Autor: Ewa Eliza Chrzanowska, chemik, kosmetolog, studentka Wydziału Biologii Uniwersytetu Gdańskiego
Białka szoku termicznego( ang.Heat Schock Proteins, Hsp ) zostały tak nazwane, gdyż wykryto ich wzmożoną syntezę u muszki owocowej w momencie nagłego wzrostu temperatury . Potem zauważono, iż są one produkowane zarówno przez komórki prokariotyczne, eukariotyczne organizmów wyższych jak i człowieka, w odpowiedzi na czynniki takie jak: zmiana temperatury, brak substancji odżywczych oraz stres tlenowy i inne. Zasadniczym zadaniem Hsp jest opieka nad innymi białkami, pełniącymi ważne funkcje życiowe.Biorą one udział m.in.w renaturacji lub degradacji białek zdenaturowanych lub uszkodzonych przez stresowe czynniki. Zmiany struktury białka wywołane czynnikami środowiskowymi zazwyczaj pociągają za sobą utratę specyficznej funkcji, co w konsekwencji może prowadzić do śmierć komórki. Opiekuńcze białka szoku termicznego chronią inne białka przed zmianą struktury czyli agregacją, denaturacją, zapobiegając apoptozie. Stąd też ich amerykańska nazwa chaperons, co w dosłownym przekładzie oznacza „przyzwoitki”. Hsp tworzą filogenetycznie starą rodzinę protein o masach od 15 do 110 kDa. Zostały one podzielone na rodziny pod względem masy cząsteczkowej i pełnią różne funkcje w komórce.
Źródło: Nefrologia Dializoterapia Polska, 11.2007, Nr 2
Małe białka szoku termicznego (sHps, small heat shock proteins) mają małą masę cząsteczkową (15-45 kDa). W komórkach tworzą one struktury oligomeryczne wymagane do roli białek opiekuńczych. Posiadają domenę alfa-krystaliny zbudowanej z ok. 90 reszt aminokwasowych. Struktura sHsp jest najbardziej konserwatywną strukturą w ewolucji i umożliwia im spełnianie funkcji białek opiekuńczych.
Dużo informacji na temat białek szoku termicznego dostarczyły badania przeprowadzone w Zakładzie Biochemi i Katedrze Biologii Molekularnej Uniwersytetu Gdańskiego. Wnioski opisane m.in. w ”Postępy biochemi”53 (1)2007 jak i „2008 Nova Science Publiher”, donoszą iż sHsp biorą udział w regulacji apoptozy i transformacji nowotworowej. Odgrywają ważną rolę w schorzeniach neurologicznych jak i ich mutacje mogą prowadzić do rozwoju zaćmy. W genomie człowieka znajduje się 10 genów kodujących sHsp a najlepiej poznane są Hsp22, Gsp27, alfa-krystalina.
SHsp chronią przed apoptozą
Apoptoza regulowana jest dwoma szlakami: zewnętrznym i wewnętrznym, które aktywowane są proteazami cysteinowymi- kaspazami. Wykazano, że białko Hsp 27 hamuje szlaki apoptozy na kilku etapach oddziaływując z odpowiednimi białkami (cytochrom C, prokaspaza 3, białko Dax).
sHsp chronią także komórki nowotworowe
Jednak umiejętność sHsp zapobiegania apoptozie komórek może być zgubna dla zdrowia gdy w organizmie obecny jest nowotwór. Okazało się, że sHsp hamując apoptozę, chronią komórki nowotworowe. sHsp mogą powodować oporność na chemioterapię gdyż, jako białka opiekuńcze renaturują polipeptydy powstałe z zaatakowanych komórek nowotworowych czynnikami cytotoksycznymi stosowanymi w terapii przeciwnowotworowej. Dlatego też podczas chemioterapii należy pomyśleć o zahamowaniu sHsp podając np. doksorubicynę czy lowastatynę.W wielu tkankach nowotworowych stwierdzono wysoki pozim Hsp27 i innych białek opiekuńczych (Hsp 70, Hsp90, Hsp60), Podwyższenie poziomu αlfa-krystaliny jest charakterystyczne dla raka jasnokomórkowego nerki i ośrodkowego układu nerwowego.
Odkrywca sHsp prof. Maciej Żylicz, obecnie kierownik Zakładu Biologii Molekularnej w Międzynarodowym Instytucie Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie, badając ich wpływ na transformacje nowotworową, stwierdzil, że w niektórych przypadkach specyficznych mutacji w genie kodującym białko suprymujące transformację nowotworową – p53 nie następuje utrata funkcji białka. Białko p53 staje się dopiero nieaktywne w czasie stresu, ponieważ białka stresowe powodują jego agregację” Oznacza to,że nie wolno leczyć napromieniowaniem czy chemioterapią osoby będącej nosicielem tej mutacji białka p53.
Alfa-krystalina a zaćma
Zaćma jest dobrze poznaną chorobą związaną z sHsp. Objawia się zmętnieniem soczewki oka i słabą ostrością widzenia spowodowaną stopniową denaturacją i koagulacją białek soczewki na skutek starzenia się lub stresu środowiskowego. Alfa-krystalina stanowi ok. 35% i jako białko opiekuńcze chroni inne białka przed agregacja utrzymując przezroczystość soczewki. Wykryto już kilka mutacji w genie kodujący alfa-krystalinę i beta-krystalinę (mutacje typu missens CRYAA, missens R49C, nonsens W9X, CRYAB), wywołujące dziedziczną zaćmę.
sHsp pełnią ważną funkcje w chorobach neurodegeneracyjnych
Małe białka szoku termicznego są ciekawą grupą białek ze względu na ich związek z licznymi procesami chorobotwórczymi. W schorzeniach neurodegeneracyjnych chrakteryzujących się akumulacją nieprawidłowo sfałdowanych i zagregowanych polipeptydów w komórkach nerwowych stwierdzono podwyższoną ekspresję sHsp w szczególności alfa-krystaliny lub mutacje i modyfikacje w genach sHsp. Podczas choroby Alzheimera, Aleksandra, czy Creutzfelda-Jacoba w agregatach komórkowych pojawiają się sHsp.
Wewnątrzkomórkowe agregaty białek powstają w przypadku chorób poliglutaminowych np. choroba Huntingtona. Tu Hsp 22 zapobiega agregacji nadprodukowanych peptydów z resztą glutaminy. W chorobie tej huntingtyna ze zwiększoną ilością reszt glutaminy, powoduje podwyższenie ROS, które uśmiercają neurony. Natomiast Hsp 27 obniża poziom ROS. Również w korze mózgowej u pacjentów chorych na Parkinsona nadprodukowane są Hsp 27 i α-krystalina. α-krystalina może zapobiegać agregacji białek tworzących ciała Lewy’ego. Wykazano , że we większości neuronów kresomózgowia, w których wykryto α-krystaline nie powstawały ciała Lewy’ego. Natomiast w neuronach zawierających ciała Lewy’ego nie wykryto αlfa-krystaliny.
Z kolei u pacjentów z chorobą Aleksandra w astrocystach uszkodzonej istoty białej mózgu powstają włókna Rosenthala – agregaty zawierające kwaśne białko włókienkowe gleju (GFAP). Obecne tu w astrocystach Hsp 27 oraz alfa-krystalina i beta-krystalina kontrolują organizację filamentów pośrednich GFAP.
Małe białka szoku termiczengo spełniają ważną rolę opiekuńczą w organizmach chroniąc inne białka przed skutkami stresu środowiskowego. Odkrycie ich zgubnej roli w kancerogenezie pozwoliło na opracowanie nowych metod walki z rakiem. Udowodnienie współzależności między obecnością sHsp z procesami chorobotwórczymi spowodowało, iż sHsp zajęły istotne miejsce w strategiach terapeutycznych.
Na podstawie:
1. 2008 Nova Science Publisher, Inc., ISBN 978-1-60456-641-3
2.The Jornual of Biological Chemistry, vol.280, No. 13, Issue of April 2005
3. Postępy Biochemii, tom 53, Nr 1, str.19-23, 2007
4. Nefrologia Dializoterapia Polska, 11.2007, Nr 2
