XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Белки – один из важнейших компонентов всех живых организмов, представляет собой последовательность α-аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями в полипептидную цепь. Традиционно выделяют четыре уровня структурной организации белка – первичную, вторичную, третичную и четвертичную. Причем свои функции белки могут выполнять, только находясь в уникальной нативной конформации. Учеными доказано, что в клетке есть специальные белки, которые обеспечивают правильное сворачивание полипептидных цепей в нативную структуру. Они обеспечивают оптимальный фолдинг белков клетки, стабилизируют их нативную конформацию при функционировании и поддерживают структуру и функции внутриклеточных белков при нарушении гомеостаза [2]. Эти белки получили название шапероны. Таким образом, шапероны - ремоделирующие белки, участвующие во многих внутриклеточных реакциях и вовлеченные в процессы коррекции структуры белковых клеток.

Термин «молекулярный шаперон» впервые был использован в 1978 году в работе Рона Ласкей, профессора эмбриологии из Кембриджского Университета при описании ядерного белка – нуклеоплазмина.

В соответствии с молекулярной массой все шапероны можно разделить на 6 основных групп:

высокомолекулярные, с молекулярной массой от 100 до 110 кД;

Ш-90 - с молекулярной массой от 83 до 90 кД;

Ш-70 - с молекулярной массой от 66 до 78 кД;

Ш-60;

Ш-40;

низкомолекулярные шапероны с молекулярной массой от 15 до 30 кД.

Среди шаперонов различают: конститутивные белки (высокий базальный синтез которых не зависит от стрессовых воздействий на клетки организма), и индуцибельные, синтез которых в нормальных условиях идёт слабо, но при стрессовых воздействиях на клетку резко увеличивается. Индуцибельные шапероны относят к "белкам теплового шока", быстрый синтез которых отмечают практически во всех клетках, которые подвергаются любым стрессовым воздействиям. Название "белки теплового шока" возникло в результате того, что впервые эти белки были обнаружены в клетках, которые подвергались воздействию высокой температуры.

Основная функция молекулярных шаперонов - способность связываться с развернутыми или частично развернутыми полипептидами. Для предотвращения агрегации белков шапероны обычно связываются с гидрофобными участками. Также они могут изменять конформацию белковых субстратов.
Засчет этого возможно контролируемое разворачивание белка, которое, создает связь между системой сворачивания белков в клетке и системой их деградации, а также может являться важным этапом сворачивания белка. 
Некоторые виды шаперонов участвуют в исправлении потенциального вреда, который возникает из-за влияние температуры на неправильное свертывание белка [3]. Другие шапероны участвуют в фолдинге только что созданного белка в тот момент, когда он «вытягивается» из рибосомы. Насмотря на то, что большинство видов только что синтезированного белка могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторым видам обязательно требуется их присутствие.

Помимо этого, белок шаперон играет роль в регенерации. Он борется с первопричиной старения кожи. Вырабатываясь в клетках кожи, шапероны способствуют нормальной укладке белка в стабильные четвертичные структуры. На основе белка теплового шока уже создаются новые поколения геля с шаперонами, которые помогают коже получить недостающий белок, т.к. выработка шаперонов уменьшается с возрастом.

Другие типы шаперонов участвуют в транспортировке веществ сквозь мембраны, например в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме у эукариот.

Кроме того, продолжают обнаруживаться новые функции шаперонов, например, участие в разрушении белка, в реакциях на заболевания, связанные с агрегацией белка: муковисцидоза и лизосомных болезней накопления, а также нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона. Остановимся подробнее на роли белков-шаперонов в нейродегенеративных растройствах.

Потенциальной предпосылкой развития нейродегенеративного заболевания является наличие генетической предрасположенности. В этом процессе участвуют различные факторы стресса на протяжении всего онтогенеза организма. Нейродегенеративные заболевания связаны с изменениями пространственной структуры белковой молекулы. Механизм возникновения различных патологий основан на агрегации белков с измененной пространственной структурой, а за правильное сворачивание белка и предупреждение агрегации в клетке отвечают различные молекулярные шапероны, как это было отмечено выше. Кроме этого шапероны исправляют и сворачивают мутантные белки на протяжении всей жизни, но по мере старения организма мутантных белков становится все больше и больше. Они запускают реакцию агрегации, в результате которой образуются патологические белковые скопления. В частности при болезни Альцгеймера происходит дегенерация нейронов центральной нервной системы. Накапливается бета-амилоидный белок и тау-белок, что в сумме приводит к нарушениям в синоптической передаче импульсов между нейронами [1].

Таким образом, шапероны играют важную роль в жизнедеятельности организма, участвуя в фолдинге белка, а также исправляя на своем уровне неправильно собранные. Понимание механизма работы шапероны и детальное изучение их роли в развитии различных заболеваний может позволить ученым найти эффективные методы их лечения.

Список литературы

Гришкова М.В., Кутузова Н.М. Роль молекулярных шаперонов в развитии нейродегенеративных заболеваний (обзор литературы)/ М.В. Гришкова, Н.М. Кутузова// Земский врач. – 2013. - №2(19). – С.26-28.

Казакова П.А., Баринова П.О., Евтушенко Я.А., Ульяновская О.С. Фолдинг белка/ П.А. Казакова, П.О. Баринова, Я.А. Евтушенко, О.С. Ульяновская, А.И. Попов, Е.Е. Толмачева// Бюллетень северного государственного медицинского университета. – 2017. – №2(39). – С. 75-76.

Мельникова Э.Э., Ротанова Т.В. Молекулярные шапероны/ Э.Э. Мельникова, Т.В. Ротанова// Биоорганическая химия. – 2010. - Т.36, №1. – С. 5-14.