Hsp90، HSF-1، شوک، Hsp70، می‌شود.، سلول

ن ناحیه به بازدارنده‌های Hsp90 متصل می‌شود، همچنین ممکن است به پپتیدها نیز متصل گردد. 2- یک بخش میانی که با پروتئین Client واکنش می‌کنند. 3- ناحیه C ترمینال که در همودیمریزاسیون شرکت می‌کنند. بررسی توالی ژنوم Hsp90 نشان می‌دهد که دو ناحیه حفاظت شده در اعضای خانواده Hsp90 وجود دارد (شکل 2-1). ساختمان پایانه N ترمینال می‌تواند در حضور ATP یا ADP کریستالیزه شود. ولی همه نوکلئوتید دچار تغییرات ساختمانی مشخصی نمی‌گردند. نوکلئوتید در کمپلکس Hsp90/ADP دارای یک ساختمان بسیار فشرده است. انتهای N ترمینال Hsp90 دارای اسید آمینه حفاظت شده می‌باشد و عملکرد شبیه به فعالیت ATPase دارند. سوبسترایی که به ناحیه N ترمینال این چاپرون متصل می‌شوند از نظر شکل فضایی نباید تا خورده باشند و پروتئین‌ها یا پلی‌پپتیدهایی با 30-13 اسیدآمینه می‌باشند. مولکول‌هایی که قسمتی از آن تانخورده توسط این چاپرون حفاظت نمی‌گردد. مطالعات در مورد Hsp90 نشان می‌دهد که این چاپرون در تاخوردگی پروتئین تحت شرایط فیزیولوژیکی و در شرایط شوک گرمایی شرکت می‌کند. در این شرایط Hsp90 به ATP نیاز ندارد. این نتایج بیان می‌دارد که Hsp90 دارای 2 مکان چاپرونی مستقل است. مکان N ترمینال چاپرون به ATP متصل می‌شود در حالی که مکان C ترمینال چاپرون مستقل از ATP می‌باشد. برخلاف ناحیه N ترمینال این چاپرون، پروتئین‌هایی که کاملا تانخورده و یا قسمتی از آن تاخورده و پپتیدها با طول متغییر می‌توانند به ناحیه C ترمینال Hsp90 متصل گردند. تاخوردگی پروتئین بدون نیاز به ATP از ناحیه C ترمینال این پروتئین انجام می‌گیرد. در حد واسط دو ناحیه بسیار حفاظت شده ساختمان ابتدایی Hsp90 مکانی با شارژ بالا وجود دارد که بین اعضا خانواده‌یHsp90 همولوژی کمی دارد و طول آن متفاوت است. در ناحیه C ترمینال پنتاپپتید MEEVD وجود دارد که در بین اکثر خانواده Hsp90 حفاظت شده است (شکل 2-1) (ارلجمن و همکاران، 2014؛ طاهریان وهمکاران 2008).

شکل 2-1- ساختمان Hsp70 و Hsp90
2-6- فعال شدن Hspها در پاسخ به شوک حرارتی
سازش سلولی به شوک گرمایی مکانیسم بسیار پیچیده‌ای است. چگونگی پاسخ سلول به شوک حرارتی که سلول را وادار به تحریک بقا سلول می‌کند یا درگیر آپوپتوزیس می‌گردد به توالی ژن و مقاومت نسبت به گرما بستگی دارد. به طور کلی شوک حرارتی القا توسط سنتز رونویسی DNA، پردازش mRNA، فرآیند ترجمه و پیشرفت سیکل سلولی را متوقف می‌نماید. افزایش دناتوراسیون پروتئین و تجمع نادرست آن باعث افزایش تجزیه پروتئوزمی و لیزوزومی می‌شود. شوک حرارتی باعث تخریب ترکیبات سیتو اسکلتون و تغییرات در نفوذپذیری غشا می‌گردد. در سازش سلول به شوک گرمایی، سلول‌ها بیان ژن‌ها را تغییر داده که باعث تحمل سلول به گرما می‌گردد. ژن‌های بی‌شماری به وسیله شوک حرارتی افزایش بیان یا کاهش بیان می‌یابند. این تغییرات در بیان ژن در مدت کوتاهی پس از شوک حرارتی القا می‌گردد. گروه عمده پروتیئن‌هایی که با این مکانیسم بیان می‌شوند، پروتئین‌های شوک حرارتی (Hsp) هستند که به عنوان چاپرون عمل می‌کنند. القاء بیان Hsp توسط گرما به وسیله توالی پروموتر ویژه، عناصر شوک گرمایی (HSE) انجام می‌گیرد. چندین کپی سکانس پنتاپپتید 5`NGAAN-3` درون پروموتور ژن‌های Hsp وجود دارد. پاسخ گرمایی این پروموترها با فعالیت فاکتورهای شوک گرمایی (HSF) تنظیم می‌گردد. 3 نوع HSF در سلول‌های پستانداران وجود دارد شامل: HSF-1، HSF-2 و HSF-3. که در بین آن‌ها HSF-1 یک ترکیب کلیدی مهم است و در تنظیم بیان ژن توسط گرما نقش مهمی دارد در حالی که فعالیت HSF-2 و HSF-3 مستقیماٌ مربوط به تنظیم پاسخ گرمایی بیان ژن نمی‌باشد. در سلول‌هایی که تحت تأثیر درجه حرارت بالا نبوده‌اند، HSF-1 به صورت مونومر در سیتوپلاسم سلول مستقر می‌باشد و به Hsp ها (مثل Hsp70 و Hsp90) متصل می‌شوند. در حین فعال شدن توسط گرما HSF-1 از Hsp ها رها شده و وارد هسته می‌شود. در این حالت HSF-1 به صورت مونومر غیرفسفریله می‌باشد. پس از ورود به هسته مونومرهای HSF-1 تریمره شده و در اسیدآمینه سرین فسفریله می‌گردد. فسفریلاسیون HSF-1 یک مرحله مهم و ضروری است که در اتصال به DNA نقش دارد و برای القاء رونویسی از ژن‌ها لازم است. فسفریلاسیون HSF-1 توسط چندین پروتئین کیناز انجام می‌شود. این کینازها یا فعالیت رونویسی HSF-1 را فعال می‌کنند و یا می‌توانند این فاکتورها را متوقف کنند. پاسخ به شوک حرارتی مشابه سایر مسیرهای Signaling است. فسفریلاسیون اسیدآمینه سرین ser203، ser307، ser419 باعث تنظیم منفی HSF-1 است. HSF-1 به 5 مکان اتصال برای فعال شدن رونویسی نیاز دارد. به علاوه چندین HSE درون پروموتور قابلیت القا گرما برای رونویسی ژن را بالا می‌برد. HSF-1 باعث فعال شدن سریع رونویسی ژن می‌گردد. که چند ساعت پس از افزایش دما طول می‌کشد. افزایش بیان Hsp باعث ارتباط مجدد با HSF-1 شده و موجب پایان پاسخ شوک گرمایی در سلول‌ها در یک فیدبک منفی می‌شود. مکانیسم سلولی HSF-1 با واسطه پاسخ شوک حرارتی HSF-1 به صورت مونومر درون سیتوپلاسم سلواهایی که حرارت ندیده است وجود دارد. در سیتوپلاسم HSF-1 هیپوفسفریله هستند و به چاپرون‌هایی مثل Hsp90، Hsp70 متصل می‌باشند. این چاپرون‌ها از اتصال HSF-1 به DNA جلوگیری می‌کنند. مرحله مهم پاسخ حرارتی به صورت زیر است:
1- شوک گرمایی باعث جدایی Hsp از HSF-1 می‌شوند.
2- HSF-1 به هسته منتقل می‌شوند، در هسته HSF-1 تریمریزه شده و به صورت هموتریمر و در مکان سرین به وسیله HSF کینازهای ویژه فسفریله می‌گردند و به توالیHSE در پروموتر ژن‌های پاسخ گرمایی مثل Hsp70 متصل می‌گردند.
3- فعال شدن رونویسی به وسیله HSF-1 بیان Hsp را افزایش می‌دهد و باعث ورود مجدد Hsp70 به هسته می‌شود.
4- Hsp70 هسته‌ای دوباره در ارتباط با HSF-1 تریمر قرار می‌گیرد. HSF-1 تریمر به شکل مونومر غیر فعال جدا می‌شود. هموتریمر HSF-1 به توالی ویژه HSE متصل می‌شود. برای اتصال بهینهHSF-1، 5 مکان اتصال وجود دارد. مکان اتصال برای HSF-1 با واسطه پاسخ حرارتی ضروری است. برای فعال شدن پاسخ گرمایی، چندین سکانس HSE در پروموتر ژن‌های قابل القاء حرارتی وجود دارد. این شرایط می‌تواند در پروموتر Hsp70 مشاهده شود (پرس و لیندکایست، 1993؛ موریموت و همکاران، 1997؛ ویتلی و همکاران، 1999).
2-7- Hsp70 و Hsp90 و سیستم ایمنی
پروتئین‌های شوک حرارتی در سیستم ایمنی نقش مهمی دارند چرا که مولکول‌هایی که در تشخیص آنتی‌ژن دخالت می‌کنند مانند ایمینوگلوبین‌ها، گیرنده‌های سلول T همه به وسیله‌ی چاپرون‌ها پیش برده می‌شود. پاتوژن‌ها برای حفاظت خود در مقابل میزبان از مکانیسم‌های مختلف استفاده می‌کند، از جمله افزایش سنتز پروتئین‌های شوک حرارتی است که برای زنده ماندن پاتوژن‌ها در بدن میزبان به وسیله تجربیاتی از جمله، موتاسیون در پاتوژن روشن شده است. پروتئین‌های شوک حرارتی در پردازش و عرضه‌ی آنتی‌ژن نقش مهمی دارند. تشکیل کمپلکس پایداری که قادر به عرضه پپتیدهای آنتی‌ژن به سلول T هستند بستگی به تاخوردگی صحیح و تجمع آن‌ها در رتیکولوم آندوپلاسمیک دارد. پروتئین‌های شوک حرارتی ظاهراٌ به عنوان آنتی‌ژن‌هایی مهم در دفاع در مقابل عوامل عفونی به کار می‌روند و به دلیل حفظت بالایشان در میان پاتوژن‌های میکروبی، پروتئین‌های شوک حرارتی آنتی‌ژن‌های مهم هستند. آن‌ها به عنوان القا کننده‌های بسیار قوی پاسخ ایمنی هومورال و سلولی در عفونت‌های متعدد شناخته شده‌اند. Hsp70 جلوی مرگ و میر سلول‌هایی را که در معرض حمله TNF (فاکتورهای نکروز دهنده‌ی توموری) هستند را می‌گیرد و مانع تولید مقدار زیاد اینترکولین 6 می‌شود. همچنین Hsp70 از آپوپتوزیس ناشی از شوک حرارتی در سلول‌ها جلوگیری می‌کند و در کرم‌ها، پروتوزوئرها، قارچ‌ها و باکتری‌ها به عنوان هدف‌های آنتی‌بادی شناخته شده‌اند. قابل ذکر است که برخی از اعضای خانواده Hsp نظیر Hsp70 و Hsp90 می‌توانند سلول‌های مربوط به سیستم ذاتی را تحریک کنند. (مطیعی و همکاران، 1390).
2-8- نقش Hsp70 و Hsp90 در فیزیولوژی سلولی
2-8-1-نقش در تنظیم شکل فضایی پروتئین‌ها
اولین عملکرد سلولی Hsp90 در یوکاریوت‌های عالی به این گونه است که در فقدان هورمون، به گیرنده‌های هورمون‌های استروئیدی متصل می‌شوند. این کمپلکس‌ها پایدار هستند. هورمون‌های استروئیدی باعث جدایی کمپلکس و دیمریزاسیون گیرنده می‌شوند که برای اتصال DNA و فعال شدن رونویسی نیاز است. اتصال با Hsp90 به عنوان یک حد واسط در تاخوردگی محسوب می‌گردد. کمپلکس سوپر چاپرون Hsp90 شامل چندین ترکیب چاپرونی است که قادر است مستقیماٌ با پروتئین‌های غیر طبیعی واکنش کند. در نتیجه Hsp90 می‌تواند با مکانیسم ویژه همراه با فاکتورها تاخوردن پروتئین‌های هدف را حمایت نماید (صالح‌پور و همکاران، 1389).
2-8-2-هدف جدید داروی ضد تومور گلدانامایسین (Geldanamyscin)
اخیراٌ Hsp90 به عنوان هدف جدید داروهای ضد تومور در نظر گرفته می‌شود. ترکیبات طبیعی مواد بازدارنده تکثیر سلول‌های تومور، بنزوکینون آنسامایسین GA می‌باشد که از استرپتومایسین هیگروسکوپیک به دست آمده است. GA بازدارنده چرخه کینازهای سلولی است.GA موجب جدایی سریع Hsp90-raf-1 و در نهایت موجب از بین رفتن پروتئین raf-1 کیناز می‌شود. ولی سنتز raf-1 افزایش می‌یابد و از سیتوزول به غشاء پلاسمایی منتقل می‌شود برای این‌که raf-1 پایدار بماند باید به Hsp90 اتصال یابد تا در سلول به طور مناسب مستقر گردد. احتمالاٌGA بازدارنده عملکرد ویژه Hsp90 می‌باشد. این ایراد با تحقیقات دیگری تأیید و نشان داده شد که GA به طور کامل عملکرد Hsp90 را غیرفعال نمی‌کند بلکه در مرحله خاصی چرخه دینامیک پروتئین‌های سوبسترا را متوقف نماید. GA به مکان اتصال ATP در Hsp90 متصل می‌شود و ساختمان N ترمینال Hsp90 را برای اتصال به پروتئین‌ها را تغییر می‌دهد و ناحیه C ترمینال تحت تأثیر دارو قرار نمی‌گیرد. مقایسه ساختمان پایانه N ترمینال Hsp90 در حضور GA یا ATP نشان می‌دهد که GAمشابهADP/ATP است. تقریباٌ همه واکنش‌های هیدروفوبیک بین GA و Hsp90 به صورت واکنش‌های اکی‌والان می‌باشد. ویژگی اتصال GA به Hsp90 نشان می‌دهد که GA به Hsp70 متصل نمی‌شود (فروتن جهرمی، 2012).
2-8-3- جابجایی گیرنده در سیتوپلاسم
رسپتور گلوکوکوتیکوئید (GR) یک مدل مناسب برای حرکت فاکتور رونویسی از سیتوپلاسم به هسته می‌باشد. زیرا این فاکتورها به طور طبیعی در سیتوپلاسم سلول‌های فاقد هورمون وجود دارد و حرکت آن به هسته وابسته به هورمون است. به‌طور کلی گیرنده‌های استروئیدی بین سیتوپلاسم و هسته در حال حرکت می‌باشند. با تغییر شکل لیگاند کمپلکس Hsp90.GR تغییراتی برای تجمع در هسته ایجاد می‌شود. در ابتدا تصور می‌شد تغییر شکل وابسته به لیگاند GR باعث رهایی Hsp90 می‌شود که برای حرکت به هسته، گیرنده را ترک می‌کند ولی اخیراٌ مشخص شده است که GR به همراه Hsp90 منتقل می‌شود (شرملی و همکاران، 1998).
2-8-4- انتقال از منافذ هسته
وقتی کمپلکس به غشای هسته می‌رسد پروتئین‌های علامت دهنده (signaling) آن‌ها را از منافذ هسته عبور می‌دهد که عبور انتخابی گیرنده‌ها به داخل یا خارج Importin و Exportin نامیده می‌شود. برای برخی ترکیبات 2 پروتئین Importin وجود دارد که در ورود این ترکیبات به داخل هسته دخالت می‌کند. علاوه بر Importin ها و Exportin ها، چاپرون Hsp70 نقش مهمی در عبور ترکیبات از منافذ هسته دارند. Hsp70 در شناسایی NLS دخالت دارد ولی چگونگی آن مشخص نیست (ردی و تیوآری، 2011).
2-9- نقش Hsp70 و Hsp90 در تاخوردگی (Folding) پروتئین‌ها
اگر چه جزئیات سه بعدی چند صد پروتئین شناخته شده است، ولی مسیری که این پلی‌پپتیدها به شکل فضایی نهایی خود می‌رسند مشخص نشده است. مطالعات در مورد تاخوردگی مجدد (Refolding) ریبونوکلئاز در شرایط آزمایشگاهی اطلاعات لازم برای تعیین شکل فضایی نهایی پروتئین را فراهم نمود. پروتئین‌های دناتوره شده می‌توانند مجدداٌ تاخورده و به شکل فضایی طبیعی برسد. تاخوردگی مجدد در شرایط آزمایشگاهی ممکن است با واکنش زیر انجام گیرد.
1- تخریب نواحی هیدروفوبیک به مولکول داخلی.
2- تشکیل ساختمان ثانویه که شرایط را برای تاخوردگی بعدی فراهم می‌کند.
3- ایجاد واکنش‌های کووالانت، مثل اتصالات دی‌سولفید، که باعث پایداری پلی‌پپتیدها به شکل فضایی می‌گردد.
در تاخوردگی مجدد پروتئین در شرایط آزمایشگاهی عدم تاخوردگی پلی‌پپتیدها به ندرت رخ می‌دهد مگر این‌که در مدت سنتز در درجه حرارت‌های بالا باشد. در نهایت پلی‌پپتیدهایی که قسمتی از آن‌ها تانخورده به همراه پروتئین‌های ویژه‌ای، مخصوصاٌ پروتئین‌های شوک حرارتی تشکیل کمپلکس داده و موجب تاخوردگی نهایی پروتئین می‌شود. از مهم‌ترین خانوادهHSP ی که در این عمل نقش اساسی دارد می‌توان به Hsp70 اشاره نمود. Hsp70 و پروتئین‌های همراه آن می‌توانند پلی‌پپتیدهای تازه سنتز شده را پایدار کرده تا بخش‌های مختلف زنجیره برای تاخوردگی در دسترس قرار گیرد (بوکان و همکاران، 1998؛ مانده و همکاران 1989).
2-10- Hsp70 و Hsp90 و تنظیم آپوپتوزیس
آسیب‌های وارده به سلول می‌تواند دو نوع پاسخ متفاوت ایجاد کند.
1- آپوپتوز: که حالتی از مرگ سلولی است که سلول‌های آسیب دیده را حذف می‌کند تا از ایجاد التهاب جلوگیری نماید.
2- شوک گرمایی یا پاسخ به استرس: که از آسیب جلوگیری می‌کند و یا باعث بهبودی سلول آسیب دیده و در نتیجه باعث بقاء حیات سلول می‌گردد.
برهم کنش‌های بین این دو مسیر تعیین می‌کند که یک سلول در شرایط استرس‌های بیولوژیک چه پاسخی از خود نشان می‌دهد. آپوپتوزیس یک مسیر مرگ برنامه ریزی شده سلول است. آپوپتوزیس توسط خانواده‌ای از پروتئازها تحت عنوان کاسپازها (عامل فعال شدن) انجام می‌شود. مولکول محرک دیگر در آپوپتوزیس Apaf-1 (فاکتور فعال کننده آپوپتوزیس) است و

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *