Proszę powiedzieć czym są białka szoku cieplnego?
 |
| dr Krzysztof Guzik |
Białka szoku cieplnego (ang. Heat Shock Proteins, HSP) to elitarna grupa białek opiekuńczych, których cechą specjalną jest zwiększona ekspresja pod wpływem szoku cieplnego. Poza definicyjnym szokiem cieplnym HSP odpowiadają również na wiele innych czynników, np.: etanol, metale ciężkie czy reaktywne formy tlenu. Grupa elitarna dlatego, że są to w ogóle najstarsze białka na Ziemi a to ma liczne konsekwencje dla ich działania.
Jak to możliwe, że tak różne czynniki indukują podobną reakcję stresową?
Rzeczywiście, indukują reakcję podobną ale nie identyczną. Stresów jest wiele i komórka ma również wiele wyspecjalizowanych systemów odpowiedzi na poszczególne typy stresorów. Jednak tylko HSP tworzą uniwersalny system, który odpowiada na wiele różnych stresorów. Jest to możliwe dzięki temu, że wszystkie stresory prowadzą do zaburzenia konformacji białek. Gdy równowaga konformacyjna w naszych komórkach ulega zachwianiu aktywowany jest czynnik transkrypcyjny HSF1 (ang. Heat Shock Factor 1) wiążący się w promotorach wszystkich genów HSP. Uruchamiana jest transkrypcja i ilość HSP przyrasta. Dzięki temu odpowiedź na stres jest kompleksowa i modulowana w zależności od czynnika stresogennego. Reakcja stresowa jest dla komórki pozytywna o ile po usunięciu stresora, ilość HSP wraca do normy. Problem zaczyna się wtedy, kiedy HSP nie chcą do stanu poprzedniego wrócić. Najważniejszą funkcją biologiczną HSP jest ochrona życia komórki. Powyżej pewnego poziomu HSP komórka w ogóle nie może ulec zaprogramowanej śmierci czyli apoptozie. Komórki nowotworowe, charakteryzują się m.in. właśnie bardzo wysoką ilością HSP. Poziom ochrony życia tych komórek jest tak wysoki, że są odporne nie tylko na naturalne sygnały regulacyjne (cytokiny), ale również na ogólne czynniki cytotoksyczne takie jak cytostatyki, promieniowanie i oczywiście, podwyższoną temperaturę. Z nowotworów piersi czy prostaty izoluje się komórki, które potrafią przeżyć ogrzanie do temp. 50oC, a więc zabójczej dla komórek prawidłowych, i oczywiście - człowieka.
Dlaczego praca opiekuńcza nie działa w przypadku stresu genotoksycznego? Ten typ stresu skutkuje powstawaniem onkogenów. Jaką rolę pełni tu białko HSP90 i dlaczego onkogeny, jako białka o nieprawidłowej konformacji nie są usuwane z organizmu?
W warunkach stresu genotoksycznego system HSP również działa prawidłowo ale nieskutecznie. W przypadku białka zmutowanego, nieprawidłowa konformacja wynika ze zmienionej sekwencji i białko opiekuńcze nie może jej naprawić. Nie zmienia to faktu, że te nieprawidłowe, zmutowane białka są cały czas postrzegane jako klienci. HSP nie mają świadomości i nie mogą oceniać sensowności czy celowości swojej pracy - po prostu robią to do czego je przygotowała ewolucja - spotykając klienta próbują naprawić jego konformację. Nie mogą tego dokonać ale nie mogą też "odpuścić", to jest sytuacja patowa, prowadząca np. w komórkach nowotworowych do ogromnej nadekspresji HSP, gdyż stres konformacyjny w tych komórkach nigdy się nie wygasza, a tylko przyrasta z czasem.
HSP90 i onkogeny to jakby osobna historia - w tym przypadku również działanie HSP jest prawidłowe ale na dodatek bywa skuteczne. HSP90 bierze pod opiekę białka onkogenne i skutecznie pomaga im w uzyskaniu pełnej aktywności. W ten sposób najstarszy ewolucyjnie system ochrony życia przyczynia się do zabijania naszych organizmów. Jak już wspomniałem, HSP90 nie popada w refleksyjną zadumę nad sensem swojej pracy.
Jednym z kierunków opracowywania terapii przeciwnowotworowych jest próba blokowania pracy opiekuńczej HSP90. Proszę powiedzieć na czym miałaby ona polegać?
HSP90 jest wśród HSP białkiem wyjątkowym gdyż jego klienci to białka uczestniczące w transdukcji sygnału. Spośród ponad 400 znanych klientów, ponad 300 to kinazy białkowe. W przypadku komórek nowotworowych do tych kinaz zaliczamy również kinazy onkogenne. Łatwo sobie wyobrazić, jakie to ma znaczenie dla komórek nowotworowych, mówi się o uzależnieniu (ang. addiction) nowotworów od HSP90. Z punktu widzenia medycyny to stwarza interesujące możliwości. Zablokowanie HSP90 skutkuje inaktywacją wielu kinaz onkogennych. Pomysł jest bardzo ciekawy tym bardziej, że dla HSP90 istnieją specyficzne inhibitory drobnocząsteczkowe - głównie pochodne geldanamycyny ale nie tylko.
HSP90 w komórkach prawidłowych i nowotworowych są identyczne. Jak zatem możliwe jest selektywne blokowanie HSP90, tak by nie zablokować go we wszystkich komórkach?
Tak, HSP90 jest identyczne w komórkach prawidłowych i nowotworowych jednak HSP90 zawsze działa jako kompleks wielu białek. Takie kompleksy zawierają HSP90, klienta, liczne białka pomocnicze, bardzo często również inne białko z rodziny szoku cieplnego - HSP70. Skład tych kompleksów w komórkach prawidłowych i nowotworowych jest różny i to skutkuje różnicowym wiązaniem specyficznych inhibitorów. Dzięki innym kompleksom HSP90 komórki nowotworowe są znacznie bardziej wrażliwe na inhibitory HSP90.
Czy podjęto próby kliniczne blokowania HSP90? Jaki jest ich efekt?
Nie zajmuję się terapią więc śledzę problem raczej z perspektywy pojawiających się inhibitorów HSP90 a nie ich skutków w eksperymentalnej terapii nowotworów. Wiadomo mi jednak, że próby kliniczne kilku nowych inhibitorów HSP90 cały czas trwają. Prototypowe inhibitory jak geldanamycyna, nie są już brane pod uwagę ze względu na hepatotoksyczność. Kilka bardzo zaawansowanych i obiecujących programów zostało przerwanych z przyczyn merytorycznych lub ekonomicznych. Tak się stało z badaniami inhibitora 17-DMAG (Alvespimycin), z którym sporo pracujemy w innym kontekście.
Proszę opowiedzieć o badaniach prowadzonych przez Pana grupę badawczą.
Zajmujemy się różnymi aspektami działania komórek fagocytujących w odporności wrodzonej. Jednak przede wszystkim badamy mechanizmy rozpoznania wzoru molekularnego przez profesjonalne komórki fagocytujące. Co to ma wspólnego z HSP? To ciekawa historia. Zdolność do precyzyjnego rozpoznania antygenów cząsteczkowych jest fascynującym atrybutem komórkowej odporności wrodzonej człowieka. Nasze organizmy są stale patrolowane przez miliardy profesjonalnych fagocytów zdolnych do rozpoznania i pochłonięcia nie tylko bakterii lub cząstek neutralnych (pył mineralny, opiłki metalu, cząstki lateksu) ale, co najważniejsze – innych komórek. Bez osobniczego doświadczenia fagocyty potrafią rozpoznać różne cele i zainicjować natychmiastową i adekwatną reakcję układu odpornościowego. Pomiędzy komórkami własnymi fagocyty muszą odnaleźć komórki apoptotyczne, nekrotyczne, dysfunkcyjne lub uszkodzone, pochłonąć je i wysłać jednoznaczny sygnał do układu odpornościowego informujący o takim spotkaniu. Tak więc fagocyty są niezbędne do ciągłego wyczuwania i "edycji" otoczenia. Uważa się, że dla efektywnego rozpoznania fagocytowanego obiektu konieczna jest dynamiczna asocjacja wielu receptorów zachodząca najczęściej w mikrodomenach błony zwanych tratwami lipidowymi. Są to obszary błony bogate w glikosfingolipidy i cholesterol charakteryzujące się ściśle uporządkowaną strukturą. Takie kompleksy składają się z wielu białek niezbędnych do odszyfrowania powierzchni celu i określeniu rodzaju odpowiedzi. Najbardziej nieoczekiwanym składnikiem kompleksów receptorowych są HSP. W oparciu o własne badania wiemy już, że HSP90 odgrywa krytyczną rolę w rozpoznaniu wzoru. Stąd nasze wielkie zainteresowanie HSP90 na powierzchni makrofagów. To stosunkowo nowy kierunek badań, bardzo mało wyeksploatowany.
Dziękuję za rozmowę
rozmawiała Alicja Kościńska
KOMENTARZE