Белки теплового шока.

Белки теплового шока (БТШ ) - многофункциональные клеточные регуляторы, унаследованные нами, вероятно, от первых прокариотических клеток. По крайней мере, их структура консервативна , а их функции делают эти молекулы непременными участниками ответа на повреждение у различных клеток - от бактериальных до человеческих.

Впервые они были обнаружены в клетках дрозофил, подвергавшихся тепловому воздействию. Это, однако, не означает, что экспрессия данных белков специфична только для тепловой травмы , напротив, она может быть индуцирована различными воздействиями ( воспаление, инфекция, гипоксия, химические повреждения клеток тяжелыми металлами, мочевиной , перекисью водорода, мышьяком и этиловым спиртом).

Вместе с тем, повышенная экспрессия БТШ увеличивает и термпературную устойчивость клеток, поэтому их название не случайно.

Считается, что БТШ могут представлять собой систему белковых клеточных детергентов и регуляторов ограниченного протеолиза. В этом качестве они способны поддерживать нативную конформацию синтезируемых в клетке белков, предохранять их от денатурации и солюбилизировать белки, которые при клеточном стрессе утрачивают свою растворимость, либо способствовать протеолизу денатурированных белков.

БТШ синтезируются в небольших количествах и в норме и могут, в частности, принимать участие в регуляции клеточной пролиферации, обеспечивая конденсацию хромосом при митозе. Пусковым сигналом для экспрессии повышенных количеств БТШ служит, по-видимому, протеолиз некоего сигнального фактора теплового шока. Продукты этого протеолиза или сам денатурированный белок действуют на промоторы генов БТШ и запускают их считывание.

Синтез БТШ и их функции требуют затраты макроэргических соединений и, по-видимому, могут предохранять клетку от гибели вплоть до развития тяжелой тканевой гипоксии.

Выделяют 4 группы БТШ , различных по молекулярному весу и функциям:

• белки с молекулярной массой 84-110 кДа

• белки с молекулярной массой 70 кДа

• белки с молекулярной массой 15-30 кДа

• белки с молекулярной массой 8,5 -12 кДа

Наиболее высокомолекулярные БТШ взаимодействуют с рецепторами стероидных гормонов, предупреждая в отсутствие стероидов ассоциацию рецепторов с хроматином. Это может рассматриваться, как блокада осуществления стрессорных адаптационных программ до наступления стресса, который характеризуется высоким уровнем воздействия стероидных гормонов на клетки. В условиях стресса действие этой группы БТШ может служить предохранительным механизмом против избыточной стимуляции, а для некоторых клеток, где стероиды индуцируют запрограммированную гибель, например, для лимфоцитов - прямым «буфером», увеличивающим выживаемость.

Таким образом, БТШ - своеобразный механизм , сопрягающий стресс на уровне целостного организма и стрессорный ответ отдельных клеток. Так, БТШ hsp90 образует комплекс с рецепторами стероидов и увеличивает аффинность этих рецепторов. Более того, комплекс рецептора и данного БТШ способен связывать иммунофиллины - внутриклеточные мишени иммунодепрессантов типа циклоспорина. Возможно, это означает, что БТШ имеют прямое отошение к влиянию стресса на иммунитет (П.Бриан, 1992).

БТШ 70 кДа считается центральным звеном во всей системе белков теплового шока. Его и близкие к нему по массе БТШ называют шаперонины - от английского «shape» - форма, так как они осуществляют поддержание нативной конформации белков и сопровождают белковые молекулы после трансляции в различные отсеки клетки и к месту образования макромолекулярных комплексов. Эта функция «молекулярных шин» или солюбилизаторов энергозависима и предохраняет белки цитоплазмы и ядра от агрегации и денатурации, которая является неотъемлемой частью необратимого повреждения клеток.

Продукты ограниченного протеолиза самого БТШ-70 могут служить молекулярными сигналами для экспрессии других БТШ.

При повреждении клетки синтезируемый БТШ-70 мигрирует в ядро и связывается с хроматином и ядрышком, взаимодействуя с топоизомеразой и гистонами. Предполагается, что это необходимо для предохранения от мутаций и обеспечивает условия для работы репаразной системы ( либо через влияние на протеолиз белков хроматина, либо через восстановление конденсированного состояния хроматина).

В цитоплазме белки , близкие к БТШ-70, индуцируются при повреждении клетки и взаимодействуют с микротрубочками и микрофиламентами, вероятно, стабилизируя цитоскелет и увеличивая устойчивость клеток к механическому повреждению, денатурации и агрегации цитоплазматических белков. Агрегация элементов цитоскелета, в частности, прекератиновых промежуточных филаментов, является характерным неспецифическим компонентом повреждения клеток, а указанные агрегаты входят в состав вещества, образуемого в поврежденной клетке и известного в патологической анатомии как “алкогольный гиалин”, так как оно впервые было описано Меллори в виде особых телец в поврежденных гепатоцитах алкоголиков. По-видимому, с возрастом способность некоторых клеток, в частности, адренокортикоцитов, генерировать БТШ- 70, снижается, и это считают одним из возможных механизмов клеточного старения (М.Дж.Блейк и др., 1991).

.

БТШ из группы 15 - 30 кДа также способны взаимодействовать после повреждения клетки с элементами хроматина и оказывать действие на осуществление клеточного цикла, а также повышать устойчивость клеток к некрозу , по крайней мере, в миокарде. Этот эффект лежит в основе феномена, названного Ф.З. Меерсоном “ адаптационной стабилизацией структур”, что проявляется в увеличении резистентности клеток к гипоксии и аутолизу после кратковременного стресса. Очевидно, что БТШ могут ,по крайней мере, частично обусловливать неспецифическое повышение устойчивости организма к острой гибели, наблюдаемое при стрессе.

Низкомолекулярная группа БТШ представлена убиквитинами (от “ubiquitous” - вездесущий). Убиквитины могут рассматриваться , как рецепторы для специфических протеаз. Ядерные и цитоплазматические белки, к которым прикрепляются убиквитины, подлежат внелизосомальному протеолизу .

Ограниченный протеолиз, как способ каскадной активации тех или иных ферментативно-рецепторных систем, широко применяется в живых клетках. На ограниченном протеолизе, при котором продукт протеолитической реакции является ферментом, ускоряющим следующий шаг протеолиза, построена работа системы комплемента, свертывающей и противосвертывающей систем крови, кининовой системы. Возможно, убиквитинизация необходима для устранения денатурированных белков или запуска протеолитических сигнальных систем в поврежденной клетке.

При повреждении клеток убиквитины могут запустить протеолиз и в клеточных ядрах , вызывая лизис гистонов, антионкобелка р53 и циклина внутри клеточных ядер.

Считается, что протеолиз гистонов может приводить к запуску ферментов-эндонуклеаз и фрагментации хроматина, протеолиз циклина может останавливать размножение дефектных клеток, а протеолиз белка р53 может приводить к его активации и срабатыванию программы клеточной смерти. Убиквитинизация белков хроматина и повышение синтеза убиквитинов обнаруживается при апоптозе клеток настолько регулярно, что некоторые патологи считают эти белки маркерами апоптоза.

Таким образом, БТШ - элементы наиболее древних, неспецифических механизмов клеточной реактивности. БТШ способны оказывать цитопротекторное действие при повреждении, предохраняя клетку и от апоптоза и, в определенной степени, на ранних стадиях, до развития тяжелой гипоксии - также и от некроза. Первичная структура БТШ на 50-60% идентична у человека и бактерий (С.Кауфманн, 1990). Иммунный ответ на БТШ микробов и паразитов, особенно, на иммунодоминантные БТШ-70, 65, 90, 10, запускает у человека процессы перекрёстной аутоаллергии. Умеренный аутоиммунитет к БТШ-65 физиологичен (И.Кохен, 1991) но его усиление может вести к артриту и диабету (В. Ван Иден и соавт.,1990; Т.Шинник, 1991).

Весьма фундаментальным значением обладает, на наш взгляд, тот факт, что работа системы БТШ способна как предохранять клетки от преждевременной запрограммированной гибели (БТШ - 70), так и индуцировать ее ( убиквитины). Повреждение способно запускать программы, устраняющие сами поврежденные клетки.