Клеточная реакция на стресс

Клеточная реакция на стресс — это широкий спектр молекулярных изменений, которым подвергаются клетки в ответ на стрессоры окружающей среды , включая экстремальные температуры, воздействие токсинов и механические повреждения. Клеточные реакции на стресс также могут быть вызваны некоторыми вирусными инфекциями. [1] Различные процессы, вовлеченные в клеточные реакции на стресс, служат адаптивной цели защиты клетки от неблагоприятных условий окружающей среды, как посредством краткосрочных механизмов, которые минимизируют острое повреждение общей целостности клетки, так и посредством долгосрочных механизмов, которые обеспечивают клетке меру устойчивости против аналогичных неблагоприятных условий. [2]

Общая характеристика

Клеточные стрессовые реакции в первую очередь опосредуются тем, что классифицируется как стрессовые белки . Стрессовые белки часто подразделяются на две общие категории: те, которые активируются только стрессом, или те, которые участвуют как в стрессовых реакциях, так и в нормальном клеточном функционировании. Основной характер этих стрессовых белков в содействии выживанию клеток способствовал тому, что они были удивительно хорошо сохранены в разных типах, причем почти идентичные стрессовые белки экспрессируются как в простейших прокариотических клетках, так и в самых сложных эукариотических. [3]

Белки стресса могут демонстрировать самые разнообразные функции в клетке — как во время обычных жизненных процессов, так и в ответ на стресс. Например, исследования на Drosophila показали, что когда ДНК, кодирующая определенные белки стресса, проявляет мутационные дефекты, полученные клетки имеют ослабленные или утраченные способности, такие как нормальное митотическое деление и протеасомно -опосредованная деградация белков. Как и ожидалось, такие клетки также были крайне уязвимы к стрессу и перестали быть жизнеспособными при повышенных температурных диапазонах. [2]

Хотя пути реакции на стресс опосредуются по-разному в зависимости от задействованного стрессора, типа клеток и т. д., общей характеристикой многих путей — особенно тех, где основным стрессором является тепло — является то, что они инициируются присутствием и обнаружением денатурированных белков. Поскольку такие условия, как высокие температуры, часто вызывают денатурацию белков, этот механизм позволяет клеткам определять, когда они подвергаются воздействию высокой температуры, без необходимости в специализированных термочувствительных белках. [ необходима цитата ] Действительно, если в клетку в нормальных (то есть не в стрессовых) условиях искусственно вводят денатурированные белки, это вызовет реакцию на стресс.

Реакция на тепло

Клетки, подвергшиеся тепловому шоку. Клетки на слайде «e» демонстрируют дисморфные ядра в результате этого воздействия стресса, однако через 24 часа клетки в значительной степени восстановились, как показано на слайде «f».

Реакция на тепловой шок включает класс стрессовых белков, называемых белками теплового шока . [4] [5] Они могут помочь защитить клетку от повреждения, выступая в качестве «шаперонов» в сворачивании белков, гарантируя, что белки примут необходимую форму и не будут денатурированы. [6] Эта роль особенно важна, поскольку повышенная температура сама по себе увеличит концентрацию деформированных белков. Белки теплового шока также могут участвовать в маркировке деформированных белков для деградации с помощью убиквитиновых меток. [7]

Реакция на токсины

Многие токсины в конечном итоге активируют аналогичные стрессовые белки для нагрева или других путей, вызванных стрессом, поскольку для некоторых типов токсинов довольно распространено достигать своих эффектов — по крайней мере частично — путем денатурации жизненно важных клеточных белков. Например, многие тяжелые металлы могут реагировать с сульфгидрильными группами, стабилизирующими белки, что приводит к конформационным изменениям. [3] Другие токсины, которые напрямую или косвенно приводят к высвобождению свободных радикалов, могут генерировать неправильно свернутые белки. [3]

Воздействие на рак

Клеточный стресс может иметь как подавляющие рак, так и способствующие развитию рака эффекты. Повышенные уровни оксидантного стресса могут убивать раковые клетки. [8] Кроме того, различные формы клеточного стресса могут вызывать неправильное сворачивание и агрегацию белков, что приводит к протеотоксичности. [9] Стресс микроокружения опухоли приводит к каноническим и неканоническим реакциям эндоплазматического стресса (ЭР), которые запускают аутофагию и задействованы во время протеотоксических вызовов для очистки развернутых или неправильно свернутых белков и поврежденных органелл для смягчения стресса. [10] Существуют связи между реакциями развернутого белкового ответа (УПР) и сигналами аутофагии, окислительного стресса и воспалительного ответа при стрессе ЭР: агрегация развернутых/неправильно свернутых белков в просвете эндоплазматического ретикулума вызывает активацию УПР. Хронический стресс ЭР вызывает эндогенное или экзогенное повреждение клеток и активирует УПР, что приводит к нарушению внутриклеточного кальциевого и окислительно-восстановительного гомеостаза. [11] Раковые клетки могут стать зависимыми от механизмов реакции на стресс, которые включают деградацию лизосомальных макромолекул или даже аутофагию, которая перерабатывает целые органеллы [12] Однако опухолевые клетки демонстрируют секреторный фенотип, связанный с устойчивостью к терапевтическому стрессу, включающий внеклеточные везикулы (ВВ), такие как онкосомы и белки теплового шока. [13] Кроме того, раковые клетки с аберрантными регуляторными модификациями в хроматине определенных генов реагируют с различной кинетикой на клеточный стресс, запуская экспрессию генов, которые защищают их от цитотоксических условий, а также активируя экспрессию генов, которые влияют на окружающие ткани таким образом, что способствуют росту опухоли. [14]

Приложения

Ранние исследования показали, что клетки, которые лучше способны синтезировать стрессовые белки и делать это в подходящее время, лучше выдерживают повреждения, вызванные ишемией и реперфузией . [15] Кроме того, многие стрессовые белки пересекаются с иммунными белками. Эти сходства имеют медицинское применение с точки зрения изучения структуры и функций как иммунных белков, так и стрессовых белков, а также роли каждого из них в борьбе с болезнями. [2]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Nakagawa K, Lokugamage KG, Makino S (2016-01-01). Ziebuhr J (ред.). «Вирусная и клеточная мРНК-трансляция в клетках, инфицированных коронавирусом». Advances in Virus Research . Coronaviruses. 96. Academic Press: 165–192. doi :10.1016/bs.aivir.2016.08.001. ISBN 9780128047361. PMC  5388242 . PMID  27712623.
  2. ^ abc Welch WJ (май 1993). «Как клетки реагируют на стресс». Scientific American . 268 (5): 56–64. doi :10.1038/scientificamerican0593-56. PMID  8097593.
  3. ^ abc Реакция клеток на стресс (отчет). Университет Саймона Фрейзера .
  4. ^ Хофер Х, Ист МЛ (1998-01-01). "Биологическая консервация и стресс". В Møller AP, Milinski M, Slater PJ (ред.). Стресс и поведение . Достижения в изучении поведения. Том 27. Academic Press. стр. 405–525. doi :10.1016/s0065-3454(08)60370-8. ISBN 9780120045273.
  5. ^ Bignold LP (2015-01-01). "Глава 10 - Сублетальные повреждения и гибель клеток и тканей". В Bignold LP (ред.). Принципы опухолей . Бостон: Academic Press. стр. 265–285. doi :10.1016/b978-0-12-801565-0.00010-x. ISBN 9780128015650.
  6. ^ Richter K, Haslbeck M, Buchner J (октябрь 2010 г.). «Реакция на тепловой шок: жизнь на грани смерти». Molecular Cell . 40 (2): 253–66. doi : 10.1016/j.molcel.2010.10.006 . PMID  20965420.
  7. ^ Родригес-Варгас JM, Оливер FJ (2016-01-01). "Глава 3 - Роль поли(АДФ-рибозы)". В Hayat MA (ред.). Катализатор аутофагии, вызванной голоданием . Academic Press. стр. 99–118. doi :10.1016/b978-0-12-805421-5.00003-3. ISBN 978-0-12-805421-5. {{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )
  8. ^ Накамура Х., Такада К. (октябрь 2021 г.). «Активные формы кислорода при раке: текущие результаты и будущие направления». Cancer Sci . 112 (10): 3945–3952. doi :10.1111/cas.15068. PMC 8486193. PMID  34286881 . 
  9. ^ McConkey DJ (январь 2017 г.). «Интегрированная реакция на стресс и протеотоксичность в терапии рака». Biochem Biophys Res Commun . 482 (3): 450–453. doi :10.1016/j.bbrc.2016.11.047. PMC 5319732. PMID 28212730  . 
  10. ^ Alam R, Kabir MF, Kim HR, Chae HJ (ноябрь 2022 г.). «Каноническая и неканоническая аутофагия, опосредованная стрессом ЭР, — это решающий момент в терапии рака». Cells . 11 (23): 3373. doi : 10.3390/cells11233773 . PMC 9738281 . PMID  36497032. 
  11. ^ Lin Y, Jiang M, Chen W, Zhao T, Wei Y (октябрь 2019 г.). «Рак и стресс ER: взаимные перекрестные помехи между аутофагией, окислительным стрессом и воспалительным ответом». Biomed Pharmacother . 118 : 109249. doi : 10.1016/j.biopha.2019.109249. PMID  31351428.
  12. ^ Varisli L, Cen O, Vlahopoulos S (март 2020 г.). «Изучение фармакологических эффектов хлорохина при лечении рака: вмешательство в воспалительные сигнальные пути». Иммунология . 159 (3): 257–278. doi :10.1111/imm.13160. PMC 7011648. PMID 31782148  . 
  13. ^ Eguchi T, Sogawa C, Ono K, Matsumoto M, Tran MT, Okusha Y, Lang BJ, Okamoto K, Calderwood SK (март 2020 г.). «Вызванное клеточным стрессом высвобождение стрессома, включая поврежденные мембранные везикулы и внеклеточный HSP90 клетками рака простаты». Cells . 9 (3): 755. doi : 10.3390/cells9030755 . PMC 7140686 . PMID  32204513. 
  14. ^ Влахопулос, С.А. (2024). «Расходящаяся обработка сигналов клеточного стресса как основа прогрессирования рака: лицензирование NFκB на хроматине». Международный журнал молекулярных наук . 25 (16): 8621. doi : 10.3390/ijms25168621 . PMC 11354898. PMID  39201306 . 
  15. ^ Majmundar AJ, Wong WJ, Simon MC (октябрь 2010 г.). «Факторы, индуцируемые гипоксией, и реакция на гипоксический стресс». Molecular Cell . 40 (2): 294–309. doi :10.1016/j.molcel.2010.09.022. PMC 3143508. PMID  20965423 . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cellular_stress_response&oldid=1246525297"