Jeśli temperatura wzrasta, żywy organizm reaguje na to, wytwarzając specyficzne związki zwane "białkami szoku cieplnego". Tak reaguje człowiek, tak reaguje kot, tak reaguje każde stworzenie, ponieważ składa się z żywych komórek. Jednak nie tylko wzrost temperatury powoduje syntezę białka szoku cieplnego chlamydii i innych gatunków. Poważne stresy często prowokują sytuacje.
Informacje ogólne
Ponieważ białka szoku cieplnego są wytwarzane przez organizm tylko w określonych sytuacjach, różnią się one od normalnie wytwarzanych związków. Okres ich powstawania charakteryzuje się zahamowaniem ekspresji głównej puli białek, która odgrywa ważną rolę w metabolizmie.
HSP-70 eukarionty, prokarionty DnaK to rodzina, w której naukowcy połączyli białka szoku cieplnego, które są ważne dla przetrwania na poziomie komórkowym. Oznacza to, że dzięki takim związkom komórka może nadal funkcjonować nawet w sytuacji, gdy stres, ciepło i agresywne środowisko są temu przeciwne. Jednak białka z tej rodziny mogą również uczestniczyć w procesach zachodzących w normalnych warunkach.
Biologia na poziomie mikroskopowym
Jeśli domeny są w 100% identyczne, to eukarionty, prokarionty są bardziejniż 50% homologiczne. Naukowcy udowodnili, że w przyrodzie, spośród wszystkich grup białek, to właśnie HSP o masie 70 kDa należy do najbardziej konserwatywnych. Poświęcone temu badania przeprowadzono w 1988 i 1993 roku. Przypuszczalnie zjawisko to można wyjaśnić funkcją opiekuńczą związaną z białkami szoku cieplnego w mechanizmach wewnątrzkomórkowych.
Jak to działa?
Jeśli weźmiemy pod uwagę eukarionty, to pod wpływem szoku cieplnego indukowane są geny HSP. Jeśli jakaś komórka uciekła ze stresujących warunków, to czynniki są obecne w jądrze, cytoplazmie, jako monomery. Ten związek nie wykazuje aktywności wiązania DNA.
Doświadczając stresujących warunków, komórka zachowuje się w następujący sposób: Hsp70 jest odcinane, co inicjuje produkcję zdenaturowanych białek. HSP tworzy trimery, aktywność zmienia swój charakter i wpływa na DNA, co ostatecznie prowadzi do akumulacji składników w jądrze komórkowym. Procesowi temu towarzyszy wielokrotny wzrost transkrypcji opiekuńczej. Oczywiście sytuacja, która to sprowokowała, mija z czasem i zanim to nastąpi, Hsp70 może zostać ponownie włączony do HSP. Aktywność związana z DNA zanika, komórka nadal pracuje tak, jakby nic się nie stało. Ta sekwencja wydarzeń została ujawniona już w 1993 roku w badaniach nad HSP prowadzonych przez Morimoto. Jeśli organizm jest zaatakowany przez bakterie, HSP mogą koncentrować się na błonie maziowej.
Dlaczego i dlaczego?
Naukowcy odkryli, że HSP powstają w wynikuwpływ różnych negatywnych, zagrażających życiu sytuacji na komórkę. Stresujące, szkodliwe wpływy z zewnątrz mogą być bardzo różnorodne, ale prowadzą do tego samego wariantu. Dzięki HSP komórka przeżywa pod wpływem czynników agresywnych.
Wiadomo, że HSP dzielą się na trzy rodziny. Ponadto naukowcy odkryli, że istnieją przeciwciała przeciwko białku szoku cieplnego. Podziału na grupy HSP dokonuje się z uwzględnieniem masy cząsteczkowej. Trzy kategorie: 25, 70, 90 kDa. Jeśli w żywym organizmie jest normalnie funkcjonująca komórka, to w jej wnętrzu z pewnością będą zmieszane ze sobą różne białka, dość podobne. Dzięki HSP rozwiązaniem mogą znów stać się białka zdenaturowane, a także nieprawidłowo sfałdowane. Jednak oprócz tej funkcji istnieje kilka innych.
Co wiemy i co domyślamy
Do tej pory białko szoku cieplnego chlamydii, jak również inne HSP, nie zostało w pełni zbadane. Oczywiście są pewne grupy białek, o których naukowcy mają dość dużą ilość danych, a są takie, których jeszcze nie opanowano. Ale teraz nauka osiągnęła poziom, na którym wiedza pozwoli nam powiedzieć, że w onkologii białko szoku cieplnego może być naprawdę użytecznym narzędziem do pokonania jednej z najstraszniejszych chorób naszego stulecia - raka.
Naukowcy dysponują największą ilością danych na temat HSP Hsp70, który może wiązać się z różnymi białkami, agregatami, kompleksami,nawet z nienormalnymi. Z biegiem czasu następuje uwolnienie, któremu towarzyszy połączenie ATP. Oznacza to, że w komórce ponownie pojawia się roztwór, a białka, które uległy nieprawidłowemu procesowi fałdowania, mogą być ponownie poddane tej operacji. Hydroliza, wiązanie ATP to mechanizmy, które to umożliwiły.
Anomalie i normy
Trudno przecenić rolę białek szoku cieplnego dla organizmów żywych. Każda komórka zawsze zawiera nieprawidłowe białka, których stężenie może wzrosnąć, jeśli istnieją ku temu zewnętrzne warunki. Typowa historia to przegrzanie lub infekcja. Oznacza to, że aby kontynuować życie komórki, należy pilnie wygenerować większą ilość HSP. Aktywowany jest mechanizm transkrypcji, który inicjuje produkcję białek, komórka przystosowuje się do zmieniających się warunków i dalej funkcjonuje. Jednak wraz ze znanymi już mechanizmami wiele pozostaje do odkrycia. W szczególności przeciwciała przeciwko białku szoku termicznego chlamydii stanowią dość duże pole dla działalności naukowców.
HSP, gdy łańcuch polipeptydowy się zwiększa i znajdują się w warunkach umożliwiających wejście z nim w relację, unikaj niespecyficznej agregacji i degradacji. Zamiast tego składanie odbywa się normalnie, z niezbędnymi opiekunami zaangażowanymi w proces. Hsp70 jest dodatkowo wymagany do rozwijania łańcuchów polipeptydowych z udziałem ATP. Dzięki HSP możliwe jest osiągnięcie, że regiony niepolarne również podlegają wpływowi enzymów.
HTS i medycyna
W Rosji naukowcy FMBA byli w stanie stworzyć nowy lek, wykorzystując do jego budowy białko szoku cieplnego. Zaprezentowany przez naukowców lek na raka przeszedł już wstępne testy na eksperymentalnych gryzoniach dotkniętych mięsakami i czerniakami. Te eksperymenty pozwoliły nam śmiało powiedzieć, że w walce z onkologią zrobiono znaczący krok naprzód.
Naukowcy zasugerowali i byli w stanie udowodnić, że białko szoku cieplnego jest lekiem, a raczej może stać się podstawą skutecznego leku, głównie dzięki temu, że cząsteczki te powstają w sytuacjach stresowych. Ponieważ są one pierwotnie wytwarzane przez organizm, aby zapewnić przeżycie komórek, zasugerowano, że przy odpowiednim połączeniu z innymi lekami można zwalczyć nawet nowotwór.
HSP pomaga lekowi wykrywać chore komórki w chorym ciele i radzić sobie z nieprawidłowym DNA w nich. Oczekuje się, że nowy lek będzie równie skuteczny w przypadku każdego podtypu chorób nowotworowych. Brzmi jak bajka, ale lekarze idą jeszcze dalej – zakładają, że lekarstwo będzie dostępne na absolutnie każdym etapie. Zgadzam się, takie białko szoku cieplnego z raka, gdy przejdzie wszystkie testy i potwierdzi swoją niezawodność, stanie się nieocenionym atutem dla ludzkiej cywilizacji.
Diagnozuj i lecz
Najbardziej szczegółowe informacje na temat nadziei współczesnej medycyny podał dr Simbirtsev, jeden z tych, którzy pracowali nad stworzeniem leku. Z jego wywiadumożna zrozumieć, dzięki czemu naukowcy zbudowali lek i w jaki sposób powinien on przynosić skuteczność. Ponadto można wyciągnąć wnioski, czy białko szoku cieplnego przeszło już badania kliniczne, czy jest jeszcze przed nami.
Jak wspomniano wcześniej, jeśli organizm nie doświadcza stresujących warunków, to produkcja BS odbywa się w wyjątkowo małej objętości, ale znacznie wzrasta wraz ze zmianą wpływu zewnętrznego. Jednocześnie normalny organizm ludzki nie jest w stanie wytworzyć takiej ilości HSP, która pomogłaby pokonać pojawiający się nowotwór złośliwy. „Co się stanie, jeśli HTS zostanie wprowadzony z zewnątrz?” – wymyślili naukowcy i uczynili z tego pomysłu podstawę do badań.
Jak to ma działać?
Aby stworzyć nowy lek, naukowcy w laboratorium odtworzyli wszystko, co niezbędne żywym komórkom do rozpoczęcia produkcji HSP. W tym celu uzyskano ludzki gen, który poddano klonowaniu przy użyciu najnowocześniejszego sprzętu. Bakterie badane w laboratoriach zmieniały się, dopóki nie zaczęły samodzielnie wytwarzać białka tak pożądanego przez naukowców.
Naukowcy na podstawie informacji uzyskanych podczas badań wyciągnęli wnioski na temat wpływu HSP na organizm człowieka. W tym celu konieczne było zorganizowanie analizy dyfrakcyjnej promieniowania rentgenowskiego białka. Nie jest to wcale łatwe: musieliśmy wysłać próbki na orbitę naszej planety. Wynika to z faktu, że ziemskie warunki nie sprzyjają prawidłowemu, równomiernemu rozwojowi kryształów. A oto kosmicznewarunki pozwalają uzyskać dokładnie te kryształy, które były potrzebne naukowcom. Po powrocie na swoją ojczystą planetę próbki eksperymentalne zostały podzielone między naukowców japońskich i rosyjskich, którzy, jak mówią, podjęli się ich analizy, nie tracąc ani sekundy.
I co znaleźli?
Podczas prac w tym kierunku wciąż trwają. Przedstawiciel grupy naukowców powiedział, że można było dokładnie ustalić: nie ma dokładnego związku między cząsteczką HSP a narządem lub tkanką żywej istoty. A to mówi o wszechstronności. Oznacza to, że jeśli białko szoku cieplnego znajdzie zastosowanie w medycynie, natychmiast stanie się panaceum na ogromną liczbę chorób – bez względu na to, jaki narząd jest dotknięty nowotworem złośliwym, można je wyleczyć.
Początkowo naukowcy wyprodukowali lek w postaci płynnej – jest on wstrzykiwany badanym osobnikom. Jako pierwsze próbki do przetestowania produktu pobrano szczury i myszy. Możliwe było zidentyfikowanie przypadków wyleczenia zarówno na początkowym, jak i późnym etapie rozwoju choroby. Obecny etap nazywa się badaniami przedklinicznymi. Naukowcy szacują czas jego zakończenia na co najmniej rok. Potem nadszedł czas na badania kliniczne. Na rynku nowy środek, być może panaceum, będzie dostępny za 3-4 lata. Jednak według naukowców wszystko to jest prawdziwe tylko wtedy, gdy projekt znajdzie finansowanie.
Czekać czy nie czekać?
Oczywiście obietnice lekarzy brzmią atrakcyjnie, ale jednocześnie słusznie wywołują nieufność. Jak długo ludzkość cierpi na raka, ile ofiar?ta choroba miała miejsce w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat i tutaj obiecują nie tylko skuteczny lek, ale prawdziwe panaceum - z dowolnego rodzaju, w dowolnym czasie. Jak możesz w to wierzyć? A co gorsza - wierzyć, ale nie czekać, ani czekać, ale okazuje się, że lekarstwo wcale nie jest tak dobre, jak oczekiwano, jak obiecano.
Opracowanie leku to technika inżynierii genetycznej, czyli najbardziej zaawansowana dziedzina medycyny jako nauki. Oznacza to, że przy należytym sukcesie wyniki naprawdę powinny być imponujące. Oznacza to jednak również, że proces jest niezwykle kosztowny. Z reguły inwestorzy są skłonni zainwestować sporo pieniędzy w obiecujące projekty, ale przy tak głośnym temacie, dużej presji i rozmyciu ram czasowych, ryzyko ocenia się jako ogromne. Są to obecnie optymistyczne prognozy na 3-4 lata, ale wszyscy eksperci na rynku doskonale zdają sobie sprawę z tego, jak często ramy czasowe przesuwają się nawet o dekady.
Niesamowite, niewiarygodne… a może?
Biotechnologia to dziedzina zamknięta na zrozumienie dla laika. Dlatego możemy mieć tylko nadzieję na słowa „sukces badań przedklinicznych”. Robocza nazwa leku brzmiała „białko szoku cieplnego”. Jednak HSP jest tylko głównym składnikiem leku, który zapowiada się na przełom na rynku leków przeciwnowotworowych. Oprócz tego w składzie ma znaleźć się szereg przydatnych substancji, które będą gwarantem skuteczności produktu. A wszystko to stało się możliwe dzięki temu, że najnowsze badania HSPwykazali, że cząsteczka nie tylko pomaga chronić żywe komórki przed uszkodzeniem, ale także jest rodzajem „wskazującego palca” dla układu odpornościowego, pomagając zidentyfikować, które komórki są dotknięte nowotworem, a które nie. Mówiąc prościej, kiedy HSP pojawia się w organizmie w wystarczająco wysokim stężeniu, naukowcy mają nadzieję, że odpowiedź immunologiczna sama zniszczy chore elementy.
Mam nadzieję i czekaj
Reasumując można powiedzieć, że nowość w walce z nowotworem polega na tym, że sam organizm ma lekarstwo, które może zniszczyć nowotwór, tyle że z natury jest raczej słaby. Stężenie jest tak niskie, że nie można nawet marzyć o jakimkolwiek działaniu terapeutycznym. Jednocześnie HSP są częściowo zlokalizowane w komórkach, które nie są dotknięte nowotworem, a cząsteczka nigdzie z nich nie „opuszcza”. Dlatego konieczne jest dostarczenie użytecznej substancji z zewnątrz - tak, aby dalej bezpośrednio wpływała na dotknięte elementy. Swoją drogą, podczas gdy naukowcy zakładają, że lek nie będzie nawet powodował skutków ubocznych - a to przy tak wysokiej wydajności! I tłumaczą tę „magię” faktem, że badania wykazały, że nie ma toksyczności. Jednak ostateczne wnioski zostaną wyciągnięte po zakończeniu badań przedklinicznych, co potrwa co najmniej rok.
