Grzegorz Nowak

Krzysztof Ulewicz

U wszystkich organizmów żywych w odpowiedzi
na reakcje stresowe dochodzi do indukcji syntezy
grupy polipeptydów.
Ponieważ odkrycia tego dokonano w związku ze
zjawiskiem hipertermii, opisywane peptydy
zostały nazwane białkami szoku cieplnego.

Białka szoku cieplnego (HSP - ang. Heat shock
proteins) są grupą białek, których ekspresja
wzrasta, kiedy komórki są narażone na działanie
czynników stresowych, takich jak:

 podwyższona temperatura (10% ponad wartość
fizjologiczną),

 infekcje wirusowe,

 zmiana pH środowiska,

 czynniki uszkadzające DNA,

 zapalenia,

 działanie toksyn,

 obecność etanolu,

 promieniowanie UV,

 brak substancji odżywczych,

 niedotlenienie, itp.

Odpowiedź

szoku

termicznego

jest

charakterystyczna dla wszystkich organizmów, a
wzrost

stężenia

HSP

zachodzi

w wyniku podwyższenia transkrypcji genów
szoku termicznego. Niektóre z genów szoku
termicznego mogą być aktywowane podczas
normalnego wzrostu i rozwoju organizmu.
HSP

pochodzące

z

różnych

organizmów

charakteryzują się wysokim stopniem homologii
zarówno na poziomie sekwencji aminokwasowej
jak i struktury. Wiele z tych protein to białka
opiekuńcze,

proteazy

lub

białka

z

nimi

współpracujące.

W komórkach eukariotycznych odpowiedź na
szok termiczny regulowana jest na etapie inicjacji
transkrypcji

przez

uaktywnienie

czynnika

transkrypcyjnego, zwanego czynnikiem szoku
cieplnego HSF (Heat Shock Factor).
W komórkach drożdży i muszki owocówki
zidentyfikowano tylko jeden czynnik szoku
termicznego (HSF). W komórkach innych
organizmów eukariotycznych zidentyfikowano ich
przynajmniej dwa (mysz, człowiek- HSF1, HSF2)
lub trzy (pomidor, kura – HSF1, HSF2, HSF3).
Czynniki

szoku

termicznego

różnią

się

funkcjonalnością, np.:

 HSF1 odpowiada za indukcję odpowiedzi szoku
termicznego,

 HSF2 jest aktywowany podczas specyficznych
etapów rozwoju i różnicowania komórek.

W zależności od wielkości wyróżnia się pięć klas
białek szoku cieplnego (HSP):

 Hsp 110 - białko to znajduje się w jądrze
komórkowym
i produkowane jest jedynie przez komórki
ssaków. Sugerowano, że hsp 110 może odgrywać
pewną

rolą

w odnowie aktywności jądra komórkowego,

 Hsp 90 - białko to związane jest z receptorami
hormonalnymi oraz z co najmniej dwoma
białkami związanymi z glukozą. Białko to wywiera
głównie działanie ochronne poprzez różnorodne
typy interakcji z białkami, które nie wymagają
hydrolizy ATP. Jest ono obecne także w
komórkach nie eksponowanych na czynniki
stresowe, jednakże jego stężenie może wzrosnąć
nawet pięciokrotnie w wyniku zadziałania stresu
cieplnego. Hsp 90 współdziała z niektórymi
receptorami dla hormonów steroidowych i
kinazami białkowymi.

 Hsp 70 - w skład rodziny hsp 70 wchodzi 21
białek.

Jedno

z tych białek - HSP 73 jest jednym z genów, do
którego ekspresji dochodzi na wczesnym etapie
zarodkowym w czasie aktywacji genomu zygoty.
Inne

białko

z

tej

grupy

-

HSP

72

w zwiększa swoją ekspresję w warunkach stresu
oraz
w odpowiedzi na transfekcję onkogenów,

 Hsp o średniej masie cząsteczkowej - do ich
ekspresji na niewielkim poziomie dochodzi w
mitochondriach i błonach komórkowych w
warunkach nieobecności czynników stresowych,

 Hsp o niskiej masie cząsteczkowej - tworzą
różnorodną grupę, włączając oksygenazę hemu,
statminę oraz mały polipeptyd - ubikwitynę,
białka

odgrywające

rolę

w nie lizosomalnym procesie usuwania
agregatów zdenaturowanych białek.

Dużą grupę białek szoku cieplnego tworzą
tzw. białka chaperonowe.

Białka opiekuńcze (chaperony) to białka
uczestniczące
w wielu procesach komórkowych, związanych
głównie
z utrzymaniem odpowiedniej konformacji
oddziałujących
z nimi białek.

Białka opiekuńcze asystują przy:

 replikacji i transkrypcji DNA ,

 prawidłowym fałdowaniu się nowych białek i ich
transporcie do organelli,

 wydzielaniu białek poza komórkę i transporcie
substancji do jej wnętrza,

 biorą udział w rozbijaniu agregatów białkowych
, aktywacji receptorów i degradacji białek,

 umożliwiają także funkcjonowanie tzw.
kompleksów MHC,

 odpowiedzialnych za prawidłowe reakcje układu
odpornościowego.

Regulacja ekspresji genów przez hormony
steroidowe

Znaczącą rolę w regulacji ekspresji genów
odgrywają hormony steroidowe, które wpływają
na wzrost i różnicowanie się komórek u wyższych
organizmów eukariotycznych. Sygnał hormonalny
(ligand) przekazywany jest do genu docelowego
przez receptory wewnątrzkomórkowe. Wiązanie
ligand do odpowiedniego receptora uruchamia
interakcję

tak

powstaego

kompleksu

z

charakterystyczną regulatorową sekwencją DNA
w

genie

docelowym,

zwaną

elementem

odpowiedzi

hormonalnej

(HRE,

Hormon

Response Element). Receptor związany z
ligandem ułatwia tworzenie się kompleksu
z innymi czynnikami transkrypcyjnymi i
stymuluje transkrypcję.

Elementy odpowiedzi na hormon regulują
ekspresję sąsiadujących genów oraz inne miejsca
kontroli transkrypcji
HRE dzieli się na 4 klasy:

 GRE – element odpowiedzi glikokortykoidów,
wiąże on też receptory AR, PR, MR;

 ERM – element odpowiedzi estradiolu;

 TRE – element odpowiedzi hormonu tarczycy,
do którego dołącz się również receptor RAR;

 DRE – ostatnią grupę stanowi sekwencja, która
wiąże „receptory sieroce” (receptory białek o
nieznanej

funkcji

i ligandach).

Podczas

nieobecności

liganda

większość

receptorów ER, PR, AR zlokalizowanych jest w
cytoplaźmie,

a

kompleks

receptor-hormon

migruje do jądra komórkowego, aby modulować
ekspresję genów. Pewna ilość receptorów
występuje

też

w jądrze, niezależnie od obecności hormonu.
Receptory GR, MR, TR, RAR występują w jądrze
niezależnie od obecności ligand.
Receptory jądrowe hormonów steroidowych są
typowym przykładem białek transregulatorowych
transkrypcji. Umożliwiają one interakcję z innymi
białkami,

a

zwłaszcza

z uniwersalnymi czynnikami transkrypcyjnym
(polimeraza
RNA II i czynnikTFII) i działa stabilizująco na
czynniki wiążące w pobliżu promotora. Ten
sposób

interakcji

cząsteczek

steroidowych

receptorów

jądrowych

nazywa

się

transaktywacją.