Молекулярно-біохімічні механізми HSP 70-опосередкованої цитопротекції в умовах патологій ішемічного генезу

Abstract

У статті розглянуто сучасний стан питання щодо характеру експресії та синтезу білків теплового шоку в умовах патології серця та головного мозку ішемічного ґенезу. Проведено літературний огляд зарубіжних та вітчизняних досліджень щодо вмісту білків теплового шоку в тканинах за умов гіпоксії. Згідно літературних джерел, шаперонна активність HSP 70 модулюється білками-помічниками або кошаперонами, пов’язаними з молекулою HSP 70, нуклеотидами, змістом одно- і двовалентних іонів, а також концентрацією білків-мішеней. Крім того, за результатами власних досліджень in vitro, авторами продемонстровано, що введення в інкубаційне середовище цитотоксичних сполук: глутамату (100 мкм), хлордінітробензена (ХДБ) (80 мкм), а також DNIC (250 мкм) приводило до зміни характеру експресії HSP 70. Беручи до уваги отримані нами дані про здатність HSP 70 в умовах токсичного впливу на клітину посилювати експресію фактору HIF-16, що грає першорядну роль в клітинній відповіді на гіпоксію, можна припустити, що HSP 70 втручається в сигнальні шляхи відповіді клітини на гіпоксичний стрес на рівні регуляції стабільності HIF-16. Подібний двоступеневий захист клітини на нашу думку є еволюційно розвиненим і необхідним для посилення трансдукційного клітинного сигналу у відповідь на пошкоджуючі агенти. Встановлена роль білків теплового шоку в клітинних реакціях при ішемії ставить питання про розробку нових цитопротективних засобів, здатних забезпечувати модуляцію / протекцію генів, що кодують синтез білків HSP 70, а також розробку методів лабораторної діагностики і скринінгу ефективності проведеної терапії з використанням біомаркерів - HSP 70; В статье рассмотрено современное состояние вопроса о характере экспрессии и синтезе белков теплового шока в условиях патологии сердца и головного мозга ишемического генеза. Проведено литературный обзор зарубежных и отечественных исследований по содержанию белков теплового шока в тканях в условиях гипоксии. Согласно литературных источников, шаперонная активность HSP 70 модулируется белками-помощниками или ко-шаперонами, связанными с молекулой HSP 70, нуклеотидами, содержанием одно- и двухвалентных ионов, а также концентрацией белков-мишеней. Кроме того, по результатам собственных исследований in vitro, авторами показано, что введение в инкубационную среду цитотоксических соединений: глутамата (100 мкм), хлординитробензена (ХДБ) (80 мкм), а также DNIC (250 мкм) приводило к изменению характера экспрессии HSP 70. Принимая во внимание полученные нами данные о способности HSP 70 в условиях токсического воздействия на клетку усиливать экспрессию фактора HIF-16, что играет первостепенную роль в клеточном ответе на гипоксию, можно предположить, что HSP 70 вмешивается в сигнальные пути ответа клетки на гипоксический стресс на уровне регуляции стабильности HIF-16. Подобная двухступенчатая защита клетки по нашему мнению является эволюцион- но развитой и необходимой для усиления трансдукционного клеточного сигнала в ответ на повреждающие агенты. Установленная роль белков теплового шока в клеточных реакциях при ишемии ставит вопрос о разработке новых цитопротективных средств, способных обеспечивать модуляцию / протекцию генов, кодирующих синтез белков HSP 70, а также разработку методов лабораторной диагностики и скрининга эффективности проведенной терапии с использованием биомаркеров - HSP 70; The article presents a current view on the nature of expression and synthesis of heat shock proteins in heart and brain pathology of ischemic origin. A review of foreign and domestic literature on the research regarding heat shock proteins content in tissues under hypoxia has been carried out. According to literature sources, HSP 70 chaperon activity is modulated by protein-assistants, or co-chaperons, which are related to the HSP 70 molecule, as well as by nucleotides, the content of mono- and bivalent ions, and by the concentration of target proteins. One of the most noticeable properties of HSP 70 is its protective function, which is projected in the course of the cell reaction or body reaction on the impact of different unfavorable environmental factors. A lot of evidence has been obtained of HSP 70 protective effect, and hundreds of research papers and dozens of monographs have been published with the regard to this. The most conclusive proofs of the HSP 70 protective function were drawn from the experiment on introducing the protein or its gene into the cell, which was followed by the evaluation of the cell stability under damage factors. The results of the experiments carried out mostly on cell cultures and test animals in recent 10-15 years made it possible to outline several areas of HSP 70 protective effect practical use. Firstly, the stability of the cell, as well as of the whole body, may be enforced by increasing the intracellular content of HSP 70. The latter may be achieved as a result of cell preconditioning (dosed heating, hypoxia) under drugs, after its transfection by the HSP 70 gene. Secondly, the issue of the extracellular HSP 70 protective effect has attracted attention recently. Furthermore, as the in vitro result of own research shows, the authors have revealed that introducing into the incubation environment of cytotoxic compounds, namely, Glutamate (100 pm), Dinitrochlorbenzene (DNCB) (80 pm), and DNIC (250 pm), led to the change in the nature of HSP 70 expression. Considering the data obtained in our research on the ability of HSP 70 to increase, under toxic influence on the cell, the expression of the Hif-1b factor, which is key to the cellular response to hypoxia, it can be assumed that HSP 70 intervenes into the signal pathways of the cell’s response to hypoxia at the Hif-1b stability regulation level. This kind of two-level cell protection, in our opinion, has evolutionized to become necessary for enhancing transduction responsive cellular signal to damaging agents. The established role of heat shock proteins in ischemic cellular reactions puts up the issue of elaborating new cytoprotective means to allow for modulation/protection of the genes that encode HSP 70 protein synthesis, along with working out of laboratory diagnose techniques and screening of HSP 70 biomarker therapy effectiveness.