Кіріспе
Жасушалық стресс-реакцияның түрі
Жылу шогының реакциясы (ЖШР) – бұл жасушалық стресс-реакция, ол жоғары температура, тотығу стресі және ауыр металдар сияқты факторлардың салдарынан ақуыздарға тигізетін зиянды әсерлермен күресу үшін молекулалық шаперондардың санын арттырады. Қалыпты жасушада протеостаз (ақуыз гомеостазы) сақталуы тиіс, өйткені ақуыздар жасушаның негізгі функционалдық бірліктері болып табылады. Көптеген ақуыздар өздерінің биологиялық функцияларын орындау үшін ақуыз бүктелуі деп аталатын процесте белгілі бір конфигурацияны қабылдайды. Егер бұл құрылымдар өзгерсе, маңызды процестер бұзылып, жасуша зақымдануына немесе өліміне әкелуі мүмкін. Жылу шогының реакциясы стресс жағдайында жылу шогы ақуыздарының (HSP) экспрессиясын ынталандырады, олардың көпшілігі молекулалық шаперондар болып табылады, олар ақуыздың қате бүктелуін болдырмауға немесе кері қайтаруға көмектеседі және дұрыс бүктелу үшін қажетті ортаны қамтамасыз етеді. Ақуыз бүктелуі, бұрыс өзара әрекеттесулер туындауы мүмкін тығыз жасушаішілік кеңістікке байланысты қиындық тудырады; бұл қоршаған ортаның стресс факторлары ақуызды денатурациялап, одан да көп қалыпты емес бүктелуге себеп болғанда одан да қиындайды. Егер молекулалық шаперондардың жұмысы қате бүктелуді болдырмау үшін жеткіліксіз болса, ақуыз протеасома немесе аутофагия арқылы ыдыратылып, кез келген потенциалды улы агрегаттарды жояды. Қате бүктелуіне бақылау ұсталмаған ақуыздар агрегацияға алып келуі мүмкін, бұл ақуыздың дұрыс конформацияға өтуіне кедеріс келтіреді және әртүрлі ауруларда көрінетін плакеттердің пайда болуына әкелуі мүмкін. ЖШР-дің әсерінен туындаған жылу шогы ақуыздары Альцгеймер, Хантингтон немесе Паркинсон аурулары сияқты кең таралған нейродегенеративті аурулармен байланысты ақуыздардың агрегациясының алдын алуға көмектеседі.
The heat shock response (HSR) is a cell stress response that increases the number of molecular chaperones to combat the negative effects on proteins caused by stressors such as increased temperatures, oxidative stress, and heavy metals. In a normal cell, proteostasis (protein homeostasis) must be maintained because proteins are the main functional units of the cell. Many proteins take on a defined configuration in a process known as protein folding in order to perform their biological functions. If these structures are altered, critical processes could be affected, leading to cell damage or death. The heat shock response can be employed under stress to induce the expression of heat shock proteins (HSP), many of which are molecular chaperones, that help prevent or reverse protein misfolding and provide an environment for proper folding. Protein folding is already challenging due to the crowded intracellular space where aberrant interactions can arise; it becomes more difficult when environmental stressors can denature proteins and cause even more non native folding to occur. If the work by molecular chaperones is not enough to prevent incorrect folding, the protein may be degraded by the proteasome or autophagy to remove any potentially toxic aggregates. Misfolded proteins, if left unchecked, can lead to aggregation that prevents the protein from moving into its proper conformation and eventually leads to plaque formation, which may be seen in various diseases. Heat shock proteins induced by the HSR can help prevent protein aggregation that is associated with common neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, Huntington's, or Parkinson's disease.
Жылу соққысына жауап берудің индукциясы
Қоршаған ортаның стресс факторларының әсерімен жасуша протеостазды сақтап тұруы қажет. Осы зиянды жағдайларға жедел немесе созылмалы түрде ұшырау, протеомның тұрақтылығын қамтамасыз ететін цитопротективті жауапты тудырады. HSP (мысалы, HSP70, HSP90, HSP60 және т.б.) қалыпты жағдайларда кездеседі, бірақ жылу стресі кезінде, олар транскрипция факторы – жылулық шок факторы 1 (HSF1) арқылы жоғары реттеледі. Омыртқалыларда (HSF 1–4) төрт түрлі транскрипция факторы табылады, мұнда HSP-тің негізгі реттеушісі HSF1, ал *E. coli*-де σ32 жылулық шок транскрипция факторы болып табылады. ДНҚ-ға байланыспаған кезде HSF1 мономерлік күйде болады, онда ол белсенді емес және шаперондармен теріс реттеледі. Стресс пайда болғанда, денатурацияланған ақуыздардың болуына байланысты бұл шаперондар босатылады, ал HSF1-дегі әртүрлі конформациялық өзгерістер оның тримеризация арқылы белсенді болатын ядролық локализацияға түсуіне себеп болады. HSR (Heat Shock Response) тек HSP-лердің транскрипция деңгейін арттырумен ғана шектелмейді; басқа да қырларына mRNA-дағы қателерді алдын алу үшін стресс-индуцирленген mRNA тұрақтылығы және дұрыс бүгілмеуді болдырмау үшін аударма кезінде күшейтілген бақылау кіреді.
Молекулалық шаперондар
Молекулалық шаперондар әдетте басқа белоктармен байланысып, олардың табиғи конформациясына жетуіне көмектесетін, бірақ соңғы күйде кездеспейтін ақуыздар деп аталады. Шаперондар белгілі бір функцияны орындау үшін АТФ-қа тәуелді түрде өз субстратына (яғни, қате бүлінген белокқа) байланысады. Ашық гидрофобтық қалдықтар – ақуыз агрегациясы тұрғысынан маңызды мәселе, себебі олар бір-бірімен өзара әрекеттесіп, гидрофобтық байланыстарды құрай алады. Шаперондардың міндеті – осы агрегацияны қалдықтарға байланысу арқылы немесе ақуыздарға дұрыс бүліну үшін «қауіпсіз» орта жасау арқылы болдырмау. Ыстыққа төзімді ақуыздар (heat shock proteins) иммундық жүйенің ауру клеткаларды тануына көмектесу үшін клетка бетінде ақуыз фрагменттерін (немесе пептидтерді) көрсетуде де рөл атқарады деп саналады. HSR-ге қатысатын негізгі HSP-лер: HSP70, HSP90 және HSP60. Жаңа синтезделген белок трансляцияланғанда, HSP70 белоктың гидрофобтық аймақтарымен байланысып, трансляция аяқталғанға дейін бұрыс өзара әрекеттесулердің алдын алады. Трансляциядан кейінгі белок бүлінуі шаперонға байланысу/босату циклі арқылы жүзеге асады, бұл гидрофобтық топтарды жасыруға және уақтылы бүлінуге қажетті энергияны жеңуге көмектеседі. HSP70 жоғарыда аталған механизм арқылы ақуыз агрегаттарын таратуға қатысады; шаперон ашық гидрофобтық қалдықтарға байланысып, ақуызды жартылай немесе толығымен бөлшектейді, содан кейін HSP70 дұрыс қайта бүлінуге көмектеседі. Егер ақуыздар қайта бүлінуден шыққан болса, HSP70 осы потенциалды токсикалық агрегаттарды протеасома немесе аутофагия арқылы ыдыратуға бағыттай алады. HSP90 ақуыздарды қайта бүліну және тазалау процесінде HSP70-ке ұқсас. Шаперонинге қақпақ байланғанда, белок гидрофобтық ыдырауға ұшырап, тұрақты конформацияға жетеді. Қақпақ алынғаннан кейін белок дұрыс бүлініп, өзінің функциясын орындай алады немесе әлі де дұрыс бүлінбеген жағдайда HSP-ге қайта оралуы мүмкін. Бұл шаперондар агрегацияны жою және ақуыз бүлінуін айтарлықтай жылдамдатуға қызмет етеді. Оның айтуынша, бұл жаңалық зертханалық инкубатордағы бақыланбайтын температураның көтерілуінен туындаған кездейсоқ жағдайдың нәтижесі болған. Ритоссаның 1962 жылы жариялаған байқаулары кейіннен «ген белсенділігіне тікелей әсер ететін алғашқы белгілі қоршаған орта стресі» деп сипатталды. Бұл байқаулардың маңызы 1970-ші жылдары Гершель К. Митчеллдің зертханасында жылуға төзімді ақуыздардың ерекше класы табылып, жылуға төзімді жауаптың басқа организмдерде де кездесетіні және ол жалпыға ортақ екені анықталғанда айқын болды.