Isı Şok Proteinleri

Isı Şok Proteinleri
(IŞP)
Heat Shock Proteins
(HSP)
Ahmet GENÇ
Sunu akışı
•
•
•
•
•
•
•
•
Giriş
Stress
Şaperonlar
Sınıflandırma
Hsp’ler ve immün yanıt
Hsp’ler ve kanser
Hsp aileleri
Hsp ve apoptozis
ISI ŞOK PROTENLERİ
• Tüm canlılarda bulunmakta
• Hücreler;
– Ani ısı artışı,
– Anoksi
– Viral enfeksiyonlarda
– Ağır metallerde
– Glukoz yokluğunda
– ROS gibi durumlarda sentezi artırmakta
• Hsp’ler hücresel stres dışında NŞ da
sellüler protein olarak yaygın olarak
bulunmakta
İnsan & Maya’da (Saccharomyces cerevisiae)
Hsp90 yapısının karşılaştırılması
Red : identical residues
Blue : similar residues
Yellow: selected residues
Stress
• Stress canlının sahip olduğu gücün ortaya
çıkması
• Biyolojide stress, evrim ve adaptasyon
sürecinde sürükleyici güç olarak
tanımlanmakta
• Isı şok proteinleri, streste unstabil veya
denatüre olmuş proteinlerin yapılarını
korumaya yönelik işlev görmektedir. Bu
nedenle protein hasarlarına karşı koruyucu
gibi fonksiyonu bulunmakta
Isı şok proteinleri nelerdir
ve nasıl işlevleri vardır?
• Isı şok proteinleri [Heat shock proteins
(Hsps)], stress proteinleri olarakta
adlandırılmakta ve tüm hücrelerde ve
hücrelerin tüm yaşam formunda bulunan
bir grup proteinlerdir
• Hsp’ler proteinleri stabilize eder ve
denatüre proteinlerin katlanmasını sağlar
• Hsp’ler asıl olarak ısıya yanıt olarak sentez
edilmektedir
Stress proteinleri (SP)
• “Stress proteinleri”nin birkaçı çeşitli streslerde
ortak iken bazıları ise spesifik bir strese yanıt
olmaktadır
• Bazıları da spesifik organellerde lokalizedir
Şaperonlar (Chaperones)
• Birkaç Hsp fonksiyonel olarak sellüler şaperon
aktivitesine bağlıdır
• Şaperonlar hücrenin değişik kompartımanları
boyunca proteinlerin katlanmasına yardımcı
olmaktadır
Protein katlanmasında Hsp’ler
Stress Proteinlerinin Diğer Fonksiyonları
• SP hücrenin bir kompartımanından diğerine şatıl
(shuttle) proteinleri olarak işlev görmekte ve eski
ile proteinlerin transportunda görev almaktadır
• Hspler hücre yüzeyinde hastalıklı hücrelerin
tanıyan immün sisteme yardımcı olmak için
proteinlerin yapısında yer almakta
•
MSF, mitchondrial import
stimulation factor
•
Tom, transport across the
outer membrane
•
Tim, transport across the
inner membrane
Sınıflandırma
• Farklı Hsp’ler moleküler büyüklüklerine,
yapılarına ve fonksiyonlarına göre farklı ailelerde
sınıflandırılmakta
• Bunlar:
– Hsp100,
– Hsp90,
– Hsp70,
– Hsp60,
– Hsp40 ve
– Küçük hsp ailesi
SP’lerinin Klinik Önemi
• Son zamanlarda yapılan çalışmalar Hsp’lerin
klinikte çeşitli kullanım alanları bulunmuş:
* Hsp’ler beyin, kalp ve diğer organları iskemi
hasarlardan belirgin bir şekilde koruduğu tespit
edilmiş. Bu da tedavi ve organ
transpalantasyonunda yeni uygulamalar
bulmuştur
* Farklı Hsp’ler birkaç otoimmün bozuklukları
kapsamaktadır
• Memeli beyninde Hsp’ler (özellikle Hsp70) ya
gelişim boyunca düzenli sentezlenmekte yada
strese yanıt olması strese bağlı beyin hasarını
azaltmakta
•
* Çeşitli kirleticiler (pollutants) stress
proteinlerinin düzeyini tespit edilebilir bir artışa
neden olduğundan çevresel kirlilikte önemli bir biomarker olarak kullanılabilir
•
* Farklı Hsp’ler (Hsp70, Hsp90 ve Gp/Grp94)
immün yanıtta önemli bir rol aldığı gösterilmiştir.
Kompleks peptidlere karşı aşı geliştirilmekte
İmmün yanıt oluşumunda ısı şok
proteinleri nasıl işlev
görmektedir?
Hsp’ler immün yanıt oluşumunda nasıl
rol oynar?
• Hsp’ler hücre içinde (intrasellüler) ve hücre
dışında (ekstrasellüler) immün yanıt aktivitesinde
tetikleyici rol almakta
İntrasellüler Aktivite
• Hücre içinde Hsp’lerin normal fonksiyonlarından
dolayı (protein katlanması, protein atılımına
yardımcı olmak gibi), Hsp’ler neredeyse hücre
içinde yapılan her proteinin bağlanmasında rol
almakta
• Araştırmalar, Hsp’ler hücre içinde peptidleri
tutmakta ve başka bir gruba aktarıldığını
göstermektedir. Ayrıca sadece hasarlı
hücrelerde bulunan anormal peptidleri tutmakta
ve hücrenin iç yüzeyinden dış yüzeyine de
taşımaktadır
• Anormal peptidler bu yolla aktarıldığı zaman,
bunlar hücrenin yıkılımı için immün sistemi için
bir uyarı olmakta
• Bu anormal peptidler antijen olarak
adlandırılmakta ve immün yanıt için tetikleyici
olabilecek bir substans olarak tanımlanmakta
Ekstrasellüler aktivite
• Hsp’ler normalde hücre içinde bulunur
• Ekstrasellüler Hsp’ler, infekte olmuş veya
hastalıklı hücrelerin yıkımı için immün sisteme
“tehlike sinyali”ni göndermenin bir yoludur
Isı Şok Proteinleri ve İmmün Yanıt
• Hsp-peptid kompleksine sahip hücreler yakalanır
• Bu ekstrasellüler Hsp ve peptid kompleksi, antigenpresenting cells (APC) olarak adlandırılan
sirkülasyondaki immün sistem hücreleri tarafından
tespit edilir
• Bu APC’ler makrofaj olarak adlandırılan hücreleri
içermektedir
• Hsp kompleksleri APC hücre yüzeyinde bulunan
CD91 reseptörüne bağlanır
• APC’ler Hsp komplekslerini tutukları zaman lenf
noduna hareket eder
• Hsp’lerle birleşmiş bu peptidler antijeniktir ve
immün yanıtı stimüle ederler
• Lenf nodunda bu peptidleri T hücreleri tanımakta
• T hücreleri bu peptidleri arayıp bulmaya
programlı hücrelerdir
• Bundan dolayı kanser kişiden kişiye değişiklik
göstermektedir
• Antijenik peptidlerin sahip oldukları çeşitlilikten
dolayı her bir hastanın spesifik kanser izi
(fingerprinting) olduğu görülmektedir
• T hücreleri bu izi taşıyan kanser hücrelerinin
hedeflenmesi ve yıkılması için aktive edilir
Isı Şok Proteinleri
ve
Kanser
Hsp ile ilgili ilk araştırmalar
• 1940’lı yıllarda başladı
• Tümör hücreleri zayıflatıldı ve aşı gibi farelere
enjekte edildi. Güçlü aynı tümör hücresi fareye
enjekte edildiğinde tümör hücreleri reddedildi ve
kanser gelişmedi
• Şayet fare bu şekilde aşılanmadığı zaman, tümör
hücreleri enjekte edildiğinde kanser geliştirmiştir
Kansere karşı aşı
• Farelerin farklı ırkları ve diğer türlerinde de
denenerek doğrulandı
• Bunun merkezinde kanser immünolojisi
bulunmakta
• Bu çok çeşitli dokularda (deri, kolon, meme, KC,
böbrek ve beyin gibi) ve spontan orijinli
kanserler ile karsinojene neden olan tümörler
için doğrulandı
• Bu çalışmalar kanserlerin çok çeşitli olduklarını
gösterdi
• Ayrıca hücreler tümör X’e karşı aşılandığı zaman
tümör X gelişemezken, tömür Y gelişimini
önleyememekte
Tumor used for challenge
Tumor used for
vaccination
A
A
B
C D
E
+
-
-
-
-
B
-
+
-
-
-
C
-
-
+ -
-
D
-
-
-
+
-
E
-
-
-
-
+
+ Tumor rejected
- Tumor grows
Hangi element ısı şok proteinlerinin
spesifikliğini vermektedir?
• 20 yıl önce başlayan araştırmalar
fareleri koruyan elementin Hsp’ler
olduğu bulundu
• Sonra ısı şok proteinleri sadece
kansere karşı özgül aşılama
yapmamakta, peptidler olarak
adlandırılan proteinlerin kısa
parçalarını bağlamaktadır
(Antijenik)
• 1998’de kanserin tedavisi için
Hsp’lerin kullanıldığı aşı patenti
alındı
Hsp ailesi
Hsp90
Hsp70
Küçük Hsp ailesi
Hsp90
• Hsp90 ailesi prokaryotlarda bir ökaryotlarda iki
proteindir
• Ökaryotlarda,
– Hsp90, α ve β iki izoformu sitozolde bulunmakta
– Grp94 ER’de bulunmakta
• Hidrofobik veya pozitif yüklü proteinleri
bağlamakta
Hsp90
• En iyi bilinen etkileşimi, östrojen, PRG ve
glukokortikoid reseptörelerini içeren streoid
hormon reseptörleri ile olmaktadır
• Bu reseptörlerin hormon-bağlayıcı domainlerine
bağlanmakta, onları kısmi katlanmamış bir
konfügrasyonda tutarak hormonal ligandları en
yüksek affinitede bağlanmasını sağlar
Hsp70
• Hsp70 anti-apoptotik şaperon proteinidir
• Hsp70 değişik orijinli malignant insan
tümörlerinde aşırı ekspresse edilmekte,
oysa normal hücrelerdeki ekspressiyonu
temelde stres göstergesidir
• Tüm hücreler 70-kDa Hsc (heat shock
cognate protein), veya Hsp 73 olarak
bilinen proteini ekspresse etmekte,
• Hsc yüksek oranda Hsp70 ile homoloji
göstermekte
• Değişik streslerde katlanamamış/denatüre
proteinlerin konsantrasyonlarının
artmasıyla Hsp70 birikimi artmakta
• Ayrıca Hsp70’in ekspressiyonu artan
hücre proliferasyonu, zayıf
differansiyonda, lenf nodu metastazı ile
ilişkilidir
• Normal şartlarda Hsp70 proteinlerinin
fonksiyonu
– yeni sentezlenen polipeptidlerin katlanmasına
yardımcı olan şaperonlar gibi fonksiyon
göstermekte
– Proteinlerin membranın karşı tarafına
transportunu sağlamakta
Küçük Hsp Ailesi
• Bu proteinlerin MA 10-30 kDa arasında
değişmektedir
• Doku dağılımları değişiklik göstermektedir
• Hsp27’lerin hücre ölümünde rolleri olduğu
belirlenmiş
• Hsp27’nin inhibisyonu ile kaspaz aktivasyonunu
inhibe olmakta
• Hsp27, Hsp70 ve Hsp90 aileleri;
– Kemoterapi sonucu DNA hasarı
– UV radyasyonu
– Isı şokları
– Seramid
– ROS
– ER stressi
– Proteozom inhibisyonu
– Hücre iskeleti hasarlarında koruyucu rolleri
gösterilmiştir
Regulation of the intrinsic pathway
by Hsps
MOMP, mitochondrial outer
membrane permeabilization
Extrinsic pathway
Sabrınız için teşekkür ederim