£. Marzec i wsp.

78

Heat shock protein 72 (Hsp72) in renal diseases

Adres do korespondencji:

£ukasz Marzec

Klinika Nefrologii, Transplantologii

i Chorób Wewnêtrznych AMG

80-211 Gdañsk, ul. Dêbinki 7

Tel.: [phone]; Fax: [phone]

e-mail: [e-mail]

£ukasz MARZEC

1

Zbigniew ZDROJEWSKI

1

Ewa BRYL

2

Boles³aw RUTKOWSKI

1

1

Klinika Nefrologii, Transplantologii i Chorób

Wewnêtrznych, Akademia Medyczna w Gdañsku

Kierownik: prof. dr hab. Boles³aw Rutkowski

2

Katedra i Zak³ad Fizjopatologii,

Akademia Medyczna w Gdañsku

Kierownik:

Dr hab. Jacek M. Witkowski, prof. ndzw. AMG

S³owa kluczowe:

• bia³ka szoku termicznego

• Hsp72

• ostra niewydolnoœæ nerek

• przewlek³a niewydolnoœæ nerek

Key words:

• heat shock proteins

• Hsp72

• acute renal failure

• chronic renal failure

Bia³ko szoku termicznego 72 (Hsp72)

w chorobach nerek

Bia³ka szoku termicznego (Heat shock proteins, Hsp) to wa¿ne efektory ko-

mórkowej odpowiedzi stresowej, obecne we wszystkich organizmach i niezwy-

kle konserwatywne filogenetycznie. Ich zasadnicza rola to udzia³ w prawid³o-

wym fa³dowaniu nowopowsta³ych bia³ek oraz denaturacja lub degradacja bia-

³ek uszkodzonych. Dzia³aj¹ równie¿ zewn¹trzkomórkowo bior¹c udzia³ m.in. w

reakcji stanu zapalnego oraz immunizacji komórek uk³adu odpornoœciowego.

Bia³ko Hsp72 jest jednym z najlepiej poznanych bia³ek tej grupy i jego synteza

jest silnie indukowana przez warunki stresowe. Liczne badania udowadniaj¹

ochronn¹ funkcjê tego bia³ka w komórkach cewkowych nerki poddanych stre-

sowi niedokrwienia i komórkach otrzewnej nara¿onych na szkodliwe dzia³anie

p³ynów dializacyjnych. Podwy¿szona ekspresja bia³ka Hsp72 w komórkach no-

wotworowych nerki koreluje z immunizacj¹ limfocytów cytotoksycznych prze-

ciwko tym komórkom. Wydaje siê, i¿ stymulacja syntezy bia³ka Hsp72 mo¿e mieæ

znaczenie terapeutyczne w leczeniu niewydolnoœci nerek (transplantacja, diali-

za otrzewnowa), jak i nowotworów nerki.

(NEFROL. DIAL. POL. 2007, 11, 78-82)

Heat shock proteins (Hsp) are known as major effectors of cellular stress

response. Hsp are present in all organisms and they are highly conserved through

evolution. Their basic intracellular roles are assisting in folding of newly trans-

lated proteins and refolding or degradation of denatured proteins. Hsp have

also an important extracellular function e.g. they take part in initiation of the

inflammation process and they are recognized as antigens by immune system

cells. Hsp72 is one of the best studied proteins of this group and its synthesis is

strongly activated by stress conditions. Numerous studies show protecting func-

tion of Hsp72 in renal tubular cells during stress of ischemia and in peritoneal

cells exposed to toxic effects of peritoneal dialysis fluids. High level of Hsp72 in

cells of renal carcinoma correlated with immunization of cytotoxic T lymphocytes

against these cells. Considering these facts, upregulation of Hsp72 synthesis

seems to be a potential therapeutic intervention in treatment of renal failure

(transplantation, peritoneal dialysis) and renal cell carcinoma as well.

(NEPHROL. DIAL. POL. 2007, 11, 78-82)

PRACE

POGL¥DOWE

Wstêp

Bia³ka szoku termicznego (ang. Heat

Shock Proteins, Hsp) lub bia³ka opiekuñcze,

to wa¿ne efektory komórkowej odpowiedzi

stresowej, wystêpuj¹ce we wszystkich or-

ganizmach i niezwykle dobrze zachowane

w procesie ewolucji. Zosta³y one podzielo-

ne na rodziny pod wzglêdem masy cz¹stecz-

kowej i pe³ni¹ ró¿ne funkcje w komórce (ta-

bela I).

Zasadnicze funkcje bia³ek szoku ter-

micznego s¹ nastêpuj¹ce [66]:

1. bior¹ udzia³ w procesie formowania

prawid³owej struktury bia³ek, które powsta-

j¹ podczas translacji,

2. bior¹ udzia³ w renaturacji lub degra-

dacji bia³ek zdenaturowanych lub uszkodzo-

nych przez czynniki stresowe.

Transkrypcja genów bia³ek szoku ter-

micznego jest indukowana przez bardzo

wiele czynników, które zosta³y podzielone

przez Morimoto na 3 grupy: stres œrodowi-

skowy, stany patofizjologiczne i procesy fi-

zjologiczne (rycina 1). Wymaga ona akty-

wacji czynnika transkrypcyjnego HSF (Heat

Shock Trancription Factor). Czynnik HSF

wystêpuje w 4 odmianach – HSF1, 2, 3 i 4.

Czynnik transkrypcyjny HSF1 wystêpuje w

postaci nieaktywnego monomeru i jest uwa-

¿any za g³ówny czynnik odpowiedzi streso-

wej. Jego aktywacja nastêpuje nawet po nie-

znacznym podwy¿szeniu temperatury oraz

w wyniku zaistnienia wielu ró¿nych warun-

ków fizjologicznych i œrodowiskowych [47].

W komórkach niepoddanych stresowi czyn-

nik transkrypcyjny HSF1 zlokalizowany jest

w j¹drze i w cytoplazmie [13,45]. Wystêpu-

je w postaci niezwi¹zanej z DNA i nieaktyw-

nej, co spowodowane jest wewnêtrznymi

wi¹zaniami typu helisa-helisa i oddzia³ywa-

niami z bia³kami opiekuñczymi np. Hsp70,

Hsp90, Hdj1 [20].

W warunkach stresowych pewna czêœæ

znajduj¹cych siê w komórce bia³ek ulega

denaturacji, co powoduje wi¹zanie siê do

nich bia³ek opiekuñczych, tym samym uwol-

79

Nefrologia i Dializoterapia Polska • 2007 • 11 • Numer 2

nienie czynnika HSF1. Jeœli znajduje siê on

w cytoplazmie ulega translokacji do j¹dra.

Aktywacja HSF1 nastêpuje w wyniku trime-

ryzacji i fosforylacji, po czym wi¹¿e siê on

do sekwencji HSE (Heat Shock Promoter

Element) i zachodzi transkrypcja genów szo-

ku termicznego. Pod koniec odpowiedzi stre-

sowej komórki, aktywnoœæ transkrypcyjna

HSF1 jest hamowana przez bezpoœrednie

wi¹zanie Hsp70 i Hdj1 oraz bia³ka HSBP1

(HSF1 binding protein). Prowadzi to do po-

wrotu czynnika HSF1 do formy nieaktywne-

go monomeru.

Najlepiej poznan¹ dotychczas grup¹ bia-

³ek szoku termicznego jest grupa bia³ek

Hsp70, której g³ównymi przedstawicielami

w komórkach ssaków s¹:

•

bia³ko o masie 72 kDa (Hsp70,

Hsp72), wysoce indukowane przez stres;

•

bia³ko o masie 73 kDa (Hsc70,

Hsp73), ulegaj¹ce konstytutywnie ekspre-

sji we wszystkich komórkach i tkankach.

Bia³ka te wykazuj¹ ponad 80% homo-

logii i wspóln¹ budowê. Wszystkie zbudo-

wane s¹ z domeny ATP-azowej w czêœci N-

terminalnej (o masie 45 kDa), domeny C-

terminalnej (15-18 kDa) wi¹¿¹cej substrat

oraz trzeciej domeny (o masie10 kDa) z

koñcem karboksylowym, której funkcja jest

jeszcze nieznana [44]. Bia³ka z grupy Hsp70

pe³ni¹ w komórce szereg wa¿nych funkcji

(tabela II).

Okazuje siê, i¿ bia³ko Hsp72 wystêpuje

nie tylko w cytoplazmie, ale równie¿ w prze-

strzeni miêdzykomórkowej, do której mo¿e

byæ biernie uwalniane podczas nekrozy [7]

lub wydzielane w procesie aktywnego trans-

portu przez eksosomy [36] pod wp³ywem

m.in. IFN-g i IL-10 [3]. Obecnoœæ bia³ka

Hsp72, jak równie¿ przeciwcia³ anty-Hsp72

potwierdzono w surowicy krwi zdrowych

osób [51], a jego podwy¿szony poziom ko-

relowa³ z chorob¹ naczyñ nerkowych [67].

Uwolnione bia³ko Hsp72 mo¿e wi¹zaæ siê

do ró¿nych komórek m.in. NK, dendrytycz-

nych, makrofagów, monocytów i limfocytów

B poprzez zidentyfikowane ju¿ receptory,

takie jak TLR 2 i 4, CD36 czy CD40, co z

kolei uruchamia kaskadê sygna³ow¹ prowa-

dz¹c¹ do syntezy i wydzielania cytokin pro-

zapalnych [3]. Poza tym bia³ka Hsp, szcze-

gólnie z rodziny Hsp70, posiadaj¹ wysok¹

zdolnoœæ do immunizacji uk³adu odporno-

œciowego, s¹ jednym z g³ównych epitopów

bakteryjnych rozpoznawanych przez ludz-

kie limfocyty. Niestety równie¿ w³asne bia³-

ka Hsp stymuluj¹ uk³ad odpornoœciowy i

uczestnicz¹ w patogenezie chorób autoim-

munologicznych np. m³odzieñczego zapa-

lenia stawów czy stwardnienia rozsianego

[50]. Coraz wiêksza zewn¹trzkomórkowa

rola jak¹ przypisuje siê ostatnio bia³ku Hsp72

spowodowa³a, i¿ bia³ko to jest obecnie okre-

œlane nie tylko jako bia³ko chaperonowe

(opiekuñcze), ale przede wszystkim jako

bia³ko chaperokinowe – bia³ko opiekuñcze

o aktywnoœci cytokinowej.

W zwi¹zku z tym, ¿e bia³ka szoku ter-

micznego s¹ tak niezwykle istotne dla ho-

meostazy komórkowej, a ich synteza jest

indukowana równie¿ przez stany patofizjo-

logiczne, zbadano poziom ekspresji tych

bia³ek w komórkach pacjentów cierpi¹cych

na ró¿ne choroby. I tak stwierdzono podwy¿-

szony poziom komórkowych bia³ek Hsp,

zw³aszcza z rodziny Hsp70 m.in. w przypad-

ku wielu nowotworów [19,30], choroby Al-

zhaimera [21], jak równie¿ w chorobach ne-

rek.

Bia³ko Hsp72 w ostrej niewydolnoœci

nerek

Badania ekspresji bia³ek Hsp w ostrej

niewydolnoœci nerek (ONN) z oczywistych

wzglêdów sprowadza siê g³ównie do mode-

li zwierzêcych oraz badañ in vitro. ONN spo-

wodowana niedokrwieniem/reperfuzj¹

(ischemia/reperfusion – I/R) nerki jest do-

syæ dobrze poznanym i opisanym czynni-

kiem stresowym indukuj¹cym odpowiedŸ

szoku termicznego, w tym syntezê Hsp72,

w komórkach nerek [56,62]. Niedokrwienie

powoduje szereg negatywnych nastêpstw

na poziomie komórkowym, poczynaj¹c od

zaburzeñ funkcji komórek przy stosunkowo

krótkim okresie niedokrwienia, a koñcz¹c na

komórkowej œmierci w procesie apoptozy lub

nekrozy w konsekwencji przed³u¿aj¹cego

niedokrwienia i wyczerpania komórkowego

ATP [12]. Jakkolwiek nekroza to gwa³tow-

ny, niekontrolowany i nieodwracalny rozpad

komórek, apoptoza to œciœle regulowany

mechanizm, oparty na równowadze pomiê-

dzy stopniem uszkodzenia komórek, mo¿li-

woœci¹ ich naprawy oraz inicjacj¹ kaskad

sygna³owych prowadz¹cych do ostatecznej

œmierci. W zale¿noœci wiêc od nasilenia i

czasu dzia³ania czynnika uszkadzaj¹cego

komórkê mo¿e ona ulec nekrozie, pozostaæ

nieuszkodzona lub ulec czêœciowemu

uszkodzeniu. Ta zaœ z kolei mo¿e ulec re-

generacji lub mo¿e ulec apoptozie [4]. O tym

czy komórka jest w stanie odwróciæ zmiany

wywo³ane czynnikiem stresowym czy te¿ nie

(i w konsekwencji ulec apoptozie) decyduj¹

m.in. oddzia³ywania miêdzy uszkodzonymi

(zdenaturowanymi) bia³kami. W zwi¹zku z

tym bia³ka Hsp, w tym Hsp72 wydawa³y siê

byæ jednym z g³ównych regulatorów proce-

su apoptozy. Tak jest w rzeczywistoœci. Na-

dekspresja Hsp70 w komórkach epitelial-

nych nerek zmniejsza³a apoptozê wywo³a-

n¹ wyczerpaniem ATP bêd¹cego konse-

kwencj¹ niedokrwienia [61]. Mechanizm

hamowania apoptozy przez Hsp72 jest dwo-

jaki: Hsp72 blokuje MAP kinazê JNK, co

zapobiega uwalnianiu cytochromu c z mito-

chondriów lub hamuje dalsze etapy apopto-

zy (ju¿ po uwolnieniu cytochromu c) poprzez

blokowanie tworzenia apoptosomu i aktywa-

cji kaspazy 3 [9].

Ochronna rola bia³ka Hsp72 w komór-

kach poddanym niedokrwieniu nie sprowa-

dza siê tylko do zapobie¿enia „apoptotycz-

nej” œmierci. Pozostawienie przy ¿yciu ko-

mórki, która nie mo¿e pe³niæ swoich funkcji

jest pozbawione fizjologicznego sensu.

SzkodliwoϾ niedokrwienia (wyczerpania

ATP) polega g³ównie na zaburzeniu organi-

zacji aktynowego cytoszkieletu komórki.

Prowadzi to do utraty biegunowoœci komór-

kowej, niezwykle istotnej dla komórek cew-

kowych, mog¹cej powodowaæ m.in. przesu-

niêcie pompy Na/K ATP-azowej, zmianie

kierunku wydalania sodu i w konsekwencji

redukcjê filtracji k³êbuszkowej.

Liczne badania udowadniaj¹ rolê bia³ek

Hsp w przywracaniu integralnoœci cytoszkie-

letu i biegunowoœci komórki. Stres wywo³a-

ny niedokrwieniem i wyczerpaniem ATP

powoduje wzrost ekspresji bia³ek Hsp i ob-

ni¿enie ekspresji bia³ek zwi¹zanych z cy-

toszkieletem, w tym Na/K-ATPazy [63].

Mo¿e to sugerowaæ udzia³ Hsp w przywra-

caniu tym bia³kom swojej pierwotnej lokali-

zacji. Id¹c tym tropem udowodniono i¿:

1. ekspresja Hsp72 koreluje z od³¹cza-

niem siê Na/K ATPazy od cytoszkieletu,

2. Hsp72 ³¹cz¹c siê z Na/K-ATPaz¹ sta-

bilizuje j¹, tym szybciej i d³u¿ej, im gwa³tow-

niej przebiega³o wyczerpanie ATP [54].

Wyniki te pozwoli³y opracowaæ model

przeciwdzia³aj¹cy skutkom ONN wywo³anej

niedokrwieniem/reperfuzj¹ oparty na doda-

niu rekombinowanego Hsp72 lub przeciw-

cia³ anty-Hsp72 in vitro [11]. Badania przy

u¿yciu tego modelu potwierdzi³y rolê Hsp72

w regeneracji i stabilizacji bia³ek wchodz¹-

cych w sk³ad cytoszkieletu.

Poddanie komórek wczeœniejszemu

dzia³aniu umiarkowanego stresu (tzn. nie-

œmiertelnemu) jest znanym czynnikiem, któ-

ry przyczynia siê do lepszej prze¿ywalnoœci

w warunkach, które zwykle s¹ dla komórek

œmiertelne. Organizmy i tkanki wykazuj¹ce

nadekspresjê bia³ek Hsp s¹ bardziej odpor-

ne na stres, ni¿ te w których synteza Hsp

jest zahamowana. Bior¹c pod uwagê te fakty

udowodniono, i¿ umiarkowane niedokrwie-

nie nerek in vivo powodowa³o nie tylko

wzrost syntezy bia³ek Hsp (w tym Hsp72),

ale równie¿ zapobiega³o dezorganizacji cy-

toszkieletu w korze szczurzej nerki podda-

nej dalszemu, powtarzanemu niedokrwieniu

[5]. Z kolei obni¿enie ekspresji genu hsp72

powodowa³o zwiêkszenie komórkowych

uszkodzeñ (mierzonych uwalnianiem Na/K

ATPazy z cytoszkieletu) w komórkach cew-

kowych pozbawionych ATP [53]. Porówna-

nie przebiegu ONN wywo³anej niedokrwie-

niem w 2 szczurzych liniach, które charak-

teryzuj¹ siê ró¿n¹ zdolnoœci¹ do produkcji

Hsp72, sugeruje tak¿e, i¿ bia³ka Hsp mog¹

³agodziæ skutki I/R. Podobne wyniki uzyska-

no w badaniach na ludziach. Wystêpowa-

nie polimorfizmu genu hsp72 upoœledzaj¹-

cego jego ekspresjê korelowa³o z ryzykiem

wyst¹pienia ostrej niewydolnoœci nerek u no-

worodków z nisk¹ wag¹ urodzeniow¹ [22].

Najnowsze badania pokazuj¹ efekt podania

szczurom GGA (Geranylogeranyloacetonu),

znanego stymulatora ekspresji Hsp72, w

postaci zmniejszonego poziomu BUN i kre-

atyniny w przebiegu ONN wywo³anej niedo-

krwieniem/reperfuzj¹. Quercetin – inhibitor

Hsp72, znosi³ ten efekt [59]. Wreszcie oka-

zuje siê, i¿ Hsp72 blokuj¹c aktywacjê czyn-

nika NF-kB, hamuje stan zapalny w nerkach

szczurów wywo³any przez niedokrwienie/

reperfuzjê [32].

Jakkolwiek wiêkszoœæ badañ dotycz¹-

cych ekspresji bia³ek Hsp w przebiegu ONN

przeprowadzana jest na modelu doœwiad-

czalnym I/R, nieliczne badania udowadnia-

j¹ ochronny efekt Hsp72 w ONN wywo³anej

dzia³aniem gentamycyny [65] lub chlorku rtê-

ci [58].

Reasumuj¹c wydaje siê, i¿ cytoprotek-

cyjny efekt bia³ka Hsp72 mo¿e w przysz³o-

œci zostaæ wykorzystany do obni¿enia ryzy-

ka wyst¹pienia ONN lub przyczyniæ siê do

³agodzenia jej skutków.

Bia³ko Hsp72 w transplantacji nerek

Procedura przeszczepienia nerki bardzo

przypomina model niedokrwienno/reperfu-

zyjny uszkodzenia nerki. Podobnie jak w

przypadku badañ nad tym modelem, eks-

£. Marzec i wsp.

80

perymentalne zwiêkszanie ekspresji bia³ka

Hsp72 w przeszczepianej, szczurzej nerce

(g³ównie poprzez podgrzanie), skutkowa³o

zwiêkszeniem odpornoœci komórek na

uszkodzenia wywo³ane niedokrwieniem [52]

i nisk¹ temperatur¹ [29]. Ostatnie badania

ex vivo pokazuj¹ jednak, i¿ ekspresja Hsp72

w nerce nie zmienia siê i pozostaje na ni-

skim poziomie od momentu pobrania narz¹-

du, do kilkumiesiêcznego okresu po prze-

szczepieniu narz¹du. Nie obserwowano

równie¿ wzrostu ekspresji Hsp72, gdy na-

stêpowa³y zaburzenia funkcji graftu [48]. Za-

równo badania te, jak i efekt zwiêkszonej

ekspresji Hsp72 w modelach zwierzêcych

sugeruj¹, i¿ ewentualna stymulacja produk-

cji bia³ka Hsp72 mog³aby poprawiæ funkcjê

przeszczepionej nerki. Jakkolwiek mo¿e to

mieæ równie¿ negatywne nastêpstwa. Oka-

zuje siê bowiem, ¿e poziom bia³ka Hsp72

produkowanego przez przeszczepion¹, a

nastêpnie odrzucan¹ nerkê, korelowa³ z

obecnoœci¹ Hsp72-reaktywnych limfocytów

T, co sugeruje rolê tego bia³ka w immuniza-

cji uk³adu odpornoœciowego gospodarza

przeciwko antygenom przeszczepionego

organu [60].

Hsp72 w przewlek³ych chorobach

nerek

Dane dotycz¹ce ekspresji bia³ka Hsp72

i innych bia³ek szoku termicznego w przy-

padku przewlek³ej niewydolnoœci nerek

(PNN) oraz chorobach, które mog¹ do niej

prowadziæ s¹ bardzo sk¹pe. Nieliczne ostat-

nie badania prowadzone na myszach, ujaw-

ni³y rolê bia³ka Hsp72 w immunizacji komó-

rek uk³adu odpornoœciowego w przebiegu

k³êbuszkowego zapalenia nerek [31] i tocz-

niowego zapalenia nerek [17], sugeruj¹c

równie¿ terapeutyczn¹ rolê przeciwcia³ anty-

Hsp72. Pozosta³e badania, prowadzone in

vitro, dotycz¹ g³ównie ochronnej roli, jak¹

pe³ni bia³ko Hsp72 w komórkach mezangial-

nych, cewkowych i podocytach, w warun-

kach stresu oksydacyjnego towarzysz¹ce-

go przewlek³ej niewydolnoœci nerek [16,35,

68]. W³aœciwie nie ma ¿adnych danych do-

tycz¹cych ekspresji bia³ka Hsp72 w komór-

kach krwi chorych z PNN leczonych zacho-

wawczo lub hemodializami. Tymczasem he-

modializa jest znanym czynnikiem streso-

wym, aktywuj¹cym komórki krwi w kr¹¿e-

niu pozaustrojowym (linie krwi, b³ony diali-

zacyjne) [42]. Dostêpnoœæ tych komórek

oraz metody oznaczania w nich poziomu

bia³ek s¹ du¿o ³atwiejsze, ni¿ w przypadku

komórek nerki. Toksyny mocznicowe s¹ tak-

¿e znanym czynnikiem indukuj¹cym odpo-

wiedŸ szoku termicznego w komórkach pod-

danych ich dzia³aniu in vitro lub in vivo w

modelach zwierzêcych [41]. Jednak¿e do tej

pory nie opisano ich wp³ywu na ekspresjê

bia³ek Hsp w komórkach krwi chorych z

ONN lub PNN leczonych zachowawczo i

dializami. Bior¹c pod uwagê wa¿n¹ rolê jak¹

odgrywa bia³ko Hsp72 w indukcji stanu za-

palnego i mia¿d¿ycy, które bardzo czêsto

towarzysz¹ PNN, badania takie mog³yby siê

przyczyniæ do znalezienia przyczyn tych

komplikacji. Wstêpne wyniki badañ prowa-

dzonych w kraju, wykazuj¹ce korelacjê po-

miêdzy poziomem przeciwcia³ anty-Hsp72

a ryzykiem wyst¹pienia stanu zapalnego w

przebiegu PNN, zdaj¹ siê potwierdzaæ s³usz-

noœæ poszukiwañ prowadzonych w tym kie-

runku [49]. W zasadzie jedyn¹ metod¹ le-

czenia chorych z PNN, której wp³yw na eks-

presjê bia³ka Hsp72 opisano doœæ dobrze,

jest ci¹g³a ambulatoryjna dializa otrzewno-

wa. Dlatego te¿ tej kwestii poœwiêcono na-

stêpny rozdzia³ niniejszej pracy.

Hsp72 w dializie otrzewnowej

Jednym z g³ównych ograniczeñ ci¹g³ej

ambulatoryjnej dializy otrzewnowej (CADO)

jest pogorszenie morfologicznych i czynno-

œciowych w³aœciwoœæ b³ony otrzewnej. Skut-

kuje to zmniejszeniem jej zdolnoœci ultrafil-

tracyjnej i w konsekwencji prowadzi do za-

koñczenia leczenia t¹ metod¹. Podstawo-

wym czynnikiem negatywnie wp³ywaj¹cym

na b³onê otrzewnej jest bioniezgodnoœæ p³y-

nów dializacyjnych (PD), na dzia³anie któ-

rych otrzewna jest ci¹gle nara¿ona [26]. Do

tej pory w badaniach in vitro okreœlono w³a-

œciwoœci p³ynów odpowiadaj¹ce za ich tok-

sycznoœæ. Nale¿¹ do nich niskie pH, wyso-

ka osmolarnoœæ, wysokie stê¿enie glukozy,

mleczanu i produktów degradacji glukozy

[33,38,46]. Sk³ad i co za tym idzie w³aœci-

woœci p³ynów dializacyjnych s¹ ci¹gle ulep-

szane, jakkolwiek sama zasada dzia³ania tej

metody leczenia wyklucza stworzenie ca³-

Rycina 1

Czynniki indukuj¹ce ekspresjê bia³ek szoku termicznego [2].

Conditions that induce the heat shock response [2].

Tabela I

Bia³ka szoku termicznego [1].

Heat shock proteins [1].

a

w

z

a

N

)

a

D

k

(

a

w

o

k

z

c

e

ts

¹

z

c

a

s

a

M

a

w

o

k

r

ó

m

o

k

aj

c

a

zi

la

k

o

L

aj

c

k

n

u

F

a

n

y

ti

w

ki

b

U

8

o

r

d

¹j

/

a

m

z

al

p

o

t

y

C

k

e³

ai

b

aj

c

a

d

a

r

g

e

D

0

1

p

s

H

0

1

ai

r

d

n

o

h

c

o

ti

M

0

6

p

s

H

al

d

r

o

tk

a

f

o

K

)

p

s

H

s

(

p

s

H

e³

a

M

0

3

-

0

2

o

r

d

¹j

/

a

m

z

al

p

o

t

y

C

k

e

r

ó

m

o

k

ei

n

a

w

o

ci

n

¿

ó

R

0

4

p

s

H

0

4

o

r

d

¹j

/

a

m

z

al

p

o

t

y

C

0

7

p

s

H

al

d

r

o

tk

a

f

o

K

0

6

p

s

H

0

6

ai

r

d

n

o

h

c

o

ti

M

e

z

c

ñ

u

k

ei

p

o

o

k³

ai

B

0

7

p

s

H

0

7

o

r

d

¹j

/

a

m

z

al

p

o

t

y

C

e

z

c

ñ

u

k

ei

p

o

o

k³

ai

B

0

9

p

s

H

0

9

o

r

d

¹j

/

a

m

z

al

p

o

t

y

C

e

z

c

ñ

u

k

ei

p

o

o

k³

ai

B

Tabela II

Funkcje bia³ek z grupy Hsp70.

Functions of Hsp70 family proteins.

•

Dzia³aj¹ jako bia³ka opiekuñcze w procesie formowania prawid³owej struktury bia³ek [14,27].

•

Bior¹ udzia³ w reaktywacji bia³ek po denaturacji [18].

•

Zapobiegaj¹ niew³aœciwym oddzia³ywaniu bia³kowym i tworzeniu siê agregatów [25].

•

Kieruj¹ uszkodzone bia³ka do degradacji [28].

•

Odgrywaj¹ rolê w utrzymaniu kszta³tu komórki i transdukcji sygna³u, wi¹¿¹c

i stabilizuj¹c elementy cytoszkieletu [8].

•

Maj¹ dzia³anie anty-apoptotyczne poprzez hamowanie aktywacji kinaz bia³kowych

ró¿nych kaskad sygna³owych np. SAPK/JNK, p38 [23].

•

Hamuj¹ syntezê cytokin prozapalnych poprzez blokowanie kompleksu kinazy I B

i w konsekwencji inhibicji czynnika NF- kB [32,34].

•

Odpowiadaj¹ za tzw. termotolerancjê komórek, co oznacza, ¿e komórki poddane

nieznacznemu szokowi termicznemu, a nastêpnie regeneracji prze¿ywaj¹ dzia³anie kolejnego

stresu, który inaczej by³by dla nich letalny [37].

81

Nefrologia i Dializoterapia Polska • 2007 • 11 • Numer 2

kowicie biozgodnych p³ynów. CADO pole-

ga na powtarzanym wprowadzaniu do jamy

otrzewnej roztworów o du¿ej osmolarnoœci

(dla zapewnienia dyfuzji zwi¹zków toksycz-

nych i ultrafiltracji wody) st¹d te¿ komórki

poddane dzia³aniu p³ynu, zawsze bêd¹ na-

ra¿one na ostre warunki stresowe. W zwi¹z-

ku z tym nale¿a³o siê spodziewaæ, i¿ w ko-

mórkach jamy otrzewnej bêdzie nastêpowaæ

indukcja bia³ek Hsp w odpowiedzi na stres

zwi¹zany z obecnoœci¹ p³ynów. Rzeczywi-

œcie, liczne badania udowodni³y wzrost po-

ziomu Hsp72 m.in. w komórkach mezote-

lialnych poddanych dzia³aniu PD in vitro

[1,6], in vivo [2,40] oraz w leukocytach

otrzewnowych badanych ex vivo [43]. Wy-

niki te potwierdzaj¹ przydatnoœæ badania po-

ziomu Hsp72 do oceny biozgodnoœci p³ynów

dializacyjnych. Jakkolwiek dalsze ekspery-

menty in vitro okreœli³y rolê bia³ka Hsp72 nie

tylko jako markera toksycznoœci p³ynów, ale

równie¿ jako bia³ka o funkcji ochronnej. Po-

dobnie jak w przypadku ONN wywo³anej I/

R, umiarkowany stres powoduj¹cy wzrost

poziomu Hsp72, przystosowywa³ komórki na

niekorzystne dzia³anie PD. Ludzkie komór-

ki mezotelialne poddane umiarkowanemu

szokowi cieplnemu lub ekspozycji na p³yny

dializacyjne wykazywa³y du¿o wy¿sz¹ tole-

rancjê na toksycznoœæ PD ni¿ komórki nie-

poddane wstêpnemu szokowi. Transfekcja

badanych komórek hsp72 cDNA potwierdzi-

³a bezpoœredni udzia³ bia³ka Hsp72 w ob-

serwowanym mechanizmie cytoprotekcyj-

nym [10].

Podsumowuj¹c, mo¿na stwierdziæ, i¿

ostatnie badania okreœli³y rolê bia³ka Hsp72

nie tylko jako wskaŸnika biozgodnoœci p³y-

nów dializacyjnych, ale równie¿ wskaza³y

jego wa¿n¹ funkcjê w mechanizmie chro-

ni¹cym komórki poddane toksycznemu dzia-

³aniu tych p³ynów. Jakkolwiek w warunkach

klinicznych transfekcja cDNA lub kontrolo-

wane „podgrzanie” komórek jamy otrzew-

nej jest niemo¿liwe. Ewentualne wykorzy-

stanie fizjologicznych mechanizmów regu-

luj¹cych poziom bia³ka Hsp72 mog³oby

zwiêkszyæ tolerancjê na stosowane p³yny i

tym samym zredukowaæ ich efekty ubocz-

ne. Obecnie znane s¹ przyk³ady wykorzy-

stania farmakologicznej indukcji syntezy

bia³ka Hsp72 dla z³agodzenia skutków ró¿-

nych procesów patologicznych np. udaru

mózgu, wrzodów ¿o³¹dka czy cukrzycy [57].

Mo¿na to osi¹gn¹æ poprzez wywo³anie wa-

runków stresowych np. zwiêkszenie iloœci

zdenaturowanych bia³ek lub poprzez nasi-

lenie fizjologicznych mechanizmów, np. wy-

d³u¿enie czasu wi¹zania czynnika HSF1 do

DNA [57]. Wydaje siê wiêc, i¿ tylko kwesti¹

czasu jest przeprowadzenie prób farmako-

logicznej stymulacji odpowiedzi szoku ter-

micznego u pacjentów leczonych dializ¹

otrzewnow¹.

Hsp72 w nowotworach nerki

Je¿eli cytoprotekcyjny efekt bia³ka

Hsp72 w przypadku dzia³ania czynników

stresowych na zdrowe komórki jest korzyst-

ny, tak w przypadku nowotworów staje siê

on dzia³aniem negatywnym. Wysoki poziom

bia³ka Hsp72 w komórkach nowotworowych

m.in. koreluje ze z³ymi rokowaniami w le-

czeniu raka piersi [55], a tak¿e ze zwiêk-

szon¹ odpornoœci¹ na chemoterapiê raka

koœci [61]. Mechanizm cytoprotekcyjny bia-

³ek Hsp, g³ównie Hsp90, jest w zasadzie taki

sam jak w przypadku zdrowych komórek:

adaptacja do niekorzystnych warunków,

hamowanie apoptozy, stabilizacja i ochrona

bia³ek m.in. odpowiedzialnych za proces

transformacji nowotworowej (ErbB2, Src,

kinazy serynowe). W przypadku raka jasno-

komórkowego nerki (renal cell carcinoma,

RCC), stanowi¹cego ok. 85% wszystkich

nowotworów nerki, nie stwierdzono znacz¹-

cego wzrostu poziomu bia³ek Hsp (w tym

Hsp72) [39], co sugeruje, i¿ byæ mo¿e nie

uczestnicz¹ one bezpoœrednio w tej trans-

formacji nowotworowej. Zauwa¿ono nato-

miast, ¿e mutacja genu hsp70 o zwiêkszo-

nej ekspresji prowadzi³a do immunizacji cy-

totoksycznych limfocytów T (TLC) przeciw-

ko komórkom rakowym [24]. PóŸniejsze ba-

dania, w których indukowano syntezê Hsp72

w liniach nowotworowych RCC in vitro [15]

potwierdzi³y, i¿ ewentualne zwiêkszenie eks-

presji Hsp72 w komórkach nowotworowych

mog³oby byæ sygna³em immunizuj¹cym

uk³ad odpornoœciowy pacjenta przeciwko

komórkom rakowym.

Jakkolwiek badania nad wykorzysta-

niem Hsp72 w immunizacji TLC przeciwko

komórkom RCC jeszcze d³ugo pozostan¹ w

cieniu leku o nazwie Oncophage. Jest to

szczepionka oparta na kompleksach bia³ka

Hsp gp96 z antygenami komórek nowotwo-

rowych. Kompleksy te s¹ izolowane z gu-

zów nerki pacjenta i charakteryzuj¹ siê wy-

sok¹ specyficznoœci¹ w immunizacji uk³adu

odpornoœciowego przeciw komórkom rako-

wym. Kliniczne badania nad tym lekiem

wesz³y ju¿ w 3 fazê i s¹ bardzo obiecuj¹ce.

Piœmiennictwo

1. Arbeiter K., Bidmon B., Endemann M. et al.: Peri-

toneal dialysate fluid composition determines heat

shock protein expression patterns in human mes-

othelial cells. Kidney Int. 2001, 60, 1930.

2. Arbeiter K., Bidmon B., Endemann M. et al.: In-

duction of mesothelial HSP-72 upon in vivo expo-

sure to peritoneal dialysis fluid. Perit. Dial. Int. 2003,

23, 499.

3. Asea A.: Stress proteins and initiation of immune

response: chaperokine activity of hsp72. Exerc.

Immunol. Rev. 2005, 11, 34.

4. Aufricht C.: Heat-shock protein 70: molecular

supertool? Pediatr. Nephrol. 2005, 20, 707.

5. Aufricht C., Bidmon B., Ruffingshofer D. et al.:

Ischemic conditioning prevents Na,K-ATPase disso-

ciation from the cytoskeletal cellular fraction after

repeat renal ischemia in rats. Pediatr. Res. 2002, 51,

722.

6. Aufricht C., Endemann M., Bidmon B. et al.: Peri-

toneal dialysis fluids induce the stress response in

human mesothelial cells. Perit. Dial. Int. 2001, 21,

85.

7. Basu S., Binder R.J., Suto R. et al.: Necrotic but

not apoptotic cell death releases heat shock proteins,

which deliver a partial maturation signal to dendritic

cells and activate the NF-kappa B pathway. Int.

Immunol. 2000, 12, 1539.

8. Beck F.X., Neuhofer W., Muller E.: Molecular chap-

erones in the kidney: distribution, putative roles, and

regulation. Am. J. Physiol. Renal. Physiol. 2000, 279,

F203.

9. Beere H.M.: "The stress of dying": the role of heat

shock proteins in the regulation of apoptosis. J. Cell

Sci. 2004, 117, 2641.

10. Bidmon B., Endemann M., Arbeiter K. et al.:

Overexpression of HSP-72 confers cytoprotection in

experimental peritoneal dialysis. Kidney Int. 2004,

66, 2300.

11. Bidmon B., Endemann M., Muller T. et al.: Heat

shock protein-70 repairs proximal tubule structure

after renal ischemia. Kidney Int. 2000, 58, 2400.

12. Bonegio R., Lieberthal W.: Role of apoptosis in the

pathogenesis of acute renal failure. Curr. Opin.

Nephrol. Hypertens. 2002, 11, 301.

13. Brown I.R., Rush S.J.: Cellular localization of the

heat shock transcription factors HSF1 and HSF2 in

the rat brain during postnatal development and fol-

lowing hyperthermia. Brain. Res. 1999, 821, 333.

14. Bukau B., Horwich A.L.: The Hsp70 and Hsp60

chaperone machines. Cell. 1998, 92, 351.

15. Cabillic F., Bouet-Toussaint F., Toutirais O. et al.:

Interleukin-6 and vascular endothelial growth factor

release by renal cell carcinoma cells impedes

lymphocyte-dendritic cell cross-talk. Clin. Exp.

Immunol. 2006, 146, 518.

16. Chen H.C., Guh J.Y., Tsai J.H. et al.: Induction of

heat shock protein 70 protects mesangial cells

against oxidative injury. Kidney Int. 1999, 56, 1270.

17. Chen M., Aosai F., Norose K. et al.: Toxoplasma

gondii infection inhibits the development of lupus-

like syndrome in autoimmune (New Zealand Black x

New Zealand White) F1 mice. Int. Immunol. 2004,

16, 937.

18. Ciavarra R.P., Goldman C., Wen K.K. et al.: Heat

stress induces hsc70/nuclear topoisomerase I com-

plex formation in vivo: evidence for hsc70-mediated,

ATP-independent reactivation in vitro. Proc. Natl.

Acad. Sci. U S A. 1994, 91, 1751.

19. Ciocca D.R., Clark G.M., Tandon A.K. et al.: Heat

shock protein hsp70 in patients with axillary lymph

node-negative breast cancer: prognostic implications.

J. Natl. Cancer Inst. 1993, 85, 570.

20. Cotto J.J., Morimoto R.I.: Stress-induced activa-

tion of the heat-shock response: cell and molecular

biology of heat-shock factors. Biochem. Soc. Symp.

1999, 64, 105.

21. Dewji N.N., Do C.: Heat shock factor-1 mediates the

transcriptional activation of Alzheimer's beta-amyloid

precursor protein gene in response to stress. Brain.

Res. Mol. Brain Res. 1996, 35, 325.

22. Fekete A., Treszl A., Toth-Heyn P. et al.: Associa-

tion between heat shock protein 72 gene polymor-

phism and acute renal failure in premature neonates.

Pediatr. Res. 2003, 54, 452.

23. Gabai V.L., Meriin A.B., Yaglom J.A. et al.: Role of

Hsp70 in regulation of stress-kinase JNK: implications

in apoptosis and aging. FEBS Lett. 1998, 438, 1.

24. Gaudin C., Kremer F., Angevin E. et al.: A hsp70-2

mutation recognized by CTL on a human renal cell

carcinoma. J. Immunol. 1999, 162, 1730.

25. Georgopoulos C., Welch W.J.: Role of the major

heat shock proteins as molecular chaperones. Annu.

Rev. Cell. Biol. 1993, 9, 601.

26. Gotloib L., Shostack A., Jaichenko J.: Ruthenium-

red-stained anionic charges of rat and mice mesothe-

lial cells and basal lamina: the peritoneum is a nega-

tively charged dialyzing membrane. Nephron. 1988,

48, 65.

27. Hartl F.U.: Molecular chaperones in cellular protein

folding. Nature. 1996, 381, 571.

28. Hayes S.A., Dice J.F.: Roles of molecular chaper-

ones in protein degradation. J. Cell Biol. 1996, 132,

255.

29. Healy D.A., Daly P.J., Docherty N.G. et al.: Heat

shock-induced protection of renal proximal tubular

epithelial cells from cold storage and rewarming in-

jury. J. Am. Soc. Nephrol. 2006, 17, 805.

30. Helmbrecht K., Zeise E., Rensing L.: Chaperones

in cell cycle regulation and mitogenic signal trans-

duction: a review. Cell Prolif. 2000, 33, 341.

31. Hsu H.C., Zhou T., Kim H. et al.: Production of a

novel class of polyreactive pathogenic autoantibodies

in BXD2 mice causes glomerulonephritis and arthri-

tis. Arthritis Rheum. 2006, 54, 343.

32. Jo S.K., Ko G.J., Boo C.S. et al.: Heat recondition-

ing attenuates renal injury in ischemic ARF in rats:

role of heat-shock protein 70 on NF-kappaB-medi-

ated inflammation and on tubular cell injury. J. Am.

Soc. Nephrol. 2006, 17, 3082.

33. Jorres A., Topley N., Gahl G.M.: Biocompatibility of

peritoneal dialysis fluids. Int. J. Artif. Organs. 1992,

15, 79.

34. Kammanadiminti S.J., Chadee K.: Suppression of

NF-kappaB activation by Entamoeba histolytica in

intestinal epithelial cells is mediated by heat shock

protein 27. J. Biol. Chem. 2006, 281, 26112.

35. Komatsuda A., Wakui H., Oyama Y. et al.:

Overexpression of the human 72 kDa heat shock

protein in renal tubular cells confers resistance

against oxidative injury and cisplatin toxicity. Nephrol.

Dial. Transplant. 1999, 14, 1385.

36. Lancaster G.I., Febbraio M.A.: Exosome-depend-

ent trafficking of HSP70: a novel secretory pathway

for cellular stress proteins. J. Biol. Chem. 2005, 280,

23349.

37. Laszlo A.: The effects of hyperthermia on mamma-

lian cell structure and function. Cell Prolif. 1992, 25,

59.

38. Liberek T., Topley N., Jorres A. et al.: Peritoneal

dialysis fluid inhibition of phagocyte function: effects

of osmolality and glucose concentration. J. Am. Soc.

Nephrol. 1993, 3, 1508.

39. Lichtenfels R., Kellner R., Bukur J. et al.: Heat

shock protein expression and anti-heat shock pro-

tein reactivity in renal cell carcinoma. Proteomics.

2002, 2, 561.

40. Lopez-Cotarelo C., Sellhaus B., Baba H.A. et al.:

Expression of heat shock proteins 72/73 in human

peritoneal mesothelial cells in vivo and in vitro. Ne-

phron. 2000, 85, 148.

41. Maddock A.L., Westenfelder C.: Urea induces the

heat shock response in human neuroblastoma cells.

J. Am. Soc. Nephrol. 1996, 7, 275.

42. Malaponte G., Bevelacqua V., Fatuzzo P. et al.:

IL-1beta, TNF-alpha and IL-6 release from mono-

cytes in haemodialysis patients in relation to dialytic

age. Nephrol. Dial. Transplant. 2002, 17, 1964.

43. Marzec L., Liberek T., Chmielewski M. et al.: Ex-

pression of Heat Shock Protein 72 in peritoneal

leukocytes is induced by peritoneal dialysis. Perit.

Dial. Int. 2007, 27, 288.

44. Mayer M.P., Bukau B.: Hsp70 chaperones: cellular

functions and molecular mechanism. Cell. Mol. Life.

Sci. 2005, 62, 670.

45. Mercier P.A., Winegarden N.A., Westwood J.T.:

Human heat shock factor 1 is predominantly a nu-

clear protein before and after heat stress. J. Cell.

Sci. 1999, 112 ( Pt 16), 2765.

46. Morgan L.W., Wieslander A., Davies M. et al.: Glu-

cose degradation products (GDP) retard remeso-

thelialization independently of D-glucose concentra-

tion. Kidney Int. 2003, 64, 1854.

47. Morimoto R.I.: Regulation of the heat shock transcrip-

tional response: cross talk between a family of heat

shock factors, molecular chaperones, and negative

regulators. Genes Dev. 1998, 12, 3788.

48. Mueller T., Regele H., Posch M. et al.: HSP-72 ex-

pression in pre-transplant donor kidney biopsies and

post-transplant outcome. Transplantation. 2004, 78,

292.

49. Musial K., Zwolinska D., Polak-Jonkisz D. et al.:

[Antibodies against heat shock proteins (HSP) in chil-

dren with chronic renal failure (CRF) - preliminary re-

sults]. Przegl. Lek. 2006, 63, (Suppl. 3), 60.

50. Pockley A.G.: Heat shock proteins in health and dis-

ease: therapeutic targets or therapeutic agents? Ex-

pert Rev. Mol. Med. 2001, 2001, 1.

51. Pockley A.G., Shepherd J., Corton J.M.: Detection

of heat shock protein 70 (Hsp70) and anti-Hsp70 an-

tibodies in the serum of normal individuals. Immunol.

Invest. 1998, 27, 367.

52. Redaelli C.A., Wagner M., Kulli C. et al.: Hyperther-

mia-induced HSP expression correlates with improved

rat renal isograft viability and survival in kidneys har-

vested from non-heart-beating donors. Transpl. Int.

2001, 14, 351.

53. Riordan M., Garg V., Thulin G. et al.: Differential in-

hibition of HSP72 and HSP25 produces profound

impairment of cellular integrity. J Am Soc Nephrol.

2004, 15, 1557.

54. Riordan M., Sreedharan R., Wang S. et al.: HSP70

binding modulates detachment of Na-K-ATPase fol-

lowing energy deprivation in renal epithelial cells. Am.

J. Physiol. Renal Physiol. 2005, 288, F1236.

55. Romanucci M., Marinelli A., Sarli G. et al.: Heat

shock protein expression in canine malignant mam-

mary tumours. BMC Cancer. 2006, 6, 171.

56. Schober A., Muller E., Thurau K. et al.: The re-

sponse of heat shock proteins 25 and 72 to ischae-

mia in different kidney zones. Pflugers Arch. 1997,

434, 292.

57. Soti C., Nagy E., Giricz Z. et al.: Heat shock pro-

teins as emerging therapeutic targets. Br. J.

Pharmacol. 2005, 146, 769.

58. Stacchiotti A., Borsani E., Ricci F. et al.:

Bimoclomol ameliorates mercuric chloride nephro-

toxicity through recruitment of stress proteins.

Toxicol. Lett. 2006, 166, 168.

59. Suzuki S., Maruyama S., Sato W. et al.: Geranyl-

geranylacetone ameliorates ischemic acute renal

failure via induction of Hsp70. Kidney Int. 2005, 67,

2210.

60. Trieb K., Grubeck-Loebenstein B., Eberl T. et al.:

T cells from rejected human kidney allografts re-

spond to heat shock protein 72. Transpl. Immunol.

1996, 4, 43.

61. Trieb K., Kohlbeck R., Lang S. et al.: Heat shock

protein 72 expression in chondrosarcoma correlates

with differentiation. J. Cancer. Res. Clin. Oncol.

2000, 126, 667.

62. Van Why S.K., Hildebrandt F., Ardito T. et al.: In-

duction and intracellular localization of HSP-72 af-

ter renal ischemia. Am. J. Physiol. 1992, 263, F769.

63. Van Why S.K., Mann A.S., Thulin G. et al.: Activa-

tion of heat-shock transcription factor by graded re-

ductions in renal ATP, in vivo, in the rat. J. Clin. In-

vest. 1994, 94, 1518.

64. Wang Y.H., Knowlton A.A., Li F.H. et al.: Hsp72

expression enhances survival in adenosine triphos-

phate-depleted renal epithelial cells. Cell Stress

Chaperones. 2002, 7, 137.

65. Wang Z., Liu L., Mei Q. et al.: Increased expres-

sion of heat shock protein 72 protects renal proxi-

mal tubular cells from gentamicin-induced injury. J.

Korean. Med. Sci. 2006, 21, 904.

66. Whitley D., Goldberg S.P., Jordan W.D.: Heat

shock proteins: a review of the molecular chaper-

ones. J. Vasc. Surg. 1999, 29, 748.

67. Wright B.H., Corton J.M., El-Nahas A.M. et al.:

Elevated levels of circulating heat shock protein 70

(Hsp70) in peripheral and renal vascular disease.

Heart Vessels. 2000, 15, 18.

68. Yokoo T., Kitamura M.: IL-1beta depresses expres-

sion of the 70-kilodalton heat shock protein and sen-

sitizes glomerular cells to oxidant-initiated apoptosis.

J. Immunol. 1997, 159, 2886.