"پروتئین های شوک حرارتی" (مخفف HSP یا HSP از انگلیسی Heat shock proteins) ترکیبات خاصی هستند که سلول های موجودات زنده در طی افزایش شدید دما یا در نتیجه بارهای استرس دیگر تولید می کنند. اولین HSP ها اولین بار توسط دانشمندان در اواسط قرن گذشته کشف شد. از آن زمان، نقش پروتئین های شوک حرارتی در گیاهان، حیوانات و انسان ها به طور فعال مورد مطالعه قرار گرفته است.
در ابتدا اعتقاد بر این بود که آنها به طور انحصاری نقش محافظتی را ایفا می کنند و از بروز اختلالات برگشت ناپذیر جلوگیری می کنند. با این حال، با گذشت زمان مشخص شد که این ترکیبات می توانند نقش فعالی در بازسازی ساختارهای سلولی آسیب دیده و همچنین در عملکرد سیستم ایمنی داشته باشند.
به طور خاص، این فرضیه وجود داشت که HSP ها در اتصال قطعات پروتئینی که در طی تخریب سلول های تومور بدخیم ظاهر می شوند، نقش دارند. در این مورد، کنگلومراهایی تشکیل می شوند که توسط سیستم ایمنی ضد سرطان به عنوان یک "متجاوز" شناخته می شوند، یعنی. به اصطلاح "ارائه آنتی ژن" رخ می دهد. به عبارت دیگر، سیستم ایمنی انسان این فرصت را پیدا می کند که سرطان را ببیند، که در شرایط عادی می تواند کاملاً با موفقیت خود را از آن استتار کند. در نتیجه، روند طبیعی تخریب تومور راه اندازی می شود.
تایید این نظریه و همچنین مطالعه کامل ساختار پروتئین شوک حرارتی و عملکرد آن در بافت های تومور در سطح مولکولی، تنها پس از انتشار بین المللی این ماده منحصر به فرد امکان پذیر شد. ایستگاه فضایی. این توسط متخصصان روسی از موسسه تحقیقاتی FMBA از آماده‌سازی‌های بیولوژیکی بسیار خالص، که HSP را با استفاده از فناوری‌های منحصر به فرد مهندسی ژنتیک سنتز کردند، به فضا فرستاده شد.
به لطف بی وزنی، در حالت ایده آل، حتی کریستال های پروتئینی مناسب برای تجزیه و تحلیل ساختاری اشعه ایکس از ماده اولیه رشد کرده و در نازک ترین لوله های مولکولی "بسته بندی" شده اند. مرحله فضایی امکان حل موفقیت آمیز مشکل اصلی پیش روی دانشمندان را فراهم کرد: در شرایط گرانش زمین، پروتئین ها به طور ناهموار رشد کردند و به دست آوردن کریستال هایی با هندسه صحیح روی زمین غیرممکن بود. تجزیه و تحلیل پروتئین های کریستالی رشد یافته در فضا توسط دانشمندان روسی و ژاپنی با استفاده از تجهیزات مدرن سنگین انجام شد.
داده‌های به‌دست‌آمده اساس ایجاد را تشکیل می‌دهد داروی منحصر به فردکه تأثیر آن ابتدا در لوله های آزمایش بر روی کشت سلولی و سپس روی حیوانات آزمایشگاهی آزمایش شد. موش های مبتلا به سارکوم و ملانوم، از جمله حیوانات دارای مرحله چهارم (ترمینال) بیماری، با دارویی بر اساس HSP سنتز شده تحت درمان قرار گرفتند.
نتایج بیشتر از چشمگیر بود:
- اکثریت قریب به اتفاق موش ها به طور کامل بهبود یافتند.
- هیچ عوارض جانبی گزارش نشده است.
چگونه دانشمندان روسی پروتئین شوک حرارتی را بدست می آورند
HSP توسط سلول های باکتریایی تولید می شود که ژن جدا شده از سلول های انسانی و شبیه سازی شده در آن وارد شده است. این ژن مسئول سنتز پروتئین شوک حرارتی است. در حال حاضر تولید آن با استفاده از این فناوری در سایت های تولیدی پژوهشکده PCB انجام می شود.
این دارو چگونه "کار می کند" و چه نوع سرطان هایی را می توان با آن درمان کرد
استفاده از یک محصول بیولوژیکی با هدف افزایش غلظت Hsp در بافت های تومور بیماران سرطانی به سطوحی است که باعث اثر درمانی می شود. این نیاز به این دلیل وجود دارد که پروتئین شوک حرارتی "سیستم ایمنی نشان دهنده سرطان" در بدن انسان وجود دارد:
- تولید شده در مقادیر بسیار کم؛
- را نمی توان در سلول های سالم "مجموعه" کرد و "انتقال" کرد سلول های غیر معمولتومور سرطانی
توسعه دهندگان ادعا می کنند که روشی که آنها توسعه داده اند جهانی است، همانطور که خود پروتئین تولید شده توسط تمام بافت های بدن ما جهانی است. بنابراین، اگر در طول آزمایشات بعدی اثر درمانیاگر دارو تایید شود و هیچ عارضه جانبی شناسایی نشود، می توان از آن برای درمان تمام انواع سرطان استفاده کرد.
سایر مزایای توسعه روسیه:
- درمان در مراحل پایانی موثر است، یعنی. دقیقاً زمانی که مقابله با تومور به روش دیگری بسیار دشوار و اغلب غیرممکن است.
- دانشمندان در حال بررسی امکان عملکرد هدفمند دارو هستند. تاکنون این دارو به صورت داخل وریدی به حیوانات آزمایشگاهی تزریق می شد و از طریق خون در سراسر بدن پخش می شد. در مرحله آزمایشات بالینی، متخصصان به طور موازی برنامه ریزی می کنند تجویز داخل وریدیبرای آزمایش تکنیکی برای تحویل هدفمند پروتئین شوک حرارتی به سلول‌های تومور، به امید افزایش بیشتر اثربخشی درمان و کاهش خطر عوارض جانبی. این فرصت اساساً فناوری روسی را از روش "سلول درمانی CAR-T" متمایز می کند ، که انتظار می رود در تابستان 2017 معرفی رسمی آن به عمل بالینی انجام شود.
پول برای مرحله آخر قبل آزمایشات بالینیوجوه جدید (حدود 100 میلیون روبل) قبلاً پیدا شده است. باقی مانده است که یک حامی پیدا شود که بودجه آزمایشات بالینی را با دولت به اشتراک بگذارد. در حال حاضر، اولویت ها به تجارت روسیه داده شده است. اگر حامیان روسی پیدا نشد، گزینه های مشارکت با کارآفرینان ژاپنی یا ساختارهای تجاری از کشورهای دیگر در نظر گرفته می شود. ممکن است 3-4 سال دیگر طول بکشد تا فرآیند آزمایش کامل شود. اگر نتیجه آنها مثبت باشد، انکولوژیست ها می توانند ابزار بسیار موثری در مبارزه با سرطان به دست آورند.
چه چیزی می تواند مانع سرمایه گذاران و کاهش سطح خوش بینی در پیش بینی ها شود؟
سرمایه گذاری در هر آزمایش بالینی خطرات بسیار بزرگی را برای تجارت به همراه دارد. از این گذشته، حتی با پیشرفت علم مدرن، نمی توان با احتمال صد درصد پیش بینی کرد که یک داروی جدید چگونه رفتار می کند، چقدر موثر و ایمن خواهد بود، نه در یک لوله آزمایش و در بدن یک موش آزمایشگاهی، اما در عمل با این حال، جستجو برای سرمایه گذاری فقط موضوع زمان است.
زمان همچنین نشان خواهد داد که روش جدید چقدر موثر خواهد بود. به عنوان مثال، نمی توان رد کرد که اگر ایمنی طبیعی ضعیف شود، توانایی آن برای مبارزه با تومور ممکن است به سادگی کافی نباشد.
و البته فقط پس از چندین سال می توان فهمید:
- آیا سلول‌های سرطانی می‌توانند در جستجوی محافظت در برابر "دوزهای بارگذاری" HSP ها جهش پیدا کنند؟
- آیا اثر دارو در دراز مدت عواقب نامطلوبی را به همراه خواهد داشت؟
دماسنج مولکولی چگونه به نظر می رسد؟ این سوال بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که در نگاه اول به نظر می رسد. ظاهراً "دما سنج" مورد استفاده سلول که یکی از مهمترین نقش ها را در حفظ پایداری پروتئوم سلول ایفا می کند، سیستمی از فاکتورهای رونویسی و پروتئین های تخصصی - چاپرون ها، از جمله. پروتئین های شوک حرارتی، که نه تنها به افزایش دما پاسخ می دهند (این اولین عملکرد کشف شده این دسته از پروتئین ها است)، بلکه به سایر تأثیرات فیزیولوژیکی که به سلول آسیب می زند.
چپرون ها دسته ای از پروتئین ها هستند که وظیفه اصلی آنها بازگرداندن ساختار سومی صحیح پروتئین های آسیب دیده و همچنین تشکیل و تفکیک کمپلکس های پروتئینی است.
سیستم چاپرون به آسیب هایی که در طول زندگی سلول رخ می دهد پاسخ می دهد و عبور صحیح تا شدن را تضمین می کند - تا شدن زنجیره های اسید آمینه که از "خط مونتاژ" ریبوزومی خارج می شوند و به ساختارهای سه بعدی می رسند. علیرغم اهمیت آشکار این سیستم، برای مدت طولانی هیچ یک از متخصصان مطالعه آن حتی تصور نمی کردند که این دماسنج مولکولی نیز نوعی "چشمه جوانی" سلول است و مطالعه آن فرصتی را برای بررسی تعدادی از بیماری ها از سمتی جدید و قبلا ناشناخته.
پروتئین ها که محصول اصلی عملکرد ژنوم هستند، نه تنها ساختار را تشکیل می دهند، بلکه عملکرد تمام سلول ها، بافت ها و اندام ها را تضمین می کنند. عدم ایجاد اختلال در سنتز توالی اسیدهای آمینه؛ تشکیل، مونتاژ و انتقال مولکول های پروتئین و همچنین حذف پروتئین های آسیب دیده می باشد مهمترین جنبهحفظ سلامت سلول های فردی و کل بدن. پروتئین ها همچنین مواد لازم برای شکل گیری و عملکرد مؤثر «ماشین های مولکولی» هستند که فرآیندهای بیوسنتز را فراهم می کنند، فرآیندی که برای تضمین طول عمر بدن حیاتی است. بسیاری از مشکلات ناشی از اختلال در فرآیند اساسی تا شدن پروتئین است. اختلالات در عملکرد "OTK" که توسط پروتئین های شوک حرارتی و چاپرون ها نشان داده می شود، منجر به ظهور و تجمع خطاها می شود. این خطاها عملکرد مکانیسم های مولکولی را مختل می کند که می تواند منجر به ایجاد بیماری های مختلف شود. وقوع چنین خطاهایی در نورون ها مملو از عواقب واقعاً وحشتناکی است که با پیشرفت بیماری های عصبی مانند مولتیپل اسکلروزیس و همچنین بیماری های هانتینگتون، پارکینسون و آلزایمر آشکار می شود.
پاسخ شوک حرارتی که در سال 1962 توسط فروچیو ریتوسا کشف شد، به عنوان یک تغییر ناشی از دما در سازماندهی کروموزوم های فشرده در سلول ها توصیف می شود. غدد بزاقیمگس مگس سرکه منجر به تشکیل به اصطلاح "تورم" می شود. چنین تورم هایی که در زیر میکروسکوپ مانند توپ های پنبه ای به نظر می رسند که بین بخش های بسته بندی شده کروموزوم ها قرار گرفته اند، هنگام قرار گرفتن در معرض دینیتروفنول، اتانول و نمک های اسید سالیسیلیک نیز ظاهر می شوند.
مشخص شد که تورم های کروموزومی نواحی رونویسی جدیدی هستند که سنتز RNA های پیام رسان جدید را در چند دقیقه پس از وقوع آنها آغاز می کنند. محصولات پروتئینی این فرآیند امروزه معمولاً به عنوان پروتئین های شوک حرارتی شناخته می شوند که بهترین آنها Hsp90 و Hsp70 هستند. پروتئین های این خانواده چین خوردگی زنجیره های آمینو اسیدی را تنظیم می کنند و از ظهور مولکول های پروتئینی نادرست در سلول های همه موجودات زنده جلوگیری می کنند.
در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980، با استفاده از یک تکنیک اصلی بیوشیمی سلولی برای افزایش تعداد RNA های پیام رسان کدکننده توالی پروتئین های مربوطه، دانشمندان توانستند اولین ژن شوک حرارتی مگس میوه را شبیه سازی کنند. در آن زمان، کارشناسان بر این عقیده بودند که واکنش شوک حرارتی منحصراً مشخصه ارگانیسم مگس سرکه است. در این مرحله، ریچارد موریموتو اولین مشارکت خود را در مطالعه پروتئین های شوک حرارتی انجام داد. او مجموعه گسترده‌ای از DNA را از موجودات چند سلولی جمع‌آوری کرد و با استفاده از ساترن بلات نشان داد که همه آنها حاوی آنالوگ‌هایی از ژن Hsp70 هستند که از نظر ساختار تقریباً یکسان هستند. تقریباً در همان زمان، جیم باردول و بتی کریگ از دانشگاه ویسکانسین در مدیسون شناسایی کردند. coliژن dnaK (اشریشیا کلی)، همچنین آنالوگ Hsp70. نتیجه مطالعه دقیق بیشتر این موضوع درک این بود که ژن های شوک حرارتی، عملاً بدون تغییر در طول تکامل، در ژنوم نمایندگان هر پنج پادشاهی جهان زنده نشان داده می شوند.
پیشرفت بعدی در زنجیره وقایعی که به دنبال داشت، شناسایی خانواده ای از عوامل رونویسی بود که شروع مرحله اول پاسخ شوک حرارتی را کنترل می کنند. چندین گروه تحقیقاتی از دانشگاه های مختلف از جمله گروه موریموتو در این کار شرکت کردند. دانشمندان نشان داده‌اند که افزایش دمای سلول باعث تغییر شکل این فاکتورهای رونویسی می‌شود که اتصال آنها به محرک‌های ژن‌های شوک حرارتی را افزایش می‌دهد، که سنتز پروتئین‌های شوک حرارتی را آغاز می‌کنند. علاوه بر این، مشخص شد که برخلاف مخمر، مگس میوه و نماتد Caenorhabditis elegans که تنها یک فاکتور رونویسی برای ژن‌های شوک حرارتی دارند، سلول‌های انسانی دارای سه عامل از این قبیل هستند. چنین مدار پیچیدهتنظیم بیان ژن های مورد مطالعه دانشمندان را به فکر کردن در مورد چند کارکردی آنها واداشت که نیاز به مطالعه بیشتری دارد.
مطالعات بیشتر نشان داد که پروتئین های شوک حرارتی خود عملکرد فاکتور رونویسی را که تولید آنها را در هسته سلولی آغاز می کند، تنظیم می کنند. همچنین مشخص شده است که پروتئین های شوک حرارتی عملکردهای چپرون مولکولی را انجام می دهند - آنها تا شدن زنجیره های اسید آمینه را کنترل می کنند و از تشکیل ساختارهای فضایی صحیح مولکول های پروتئین اطمینان می دهند و همچنین خرابی ها را در این فرآیند شناسایی و حذف می کنند. بنابراین، معلوم شد که دماسنج سلولی نه تنها دما را اندازه گیری می کند، بلکه ظاهر پروتئین های بد شکل و آسیب دیده در سلول را نیز کنترل می کند. شوک حرارتی و سایر عوامل استرس‌زا سلول را با پروتئین‌های غیرعادی پر می‌کنند، که چاپرون‌ها با اتصال این پروتئین‌ها و آزاد کردن فاکتور رونویسی شوک حرارتی 1 (Hsf1) به آن پاسخ می‌دهند. مولکول های این عامل به طور خود به خود تریمرها (مجموعه هایی از سه مولکول) را تشکیل می دهند که به نواحی مربوط به ژنوم متصل می شوند و به نوبه خود باعث سنتز پروتئین های شوک حرارتی می شوند. افزایش بعدی در غلظت پروتئین های شوک حرارتی به سطح مورد نیاز، طبق اصل بازخورد، فعالیت رونویسی فاکتور رونویسی Hsf1 را سرکوب می کند.
مطالعه عملکرد پروتئین‌های شوک حرارتی بر روی خطوط سلولی، توانایی‌های محققان را تا حد زیادی محدود کرد، زیرا اطلاعاتی در مورد تغییرات همراه در سراسر بدن ارائه نکرد. بنابراین در حدود سال 1999، موریموتو و همکارانش تصمیم گرفتند به مدل جدیدی روی آورند: کرم گرد C.elegans. آنها به ویژه از کار ماکس پروتز که در سال 1994 منتشر شد، الهام گرفتند و دریافتند که علت بیماری جدی عصبی بیماری هانتینگتون یک جهش خاص در ژنی به نام هانتینگتین است. این جهش منجر به سنتز یک نوع پروتئین حاوی یک قطعه اضافی از زنجیره طولانی اسید آمینه گلوتامین می شود که ظاهراً روند طبیعی تا شدن را مختل می کند. تجمع چنین مولکول های پروتئین غیر طبیعی در نورون ها منجر به ایجاد بیماری هانتینگتون می شود. محققان پیشنهاد کردند که مطالعه پروتئین هایی که تشکیل مولکولی آنها به دلیل بیان پلی گلوتامین یا دلایل مشابه مختل شده است به درک عملکرد دماسنج مولکولی کمک می کند.
در حین کار برای ایجاد مدل های حیوانی از بیان پروتئین های حاوی توالی های پلی گلوتامین اضافی در سلول های عصبی و عضلانی، محققان دریافتند که میزان تجمع و سمیت مرتبط با چنین پروتئین هایی با طول آنها و سن ارگانیسم متناسب است. این امر آنها را به این باور رساند که سرکوب مکانیسم سیگنالینگ با واسطه انسولین که طول عمر را تنظیم می کند می تواند بر تجمع پروتئین های حاوی پلی گلوتامین تأثیر بگذارد. نتایج مطالعات بیشتر وجود رابطه پیشنهادی را تایید کرد و همچنین نشان داد که اثر عملکرد فاکتور رونویسی Hsf1 بر طول عمر ارگانیسم توسط یک مکانیسم سیگنالینگ وابسته به انسولین واسطه می‌شود. این مشاهدات روشن کرد که پاسخ شوک حرارتی هم برای بقای ارگانیسم در شرایط استرس حاد و هم برای خنثی‌سازی مداوم اثرات سمی پروتئین‌ها که بر عملکرد و طول عمر سلولها تأثیر منفی می‌گذارد، به یک اندازه مهم است.
استفاده از موجودات زنده به عنوان یک مدل تجربی به دانشمندان اجازه داد تا تحقیقات را به کیفی تبدیل کنند سطح جدید. آنها شروع به توجه به مکانیسم هایی کردند که توسط آن بدن اطلاعاتی را که از خارج در سطح مولکولی می آید، درک و یکپارچه می کند. اگر استرس بر روند پیری تأثیر بگذارد، منطقی است که فرض کنیم پروتئین‌های شوک حرارتی، که ظاهر را تشخیص داده و از تجمع پروتئین‌های آسیب‌دیده در سلول جلوگیری می‌کنند، کاملاً قادر به کاهش سرعت پیشرفت اثرات پیری هستند.
این واقعیت که بسیاری از بیماری‌های مرتبط با تجمع پروتئین‌های مستعد تجمع با علائم پیری مشخص می‌شوند و همه بیماری‌های مبتنی بر اختلال در تشکیل مولکول‌های پروتئین با پیری مرتبط هستند، نشان می‌دهد که پروتئین‌های حساس به دما عملکرد خود را از دست می‌دهند. با افزایش سن بدن در واقع، آزمایش‌ها روی C.elegans نشان داده‌اند که عملکرد مکانیسم ایجاد شده توسط فاکتور رونویسی Hsf1، و همچنین سایر سیستم‌های دفاعی سلولی، تقریباً بلافاصله پس از رسیدن ارگانیسم به بلوغ شروع به محو شدن می‌کند. با این حال، معلوم شد که فعال شدن فاکتور رونویسی Hsf1 در مراحل اولیهتوسعه می تواند از اختلال در پایداری مولکول های پروتئین (پروتئوستاز) جلوگیری کند.
در حالی که این امکان جالب ممکن است برای موجودات چند سلولی پیچیده‌تر صدق نکند، همه موجودات زنده از پروتئین ساخته شده‌اند، بنابراین نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش‌ها بر روی کرم‌های گرد احتمالاً به دانشمندان در درک مکانیسم‌های پیری انسان کمک می‌کند.
با این حال، این پایان ماجرا نیست. نتایج کار اخیراً تحت هدایت پروفسور موریموتو نشان دهنده وجود مکانیسم هایی برای تنظیم پروتئوستاز است که نیازی به تداخل مستقیم با عملکرد فاکتور رونویسی Hsf1 ندارد. محققان تصمیم گرفتند یک غربالگری ژنتیکی کلاسیک جهش یافته C.elegans را انجام دهند که نشان دهنده اختلال در تشکیل مولکول های پروتئین در سلول های عضلانی است. در نتیجه، آنها دریافتند که جهش مؤثر بر این فرآیند در ژن یک فاکتور رونویسی قرار دارد که تولید ناقل عصبی گاما آمینوبوتیریک اسید (GABA) را کنترل می کند. GABA عملکرد انتقال دهنده های عصبی تحریکی را کنترل و تنظیم می کند تون عضلانی. یک واقعیت جالب این است که هر گونه اختلال در پایداری مکانیسم‌های GABA منجر به تحریک بیش از حد می‌شود و باعث می‌شود سلول‌های عضلانی پس سیناپسی به استرس غیرمجاز پاسخ دهند که منجر به اختلال در تشکیل مولکول‌های پروتئین می‌شود. به عبارت دیگر، مشخص شد که فعالیت نورون‌ها می‌تواند بر عملکرد دماسنج‌های مولکولی سلول‌های دیگر بدن تأثیر بگذارد، که تصویر در حال ظهور را پیچیده‌تر کرد.
اگر این مکانیسم به انسان هم گسترش یابد، شاید دانشمندان بتوانند روشی برای تأثیرگذاری بر نورون ها ایجاد کنند که منجر به فعال شدن پروتئین های شوک حرارتی در سلول های عضلانی اسکلتی می شود و به از بین بردن علائم کمک می کند. دیستروفی عضلانیو سایر بیماری های نورون حرکتی شاید دستکاری این مکانیسم ها کنترل روند تجمع پروتئین های آسیب دیده مرتبط با پیری را نیز ممکن سازد. با این حال، متأسفانه، همه چیز به آن سادگی که ما می خواهیم نیست. در C.elegans، توسعه پاسخ شوک حرارتی در تمام سلول های سوماتیک بالغ توسط یک جفت نورون کنترل می شود. به نظر می‌رسد که فعالیت این نورون‌ها و مکانیسم بازخورد به سلولها و بافت‌ها اجازه می‌دهد تا پروتئین‌های شوک حرارتی را بر اساس نیازهای خاص خود فعال کنند. واقعیت این است که بافت‌های مختلف با فعالیت متفاوت بیوسنتز پروتئین و همچنین بیان و ویژگی متفاوت مشخص می‌شوند. تاثیرات خارجی. بنابراین، یک رویکرد جهانی برای مدیریت واکنش شوک حرارتی در اصل غیرممکن است.
موریموتو و چند تن از همکارانش که با کار و ایده‌های امیدوارکننده‌شان مسلح بودند، Proteostasis Therapeutics را تأسیس کردند که هدف آن شناسایی مولکول‌های کوچک درمانی است که می‌توانند اثرات پاتولوژیک تجمع مولکول‌های پروتئین نادرست را اصلاح کنند. این رویکرد با سهم نسبتاً زیادی از خطر همراه است، زیرا سطح پروتئین های شوک حرارتی در بسیاری از بیماری های بدخیم افزایش می یابد. با این حال، موریموتو و همکارانش بر این باورند که مسیری که آنها در حال توسعه هستند، پتانسیل زیادی برای نادیده گرفتن دارد.
درباره نویسنده
پروفسور ریچارد موریموتو پس از دفاع از پایان نامه دکتری خود، تمام کار خود را به مطالعه عملکرد پروتئین های شوک حرارتی و نقش آنها در پیری بدن اختصاص داد. موریموتو اولین گام های خود را در جهت انتخابی خود در دانشگاه هاروارد زیر نظر دکتر مت مسلسون برداشت. ریچارد موریموتو در حال حاضر مدیر موسسه تحقیقات زیست پزشکی برنج در دانشگاه نورث وسترن در اوانستون، ایلینوی و یکی از بنیانگذاران Proteostasis Therapeutics (کمبریج، ماساچوست) است.
اوگنیا ریابتسوا
پورتال "جوانی ابدی" بر اساس مطالبی از دانشمند: ریچارد موریموتو،
پروتئین های شوک حرارتی(پروتئین های شوک حرارتی HSP) به طور گسترده در طبیعت زنده پراکنده شده اند و یکی از حفظ شده ترین مولکول ها در بیوسفر هستند. عملکرد اصلی HSP ها محافظت از سیستم های بیولوژیکی از عوامل استرس زا است. در طول تکامل یوکاریوت ها، برخی از HSP ها عملکردهایی به دست آوردند که به آنها اجازه می داد در سیستم ایمنی ادغام شوند.
نقش HSP هادر تعامل مکانیسم‌های ایمنی ذاتی و اکتسابی با توانایی HSPs در رهگیری پپتیدهای آنتی ژنی و ارائه آنها با کمک DCs به لنفوسیت‌های T در زمینه مولکول‌های MHC تعیین می‌شود.
پروتئین های شوک حرارتیعملکردهای حیاتی مهمی را فراهم می کند و در همه موجودات زنده وجود دارد. محصولات ژنی به نام پروتئین های شوک حرارتی یا پروتئین های استرس سلولی که در شرایط هایپرترمی تولید می شوند، ابتدا به عنوان مولکول هایی که در پاسخ به حضور پروتئین های منقبض شده در سلول ها تولید می شوند، شناسایی شدند. سپس مشخص شد که HSPها در مونتاژ غیرکووالانسی و جداسازی ساختارهای ماکرومولکولی دیگر نقش چاپرون ها را بازی می کنند، اگرچه آنها خود اجزای دائمی این ساختارها در انجام عملکردهای بیولوژیکی خود نیستند.
پاسخ پروتئین شوک حرارتینه تنها در شرایط هایپرترمی، بلکه در شرایط استرس اکسیداتیو، اسیدوز، ایسکمی، هیپوکسی هیپراکسی، کاهش انرژی سلول ها و غیره نیز ثبت می شود.
با تشکر ازویژگی های تشخیص توالی اسیدهای آمینه آبگریز در سطح پروتئین ها، به عنوان یک سیگنال هشدار دهنده در مورد بی ثباتی ساختاری آنها، HSP ها قادر به انجام وظایف حیاتی مانند مشارکت در اطمینان از سازماندهی فضایی مولکول های پروتئین (تاخوردگی)، تثبیت آنها، اصلاح تغییرات ساختاری (تاخوردگی)، انتقال پروتئین ها از طریق غشای اندامک های درون سلولی، جلوگیری از تجمع پروتئین و تخریب پروتئین های ناپایدار. همراه با این، HSP ها فعالیت ضد آپوپتوز از خود نشان می دهند. در مجموع، HSP ها به عنوان یک سیستم بافر در برابر عوامل تصادفی و بالقوه بی ثبات کننده در محیط سلولی عمل می کنند.
HSP هانقش مهمی در القای پاسخ ایمنی، به ویژه ایمنی ذاتی دارند: آنها فعالیت سلول های NK، بلوغ APC و تولید سیتوکین را افزایش می دهند. قطعات پپتیدی مولکول های پروتئین تخریب شده توسط HSP ها رهگیری می شوند و در نهایت، تحت پردازش در APC ها، پاسخ های ایمنی تطبیقی را القا می کنند. بنابراین، از طریق فعال سازی APC و مشارکت در پردازش آنتی ژن، پروتئین های شوک حرارتی واکنش های ایمنی ذاتی و اکتسابی (تطبیقی) را ادغام می کنند.
خواص تحریک کننده سیستم ایمنی HSP هایی با منشأ پرو و یوکاریتیکی را نشان می دهند. نمایندگان چندین خانواده HSPها (calreticulin، HSP10، HSP60، HSP70، HSP90، HSP100 و HSP170) توانایی القای پاسخ ایمنی را دارند.
عملکرد چپرون پروتئین هاشوک حرارتی نه تنها در طی بیوژنز سایر پروتئین ها، بلکه در طی پاسخ ایمنی به آن رخ می دهد. تغییر دادن محیطدر طول عفونت، شرایط استرس زا را هم برای پاتوژن مهاجم و هم برای سلول های میزبان ایجاد می کند که در تشدید متقابل سنتز و فعالیت عملکردی پروتئین های شوک حرارتی آشکار می شود. چاپرون های مولکولی باکتری به عنوان لیگاند گیرنده های روی سطح سلول های میزبان عمل می کنند.
HSP هاتوسط TLR2، TLR4 قابل تشخیص است. سایر 96 ها، HSP90 و HSP70، با سلول های ارائه دهنده آنتی ژن از طریق گیرنده مشترک CD91 تعامل دارند. پپتیدهای چاپرون HSP از طریق CD91 وارد ماکروفاژها/سلول های دندریتیک می شوند و همراه با مولکول های MHC I و MHC II پردازش و ارائه می شوند. این باعث فعال شدن سلول های CD4 و CD8 T می شود. تعامل HSP-DC از طریق CD91 منجر به بلوغ سلول های دندریتیک و ترشح تعدادی سیتوکین می شود.
در نتیجه تعامل نوترکیبسل HSP 70 M با TLR-2 و TLR-4 در شرایط آزمایشگاهی باعث ایجاد یک آبشار سیگنالینگ شامل پروتئین های آداپتور MyD88، TIRAP، TRIF و TRAM در سلول های اندوتلیال انسان و فعال شدن فاکتور رونویسی NF-kB در ماکروفاژهای موش می شود.
در شبکه آندوپلاسمی وجود داردیوکاریوت ها، چپرون GRP94/gp96، از طریق برهمکنش با TLR-2 و TLR-4، سلول های دندریتیک را فعال می کند تا پاسخ لنفوسیت T CD8" را آغاز کند. این بیان مولکول های MICA/B را افزایش می دهد که با گیرنده NKG2D در تعامل هستند. سطح سلول های CD8، اما نه سلول های CD4*T. هنگامی که TLR7 با HSP70 که به طور فعال در طول مرگ نکروز سلول های پستانداران ترشح و آزاد می شود، برهمکنش می کند، عملکرد فاگوسیتی ماکروفاژها افزایش می یابد. این اثر در عرض چند دقیقه خود را نشان می دهد و بیان می شود. نه تنها در تحریک فاگوسیتوز، بلکه در عملکرد ارائه سلول های آنتی ژن T از طریق مسیرهای سیگنالینگ با واسطه فسفوئینوزیتید 3-کیناز و p38 MAP کیناز.
در اجرا ارائه هاسلول های T کمک کننده نیز آنتی ژن را از لنفوسیت های B بالغ دریافت می کنند که TLR-2 و TLR-4 را بیان می کنند. آنها با افزایش بیان MHC II و مولکول های تحریک کننده به LPS، پپتیدوگلیکان و HSP60 پاسخ می دهند. HSP 60 انسانی، اما نه E. coli GroEL یا M. tuberculosis HSP65، باعث تکثیر سلول های B موش ساده و ترشح IL-6 و IL-10 در آنها می شود.
امروز بسیاری گیرنده هاشناسایی الگوهای PAMP های شناخته شده پروکاریوت ها، قارچ ها، ویروس ها و پاتوژن های تک یاخته ای مشخص نشده باقی می ماند. بین فاگوسیتوز و بیان TLR ها رابطه وجود دارد، زیرا فعال شدن سیگنال ها از طریق TLR ها فرآیندهای فاگوسیتی را افزایش می دهد و فاگوسیتوز دنباله فعال سازی TLR را تعدیل می کند.
بدیهی است که الگوهای مولکولی هنوز تعریف نشدهمی تواند پاسخ ایمنی تطبیقی را مطابق با نوع Th-2 تحریف یا هدایت کند. ممکن است فقدان سیگنال ها (به عنوان مثال، PAMP ها)، مانند کمبود MHC I آنها برای فعال سازی سلول های NK، محرکی برای تحریک این سلول ها باشد. مصونیت نوع 2
القای سیگنال ها از طریق گیرنده های تلفن مانندمی تواند نه تنها از بدن در برابر عفونت های مختلف محافظت کند. اختلال در هدایت این سیگنال ها منجر به ایجاد تعدادی از فرآیندهای پاتولوژیک در بدن می شود. به عنوان مثال، تولید بیش از حد سیتوکین های پیش التهابی توسط لیگاندهای درون زا می تواند باعث ایجاد التهاب مزمن شود. بیماری های خود ایمنیمانند بیماری کرون، دیابت نوع 1، آترواسکلروز. تغییر در تعادل به سمت سیتوکین های پیش التهابی احتمالاً به دلیل ایجاد ادم موضعی و واکنش های التهابی در سیستم عصبی مرکزی است که توسط سایتوکین های پیش التهابی (TNF-a یا IL-1p) آغاز می شود. چندین سیتوکین در شکل گیری اختلالات عصبی طولانی مدت شرکت می کنند که با تقویت تولید و عملکرد یکدیگر، مدت بیشتری در گردش باقی می مانند.
10.11.2018
تغییرات ساختاری و عملکردی تحت تأثیر دماهای بالا.قرار گرفتن در معرض دمای بالا در درجه اول بر سیالیت غشاها تأثیر می گذارد و در نتیجه باعث افزایش نفوذپذیری آنها و آزاد شدن مواد محلول در آب از سلول می شود. در نتیجه، در بسیاری از عملکردهای سلولی، به ویژه تقسیم آنها، به هم ریختگی وجود دارد. بنابراین، اگر در دمای 20 درجه سانتیگراد همه سلولها تحت فرآیند تقسیم میتوز قرار گیرند، در دمای 38 درجه سانتیگراد - هر سلول هفتم و در دمای 42 درجه سانتیگراد - فقط هر پانصدمین سلول.
افزایش سیالیت لیپیدهای غشاء، ناشی از تغییر در ترکیب و ساختار غشا در هنگام گرم شدن بیش از حد، منجر به از دست دادن فعالیت آنزیم های متصل به غشاء و اختلال در فعالیت ETC می شود. از میان فرآیندهای اصلی تولید انرژی - فتوسنتز و تنفس، ETC فتوسنتز حساس ترین است، به ویژه فتوسیستم II (PS II). در مورد آنزیم های فتوسنتز، آنزیم اصلی چرخه فتوسنتز C3، RuBP کربوکسیلاز، کاملاً در برابر گرمای بیش از حد مقاوم است.
گرمای بیش از حد تأثیر قابل توجهی بر رژیم آبی گیاه دارد و سرعت تعرق را به سرعت و به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در نتیجه گیاه دچار کمبود آب می شود. ترکیب خشکسالی با گرما و تابش خورشیدی بالا بیشترین تأثیر منفی را بر محصولات می گذارد و همراه با فتوسنتز، تنفس و رژیم آب، جذب عناصر غذایی معدنی را مختل می کند.
جنبه های مولکولی آسیب شوک حرارتیگرما در درجه اول به پروتئین های موجود در سلول، به ویژه آنزیم ها آسیب می رساند، فرآیند بیوسنتز پروتئین de novo را مختل می کند، فعالیت آنزیم را مهار می کند و باعث تخریب پروتئین های موجود می شود. در نتیجه، مجموعه‌ای از آنزیم‌هایی که برای عملکرد سلول در دوره‌های استرس و ترمیم بعدی مهم هستند ممکن است ناپدید شوند. بیشتر آنزیم های کلیدی گیاهی حساس به حرارت هستند، از جمله روبیسکو، کاتالاز و SOD. مهار روبیسکو دلیل اصلی کاهش IF در دمای بالا است. گرما همچنین توانایی تبدیل ساکارز به نشاسته را در جو، گندم و سیب زمینی مهار می کند، که نشان می دهد یک یا چند آنزیم در زنجیره تبدیل به شدت توسط گرما مهار می شوند. اثر مستقیم گرما بر فعالیت سنتاز نشاسته محلول در اندوسپرم گندم، هم در شرایط آزمایشگاهی و هم در شرایط in vivo، باعث سرکوب تجمع نشاسته می شود.
دمای بالا فعالیت کاتالاز را در چندین گونه گیاهی مهار کرد، در حالی که فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی دیگر مهار نشد. در چاودار، تغییرات در فعالیت کاتالاز برگشت پذیر بود و پس از قطع گرما آسیب قابل مشاهده ای بر جای نمی گذاشت، در حالی که در خیار، بازیابی فعالیت کاتالاز کند شد (ممانعت شد) و با تغییر رنگ کلروفیل همراه بود که نشان دهنده آسیب اکسیداتیو قابل توجهی است. در نهال های ذرت رشد کرده در دماهای بالا (35 درجه سانتی گراد)، فعالیت SOD کمتر از دماهای نسبتا پایین بود. دمای پایین(10 درجه سانتیگراد).
گرما یکپارچگی غشاها را مختل کرد که منجر به افزایش نفوذپذیری آنها در برابر یون ها و محلول ها شد. در همان زمان، فعالیت آنزیم های مرتبط با غشاء فتوسنتز، تنفس و انتقال جذب مختل شد. گرما درجه اشباع اسیدهای چرب را در فسفولیپیدهای غشایی ER افزایش داد. در شرایط گرمای شدید، غشاهای آن به طور انتخابی آسیب دیدند و باعث تخریب mRNA (3-آمیلاز) شدند. در عین حال، نشت ناشی از گرما از مواد از طریق غشاها بر پتانسیل ردوکس بخش‌های اصلی سلولی تأثیر می‌گذارد، که به نوبه خود، روند فرآیندهای متابولیک را تا زمان مرگ سلولی مختل می کند.
تنش اکسیداتیو اخیرا به عنوان یکی از مهمترین اثرات منفی گرما بر گیاهان شناخته شده است. گرما باعث عدم تعادل بین مقدار تابش خورشیدی جذب شده توسط رنگدانه ها و انتقال الکترون ها از طریق سیتوکروم ها می شود، فرآیندی به نام مهار نوری. انرژی اضافی می تواند به اکسیژن منتقل شود که منجر به تشکیل ROS می شود. مناطق اصلی آسیب اکسیداتیو در سلول ها میتوکندری ها و کلروپلاست ها هستند که در آنها انتقال الکترون مختل می شود. در کلروپلاست ها، تنش دمایی بالا باعث مهار فوتوسنتز و غیرفعال شدن کاتالاز می شود که منجر به تجمع ROS و سفید شدن کلروفیل می شود. فتوسیستم II به عنوان حساس ترین سیستم به گرما شناخته می شود که منجر به از هم پاشیدگی اجزای عملکردی کمپلکس PS II و بر این اساس، اختلال در انتقال الکترون بین PS I و PS II، افزایش جریان الکترون ها به اکسیژن مولکولی و تشکیل ROS در نتیجه FI کاهش می یابد که عامل اصلی از بین رفتن محصول در اثر گرما است.
پروتئین های شوک حرارتیسنتز پروتئین های شوک حرارتی (HSPs) در پاسخ به افزایش دما در سال 1974 کشف شد. این ویژگی برای همه انواع موجودات زنده، از جمله گیاهان بالاتر و پایین تر است. HSP در همه موجودات با مجموعه بزرگی از پلی پپتیدها نشان داده می شود که معمولاً با توجه به وزن مولکولی آنها نامگذاری می شوند که بر حسب کیلودالتون (kDa) بیان می شود. به عنوان مثال، HSP با وزن مولکولی 70 کیلو دالتون HSP 70 نامیده می شود. نقش مهم HSP در زندگی سلول ها با حفظ بالای تکامل آنها نشان داده می شود. بنابراین، مناطق منفرد در تکامل HSP 70 بیش از 90٪ همولوژی را در باکتری ها و انسان حفظ می کنند. HSP های گیاهی توسط گروهی از پروتئین های با وزن مولکولی بالا (110-60 کیلو دالتون) و وزن مولکولی کم (35-15 کیلو دالتون) نشان داده می شوند. ویژگی های متمایز گیاهان، تعدد HSP با وزن مولکولی کم و شدت بالای سنتز آنها در طول شوک حرارتی (HS) است.
سنتز HSP یک برنامه استرس است که توسط شوک حرارتی آغاز می شود و زمانی اتفاق می افتد که دما 8-10 درجه سانتیگراد بالاتر از حد نرمال افزایش یابد. بنابراین، در برگ جو، حداکثر سنتز HSPs در دمای 40 درجه سانتیگراد و در برگ برنج - در دمای 45 درجه سانتیگراد به دست می آید. تغییر زندگی طبیعی یک سلول به برنامه استرس شامل برنامه ریزی مجدد ژنوم همراه با مهار بیان ژن هایی است که فعالیت آنها مشخصه زندگی در شرایط عادی و فعال شدن ژن های TS است. در سلول های گیاهی، mRNA کد کننده HSP ها 5 دقیقه پس از شروع استرس شناسایی می شود. علاوه بر این، تجزیه پلی زوم هایی که پروتئین های معمولی را در شرایط عادی سنتز می کنند، و تشکیل پلی زوم هایی که HSP ها را سنتز می کنند، رخ می دهد. فعال شدن سریع سنتز HSP در سطح نه تنها رونویسی (سنتز RNA روی DNA)، بلکه ترجمه (سنتز پروتئین روی mRNA) در نتیجه هماهنگی بسیاری از رویدادها به دست می آید. شوک حرارتی باعث تغییراتی در mRNA سنتز شده در سلول قبل از شوک می شود که با تغییر فاکتورهای ترجمه پروتئین و پروتئین های ریبوزومی مرتبط است. علاوه بر این، mRNA های HSP با mRNA های پروتئین های معمولی متفاوت است. در نتیجه HS، سنتز پروتئین‌های معمولی ضعیف می‌شود و سپس متوقف می‌شود و دستگاه سنتز پروتئین به سنتز HSPs سوئیچ می‌کند که 15 دقیقه پس از شروع HS در سلول شناسایی می‌شوند. حداکثر سنتز پس از 2-4 ساعت مشاهده می شود، سپس کاهش می یابد.
سنتز HSP های مختلف در دماهای مختلف اتفاق می افتد. در کلروپلاست، سنتز HSP با وزن مولکولی بالا در محدوده 34-42 درجه سانتیگراد فعال شد، در 44 درجه سانتیگراد ضعیف شد و در دمای 46 درجه سانتیگراد به شدت کاهش یافت. القای سنتز HSPs با وزن مولکولی کم به ویژه در دمای 40-42 درجه سانتی گراد قابل توجه بود. مهار قابل توجهی از سنتز روبیسکو فقط در دمای بالای 44 درجه سانتیگراد رخ داد. تقریباً تمام HSP های کلروپلاست شناسایی شده در هسته کدگذاری می شوند، در سیتوپلاسم سنتز می شوند و سپس به کلروپلاست منتقل می شوند، جایی که آنها یک عملکرد محافظتی را در طول HS انجام می دهند. پس از پایان شوک حرارتی، سنتز HSP ها متوقف می شود و سنتز پروتئین های مشخصه سلول در شرایط دمایی معمولی از سر گرفته می شود. در این حالت، mRNA HSP به سرعت در سلولها در دمای معمولی از بین می‌رود، در حالی که خود پروتئین‌ها می‌توانند بسیار طولانی‌تر باقی بمانند و ظاهراً مقاومت سلولی را در برابر گرما افزایش می‌دهند. مواجهه طولانی مدت سلول ها با شرایط HSP معمولاً منجر به تضعیف و توقف سنتز HSP نیز می شود. در این حالت مکانیسم های تنظیم بیان ژن HSP بر اساس اصل بازخورد فعال می شوند. تجمع HSP ها در سلول ها باعث کاهش فعالیت ژن های آنها می شود. شاید به این ترتیب سلول مقدار HSP را در سطح مورد نیاز حفظ می کند و از تولید بیش از حد آنها جلوگیری می کند.
به عنوان یک قاعده، در پاسخ به افزایش دما، پروتئین های مربوطه سنتز می شوند که به افزایش مقاومت حرارتی بدن کمک می کند. نقش محافظتی HSP با مدل یک همراه مولکولی (در ترجمه از انگلیسی - یک راهنما، یک مربی برای یک فرد جوان) توصیف می شود. تحت شرایط شدید، HSP ها از عملکرد ماکرومولکول های خاص محافظت می کنند. ساختارهای سلولی، سلول ها را از اجزای آسیب دیده آزاد می کند که به حفظ هموستاز سلولی اجازه می دهد. برهمکنش HSP 70 با سایر پروتئین ها به نسبت ATP/ADP بستگی دارد. اعتقاد بر این است که HSP 70 در کمپلکس با ADP، پروتئین بافته نشده را حفظ می کند و جایگزینی ADP با ATP منجر به آزاد شدن این پروتئین از کمپلکس با HSP 70 می شود.
مطابق با این مدل، HSP ها پایداری حرارتی سلول ها را افزایش می دهند و فرآیندهای زیر را ارائه می دهند: تثبیت وابسته به انرژی ساختار بومی پروتئین ها. مونتاژ صحیح ساختارهای الیگومری در شرایط هایپرترمی. انتقال مواد از غشاهای اندامک؛ جداسازی کمپلکس های ماکرومولکولی نادرست مونتاژ شده؛ آزادسازی سلول از ماکرومولکول های دناتوره شده و بازیافت مونومرهای موجود در آنها با کمک یوبیکوئیتین ها. یوبی‌کوئیتین‌ها پروتئین‌های شوک حرارتی با وزن مولکولی کم هستند که اتصال آنها به یک پلی پپتید، آن را به هدفی برای پروتئازها تبدیل می‌کند. این یک نوع "علامت مرگ" برای پروتئین ها است. با کمک آنها، پروتئین هایی که در اثر عملکرد HS آسیب دیده و ناتمام مانده اند، حذف و حذف می شوند.
تعدادی از حقایق از عملکرد حفاظتی HSP در HS پشتیبانی می کنند. به طور خاص، نشان داده شده است که خاموش کردن سنتز پروتئین با مهارکننده های خاص در طول HS، زمانی که سنتز HSP رخ می دهد، منجر به مرگ سلولی می شود. سلولها را می‌توان سخت‌تر کرد و با قرار دادن آنها در معرض دمای بالا، پایداری حرارتی آنها را افزایش داد. شرایط چنین سخت شدنی با شرایط القای سنتز HSP همزمان است. جالب توجه است که سنتز HSPs در گیاهان نه تنها توسط HSP ها، بلکه به عنوان مثال، توسط نمک های کادمیوم و آرسنیت القا می شود، که تیمار با آن مقاومت سلول ها را در برابر گرما افزایش می دهد. همچنین تأکید بر این نکته مهم است که تغییرات در ساختار ژن (جهش) که سنتز HSP ها را مختل می کند منجر به از دست دادن مقاومت سلولی در برابر حرارت می شود. مطالعات بیشتر در مورد عملکرد خاص هر HSP تحت استرس نشان خواهد داد مکانیسم های مولکولیتشکیل و عملکرد خواص حفاظتی در TS
بیشتر پروتئین‌های HS دارای پروتئین‌های مرتبط در سلولها هستند که در دمای طبیعی به طور مداوم یا در طی مراحل خاصی از انتوژنز سنتز می‌شوند. به نظر می رسد که این پروتئین ها، به ویژه HSP 70، به پروتئین های دیگر متصل می شوند و باعث باز شدن آنها و جلوگیری از تجمع آنها می شوند. دومی می تواند مانع از به دست آوردن ترکیب اصلی پروتئین برای فعالیت عملکردی آن شود. باز شدن پروتئین ها توسط HSP ها برای نفوذ آنها از طریق غشای کلروپلاست ها، میتوکندری ها و ER ضروری است. از آنجایی که تجمع پروتئین با افزایش دما به شدت افزایش می یابد، فعال سازی سنتز HSP 70 در این شرایط باید پروتئین ها را از آسیب های برگشت ناپذیر محافظت کند. HSP ها در تمام بخش های سلولی، به ویژه هسته و هسته، جایی که در طول HS تجمع می یابند، وجود دارند. HSP 70 عبور پیش‌سازهای کلروپلاست و پروتئین‌های میتوکندری سنتز شده در سیتوپلاسم را از طریق غشاء ترویج می‌کند و در بیوژنز این اندامک‌ها نقش دارد. HSP 60، همچنین مربوط به چپرون ها، همچنین چاپرونین نامیده می شود. این پروتئین ها مونتاژ صحیح ساختار چهارتایی پروتئین های سلولی را تضمین می کنند، مانند آنزیم کلیدی فتوسنتزی Rubisco، که از هشت زیر واحد بزرگ و هشت زیر واحد کوچک تشکیل شده است. گروه چاپرون ها نیز شامل HSP 90 می شود که نقش مهمی در تشکیل مجموعه ای از هورمون های استروئیدی با گیرنده های خود دارد. علاوه بر این، HSP 90 کمپلکس هایی را با برخی پروتئین کینازها تشکیل می دهد و فعالیت آنها را کنترل می کند. پروتئین کینازها به فسفریله کردن انواع پروتئین های سلولی معروف هستند و فعالیت آنها را تنظیم می کنند.
بیش از 30 HSP با وزن مولکولی کم (15-35 کیلو دالتون) در گیاهان یافت شد که عمدتاً در گرانول‌های شوک حرارتی سیتوپلاسمی که در طول HS ظاهر می‌شوند و پس از آن ناپدید می‌شوند، یافت شد. عملکرد اصلی آنها محافظت از mRNA های "پیش شوک" است، که اجازه می دهد تا بعد از پایان شوک از آنها برای سنتز پروتئین استفاده شود. HSP های با وزن مولکولی کم نیز در بخش های دیگر، به ویژه در کلروپلاست ها یافت می شوند. اعتقاد بر این است که آنها از غشاهای تیلاکوئید، که در آن فرآیندهای فاز نور فتوسنتز محلی است، از HS محافظت می کنند.
در برخی از گیاهان، سنتز سازنده (غیر القایی) HSPs در طول تشکیل، به ویژه، گرده شناسایی شده است. این امکان وجود دارد که HSP های پیش شوک پایداری حرارتی آن را در طول HS تضمین کنند. علاوه بر HSP ها، گرما باعث بیان سایر کلاس های پروتئین، به ویژه کالمودولین می شود.
متابولیسم در شرایط شوک حرارتی.مطالعات هدفمند بسیار کمی در مورد متابولیسم گیاه تحت تأثیر HS وجود دارد، و در این آزمایشات هر دو HS و خشکی اغلب به طور همزمان عمل می کنند. این خیلی نکته مهماز آنجایی که واکنش گیاهان به ترکیبی از خشکی و HS متفاوت از پاسخ به عوامل تنش زا فردی است. بنابراین، گیاهان تحت ترکیبی از تنش‌ها، چندین قند محلول از جمله ساکارز، مالتوز، ترکالوز، فروکتوز و گلوکز را انباشته کردند. تحت تأثیر خشکی، پرولین تجمع می یابد، اما تحت تأثیر HS و همچنین ترکیبی از HS و خشکی، پرولین در گیاهان تجمع نمی یابد. در شرایط HS، پرولین یا واسطه آن (پیرولین-5-کربوکسیلات) سمی است، بنابراین پرولین به عنوان یک اسمولیت سازگار مناسب نیست. با اثر همزمان HS و خشکسالی، محتوای گلوتامین به شدت افزایش می یابد. ظاهراً وقتی بیوسنتز پرولین مهار می شود، گلوتامات به گلوتامین تبدیل می شود. همزمان، ژن‌های کدکننده تجزیه نشاسته و بیوسنتز لیپیدها فعال می‌شوند و بیان ژن‌های کدکننده هگزوکیناز، گلوکز-6-فسفات دهیدروژناز، فروکتوکیناز و ساکارز-UDP-گلوکوزیل ترانسفراز نیز افزایش می‌یابد. این تغییرات در بیان ژن در سطح رونویسی است که عامل اصلی در برنامه ریزی مجدد متابولیسم کربوهیدرات است.
تحت تأثیر HS بر روی نهال های آرابیدوپسیس، افزایش همزمان در اندازه استخرهای تعدادی از اسیدهای آمینه و آمیدها (آسپارژین، لوسین، ایزولوسین، ترئونین، آلانین و والین) به دست آمده از AP و PVA ایجاد شد. علاوه بر این، محتوای کربوهیدرات ها افزایش یافت: مالتوز، ساکارز، گالاکتینول، میئوینوزیتول، رافینوز و مونوساکاریدها، پیش سازهای دیواره سلولی. در حال حاضر پس از 6 ساعت، غلظت ب-آلانین، گلیسرول، مالتوز، ساکارز و ترکالوز افزایش یافت.
فتوسنتز، تعرق و تنفس.یک شاخص نزدیک به تنظیم متابولیسم CO2 و H2O در گیاهان، هدایت روزنه ای است. شواهد گسترده نشان می دهد که دمای بالا باعث بسته شدن روزنه می شود، که می تواند به عنوان یک پاسخ غیرمستقیم به وابستگی دمایی کمبود فشار بخار آب و تنفس برگ دیده شود. بنابراین، بسته شدن نسبی روزنه ها نتیجه افزایش غلظت CO2 داخل سلولی است. با این حال، بسته شدن مطلوب روزنه ها منجر به کاهش فتوسنتز نمی شود، زیرا وابستگی دمایی هدایت روزنه و IF منطبق نیست. بنابراین، هدایت روزنه ای در دماهایی که فتوسنتز به طور غیر قابل برگشتی مهار می شود، افزایش می یابد.
اگرچه به نظر نمی رسد هدایت روزنه ای مستقیماً بر IF تأثیر بگذارد، اما به تنظیم تعرق کمک می کند، که با کنترل دمای برگ، بر تحمل گرما فتوسنتز تأثیر می گذارد. در محصولات برخی از محصولات با تامین رطوبت کافی، دمای هوا به دلیل تنظیم حرارت می تواند تقریباً 8 درجه سانتی گراد کمتر از دمای هوای بالای محصول باشد. در عین حال، اگر کمبود رطوبت در خاک وجود داشته باشد، تصویر مخالف را می توان مشاهده کرد - دمای برگ ها در محصول تقریباً 15 درجه سانتیگراد از دمای هوای محیط فراتر می رود که افزایش می یابد. تاثیر منفیکمبود آب در IF.
سرعت فتوسنتز خالص گندم و اکثر محصولات C3 در محدوده 30-15 درجه سانتیگراد کاملاً ثابت است. در زیر و بالاتر از این محدوده دما، IF برای هر درجه 5-10٪ کاهش می یابد (شکل 3.1). تغییر نسبتاً کوچک در فتوسنتز خالص در محدوده 30-15 درجه سانتیگراد نباید این واقعیت را پنهان کند که فتوسنتز ناخالص در واقع با افزایش دما افزایش می یابد. با این حال، به دلیل افزایش همزمان ID کل گیاه و به ویژه تنفس نوری، شدت فتوسنتز خالص کمی تغییر می کند.
تفاوت های قابل توجهی بین محصولات C3 و C4 در این زمینه وجود دارد، به طوری که شدت بهینه فتوسنتز خالص در گونه های C4 در بیشتر مشاهده شد. دمای بالا(30-40 درجه سانتیگراد). تنفس نوری آنها ناچیز است، در نتیجه افزایش تثبیت CO2 با افزایش دما توسط هزینه های تنفسی نوری پوشانده نمی شود. در واقع، دمای بهینه بالاتر برای فتوسنتز خالص در گونه‌های C4 در مقایسه با گونه‌های C3 با هزینه‌های تنفسی پایین‌تر در دماهای بالا در اولی توضیح داده می‌شود. تغییرات برگشت ناپذیر در دستگاه فتوسنتزی آنها تنها زمانی مشاهده می شود که دما از 40 درجه سانتیگراد بیشتر شود، عمدتاً به دلیل آسیب به PS II که در عرض چند دقیقه پس از شروع عمل HS رخ می دهد که تأثیر تعیین کننده ای بر عملکرد دارد.