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”nin birkaçı çeşitli streslerde ortak iken bazıları ise spesifik bir strese yanıt olmaktadır

• Bazıları da spesifik organellerde lokalizedir

Stress proteinleri (SP)

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 bio-marker 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

• 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

İntrasellüler Aktivite

• 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, antigen-presenting 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

A B C D E

A + - - - -

B - + - - -

C - - + - -

D - - - + -

E - - - - +

Tumor used for challenge

Tumor used for vaccination + 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 ailesiHsp90Hsp70

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

• 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

Hsp90

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