 60 și proteinele de șoc termic mici (sHsp). Fiecare număr se referă la greutatea respectivă a proteinei în kilodaltoni.
Proteina mică ubiquitină are o dimensiune mică, de opt kilodaltoni, și are caracteristici de proteină de șoc termic, marcând proteinele pentru degradare.
O sHsp are un domeniu alfa-cristalin de aproximativ 80 de aminoacizi. S-a constatat că sHsp acționează ca chaperoni cu greutate moleculară mică, ajută la reglarea asamblării citoscheletului și sunt asociate cu miofibrilele.
Cele mai comune proteine de stres pot crește până la niveluri ridicate în celulele cu proteine de șoc termic, dar pot exista, de asemenea, la niveluri scăzute sau moderate în celulele care nu au fost expuse la stres, demonstrând că acestea joacă un rol în celulele normale.
La majoritatea mamiferelor, Hsp90 și Hsp60 sunt abundente la temperaturi normale, însă proteina 70 a șocului termic (Hsp70) este abia detectabilă, dar este indusă în continuare de stres.
La Escherichia coli, de exemplu, la temperaturi normale, Hsp6p și Hsp70 reprezintă 1,5% din totalul proteinelor celulare, dar constituie 30% după un șoc termic. S-a demonstrat că acest tip de HSP sporește expresia moleculelor de adeziune celulară intracelulară și a moleculelor de adeziune celulară vasculară.
Anumite proteine de șoc termic funcționează ca un chaperon, stabilizând noile proteine pe măsură ce sunt create, asigurându-se că acestea se pliază sau repliază corect proteinele deteriorate de stresul termic. Acest proces este reglementat transcripțional, în care un segment de ADN este copiat în ARN.
Proteinele de șoc termic sunt upregulate, un proces prin care celula crește în mod dramatic cantitatea unei componente celulare, cum ar fi ARN sau proteine, după ce a fost supusă unui stimul extern.
Această creștere este crucială pentru răspunsul la șocul termic și este indusă de factorii de transcripție numiți factori de șoc termic (HSF).
Descoperire
Proteinele de șoc termic au fost descoperite accidental în 1962 de către geneticianul italian Ferruccio Ritossa.
Acestea au fost denumite proteine de șoc termic datorită sintezei lor crescute după șocul termic la muștele de fructe studiate de Ritossa.
El a observat că căldura și decuplorul metabolic 2,4-dinitrofenol au provocat un model special de "umflare" a cromozomilor la muștele de fructe care au suferit un șoc termic.
Această umflătură a exprimat proteine de șoc termic, numite și proteine de stres. În 1974, Alfred Tissieres, Herschel Mitchell și Ursula Tracy au descoperit că șocul termic încurajează producția unui anumit număr mai mic de proteine și suprimă producția unei cantități mai mari de proteine.
Această descoperire a dat startul unui număr mai mare de studii privind aceste constatări biochimice referitoare la inducerea șocului termic și rolul acestuia.
Funcția proteinelor de șoc termic
Proteinele de șoc termic au câteva roluri diferite. Cinci roluri semnificative sunt importante pentru a fi înțelese - reglarea în condiții de stres, rolul de chaperon, gestionarea proteinelor, sănătatea cardiovasculară și imunitatea.
Upregulation în stres
Producția de cantități mari de proteine de șoc termic, cunoscute și sub numele de proteine de stres, este declanșată de stresul de mediu și metabolic, cum ar fi:
- Infecție
- Inflamație
- Exercițiu
- Lumina UV
- Foamea
- Lipsa de oxigen sau de apă (hipoxie)
- Deficiența de azot la plante
- Expunerea la materiale nocive, cum ar fi etanol, arsenic, urme de metale, etanol, nicotină
- Stresul chirurgical și agenții virali
Această creștere a proteinelor de șoc termic în timpul stresului de mediu face parte din răspunsul la stres.
În timpul acestor stresuri de mediu, proteinele din membrana externă nu se pot plia și nu se pot adapta corect în membrana externă și, prin urmare, se acumulează în spațiul periplasmic, unde proteinele din membrana externă sunt detectate de o protează din membrana internă, care transmite semnalul prin membrană către factorul de transcripție sigmaE.
Factorii Sigma sunt subunități ale ARN polimerazei care dețin roluri critice în inițierea transcripției, care ajută la etapele inițiale ale sintezei ARN.
Cu toate acestea, unii cercetători au descoperit că proteinele de șoc termic sunt recrutate atunci când există o creștere a proteinelor deteriorate sau anormale.
Anumite proteine de șoc termic bacteriene sunt supuse acestui proces de suprareglementare prin recrutarea unui mecanism care implică termometre ARN. Aceste termometre ARN reglează expresia genelor în timpul răspunsurilor la șocul termic și la șocul rece.
O descoperire importantă a fost făcută de cercetători, care au constatat că, atunci când un "pretratament ușor de șoc termic" a fost aplicat la muștele de fructe, acesta a indus expresia genei de șoc termic, afectând în principal traducerea ARN-ului mesager și nu transcrierea ARN-ului.
Acest proces a îmbunătățit semnificativ supraviețuirea lor după un șoc termic la temperaturi mai ridicate.
În sens invers, proteinele de șoc termic au fost sintetizate și la muștele de fructe atunci când au fost expuse la o expunere prelungită la frig și nu la șoc termic.
Acest rezultat este semnificativ, deoarece arată că, atunci când sunt expuse la un tratament prealabil de șoc termic ușor, există beneficii succesive în prevenirea deteriorării și a morții atunci când sunt expuse la un șoc termic următor și la expunerea la frig.
Rolul de chaperoni moleculari
Anumite proteine de șoc termic acționează, de asemenea, ca chaperoni moleculari intracelulari pentru alte proteine, jucând un rol central în interacțiunile dintre plierea proteinelor, asigurând conformația adecvată a proteinelor și prevenind agregarea proteinelor.
Proteinele de șoc termic acționează ca stabilizatori în desfășurarea proteinelor prost pliate și ajută la transportul proteinelor prin membranele celulare.
Deoarece acest rol de chaperon molecular este crucial pentru menținerea proteinelor, proteinele de șoc termic au fost găsite în aproape toate organismele la niveluri scăzute.
Management
Atunci când proteinele de șoc termic nu sunt expuse la factori de stres din mediul înconjurător, ele acționează ca "monitoare", monitorizând proteinele din celule.
Procesul de monitorizare face parte din sistemul de reparare al celulei, numit răspuns la stresul celular sau răspuns la șocul termic; acesta constă în transportarea proteinelor vechi către proteazomul celulei și ajută proteinele nou sintetizate să se plieze corect.
Proteinele șocului termic par mai predispuse la autodegradare în comparație cu alte proteine, din cauza acțiunii lor proteolitice, care constă în descompunerea proteinelor în polipeptide sau aminoacizi în timpul stresului oxidativ, al agresiunii proteolitice sau al inflamației.
Cardiovascular
Rolul pe care proteinele de șoc termic îl joacă în sistemul cardiovascular este semnificativ, Hsp90, Hsp84, Hsp70, Hsp27, Hsp20 și cristalina ɑB jucând toate un rol important în sistemul cardiovascular.
Aceste roluri includ legarea oxidului nitric sintetazei endoteliale și a guanilatciclazei, care sunt implicate în relaxarea vasculară, gestionarea stresului oxidativ și a factorilor fiziologici și reglarea morfogenezei cardiace. HSPs joacă, de asemenea, un rol în:
- Dezvoltarea fenotipului mușchiului neted (tip de mușchi din sistemele respirator, urinar, gastrointestinal și reproducător)
- Prevenirea agregării trombocitelor
- Funcția miocitelor cardiace
- Prevenirea apoptozei după o leziune ischemică
- Funcția mușchilor scheletici
- Răspunsul muscular la insulină
Proteinele șocului termic pot fi, de asemenea, potențiale ținte terapeutice pentru a întări apărarea vasculară și pentru a întârzia sau evita complicațiile clinice care apar în urma aterotrombozei - o boală cardiovasculară.
Imunitate
Proteinele de șoc termic joacă un rol în imunitate deoarece se leagă de proteine și peptide întregi. Totuși, această interacțiune este rară, în principal Hsp70, Hsp90 și gp96 și site-urile lor de legare a peptidelor având această capacitate.
În plus, proteinele de șoc termic stimulează receptorii imuni și rolul lor în plierea corectă a proteinelor implicate în căile de semnalizare proinflamatoare.
Semnificația medicală
Factorul de șoc termic 1 (HSF-1)
HSF-1 este un factor de transcripție care joacă un rol în menținerea și creșterea expresiei Hsp70, despre care cercetătorii au descoperit că este un modificator multifațetat al carcinogenezei. Carcinogeneza este procesul prin care celulele normale se transformă în celule canceroase.
Într-un studiu efectuat pe șoareci HSF-1 knock-out, în care cercetătorii au aplicat un mutagen topic (un agent chimic care deteriorează permanent materialul genetic) de DMBA, șoarecii HSF-1 au avut o rată mai mică de tumori ale pielii.
În plus, s-a constatat că inhibarea HSF-1 cu un aptamer ARN atenuează semnalizarea mitogenică și declanșează apoptoza, programul de moarte celulară a celulelor canceroase.
Diabet zaharat
Diabetul zaharat este o boală imunitară cu exces de glucoză (hiperglicemie), provocată de obicei de un deficit de insulină. Noile cercetări sugerează o corelație între Hsp70, Hsp60 și diabetul zaharat.
Unele cercetări arată că raportul dintre eHsp70 și iHsp70 ar putea afecta diabetul zaharat, indicând că eHsp70 și iHsp70 sunt biomarkeri pentru statusul glicemic și inflamator al pacienților.
Mai mult, un studiu a analizat Hsp70 în serul de sânge la pacienții cu diabet față de pacienții de control (fără diabet) și a constatat că acei pacienți cu diabet aveau niveluri semnificativ mai mari de Hsp70 și chiar mai mari la pacienții care aveau diabet de mai mult de cinci ani decât la cei nou diagnosticați.
Această constatare sugerează că nivelurile de Hsp70 din serul de sânge indică dereglări metabolice în cursul diabetului.
Cancer
Proteinele de șoc termic au potențialul de a juca un rol crucial în identificarea cancerului. S-a demonstrat că o expresie ridicată a proteinelor extracelulare de șoc termic indică existența unor celule tumorale foarte agresive.
De asemenea, se corelează cu proliferarea celulară, stadiul cancerului și rezultatele clinice slabe, ceea ce indică potențialul de utilizare a expresiei proteinei șocului termic în procesul de diagnosticare a cancerului. Oncologii au început chiar să folosească proteinele de șoc termic pentru a diagnostica cancerul oral.
Tehnici precum imunodozarea prin puncte și ELISA și-au demonstrat potențialul în diagnosticarea cancerului. Cercetătorii au stabilit că anticorpii fagilor specifici HSP sunt benefici în diagnosticarea cancerului în eprubetă (in-vitro).
S-a demonstrat, de asemenea, că proteinele de șoc termic interacționează cu adaptările cancerului, cum ar fi rezistența la medicamente, producția de celule tumorale și durata de viață. Reglarea în sus și în jos a microARN-urilor asociate cu cancerul se numesc oncomirs.
Hsp90 este unul dintre cei mai promițători candidați pentru diagnosticarea, prognosticul și tratamentul cancerului, iar Hsp70, Hsp60 și HSP mici s-au dovedit a avea beneficii potențiale pentru tratarea:
- Boala neurodegenerativă
- Ischemia
- Moartea celulară
- Autoimunitate
- Respingerea grefei
- Alte boli critice
Aplicații farmaceutice
Vaccinuri împotriva cancerului
Proteinele de șoc termic acționează eficient ca adjuvanți imunologici, care pot crește răspunsul imunitar la un vaccin.
În plus, unele studii sugerează că proteinele de șoc termic ar putea fi implicate în legarea fragmentelor proteice ale celulelor moarte și maligne, cum ar fi celulele canceroase, și în aducerea lor la sistemul imunitar pentru a le combate.
S-a constatat, de asemenea, că proteinele de șoc termic au un impact asupra căilor de semnalizare care fac parte din formarea celulelor canceroase sau din carcinogeneză. În cele din urmă, proteinele de șoc termic pot crește potențial eficiența vaccinurilor împotriva cancerului. Proteinele de șoc termic izolate din celulele tumorale pot acționa ca un vaccin anti-tumoral.
Deoarece celulele tumorale sunt supuse unui stres continuu și trebuie să țină în frâu un număr mare de oncogene mutante sau de gene care cauzează cancer, acestea creează o cantitate excepțională de proteine de șoc termic în interiorul celulelor tumorale.
Atunci când sunt izolate din tumoare, aceste proteine de șoc termic au un repertoriu peptidic care acționează ca o hartă sau o amprentă a celulelor tumorale din care provin.
Aceste proteine de șoc termic au potențialul de a fi aplicate înapoi la pacient pentru a ajuta la lupta împotriva tumorii, cu scopul de a obține regresia tumorii.
Terapeutica anticancerigenă
Proteinele de șoc termic sunt puternic exprimate intracelular în celulele canceroase. Acestea sunt esențiale pentru supraviețuirea celulelor canceroase, favorizând chiar și celulele mai invazive sau formarea de metastaze ale tumorilor.
Din acest motiv, inhibitorii cu molecule mici ai proteinelor de șoc termic, cum ar fi Hsp90, au potențialul de a fi un tratament anticancerigen. Cercetătorii studiază aceste potențiale terapeutice. Cu toate acestea, testele clinice nu au trecut încă.
Tratamentul autoimunității
Proteinele de șoc termic pot acționa ca modele moleculare asociate cu leziuni, molecule din celule care fac parte din răspunsul imunitar înnăscut eliberat de celulele care mor în urma unei traume sau a unei infecții. Prin urmare, proteinele de șoc termic pot încuraja extracelular anumite boli autoimune.
Cu toate acestea, s-a constatat că proteinele de șoc termic pot fi utilizate la pacienții cu boli autoimune pentru a induce toleranță imunitară și a ajuta la tratarea acestor boli.
Inhibitorii Hsp90 au, de asemenea, potențialul de a trata bolile autoimune datorită rolului lor în plierea corectă a proteinelor proinflamatorii. Boli precum artrita reumatoidă și diabetul de tip 1 pot fi tratate prin intermediul tratamentelor pentru autoimunitate.
Aplicații la domiciliu
Expunerea la căldură
Expunerea deliberată la căldură, în special utilizarea saunei, poate juca un rol benefic în menținerea unei stări de sănătate bune și are beneficii care variază de la sănătatea cardiovasculară până la eliberarea hormonilor de creștere.
Sauna folosită de 2-3 ori pe săptămână, până la 7 ori pe săptămână, de la 5-20 de minute pe sesiune la aproximativ 80-100℃ (176-212℉) poate fi benefică pentru sănătatea cardiovasculară, poate îmbunătăți starea de spirit prin eliberarea de dinorfine și endorfine și poate îmbunătăți răspunsurile la stres.
Expunerea la căldură este o formă de hormesis, un stres ușor și tolerabil pentru organism care are ca rezultat o adaptare pozitivă.
Utilizarea unei saune poate scădea nivelul de cortizol sau de stres și poate încuraja activarea căilor de reparare a ADN-ului și a longevității, crescând proteinele de șoc termic.
Stresul termic creat în organism prin utilizarea saunei, stimulează proteinele de șoc greu intracelulare, prevenind agregarea proteinelor, ajutând la transportul proteinelor de reparare și îmbunătățind sistemul imunitar.
Stresul termic are beneficii uriașe pentru sănătatea generală a tuturor oamenilor. Studiile arată că stresul termic în timp util ar putea aduce beneficii mai degrabă întâlnite în exercițiile fizice pentru cei care nu pot face exerciții fizice în măsura recomandată din cauza vârstei, rănilor și/sau bolilor cronice.
Expunerea la frig
Expunerea deliberată la frig are, de asemenea, beneficii pentru proteinele de șoc termic. Un studiu privind expunerea la frig a constatat că temperaturile scăzute au dus la introducerea selectivă la nivel tisular a proteinelor de șoc termic în țesutul adipos brun, ceea ce are beneficii metabolice semnificative.
Această expresie a proteinelor de șoc termic indusă de frig are beneficii specifice prin faptul că există o legătură sporită a factorilor de transcripție ai acestora cu ADN-ul.
La pachet
În concluzie, lumea proteinelor de șoc termic (HSP) se dovedește a fi o cale promițătoare în încercarea noastră de a înțelege mai bine și de a combate bolile neurodegenerative.
Aceste proteine de stres, care au sarcina de a refolosi proteinele denaturate și de a menține echilibrul celular, oferă potențiale descoperiri în dezvoltarea de terapii.
Pe măsură ce deslușim această rețea biologică complexă, țintirea proteinelor de șoc termic ar putea deține cheia pentru a aborda complexitatea bolilor neurodegenerative, oferind speranța unor tratamente îmbunătățite și a unui viitor mai luminos.
Referințe
Factori Sigma și factori anti-sigma bacterieni: Structura, funcția și distribuția - PMC.
Protocoale de expunere deliberată la căldură pentru sănătate și performanță - Huberman Lab
Proteinele extracelulare de șoc termic și cancerul: Noi perspective - PMC
Proteina șocului termic - o prezentare generală | ScienceDirect Topics
Proteinele șocului termic: repararea ADN-ului de tip chaperon | Oncogene.
Proteinele șocului termic: o țintă terapeutică ce merită luată în considerare - PMC.
Proteinele șocului termic: O analiză a chaperonilor moleculari - ScienceDirect
Proteina șocului termic - Wikipedia
Creșterea nivelurilor serice HSP70 este asociată cu durata diabetului - PMC
Proteinele de stres (șoc termic) | Circulation Research
Transcripția (biologie) - Wikipedia
Disclaimer
Conținutul acestui articol este furnizat doar în scop informativ și nu este menit să înlocuiască sfaturile, diagnosticul sau tratamentul medical profesionist. Se recomandă întotdeauna să vă consultați cu un furnizor de servicii medicale calificat înainte de a face orice schimbare legată de sănătate sau dacă aveți întrebări sau preocupări legate de sănătatea dumneavoastră. Anahana nu este răspunzătoare pentru orice erori, omisiuni sau consecințe care pot apărea în urma utilizării informațiilor furnizate.
By: Anahana
The Anahana team of researchers, writers, topic experts, and computer scientists come together worldwide to create educational and practical wellbeing articles, courses, and technology. Experienced professionals in mental and physical health, meditation, yoga, pilates, and many other fields collaborate to make complex topics easy to understand.