Proteína de choque térmico

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.

As proteínas de choque térmico ou proteínas de shock térmico (HSP polas siglas en inglés de Heat shock protein) son unha clase de proteínas relacionadas funcionalmente que interveñen no pregamento e despregamento doutras proteínas. A súa expresión increméntase cando as células se expoñen a elevadas temperaturas ou outros estreses. [1] Este incremento na súa expresión está regulado transcricionalmente. A drástica regulación á alza das proteínas de choque térmico é unha parte fundamental da resposta ao choque térmico e é inducida principalmente polo factor de choque térmico (HSF).[2] As proteínas de choque térmico encóntranse virtualmente en todos os organismos vivos, desde bacterias a mamíferos como os humanos.

As proteínas de choque térmico noméanse de acordo co seu peso molecular. Por exemplo, Hsp60, Hsp70 e Hsp90 (que son as proteínas de choque térmico máis estudadas) refírense a familias de proteínas de choque térmico con tamaños da orde de 60, 70, e 90 kDa, respectivamente.[3] A pequena proteína de 8 kDa ubiquitina, que marca a outras proteínas para a degradación, tamén ten características de proteína de choque térmico.[4]

Descubrimento[editar | editar a fonte]

Sábese que o endurecemento por calor rápido pode orixinarse por unha breve exposición das células a altas temperaturas subletais, que á súa vez son unha protección para subseguintes aumentos de temperatura maiores. En 1962, Ritossa informou que a calor e o desacoplador metabólico 2,4-dinitrofenol inducían un patrón característico de formación de puffs nos cromosomas politénicos en Drosophila.[5][6] Este descubrimento levou finalmente á identificación das proteínas de choque térmico (HSP) ou proteínas do estrés, cuxa expresión estaba asociada coa formación destes puffs cromosómicos. Do incremento da síntese de proteínas seleccionadas en células de Drosophila despois do estrés como as de choque térmico xe se informou en 1974.[7]

Mediada a década de 1980, os investigadores recoñeceron que moitas proteínas de choque térmico funcionaban como chaperonas moleculares e xogaban un papel crítico no pregamento de proteínas, no tráfico intracelular de proteínas e na reacción con proteínas desnaturalizadas pola calor e outros estreses. Por tanto, o estudo das proteínas do estrés experimentou un crecemento expoñencial.

Funcións[editar | editar a fonte]

Regulación á alza no estrés[editar | editar a fonte]

A produción de altos niveis de proteínas de choque térmico pode tamén desencadearse pola exposición a diferentes tipos de condicións estresantes ambientais, como a infección, inflamación, exercicio, exposición das células ás toxinas (etanol, arsénico, metais traza, e luz ultravioleta, entre moitos outros), inanición, hipoxia (deprivación de osíxeno), deficiencia de nitróxeno (en plantas), ou falta de auga. Como consecuencia, as proteínas de choque térmico tamén se denominan proteínas do estrés e a súa regulación á alza descríbese ás veces máis xeralmente como parte da resposta ao estrés.[8]

En bacterias determinouse o mecanismo polo cal o choque térmico (ou outros estreses ambientais) activan o factor de choque térmico. Durante o estrés térmico as proteínas da membrana externa (OMPs) non se pregan e non poden inserirse correctamente na membrana externa. Acumúlanse no espazo periplásmico. Estas proteínas detéctaas a protease de membrana DegS, que pasa o sinal a través da membrana ao factor de transcrición sigmaE.[9] Porén, algúns estudos suxiren que un incremento de proteínas danadas ou anormais é o que fai que as proteínas de choque térmico se poñan en acción.

Algunhas proteínas de choque térmico bacterianas regúlanse á alza por un mecanismo que implica termómetros de ARN como o termómetro FourU, o elemento ROSE (Repression Of heat Shock gene Expression) e o elemento cis-reguoatorio Hsp90.[10]

Función como chaperonas[editar | editar a fonte]

As proteínas de choque térmico funcionan como chaperonas intracelulares para outras proteínas. Xogan un importante papel nas interaccións proteína-proteína como o pregamento e a axuda no establecemento da conformación axeitada da proteína (forma) e a prevención de agregacións proteicas indesexadas. Ao axudaren a estabilizar as proteínas parcialmente despregadas, as proteínas de choque térmico colaboran no transporte de proteínas a través de membranas dentro da célula.[11][12]

Algúns membros da familia das proteínas de choque térmico exprésanse a niveis baixos ou moderados en todos os organismos debido ao seu papel esencial no mantemento das proteínas.

Mantemento[editar | editar a fonte]

As proteínas de choque térmico tamén aparecen baixo condicións non estresantes, simplemente ao "monitorizaren" (vixían e controlan) as outras proteínas da célula. Algúns exemplos do seu papel como "monitores" son que transportan as proteínas vellas ao proteasoma para a súa reciclaxe, e que axudan a que as proteínas recén sintetizadas se preguen axeitadamente.

Estas actividades son parte do sistema de reparación propio da célula, chamado "resposta ao estrés celular" ou "resposta ao choque térmico".

Cardiovascular[editar | editar a fonte]

As proteínas de choque térmico parecen ter un significativo papel cardiovascular. Informouse de que a Hsp90, Hsp84, Hsp70, Hsp27, Hsp20, e alfa B cristalina teñen papeis cardiovasculares.[13]

A Hsp90 únese tanto ao encima óxido nítrico sintase endotelial coma á guanilato ciclase soluble, que á súa vez están implicados na relaxación vascular.[14]

Unha quinase que actúa na vía de sinalización celular do óxido nítrico chamada proteína quinase G, fosforila a unha pequena proteína de choque térmico, a Hsp20. A fosforilación da Hsp20 correlaciónase ben coa relaxación do músculo liso e é unha fosfoproteína importante implicada no proceso.[15] A Hsp20 parece que é importante no desenvolvemento do fenotipo do músculo liso durante o desenvolvemento. A Hsp20 tamén desempeña un papel significativo para impedir a agregación das plaquetas, a función dos miocitos cardíacos e na prevención da apoptose despois dun dano isquémico, e na función do músculo esquelético e da resposta á insulina do músculo.[16]

A Hsp27 é unha fosfoproteína maior durante a contracción muscular. A Hsp27 funciona na migración do músculo liso e parece desempeñar un papel integral.[17]

Inmunidade[editar | editar a fonte]

As proteínas de choque térmico extracelulares e unidas a membranas, especialmente a Hsp70 están implicadas na unión de antíxenos e colaboran na súa presentación ao sistema inmunitario.[18]

Importancia clínica[editar | editar a fonte]

O factor de choque térmico 1 (HSF1) é un factor de transcrición que está implicado na regulación á alza da expresión da proteína Hsp70.[19] Recentemente descubriuse que o HSF1 é un modificador multifacético poderoso da carcinoxénese. Os ratos knockout HSF1 mostran unha diminución significativa da incidencia de tumores de pel despois de aplicacións tópicas do mutáxeno DMBA (7,12-dimetilbenzantraceno).[20]

Aplicacións[editar | editar a fonte]

Adxuvante da vacina contra o cancro[editar | editar a fonte]

Polo seu papel na presentación de antíxenos,[18] as proteínas de choque térmico son útiles como adxvantes inmunolóxicos para impulsar a resposta a unha vacina.[21] Ademais, algúns investigadores especulan que as proteínas de choque térmico poden estar implicadas na unión de fragmentos de proteínas de células mortas malignas e presentalas ao sistema inmunitario.[22] Xa que logo, as proteínas de choque térmico poden ser útiles para incrementar a efectividade das vacinas contra o cancro.[18][23]

Terapéutica anticancro[editar | editar a fonte]

As proteínas de choque térmico intracelulares presentan unha alta expresión nas células cancerosas e son esenciais para a supervivencia destes tipos de células. Por tanto, pequenas moléculas inhibidoras de HSPs, especialmente de Hsp90 están mostrándose prometedoras como axentes anticancerosos.[24] O potente inhibidor de Hsp90 17-AAG está actualmente en ensaio clínico para o tratamento de varios tipos de cancro.[25] A HSPgp96 tamén é protemedora para tratamentos anticancro e está actualmente en ensaios clínicos contra o cancro de pulmón de células non pequenas.[26]

Agricultura[editar | editar a fonte]

Estase tamén a investigar o papel das proteínas de choque térmico en conferir tolerancia ao estrés a plantas hibridadas, coa esperanza de mellorar as condicións creadas pola seca e a pobreza do chan na agricultura.[27]

Clasificación[editar | editar a fonte]

As principais proteínas de choque térmico que teñen actividade de chaperona pertencen a cinco clases conservadas: HSP33, HSP60, HSP70, HSP90, HSP100, e as proteínas de choque térmico pequenas (sHSPs).[7]

Masa molecular aproximada

(kDa)

Proteínas procarióticas Proteínas eucarióticas Función
10 kDa GroES Hsp10
20-30 kDa GrpE O grupo HspB. Once membros nos mamíferos entre os que están Hsp27, HSPB6 ou HspB1 [28]
40 kDa DnaJ Hsp40 Cofactor de Hsp70
60 kDa GroEL, antíxeno de 60kDa Hsp60 Implicado no pregamento de proteínas despois da súa importación postraducional ás mitocondrias/cloroplastos
70 kDa DnaK O grupo HspA como Hsp71, Hsp70, Hsp72, Grp78 (BiP), Hsx70 encóntrase só en primates Pregamento e despregamento de proteínas, proporciona termotolerancia á célula nas exposicións ao estrés térmico. Tamén impide o pregamento de proteínas durante a importación postraducional ás mitocondrias/cloroplastos.
90 kDa HtpG, C62.5 O grupo HspC que inclúe Hsp90 e Grp94 Mantemento dos receptores de esteroides e factores de trancrición
100 kDa ClpB, ClpA, ClpX Hsp104, Hsp110 Tolerancia a temperaturas extremas

Aínda que os membros máis importantes de cada familia están tabulados aquí, debe terse en conta que algunhas especies poden expresar outras chaperonas, cochaperonas, e proteínas de choque térmico non listadas. Ademais, moitas destas proteínas poden ter múltiples variantes de splicing (Hsp90α e Hsp90β, por exemplo) ou conflitos de nomenclatura (Hsp72 chámase tamén ás veces Hsp70).

Notas[editar | editar a fonte]

  1. De Maio A (January 1999). "Heat shock proteins: facts, thoughts, and dreams". Shock (Augusta, Ga.) 11 (1): 1–12. DOI:10.1097/00024382-199901000-00001. PMID 9921710.
  2. Wu C (1995). "Heat shock transcription factors: structure and regulation". Annual review of cell and developmental biology 11: 441–69. DOI:10.1146/annurev.cb.11.110195.002301. PMID 8689565.
  3. Li Z, Srivastava P (February 2004). "Heat-shock proteins". Current Protocols in Immunology Appendix 1: Appendix 1T. DOI:10.1002/0471142735.ima01ts58. ISBN 0-471-14273-5. PMID 18432918.
  4. Raboy B, Sharon G, Parag HA, Shochat Y, Kulka RG (1991). "Effect of stress on protein degradation: role of the ubiquitin system". Acta biologica Hungarica 42 (1–3): 3–20. PMID 1668897.
  5. Ritossa F (1962). "A new puffing pattern induced by temperature shock and DNP in drosophila". Cellular and Molecular Life Sciences (CMLS) 18 (12): 571–573. DOI:10.1007/BF02172188.
  6. Ritossa F (June 1996). "Discovery of the heat shock response". Cell Stress Chaperones 1 (2): 97–8. DOI:10.1379/1466-1268(1996)001<0097:DOTHSR>2.3.CO;2. PMC 248460. PMID 9222594. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=248460.
  7. 7,0 7,1 Schlesinger, MJ (1990-07-25). "Heat shock proteins". The Journal of Biological Chemistry 265 (21): 12111–12114. PMID 2197269. http://www.jbc.org/cgi/reprint/265/21/12111.
  8. Santoro MG (January 2000). "Heat shock factors and the control of the stress response". Biochemical pharmacology 59 (1): 55–63. DOI:10.1016/S0006-2952(99)00299-3. PMID 10605935.
  9. Walsh NP; Alba, BM; Bose, B; Gross, CA; Sauer, RT (April 2003). "OM peptide signals initiate the envelope stress response by activating DegS protease via relief of inhibition mediated by its PDZ domain". Cell 113 (1): 61–71. DOI:10.1016/S0092-8674(03)00203-4. PMID 12679035.
  10. Narberhaus F (2010). "Translational control of bacterial heat shock and virulence genes by temperature-sensing mRNAs". RNA Biol 7 (1): 84–9. DOI:10.4161/rna.7.1.10501. PMID 20009504.
  11. Walter S, Buchner J (April 2002). "Molecular chaperones--cellular machines for protein folding". Angewandte Chemie (International ed. in English) 41 (7): 1098–113. DOI:10.1002/1521-3773(20020402)41:7<1098::AID-ANIE1098>3.0.CO;2-9. PMID 12491239.
  12. Borges JC, Ramos CH (April 2005). "Protein folding assisted by chaperones". Protein and peptide letters 12 (3): 257–61. DOI:10.2174/0929866053587165. PMID 15777275.
  13. Benjamin IJ, McMillan DR (July 1998). "Stress (heat shock) proteins: molecular chaperones in cardiovascular biology and disease". Circulation research 83 (2): 117–32. PMID 9686751. http://circres.ahajournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=9686751.
  14. Antonova G, Lichtenbeld H, Xia T, Chatterjee A, Dimitropoulou C, Catravas JD (2007). "Functional significance of hsp90 complexes with NOS and sGC in endothelial cells". Clinical hemorheology and microcirculation 37 (1–2): 19–35. PMID 17641392. http://iospress.metapress.com/openurl.asp?genre=article&issn=1386-0291&volume=37&issue=1&spage=19.
  15. McLemore EC, Tessier DJ, Thresher J, Komalavilas P, Brophy CM (July 2005). "Role of the small heat shock proteins in regulating vascular smooth muscle tone". Journal of the American College of Surgeons 201 (1): 30–6. DOI:10.1016/j.jamcollsurg.2005.03.017. PMID 15978441.
  16. Fan GC, Ren X, Qian J, Yuan Q, Nicolaou P, Wang Y, Jones WK, Chu G, Kranias EG (April 2005). "Novel cardioprotective role of a small heat-shock protein, Hsp20, against ischemia/reperfusion injury". Circulation 111 (14): 1792–9. DOI:10.1161/01.CIR.0000160851.41872.C6. PMID 15809372.
  17. Salinthone S, Tyagi M, Gerthoffer WT (July 2008). "Small Heat Shock Proteins in Smooth Muscle". Pharmacology & therapeutics 119 (1): 44–54. DOI:10.1016/j.pharmthera.2008.04.005. PMC 2581864. PMID 18579210. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2581864.
  18. 18,0 18,1 18,2 Nishikawa M, Takemoto S, Takakura Y (April 2008). "Heat shock protein derivatives for delivery of antigens to antigen presenting cells". Int J Pharm 354 (1–2): 23–7. DOI:10.1016/j.ijpharm.2007.09.030. PMID 17980980.
  19. Xu D, Zalmas LP, La Thangue NB (July 2008). "A transcription cofactor required for the heat-shock response". EMBO Rep. 9 (7): 662–9. DOI:10.1038/embor.2008.70. PMC 2475325. PMID 18451878. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2475325.
  20. Dai C, Whitesell L, Rogers AB, Lindquist S (September 2007). "Heat Shock Factor 1 Is a Powerful Multifaceted Modifier of Carcinogenesis". Cell 130 (6): 1005–18. DOI:10.1016/j.cell.2007.07.020. PMC 2586609. PMID 17889646. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2586609.
  21. Bendz H, Ruhland SC, Pandya MJ, Hainzl O, Riegelsberger S, Braüchle C, Mayer MP, Buchner J, Issels RD, Noessner E (October 2007). "Human heat shock protein 70 enhances tumor antigen presentation through complex formation and intracellular antigen delivery without innate immune signaling". J. Biol. Chem. 282 (43): 31688–702. DOI:10.1074/jbc.M704129200. PMID 17684010.
  22. Wall Street Journal article on company and FDA
  23. Binder RJ (April 2008). "Heat-shock protein-based vaccines for cancer and infectious disease". Expert Rev Vaccines 7 (3): 383–93. DOI:10.1586/14760584.7.3.383. PMID 18393608.
  24. Didelot C, Lanneau D, Brunet M, et al. (2007). "Anti-cancer therapeutic approaches based on intracellular and extracellular heat shock proteins". Curr. Med. Chem. 14 (27): 2839–47. DOI:10.2174/092986707782360079. PMID 18045130.
  25. Solit DB, Rosen N (2006). "Hsp90: a novel target for cancer therapy". Curr Top Med Chem 6 (11): 1205–14. DOI:10.2174/156802606777812068. PMID 16842157.
  26. http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01504542?term=heat+biologics&rank=1
  27. Vinocur B, Altman A (April 2005). "Recent advances in engineering plant tolerance to abiotic stress: achievements and limitations". Current opinion in biotechnology 16 (2): 123–32. DOI:10.1016/j.copbio.2005.02.001. PMID 15831376.
  28. Kampinga, HH, Hageman, J, Vos, MJ, Kubota, H, Tanguay, RM, Bruford, EA (2009-01). "Guidelines for the nomenclature of the human heat shock proteins". Cell Stress and Chaperones 14 (1): 105–111. DOI:10.1007/s12192-008-0068-7. PMC 2673902. PMID 18663603. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2673902.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Commons
Commons ten máis contidos multimedia na categoría: Proteína de choque térmico
  • MeshName - Heat-Shock+Proteins [1]