Кіріспе

Ақуыздер отбасысы
Жылулық шок ақуыздары (ЖША) – жасушалардың стрестік жағдайларға ұшырағанда өндіретін ақуыздер тобы. Олар алғаш рет жылулық шокқа байланысты сипатталған, бірақ қазір суыққа, ультракөк сәулеленуге, жараның жазылуына немесе тіндердің қайта құрылуына ұшыраған кезде де олардың экспрессиясы байқалады. Осы топтың көптеген мүшелері шаперондық функцияларды атқарады, жаңа ақуызды тұрақтандырып, дұрыс бүгілуін қамтамасыз етеді немесе жасуша стресінен зақымданған ақуызды қайта бүгуге көмектеседі. Бұл экспрессияның артуы транскрипциялық деңгейде реттеледі. Жылулық шок ақуыздарының күрт жоғарылауы – жылулық шок жауабының маңызды бөлігі және негізінен жылулық шок факторы (HSF) арқылы шақырылады. ЖША бактериялардан бастап адамға дейінгі барлық тірі организмдерде кездеседі. Жылулық шок ақуыздары молекулалық салмағы бойынша аталады. Мысалы, Hsp60, Hsp70 және Hsp90 (ең көп зерттелген ЖША) тиісінше 60, 70 және 90 килодальтонға жуық мөлшердегі жылулық шок ақуыздарының отбасыларын білдіреді. 8 килодальтондық кішкентай ақуыз – убиквитин, ол ақуызды ыдырауға белгілейді, сонымен қатар жылулық шок ақуыздарының қасиеттеріне ие. Шамамен 80 аминқышқылынан тұратын альфа-кристаллиндердің консервацияланған ақуыз байланысу домені – шағын жылулық шок ақуыздары (sHSP) деп аталады.

Ашылу

Белгілі болғандай, жасушаларды қысқа мерзімге қауіпті емес, бірақ жоғары температураға ұшырату арқылы жылдам жылуға төзімділік пайда болады, бұл өз кезегінде, кейінгі және одан да күшті температурадан қорғауға көмектеседі. 1962 жылы итальяндық генетик Ферруччо Ритосса жылу және метаболизмді бұзушы 2,4-динитрофенолдың Drosophila-ның хромосомаларында ерекше "көпіршіктену" үлгісін тудыратынын хабарлады. Бұл жаңалық ақырында жылулық шок ақуыздарын (HSP) немесе стресс ақуыздарын анықтауға әкелді, олардың экспрессиясы осы көпіршіктенуді көрсетеді. 1974 жылы жылулық шок сияқты стресс факторларынан кейін Drosophila жасушаларында белгілі бір ақуыздардың синтезінің артуы туралы алғаш рет хабарланды. 1974 жылы Тиссер, Митчелл және Трейси жылулық шоктың ақуыздың шағын мөлшерін өндіруге және көптеген басқа ақуыздардың өндірілуін тежеуге ықпал ететінін анықтады. Бұл бастапқы биохимиялық жаңалық жылулық шоқты және оның биологиялық рөлін зерттеуге кең мүмкіндік берді. Жылулық шок ақуыздары көбінесе жылулық стрестен зақымдалған ақуыздарды қайта құруда шаперон ретінде жұмыс істейді. Жылулық шок ақуыздары бактериядан адамға дейін барлық зерттелген түрлерде табылды, бұл олардың өте ерте дамығанын және маңызды функцияға ие екенін көрсетеді.

Функция

Марвин және авторлардың зерттеулеріне сәйкес, sHSP жылулық шок жауабында ғана емес, сонымен қатар сүтқоректілердің эмбриональды немесе ересек кезеңдерінде, телеост балықтарында және кейбір төменгі омыртқалы геномдардың дамуында да өздігінен көрінеді. hspb1 (HSP27) стресс кезінде және зебра балықтарының эмбрионының, сомиттерінің, мидың ортаңғы және артқы бөліктерінің, жүрек пен линзаның дамуы кезінде экспрессияланады. Альфа кристаллині кодтайтын hspb4 генінің экспрессиясы жылулық шоққа жауап ретінде линзада едәуір жоғарылайды.

Стресс кезінде жоғары реттеу

Жылу шок ақуыздарының жоғары деңгейін өндіру инфекция, қабыну, жаттығулар, жасушаның зиянды заттарға (этанол, мырыш және іздік металдар сияқты көптеген басқа да заттарға) ұшырауы, ультракүлгін сәуле, аштық, гипоксия (оттегі жетіспеуі), азот тапшылығы (өсімдіктерде) немесе су тапшылығы сияқты әртүрлі қоршаған орта стресстік жағдайлардың салдарынан туындауы мүмкін. Осының нәтижесінде жылу шок ақуыздары стресс ақуыздары деп те аталады, ал олардың деңгейінің жоғарылауы кейде стресс жауабының бір бөлігі ретінде жалпылама сипатталады. Жылу шогының (немесе басқа да қоршаған орта стресстік факторларының) жылу шок факторын қалай белсендіргені бактерияларда анықталды. Жылу стресі кезінде сыртқы мембрана ақуыздары (СМА) дұрыс бүктелмейді және сыртқы мембранаға енбейді. Олар периплазмалық кеңістікте жиналады. Бұл СМА-ларды DegS ішкі мембрана протеазасы анықтайды, ол сигналды мембрана арқылы sigmaE транскрипция факторына жібереді. Дегенмен, кейбір зерттеулер зақымдалған немесе бұрмаланған ақуыздардың көбеюінің HSP-ті белсендіргенін көрсетеді. Кейбір бактериялық жылу шок ақуыздары FourU термометрі, ROSE элементі және Hsp90 cis реттегіш элементі сияқты РНК термометрлерін қамтитын механизм арқылы жоғары реттеледі. Петерсен мен Митчелл D. melanogaster-де жылу шок генінің экспрессиясын тудыратын (және келесі жоғары температуралық жылу шогынан кейін тіршіліктің айтарлықтай жақсаруын қамтамасыз ететін) жұмсақ жылу шок алдын ала емдеуінің негізінен РНК транскрипциясына қарағанда, жарғылық РНК-ның аудармасына әсер ететінін анықтады. Жылу шок ақуыздары сондай-ақ D. melanogaster-де ұзақ суыққа ұшырағаннан кейін қалпына келтіру кезінде, жылу шогы болмаған жағдайда да синтезделеді. Осыған ұқсас жылу шок алдын ала емдеуі, келесі жылу шогынан өлімге ұшыраудың алдын қалғандай, суыққа ұшырағанда да өлімге ұшыраудың алдын қалдырады. HSP отбасының кейбір мүшелері барлық организмдерде ақуызды сақтаудағы маңызды рөліне байланысты төменнен орташа деңгейде экспрессенеді.

Менеджмент

Жылу шогының ақуыздары стрестік емес жағдайларда да кездеседі, жай ғана клетканың ақуыздарын "қадағалайды". Олардың "қадағалаушы" рөлінің мысалдары: олар ескі ақуыздарды клетканың "қайта өңдеу орталығына" (протеазома) жеткізеді және жаңа синтезделген ақуыздардың дұрыс қалыптасуына көмектеседі. Бұл қызметтер клетканың өзінің жөндеу жүйесінің бір бөлігі болып табылады, ол "клеткалық стресс жауабы" немесе "жылу шоғы жауабы" деп аталады. Жақында, LDM MED машинасының қолданылуы арқылы көрсетілгендей, HSP және қос жиілікті ультрадыбыс арасындағы байланысты көрсететін бірнеше зерттеулер жүргізілді. Жылу шогының ақуыздары өзге ақуыздарға қарағанда өздігінен ыдырауға көбірек бейім, себебі олардың өзіне протеолитикалық әсер етуі баяу болады.

Жүрек- қан тамырлары

Жылу шогының ақуыздары жүрек-қан тамырларында маңызды рөл атқарады. Hsp90, hsp84, hsp70, hsp27, hsp20 және альфа-В кристаллинінің жүрек-қан тамырларындағы рөлі бар екені хабарланды. Hsp90 эндотелиялық азот оксиді синтетазасымен және ерігіш гуанилат циклазасымен байланысады, олар өз кезегінде қан тамырларының кеңеюіне қатысады. hsp70-нің, клетка сыртындағы hsp70 (ehsp70) және клетка ішіндегі hsp70 (ihsp70) топтарының тобы окис стресін және басқа да физиологиялық факторларды басқаруда маңызды рөл атқаратыны көрсетілді. Криф және авторлар тобы hspb7 (cvHSP – жүрек-қан тамырларының жылу шок ақуызы) жүректің жылу шок ақуызы деп атады. Gata4 – жүрек морфогенезіне жауапты маңызды ген. Ол сонымен қатар hspb7 және hspb12 гендерінің экспрессиясын реттейді. Gata4 жоғалуы hspb7 және hspb12 транскрипттерінің деңгейінің төмендеуіне әкелуі мүмкін, бұл Габриэль және авторлар тобының байқағанынша, зебра балықтарының эмбриондарында жүрек миопатиясына алып келуі мүмкін. hspb7 сонымен қатар зебра балықтарында жүректің сол-оң асимметриясын реттеуге жауапты Купфер көпіршіктерінің төмендеуіне қатысады. hspb7-мен қатар hspb12 жүректің жақтылығын анықтауға қатысады. Hsp20 даму кезеңінде тегіс бұлшықет фенотипінің қалыптасуында маңызды рөл атқарады. Hsp20 сонымен қатар тромбоциттердің жинақталуын болдырмау, жүрек миоциттерінің жұмысын қамтамасыз ету және ишемиялық зақымнан кейін апоптоздың алдын алу, сондай-ақ қаңқа бұлшық еттерінің жұмысы мен бұлшық еттерде инсулинге жауап беруде маңызды рөл атқарады. Hsp27 әйелдердің жиырылулары кезіндегі негізгі фосфопротеин. Hsp27 кішкентай бұлшықеттердің қозғалысында қатысады және маңызды рөл атқарады.

Иммунитет

Иммунитеттегі жылулық шок ақуыздарының функциясы, олардың бүтін ақуыздарды ғана емес, сонымен қатар пептидтерді байланыстыру қабілетіне негізделген. Осы өзара әрекеттесудің байланыс күші және ерекшелігі көбінесе төмен болады. Кем дегенде, hsp70, hsp90, gp96 және кальретикулин сияқты кейбір HSP-лердің мұндай қабілеті бар екені көрсетілді және олардың пептид байланысатын орындары анықталды. Алайда, gp96-ның иммундық функциясы пептидке тәуелді болмауы мүмкін, себебі ол TLR немесе интегралдар сияқты көптеген иммундық рецепторлардың дұрыс қалыптасуына қатысады.

Қант диабеті

Диабет (DM) – гипергликемиямен сипатталатын иммундық ауру. Әдетте, бұл белгілер инсулин жетіспеушілігінен туындайды. Дегенмен, соңғы кезде hsp70 және кейбір жағдайларда hsp60 пен диабет арасындағы байланысты көрсететін көптеген мақалалар жарияланды. Таяу күндері жарық көрген тағы бір зерттемеде ehsp70 және ihsp70 арақатынасы диабетке әсер етуі мүмкін екені және бұл жеткілікті биомаркерге алып келуі мүмкін екені анықталды. Диабетпен ауыратын науқастардың сарысуындағы hsp70 деңгейінің уақыт өте келе артатыны көрсетілген.

Қатерлі ісік

HSP экспрессиясы қатерлі ісікті анықтауда маңызды рөл атқарады. Жақындағы жаңалықтар eHSP-нің жоғары концентрациясы агрессивті ісіктердің болуын көрсетеді. Бұдан бөлек, HSP-лер ауыз қуысы қатерлі ісігінің диагностикасында онкологтарға көмектеседі. Нүктелік иммуноанализ және ELISA сынағы сияқты әдістерді пайдалана отырып, зерттеушілер HSP-ге тән фаг антиденелерінің ішкі жағдайда қатерлі ісіктерді диагностикалау маркерлері ретінде пайдалы екенін анықтады. Сондай-ақ, HSP-лер дәріге қарсы тұру, ісік жасушаларының өндірісі мен өмір сүру ұзақтығы, сондай-ақ онкомирлердің жоғары және төмен реттелуі сияқты қатерлі ісіктің бейімделу механизмдерімен өзара әрекеттеседі.

Қатерлі ісікке қарсы вакциналар

Оларды ұсынудағы рөлін ескере отырып, HSP вакцинаға жауапты күшейту үшін иммунологиялық адъюванттар (DAMPS) ретінде пайдалы. Сонымен қатар, кейбір зерттеушілер HSP-лер өлі қатерлі жасушалардан алынған ақуыз фрагменттерін байланыстырып, иммундық жүйеге ұсынады деп болжайды. Sedlacek және авторлар жариялаған соңғы зерттеуде HSP-нің STAT1 активациясы, gp96 белсенді макрофагтар және NK жасушаларының белсенділігі сияқты канцерогенез жауаптарына қатысты әртүрлі сигналдық жолдарға әсер ететіні көрсетілді. Сондықтан HSP-лер қатерлі ісікке қарсы вакциналардың тиімділігін арттыруға көмектесе алады. Сондай-ақ, ісіктік жасушалардан бөліп алынған HSP-лер өздері жекелеген ісікке қарсы вакцина ретінде әрекет ете алады. Күшті Hsp90 ингибиторы 17 AAG бірнеше түрдегі қатерлі ісіктерді емдеу үшін клиникалық сынақтардан өтті, бірақ тиімділігімен байланысты емес, әртүрлі себептерге байланысты 3-фазаға өтпеді. HSPgp96 де қатерлі ісікке қарсы ем ретінде үміт береді және қазіргі уақытта шағын жасушалы емес өкпе қатерлі ісігіне қарсы клиникалық сынақтарда жүргізілуде.

Аутоиммундық емдеу

ДАМП ретінде әрекет ететін HSP-лер клеткадан тыс ортада аутоиммундық реакцияларды күшейте алады, бұл ревматоидты артрит немесе жүйелі қызыл жегі сияқты ауруларға алып келеді. Hsp90 ингибиторлары – аутоиммундық ауруларды емдеудің тағы бір әлеуетті жолы, себебі hsp90 көптеген қабынуға қарсы протеиндердің (PI3K, MAPK және NF kB каскадтарының құрауы) дұрыс қалыптасуы үшін қажет.