Внутриклеточные функции HSP70

Молекулы HSP70 принимают участие в правильной укладке новосинтезированных или денатурированных полипептидных цепей, их стабилизации, деградации неправильно свернутых белков, предотвращении белковой агрегации, формировании нативной конформации белков для их дальнейшего импорта в различные органеллы, такие как митохондрии и эндоплазматический ретикулум.

Появление и накопление в клетке поврежденных белков увеличивает экспрессию Hsp70. После термического воздействия, вызывающего денатурацию клеточных белков, концентрация Hsp70 может составлять до 20% от всех цитоплазматических белков. Действие Hsp70 лежит в основе термотолерантности — феномена адаптации к повышению температуры и увеличения температурного порога чувствительности путем стабилизации белковых молекул с помощью Hsp70 при первичном, менее сильном нагреве [Lindquist, 1986].

Введение

нейтрализующих антител к Hsp70 в нейроны приводит к повышению чувствительности клеток к ТШ [Khan and Sotelo, 1989]. В ранний постстрессорный период накопленный Hsp70 может распределяться в разных компартментах. Различная внутриклеточная локализация HSP70 белков определяет их функциональную роль [Jaattela, 1999]. Кратковременное накопление этих белков происходит в первую очередь в клеточном ядре. Считается, что Hsp70 участвует в защите генетического материала [Kotoglou et al., 2009].

В разных типах клеток транскрипцию генов и трансляцию Hsp70 могут запускать различные факторы. К индукции Hsp70 могут приводить не только патологические для клетки воздействия, такие как, например, гипертермия или оксислительный взрыв, но и разнообразные физиологические сигналы, среди которых адренокортикотропные и глюкокортикоидные, тиреоидные гормоны, истощение гликогена и др. [Blake et al., 1991; Valen et al., 2000; Febbraio et al., 2002; Maloyan et al., 2002].

Белки HSP70 необходимы для клеточного восстановления и выживания в стрессовых условиях: их количество коррелирует с тяжестью протекания разных патологических состояний, таких как ишемия, воспаление, аутоиммунные процессы, злокачественные опухоли, бактериальные и вирусные инфекции, патологическая беременность, травма, гипертония, нейродегенеративные заболевания [Tan et al., 2007; Pockley et al., 2002, 2003]. В патогенезе некоторых нейродегенеративных заболеваний, в том числе болезней Альцгеймера и Хантингтона, лежит агрегация определенных внутриклеточных белков. Поэтому при этих расстройствах важную роль играют HSP70 и их шаперонная активность [Westerheide and Morimoto, 2005]. Увеличение продукции Hsp70 при гипоксии связано с развитием толерантности миокарда к более длительным эпизодам ишемии. Одним из доказательств этого является тот факт, что при повышенной экспресии Hsp70 увеличение размера миокарда и выход креатинкиназы, которые являются маркерами инфаркта, ингибируются [Marber et al., 1995].

HSP70 облегчают транспортировку ряда белков через клеточные мембраны [Young, 2003]. Как шапероны, HSP70 образуют комплексы с внутриклеточными антигенными пептидами, которые затем могут высвобождаться наружу или экспонироваться на клеточной мембране. Доказано, что Hsp70 участвует в процессинге антигенов. Белок Hsp70 в комплексе с антигенным пептидом усиливает связывание пептида-антигена с рецепторами антиген-презентирующих клеток (АПК), способствует интернализации антигена и последующей его презентации на поверхности АПК в составе комплекса с молекулыми MHC класса I [Theriault et al., 2005]. С другой стороны HSP70 защищает антигенные пептиды в процессе их транспортировки в ЭПР для связывания с белками МНС класса I [Srivastava, 2002]. Таким образом, HSP70 обладают иммуностимулирующим и адъювантным эффектом для АПК.

Белки HSP70 играют роль в процессах клеточной дифференцировки и пролиферации. Эти белки образуют комплексы с регуляторными белками, такими как р53, MAPKs, Src-киназа, с рецепторами тирозиновых киназ, NFkB [Helmbrecht et al., 2000; Guzhova et al., 1997].

Изменение экспрессии внутриклеточных HSP70 оказывает модулирующее влияние клеточный цикл. Во-первых, Hsp70 непосредственно участвует в процессах восстановления митотической центросомы [Hut et al.,.

2005]. Во-вторых, индукция синтеза этого белка может приводить к смещению баланса в сторону S-фазы [Liu et al., 2011].

Гиперпродукция в клетках HSP70 ингибирует развитие аутофагии, как альтернативный, более «радикальный» механизм клеточного ответа на стресс [Dokladny et al., 2013].

В опухолевых клетках, по сравнению с нормальными клетками, регистрируется повышенный базальный уровень Hsp70, что может объяснять более выраженную устойчивость к стрессу, например, при дефиците питательных веществ, гипоксии, облучении и/или химиотерапии. На линиях опухолевых клеток показано, что молекула Hsp70 является ингибитором индукции апоптоза.

Введение

в культуру раковых клеток лимфомы Molt4 антисмысловых мРНК к Hsp70 вызывало развитие апоптоза [Wei et al., 1995], такой же эффект регистрировался и на линиях опухолевых клеток легких [Nylandsted et al., 2000].

Aнтиапоптозный эффект HSP70 опосредован их взаимодействием со многими ключевыми белками, участвующими в развитии апоптоза. Описано, что Hsp70 вызывает супрессию сигнальных путей с участием MAP-киназы, модулирующей высвобождение цитохрома с — необходимого компонета запуска каспазного каскада. Также Hsp70 препятствует образованию апоптосомы путем блокирования фактора Apaf-1, участвующего в активации про-каспазы-9 [Beere, 2004 и 2005]. По другим данным, при блокировании синтеза Hsp70 развитие апоптоза происходит независимо от активации каспаз и супрессии противоапоптогенного белка Bcl-2 [Nylandsted et al., 2000]. Член семейства HSP70, белок Grp78, является одним из ключевых белков, негативно регулирующий развитие ER-стресса, который развивается вследствие нарушения активации адаптивных механизмов фолдинга и деградации белков и, в конечном итоге, приводит к активации апоптоза [Xu et al., 2005].

Также было продемонстрировано, что Hsp70 защищает от развития апоптоза немитохондриального происхождения. Белок Hsp70 ингибирует TNFб-индуцированный апоптоз [Guzhova and Margulis, 2006], а также эффективно супрессирует развитие Fasи TRAIL- (от TNF-related apoptosis— inducing ligand) опосредованного апоптоза в разных типах клеток. Накопление в клетке HSP70 увеличивает устойчивость клеток к стауроспорину, доксорубицину — известных индукторов апоптоза [Mayer and Bukau, 2005].

С другой стороны белки HSP70 могут иницициировать развитие апоптоза. Один из таких механизмов опосредуется связываением локализованного на поверхности опухолевых клеток Hsp70 с молекулой гранзима В и активацией NK-клеток [Gross et al., 2003]. Второй механизм является каспазо-зависимым и заключается в том, что Hsc70 усиливает развитие апоптоза путем связывания с каспазо-активированными ДНК-азами через Т-клеточный рецептор [Liu et al., 2003].

Grp78 участвуют в процессе синтеза иммуноглобулинов. В литературе Grp78 часто обозначается как BiP (от Binding immunoglobulin Protein). Эти белки связываются с тяжелыми цепями, что препятствует образованию агрегатов из тяжелых цепей. Впоследствии легкая цепь вытесняет молекулу BiP и формируется полная иммуноглобулиновая молекула. [Satoh et al., 1993].

Таким образом, внутриклеточные HSP70 обладают широким спектром цитопротекторных и регуляторных свойств, принимают участие во многих внутриклеточных событиях, включая представление антигена при кросспрезентации.