Защитная функция белков теплового шока семейства 70 кД

• Автор: Маргулис, Борис Александрович
• Шифр специальности: 03.00.25
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 138 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Литературный обзор
2.1. Белки теплового шока: общие сведения
2.2. Механизмы индукции БТШ
2.3. Группы БТШ
2.4. Шаперонные механизмы, основанные на БТШ
2.5. Функция БТШ70 в эукариотической клетке
2.6. БТШ в медицине и экологии
3. Методы, использованные в работе
4. Результаты и обсуждение
4.1. Синтез БТШ70 и чувствительность клеток
4.2. Модуляция количества БТШ70 и его защитная функция
4.2.1. БТШ70 в модели диабета
4.2.2. Защитная функция БТШ70 in vivo
4.2.3. БТШ70 и апоптоз
4.2.4. Подавление апоптоза в клетках миеломы, трансфецированных
геном бтш70
4.3. Связь БТШ70 с другими клеточными белками
4.3.1. Антитела к БТШ70 и создание диагностических наборов
для его детекции
4.3.2. Образование белковых комплексов на основе БТШ70
4.3.3. БТШ70 модулирует активность NF-kappaB в клетках Molt4
4.3.4. Регуляция NF-kappaB в клетках U-937, индуцированных к апоптозу
4.4. Функция «экзогенного» БТШ70
4.4.1. Транспорт БТШ70 в клетки U-937
4.4.2. Защита клеток нейробластомы экзогенным БТШ70
5. Заключение и выводы
Список цитированной литературы
1. ВВЕДЕНИЕ

Живая клетка, как и целый организм, способна эффективно защищаться от перегрева, гипоксии, аноксии и иных стрессорных факторов, путем включения разнообразных молекулярных систем. Исследования в этой области велись в нескольких направлениях. Одно из них было сформулировано Насоновым, Александровым и Ушаковым, (Александров, 1975, 1985; Насонов 1959; Ушаков и др., 1982) в 50-80-ые годы; основа его заключается в том, что конформационная гибкость биополимеров является амортизатором при каком-либо повреждающем клетку воздействии, то есть устойчивость клеток к цитотоксическим факторам определяется способностью белковых молекул к самовосстановлению своей структуры и функции. К другим защитным механизмам можно отнести группу соединений полиолов и трехалозы, защищающих ткани и органы от осмотического стресса, механизмы модификации липидов клеточной мембраны, компенсаторные системы изозимов и аллозимов, белки семейств Bcl/Bag/Bax, систему нейтрализации свободных радикалов (супероксиддисмутаза, глютатион) и т.д (Feder, Hoffmann, 1998).
Крупное направление в биологии адаптации связано с так называемыми белками теплового шока (БТШ, Heat Shock Proteins, Hsp) или белками стресса. Достаточно отметить, что одним из первых клонированных генов стал ген hsp70 (БТШ70) и первым выявленным контрольным элементом гена стала последовательность из 14 нуклеотидов этого гена, регулируемая специфическим транскрипционным фактором теплового шока. Для понимания значения БТШ в развитии современных представлений о природе клеточного ответа на изменение внешних условий среды существенно выделить следующие обстоятельства. Во-первых, БТШ были обнаружены во всех клетках и организмах, изученных к настоящему времени, то есть экспрессия этих
консервативных белков является общим признаком реакции живых систем на неблагоприятные факторы внешней среды. Во-вторых, выявлено огромное число факторов, способных индуцировать БТШ, что демонстрирует универсальность этого механизма клеточного ответа на стресс. В-третьих, выяснилось, что БТШ могут существовать в клетках в нормальных условиях, или их уровень может модулироваться агентами, стимулирующими в клетке нормальные физиологические процессы, такие как дифференцировка, пролиферация или апоптоз.
Одним из основных свойств БТШ является шаперонная активность или способность поддерживать денатурированные и вновь синтезированные полипептиды в развернутой конформации, переносить такие белки через внутриклеточные мембраны и собирать из них активные молекулярные структуры. Шаперонная активность определяет многообразие функций БТШ в клетке, а также контролирует их собственную экспрессию. Белки-шапероны необходимы клетке во всех процессах жизнедеятельности, включая реакцию на разнообразные стрессорные факторы, дифференцировку и пролиферацию. Следует отметить, что, поскольку патогенез клеток и тканей сопровождается изменениями в темпах синтеза и накопления БТШ, данные об этих белках привлекают возрастающее внимание специалистов из разных областей медицины, экологии, ветеринарии и фармакологии. К настоящему времени литература по БТШ насчитывает более 30000 названий, издано около 20 монографий, и ежегодно проводится 3-4 международных конференции, посвященные данной теме.
Клетки млекопитающих под действием какого-либо стрессорного фактора способны включать синтез БТШ, относящихся к нескольким различным семействам, БТШ90/100, БТШ70 и БТШ25-27. Экспрессия БТШ и накопление соответствующих белков стали для исследователей показателем того, что клетка находится в неблагоприятных условиях;
Недавно появились сообщения о новых БТШ70-связывающих белках, Hup и HspBPI. Первый, Hup (Hsc70-unbinding protein) с мол. массой 16 кДа является нуклеотид-дифосфат киназой и его роль заключается в снятии субстратных полипептидов с молекулы БТШ70к и в диссоцации мультимеров самого шаперона (Leung, Hightower 1997). Другой белок, HspBPI, с мол. массой около 40 кДа не имеет гомологии с известными белками; установлено, что он ингибирует присоединение АТФ к БТШ70 и стимулируемую Hdjl АТФ-азную активность БТШ70; при этом подавляется способность шаперона ренатурировать субстрат (Haynes, Guerriero, 1998).
Необходимо отметить, что все белки, участвующие в работе шаперонного механизма БТШ70, могут иметь иные активности или быть связанными с другими белковыми системами клетки. В качестве примера можно привести данные о связи ко-шаперона Hip с рецептором прогестерона и онкогенной тирозин киназой, как частями шаперонного механизма БТШ70/БТШ90 (Frydman, Hohfeld, 1997).
Можно предположить, что Hip стабилизирует взаимодействие БТШ70 с сигнальными молекулами в период, когда БТШ90 работает в связи с БТШ70. Собранные в недавно опубликованном обзоре (Cheetham, Caplan, 1998) данные указывают на то, что к белкам, имеющим J-домен для связывания БТШ70, относятся такие известные в других областях молекулы, как туморогенный белок р581РК, связывающий Z-ДНК и тРНК белок дрожжей и Т-антиген вируса полиомы.
Таким образом, шапероны и белки-модуляторы шаперонной активности формируют в клетке несколько систем, нацеленных на исправление или удаление аберрантных белков и на контроль над функцией механизмов синтеза полипептидов и сборки надмолекулярных структур. По мнению большинства авторов, хотя и не вполне аргументированному, шаперонная активность определяет