Komórkowa odpowiedź na stres - Cellular stress response
Komórkowa odpowiedź na stres to szeroki zakres zmian molekularnych, którym przechodzą komórki w odpowiedzi na stresory środowiskowe , w tym ekstremalne temperatury, narażenie na toksyny i uszkodzenia mechaniczne. Komórkowe reakcje na stres mogą być również spowodowane niektórymi infekcjami wirusowymi. Różne procesy zaangażowane w komórkowe odpowiedzi na stres służą adaptacyjnemu celowi ochrony komórki przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi, zarówno poprzez mechanizmy krótkoterminowe, które minimalizują ostre uszkodzenie ogólnej integralności komórki, jak i mechanizmy długoterminowe, które zapewniają komórce miarę odporności na podobne niekorzystne warunki.
Ogólna charakterystyka
Komórkowe reakcje na stres są głównie mediowane przez to, co klasyfikuje się jako białka stresu . Białka stresu często dzielą się dalej na dwie ogólne kategorie: te, które są aktywowane tylko przez stres, lub te, które są zaangażowane zarówno w reakcje na stres, jak iw normalne funkcjonowanie komórek. Istotny charakter tych białek stresu w promowaniu przetrwania komórek przyczynił się do tego, że są one wyjątkowo dobrze zachowane we wszystkich typach, przy czym prawie identyczne białka stresu ulegają ekspresji w najprostszych komórkach prokariotycznych, jak również w najbardziej złożonych komórkach eukariotycznych.
Białka stresu mogą wykazywać bardzo zróżnicowane funkcje w komórce – zarówno podczas normalnych procesów życiowych, jak i w odpowiedzi na stres. Na przykład badania na Drosophila wykazały, że gdy DNA kodujący pewne białka stresu wykazuje defekty mutacji, powstałe komórki mają osłabione lub utracone zdolności, takie jak normalny podział mitotyczny i degradacja białek za pośrednictwem proteasomów . Zgodnie z oczekiwaniami takie komórki były również bardzo podatne na stres i przestały być żywotne w podwyższonych zakresach temperatur.
Chociaż szlaki odpowiedzi na stres są mediowane na różne sposoby, w zależności od zaangażowanego stresora, typu komórki itp., ogólną cechą wielu szlaków – zwłaszcza tych, w których głównym stresorem jest ciepło – jest to, że są one inicjowane przez obecność i wykrycie zdenaturowanych białek . Ponieważ warunki, takie jak wysoka temperatura, często powodują denaturację białek, mechanizm ten umożliwia komórkom określenie, kiedy są poddawane działaniu wysokiej temperatury, bez potrzeby stosowania wyspecjalizowanych białek termoczułych. Rzeczywiście, jeśli komórka w normalnych (tzn. bezstresowych) warunkach ma sztucznie wstrzyknięte do niej zdenaturowane białka, wywoła to reakcję na stres.
Reakcja na ciepło
_CROPPED.jpg)
Odpowiedź szoku cieplnego obejmuje klasę białek stresu zwanych białkami szoku cieplnego . Mogą one pomóc w obronie komórki przed uszkodzeniem, działając jako „opiekuńcze” w fałdowaniu białek, zapewniając, że białka przyjmą niezbędny kształt i nie zostaną denaturowane. Ta rola jest szczególnie istotna, ponieważ podwyższona temperatura sama w sobie zwiększałaby stężenie zniekształconych białek. Białka szoku cieplnego mogą również uczestniczyć w znakowaniu zniekształconych białek do degradacji za pomocą znaczników ubikwitynowych .
Odpowiedź na toksyny
Wiele toksyn aktywuje podobne białka stresu do szlaków indukowanych ciepłem lub innymi stresem, ponieważ dość często niektóre rodzaje toksyn osiągają swoje efekty – przynajmniej częściowo – poprzez denaturację żywotnych białek komórkowych. Na przykład wiele metali ciężkich może reagować z grupami sulfhydrylowymi stabilizującymi białka, powodując zmiany konformacyjne. Inne toksyny, które bezpośrednio lub pośrednio prowadzą do uwalniania wolnych rodników, mogą generować nieprawidłowo sfałdowane białka.
Aplikacje
Wczesne badania sugerują, że komórki, które są w stanie lepiej syntetyzować białka stresowe i robią to w odpowiednim czasie, są bardziej odporne na uszkodzenia spowodowane niedokrwieniem i reperfuzją . Ponadto wiele białek stresu pokrywa się z białkami odpornościowymi . Te podobieństwa mają zastosowania medyczne w zakresie badania struktury i funkcji białek odpornościowych i białek stresu, a także roli, jaką każde z nich odgrywa w zwalczaniu chorób.