Reakcija toplotnog šoka

Reakcija toplotnog šoka (HSR) je reakcija na ćelijski stres koja povećava broj molekulskih šaperona, u borbi protiv negativnih efekata na proteinski uzrokovanih stresora kao što su povećana temperatura, oksidativni stres i teški metali.[1] U normalnoj ćeliji mora se održavati proteostaza (homeostaza proteina) jer su proteini glavne funkcionalne ćelijske jedinice.[2] Mnogi proteini poprimaju definiranu konfiguraciju u procesu poznatom kao presavijanje proteina kako bi izvršavali svoje biološke funkcije. Ako se ove strukture promijene, mogli bi uticati na kritične procese, što bi moglo dovesti do oštećenja ili smrti ćelija.[3] Reakcija toplotnog šoka može se koristiti pod stresom da inducira ekspresiju proteina toplotnog šoka (HSP), od kojih su mnogi molekulski šaperoni, koji pomažu u sprečavanju ili preokretanju pogrešnog savijanja proteina i pružaju okruženje za pravilno presavijanje.[4]

Sklapanje proteina već je izazov zbog pretrpanog unutarćelijskog prostora, u kojem mogu nastati aberantne interakcije; postaje teže kada stresori iz okoline mogu denaturirati proteine i prouzrokovati još više nativnih nabora.[5] Ako rad molekulskih šaperona nije dovoljan da bi se spriječilo nepravilno presavijanje, proteinski proteasom ili autofagija mogu ga razgraditi, kako bi uklonili svi potencijalno toksični agregati.[6] Ako se krivo sklopljeni proteini ne kontroliraju, mogu dovesti do agregacije, koja sprečava protein da se premjesti u odgovarajuću konformaciju i na kraju dovodi do stvaranja plaka, što se može vidjeti kod različitih bolesti.[7] Proteini toplotnog šoka, inducirani HSR-om, mogu pomoći u prevenciji agregacije proteina koja je povezana sa uobičajenim neurodegenerativnim bolestima kao što su Alzheimerova, Huntingtonova ili Parkinsonova bolest.[8]

Dijagram prikazuje radnje koje se poduzimaju kada se stres unese u ćeliju. Stres će inducirati HSF-1 i prouzročiti pogrešan rast proteina.
Molekulskii šaperoni će pomoći da se ovi proteini pravilno saviju ili ako je stepen pogrešnog savijanja prejak, protein će se eliminirati proteasomom ili autofagijom.

Indukcija odgovora toplotnog šoka

Uvođenjem stresora iz okoline, ćelija mora biti u stanju održavati proteostazu. Akutno ili hronično podvrgavanje ovim štetnim uslovima izaziva citoprotektivni odgovor da bi se poboljšala stabilnost proteoma.[9] HSP-ovi (npr. HSP70, HSP90, HSP60 itd.) prisutni su u normalnim uvjetima, ali pod toplotnim stresom, oni su pojačani faktor transkripcije faktora toplotnog šoka 1 ( HSF1).[10][11] Postoje četiri različita transkripcijska faktora koji se nalaze u kičmenjaka (HSF 1-4), gdje je glavni regulator HSP-a HSF1, dok je σ32 faktor transkripcije toplotnog šoka u E.   coli.[12][13] Kada nije vezan za DNK, HSF1 je u monomernom stanju, gdje je neaktivan i negativno reguliran šaperonima.[14] Kada se pojavi stres, ti šaperoni se oslobađaju. zbog prisustva denaturiranih proteina i zbog različitih konformacijskih promjena HSF1 podvrgavaju se jedarnoj lokalizaciji, gdje trimerizacijom postaje aktivan.[15][14] Novotrimerizirani HSF1 vezaće se za elemente toplotnog šoka (HSE), koji se nalaze u regiji promotora različitih HSP-a, kako bi aktivirali transkripciju iRNK HSP-a. Na kraju će iRNK biti transkribirana i sadržavat će regulirane HSP-ove koji mogu ublažiti stres i povratiti proteostazu.[16] HSF1 će također regulirati ekspresiju HSP-a, putem epigenetičkih modifikacija. HSR će se na kraju oslabiti, kako se HSF1 vrati u svoj monomerni oblik, negativno reguliran udruživanjem s HSP70 i HSP90, zajedno s dodatnim posttranslacijskim modifikacijama.[17]

Također pogledajte

Reference

  1. ^ Morimoto RI (March 1993). "Cells in stress: transcriptional activation of heat shock genes". Science. 259 (5100): 1409–10. doi:10.1126/science.8451637. PMID 8451637.
  2. ^ Balchin D, Hayer-Hartl M, Hartl FU (July 2016). "In vivo aspects of protein folding and quality control". Science. 353 (6294): aac4354. doi:10.1126/science.aac4354. hdl:11858/00-001M-0000-002B-0856-C. PMID 27365453.
  3. ^ Richter K, Haslbeck M, Buchner J (October 2010). "The heat shock response: life on the verge of death". Molecular Cell. 40 (2): 253–66. doi:10.1016/j.molcel.2010.10.006. PMID 20965420.
  4. ^ Weibezahn J, Schlieker C, Tessarz P, Mogk A, Bukau B (August 2005). "Novel insights into the mechanism of chaperone-assisted protein disaggregation". Biological Chemistry. 386 (8): 739–44. doi:10.1515/BC.2005.086. PMID 16201868.
  5. ^ Fink AL (April 1999). "Chaperone-mediated protein folding". Physiological Reviews. 79 (2): 425–49. doi:10.1152/physrev.1999.79.2.425. PMID 10221986.
  6. ^ Cuervo AM, Wong E (January 2014). "Chaperone-mediated autophagy: roles in disease and aging". Cell Research. 24 (1): 92–104. doi:10.1038/cr.2013.153. PMC 3879702. PMID 24281265.
  7. ^ Tower J (July 2009). "Hsps and aging". Trends in Endocrinology and Metabolism. 20 (5): 216–22. doi:10.1016/j.tem.2008.12.005. PMC 3835556. PMID 19394247.
  8. ^ Wyttenbach, Andreas; Arrigo, André Patrick (2013). The Role of Heat Shock Proteins during Neurodegeneration in Alzheimer's, Parkinson's and Huntington's Disease (jezik: engleski). Landes Bioscience.
  9. ^ Kaushik S, Cuervo AM (December 2015). "Proteostasis and aging". Nature Medicine. 21 (12): 1406–15. doi:10.1038/nm.4001. PMID 26646497.
  10. ^ Abravaya K, Myers MP, Murphy SP, Morimoto RI (July 1992). "The human heat shock protein hsp70 interacts with HSF, the transcription factor that regulates heat shock gene expression". Genes & Development. 6 (7): 1153–64. doi:10.1101/gad.6.7.1153. PMID 1628823.
  11. ^ Morimoto RI, Kline MP, Bimston DN, Cotto JJ (1997). "The heat-shock response: regulation and function of heat-shock proteins and molecular chaperones". Essays in Biochemistry. 32: 17–29. PMID 9493008.
  12. ^ Akerfelt M, Trouillet D, Mezger V, Sistonen L (October 2007). "Heat shock factors at a crossroad between stress and development". Annals of the New York Academy of Sciences. 1113: 15–27. doi:10.1196/annals.1391.005. PMID 17483205.
  13. ^ Guisbert E, Yura T, Rhodius VA, Gross CA (September 2008). "Convergence of molecular, modeling, and systems approaches for an understanding of the Escherichia coli heat shock response". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 72 (3): 545–54. doi:10.1128/MMBR.00007-08. PMC 2546862. PMID 18772288.
  14. ^ a b Morley JF, Morimoto RI (February 2004). "Regulation of longevity in Caenorhabditis elegans by heat shock factor and molecular chaperones". Molecular Biology of the Cell. 15 (2): 657–64. doi:10.1091/mbc.e03-07-0532. PMC 329286. PMID 14668486.
  15. ^ Barna J, Csermely P, Vellai T (August 2018). "Roles of heat shock factor 1 beyond the heat shock response". Cellular and Molecular Life Sciences. 75 (16): 2897–2916. doi:10.1007/s00018-018-2836-6. PMID 29774376.
  16. ^ Akerfelt M, Trouillet D, Mezger V, Sistonen L (October 2007). "Heat shock factors at a crossroad between stress and development". Annals of the New York Academy of Sciences. 1113: 15–27. doi:10.1196/annals.1391.005. PMID 17483205.
  17. ^ Trinklein ND, Murray JI, Hartman SJ, Botstein D, Myers RM (March 2004). "The role of heat shock transcription factor 1 in the genome-wide regulation of the mammalian heat shock response". Molecular Biology of the Cell. 15 (3): 1254–61. doi:10.1091/mbc.e03-10-0738. PMC 363119. PMID 14668476.