Wszystkie żywe komórki reagują na wzrost temperatury i niektóre inne stresy, syntetyzując określony zestaw białek zwanych białkami szoku cieplnego (Hsp, białko szoku cieplnego, białko stresu). U wielu bakterii stwierdzono uniwersalną odpowiedź adaptacyjną w odpowiedzi na różne czynniki stresowe (wysokie i niskie temperatury, gwałtowna zmiana pH itp.), która przejawia się w intensywnej syntezie niewielkiej grupy podobnych białek. Takie białka nazywane są białkami szoku cieplnego, a samo zjawisko nazywa się syndromem szoku cieplnego. Stres na komórce bakteryjnej powoduje zahamowanie syntezy konwencjonalnych białek, ale indukuje syntezę niewielkiej grupy białek, których funkcją przypuszczalnie jest przeciwdziałanie stresowi poprzez ochronę najważniejszych struktur komórkowych, przede wszystkim nukleoidów i błon. Mechanizmy regulacyjne uruchamiane w komórce pod wpływem czynników wywołujących zespół szoku cieplnego nie są jeszcze jasne, ale oczywiste jest, że jest to uniwersalny mechanizm niespecyficznych modyfikacji adaptacyjnych.
Jak już wspomniano, HSP obejmują białka syntetyzowane przez komórki w odpowiedzi na szok termiczny, gdy dochodzi do zahamowania ekspresji głównej puli białek biorących udział w prawidłowym metabolizmie. Rodzina 70 kDa HSP (eukariotyczny HSP-70 i prokariotyczny DnaK) obejmuje białka szoku cieplnego, które odgrywają istotną rolę zarówno w zapewnieniu przeżycia komórek w warunkach stresowych, jak iw prawidłowym metabolizmie. Poziom homologii między białkami prokariotycznymi i eukariotycznymi przekracza 50% przy pełnej identyczności poszczególnych domen. HSP o masie cząsteczkowej 70 kDa są jedną z najbardziej konserwatywnych grup białek w przyrodzie (Lindquist Craig, 1988; Yura i in., 1993), co prawdopodobnie wynika z funkcji opiekuńczych, jakie te HSP pełnią w komórkach
Indukcja genów białek szoku cieplnego (HSP) u eukariontów zachodzi pod wpływem czynnika szoku cieplnego HSF. W komórkach nie poddanych stresowi HSF jest obecny zarówno w cytoplazmie, jak iw jądrze w postaci monomerycznej związanej z Hsp70 i nie wykazuje aktywności wiązania DNA. W odpowiedzi na szok termiczny lub inny stres, Hsp70 dysocjuje od HSF i zaczyna fałdować zdenaturowane białka. HSF składa się w trimery, wykazuje aktywność wiązania DNA, gromadzi się w jądrze i wiąże się z promotorem. Jednocześnie transkrypcja białek opiekuńczych w komórce wzrasta wielokrotnie. Po ustąpieniu stresu uwolnione Hsp70 ponownie przyłącza się do HSF, który traci swoją aktywność wiązania DNA i wszystko wraca do normy [Morimoto i in. 1993].Białka szoku cieplnego pojawiają się na powierzchni komórek błony maziowej podczas infekcji bakteryjnych.
Większość z tych białek szoku cieplnego jest wytwarzana w odpowiedzi na inne szkodliwe bodźce. Być może pomagają komórce przetrwać stresujące sytuacje. Istnieją trzy główne rodziny białek szoku cieplnego - rodzina białek z molo. o masie 25, 70 i 90 kDa (hsp25, hsp70 i hsp90. W normalnych komórkach znaleziono wiele bardzo podobnych białek z każdej z tych rodzin. Pomagają one rozpuszczać i ponownie fałdować zdenaturowane lub nieprawidłowo sfałdowane białka. Pełnią także inne funkcje.
Białka z rodziny hsp70 są najlepiej zbadane. Białka te wiążą się z kilkoma innymi białkami, a także z nieprawidłowymi kompleksami i agregatami białek, z których są następnie uwalniane przez przyłączenie ATP. Pomagają rozpuszczać i ponownie fałdować zagregowane lub nieprawidłowo sfałdowane białka poprzez wiele cykli dodawania ATP i hydrolizy. Nieprawidłowe białka są obecne w każdej komórce, ale pod pewnymi wpływami, takimi jak szok termiczny, ich liczba w komórce dramatycznie wzrasta, a zatem istnieje zapotrzebowanie na dużą ilość białek szoku cieplnego. Co zapewnia aktywacja transkrypcji niektórych genów szoku cieplnego.
Białka szoku cieplnego, tworząc kompleks z rosnącym łańcuchem polipeptydowym, zapobiegają jego niespecyficznej agregacji i degradacji pod wpływem wewnątrzkomórkowych proteinaz, przyczyniając się do prawidłowego fałdowania bloków, które zachodzi przy udziale innych białek opiekuńczych. Hsp70 bierze udział w zależnym od ATP rozwijaniu łańcuchów polipeptydowych, udostępniając niepolarne regiony łańcuchów polipeptydowych działaniu enzymów proteolitycznych.
Białka szoku cieplnego są kodowane przez rodzinę ewolucyjnie opornych genów, które ulegają ekspresji w odpowiedzi na różnorodne warunki stresowe i biorą udział w mechanizmach adaptacyjnych. Białka stresowe, odkryte po raz pierwszy podczas szoku termicznego u Drosophila, biorą udział w większości procesów fizjologicznych wszystkich żywych organizmów i są składnikiem pojedynczego mechanizmu sygnalizacyjnego [Ananthan J., Goldberg A.L. 1986 , Massa SM, Swanson RA 1996, Morimoto R., Tissieres A. 1994, Ritossa F. 1962].
Aktywacja czynników transkrypcyjnych białek stresowych (HSF) zachodzi poprzez ich fosforylację pod wpływem wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia wapnia, wolnorodnikowych reakcji peroksydacji lipidów i innych procesów stresu oksydacyjnego, aktywacji inhibitorów proteaz i kinaz tyrozynowych. Jednak głównym czynnikiem wyzwalającym syntezę białek stresowych jest niedobór ATP, który towarzyszy niedostatecznej podaży tlenu i glukozy do tkanki mózgowej [Benjamin I.J., Hone S. 1992, Bruce J.L., Price B.D. 1993, Cajone F., Salina M. 1989, Courgeon AM, Rollet E. 1988, Freeman ML, Borrelli M.J. 1995, Kil HY, Zhang J. 1996, Suga S., Novak TS, Jr. 1998 , Price BD, Calderwood SK 1991, Zhou M., Wu X. 1996].
Istnieje kilka klas czynników transkrypcyjnych białek stresowych, wśród których białko HSF1 jest mediatorem odpowiedzi na stres, a białko HSF2 jest regulatorem genów hsp. W warunkach niedokrwienia mózgu HSF1 i HSF2 synergistycznie aktywują transkrypcję genów. Tworzą aktywowane trimery, które wiążą się z sekwencjami regulatorowymi (HSE) w regionach promotorowych genów stresu, co prowadzi do syntezy mRNA. Nagromadzenie białek stresowych prowadzi do „włączenia” pętli autoregulacji, przerywając ich dalszą ekspresję [Baler R., Zou J. 1996, Mestril R., Ch, S.-H. 1994, Sistonen L, Sarge K.D. 1994 , Rabindran SK, Haroun RI 1993, Sarge KD, Murphy S. 1993, Sorger PK, Pelham HRB 1987, Wu C., Wilson S. 1987, Nakai A., Morimoto R. 1993, Nowak T.S., Jacewicz M. 1994, Scharf K.-D., Rose S. 1990, Schuetz T.J., Gallo G.J. 1991].
W modelach eksperymentalnych z ogniskowym niedokrwieniem mózgu stwierdzono, że ekspresja genu głównego białka stresu, białka HSP72, jest rejestrowana w ograniczonym obszarze mózgu ze spadkiem mózgowego przepływu krwi poniżej 50% normy i tylko w komórkach, które pozostają żywe. Odpowiednio, w jądrowej strefie niedokrwienia ekspresję genu hsp72 obserwuje się głównie w komórkach śródbłonka naczyń, które są bardziej odporne na niedokrwienie; w obszarze brzeżnym zawału - oraz w komórkach glejowych, w strefie półcienia - oraz w neuronach [
Białka szoku cieplnego (w skrócie HSP lub HSP z ang. Heat Shock Proteins) to specjalne związki, które komórki organizmów żywych wytwarzają podczas gwałtownego wzrostu temperatury lub w wyniku innych stresujących obciążeń. Pierwsze HSP zostały odkryte przez naukowców w połowie ubiegłego wieku. Od tego czasu aktywnie badano rolę białek szoku cieplnego u roślin, zwierząt i ludzi.
Początkowo sądzono, że pełnią one wyłącznie rolę ochronną, zapobiegając wystąpieniu nieodwracalnych uszkodzeń. Jednak z czasem stało się jasne, że związki te mogą brać czynny udział w regeneracji uszkodzonych struktur komórkowych, a także w funkcjonowaniu układu odpornościowego.
W szczególności postawiono hipotezę, że HSP biorą udział w wiązaniu fragmentów białek, które pojawiają się podczas niszczenia złośliwych komórek nowotworowych. W tym przypadku tworzą się konglomeraty, które są rozpoznawane przez odporność przeciwnowotworową jako „agresor”, tj. następuje tak zwana „prezentacja antygenu”. Innymi słowy, ludzki układ odpornościowy ma okazję „zobaczyć raka”, który w normalnych warunkach może całkiem skutecznie się przed nim maskować. W rezultacie uruchamiany jest naturalny proces niszczenia guza.
Potwierdzenie tej teorii, a także dokładne zbadanie struktury białka szoku cieplnego i jego działania w tkankach nowotworowych na poziomie molekularnym stało się możliwe dopiero po wejściu tej wyjątkowej substancji na międzynarodową stację kosmiczną. Wysłali go w kosmos rosyjscy specjaliści z Instytutu Badawczego Wysoce Czystych Biopreparatów FMBA, którzy zsyntetyzowali HSP przy użyciu ekskluzywnych technologii inżynierii genetycznej.
Dzięki nieważkości z materiału źródłowego „zapakowane” w najcieńsze rurki molekularne wyrosły idealnie równe kryształy białek, nadające się do analizy dyfrakcji rentgenowskiej. Scena kosmiczna umożliwiła pomyślne rozwiązanie głównego problemu, przed którym stoją naukowcy: w warunkach grawitacji białka rosły nierównomiernie, a na Ziemi nie było możliwe uzyskanie kryształów o prawidłowej geometrii. Analiza krystalicznych białek wyhodowanych w kosmosie została przeprowadzona przez rosyjskich i japońskich naukowców przy użyciu nowoczesnego, ciężkiego sprzętu.
Uzyskane dane stały się podstawą do stworzenia unikalnego leku, którego działanie przetestowano najpierw w probówkach na hodowlach komórkowych, a następnie na zwierzętach laboratoryjnych. Myszy z mięsakiem i czerniakiem, w tym zwierzęta w czwartym (terminalnym) stadium choroby, leczono lekiem opartym na zsyntetyzowanym HSP.
Wyniki były więcej niż imponujące:
- bezwzględna większość myszy całkowicie wyzdrowiała;
- nie odnotowano żadnych skutków ubocznych.
Jak rosyjscy naukowcy uzyskują białko szoku cieplnego
HSP jest wytwarzany przez komórki bakteryjne, które wprowadziły gen wyizolowany z komórek ludzkich i sklonowany. Gen ten jest odpowiedzialny za syntezę białka szoku cieplnego. Obecnie jego wytwarzanie w tej technologii odbywa się w zakładach produkcyjnych Instytutu Badawczego OChB.
Jak lek „działa” i jakie rodzaje raka można nim leczyć
Zastosowanie produktu biologicznego ma na celu zwiększenie stężenia HSP w tkankach nowotworowych pacjentów onkologicznych do wartości wywołujących efekt terapeutyczny. Ta potrzeba istnieje, ponieważ białko szoku cieplnego „wskazujące na raka” w ludzkim ciele:
- produkowane w bardzo małych ilościach;
- nie mogą być „składane” w zdrowych komórkach i „przenoszone” do atypowych komórek nowotworowych.
Twórcy twierdzą, że opracowana przez nich metoda jest uniwersalna, tak jak uniwersalne jest samo białko, produkowane przez wszystkie tkanki naszego organizmu. Dlatego, jeśli dalsze testy potwierdzą działanie terapeutyczne leku i nie zostaną wykryte żadne skutki uboczne, można go stosować w leczeniu absolutnie wszystkich postaci raka.
Inne zalety rosyjskiego rozwoju:
- Leczenie jest skuteczne w końcowych stadiach, tj. właśnie wtedy, gdy radzenie sobie z guzem w inny sposób jest niezwykle trudne, bardzo często niemożliwe.
- Naukowcy rozważają możliwość ukierunkowanego działania leku. Do tej pory lek był podawany zwierzętom laboratoryjnym dożylnie i rozprowadzany z krwią po całym organizmie. Na etapie badań klinicznych specjaliści planują przetestować metodę celowanego dostarczania białka szoku cieplnego do komórek nowotworowych równolegle z podaniem dożylnym, licząc na dalsze zwiększenie skuteczności leczenia i zmniejszenie ryzyka wystąpienia działań niepożądanych. Ta możliwość zasadniczo odróżnia rosyjską technologię od metody terapii komórkowej CAR-T, której oficjalne wprowadzenie do praktyki klinicznej spodziewane jest latem 2017 roku.
Pieniądze na ostatni etap badań przedklinicznych nowego leku (około 100 mln rubli) już się znalazły. Pozostaje znaleźć sponsora, który podzieli się z państwem finansowaniem badań klinicznych. Do tej pory priorytety dawał rosyjski biznes. Jeśli nie uda się znaleźć rosyjskich sponsorów, rozważone zostaną opcje partnerstwa z japońskimi przedsiębiorcami lub strukturami biznesowymi z innych krajów. Zakończenie procesu testowania może zająć kolejne 3-4 lata. Przy pozytywnym wyniku onkolodzy będą mogli uzyskać wysoce skuteczne narzędzie w walce z rakiem.
Co może odstraszyć inwestorów i obniżyć poziom optymizmu w prognozach
Inwestycje w jakiekolwiek badania kliniczne niosą ze sobą dość duże ryzyko dla biznesu. Rzeczywiście, nawet przy współczesnym rozwoju nauki nie można z absolutną pewnością założyć, jak zachowa się nowy lek, jak skuteczny i bezpieczny będzie nie w probówce i ciele myszy laboratoryjnej, ale w praktyce. Jednak poszukiwanie inwestycji to tylko kwestia czasu.
Czas pokaże, jak skuteczna będzie nowa metoda. Nie można np. wykluczyć, że przy osłabionej naturalnej odporności jego zdolność do walki z nowotworem może po prostu nie wystarczyć.
I oczywiście dopiero po kilku latach będzie można zrozumieć:
- czy komórki nowotworowe mogą mutować w poszukiwaniu ochrony przed „wstrząsowymi dawkami” HSP;
- czy działanie leku spowoduje niepożądane skutki w dłuższej perspektywie.
Materiał z bardzo optymistycznym podtytułem „Genetycznie zmodyfikowany lek na wszystkie typy i stadia nowotworów złośliwych, pacjenci mogą otrzymać już za trzy do czterech lat”.
Jednak każda osoba, która ma jakąkolwiek wiedzę na temat terapii przeciwnowotworowej, w najlepszym razie uniesie brwi ze zdziwienia, aw najgorszym oburzy się na widok takiej prognozy. Podpowiadamy, co jest nie tak z kolejną „naukową sensacją”.
Co się stało?
Rozwój leku, który został opisany w Izwiestii, jest prowadzony w Państwowym Instytucie Badawczym Wysoce Czystych Preparatów Federalnej Agencji Medycznej i Biologicznej (FMBA) Rosji. Zastępca dyrektora ds. badań Instytutu, członek korespondent Rosyjskiej Akademii Nauk i doktor nauk medycznych, profesor Andriej Simbircew, w artykule zatytułowanym „Lekarstwo na raka zostało stworzone w Rosji i przetestowane w kosmosie”, powiedział Korespondent Izwiestii o „białku szoku cieplnego”, które skrystalizowało się w stanie nieważkości na ISS i przechodzi obecnie testy przedkliniczne.
Obecnie prowadzone są badania z grantu Ministerstwa Edukacji i Nauki, a naukowcy planują znaleźć 100 mln rubli na badania kliniczne przy pomocy prywatnych inwestorów i 50-procentowego programu współfinansowania przez państwo. Aby go przyciągnąć, twórcy zamierzają „zapukać do wszystkich drzwi, ponieważ lek jest wyjątkowy. Jesteśmy o krok od odkrycia zupełnie nowego leku na raka. Pomoże ludziom z nieuleczalnymi nowotworami”.
„Produkujemy już lek w zakładach produkcyjnych instytutów badawczych” – mówi entuzjastycznie nastawionym dziennikarzom Andriej Simbircew, dodając, że obecnie są one testowane na myszach i dotrą do pacjentów już za trzy, cztery lata.
Jaki jest haczyk?
Wszystko to brzmi bardzo inspirująco, ale białka szoku cieplnego rzeczywiście są znane od dawna, ale z jakiegoś powodu ludzie wciąż nie uczynili z nich panaceum na wszystkie rodzaje raka. Jest to dość duża rodzina białek, które są aktywowane w odpowiedzi na stres wraz ze wzrostem (a czasem nawet spadkiem) temperatury. Pomagają komórce uporać się z konsekwencjami degradacji struktury innych białek. Najbardziej znanym przykładem takiej zmiany jest fałdowanie się głównego składnika białka jajka, albuminy, podczas smażenia lub gotowania, gdy zmienia się z przezroczystego na biały. Białka szoku cieplnego eliminują więc skutki tych zmian: „naprawiają” lub ostatecznie utylizują zdegradowane struktury. Wiele białek szoku cieplnego jest również białkami opiekuńczymi, które pomagają innym białkom prawidłowo się fałdować.
Odniesienie:
Chaperony to klasa białek, których główną funkcją jest przywracanie trzeciorzędowej lub czwartorzędowej struktury białek, a także uczestniczą w tworzeniu i dysocjacji kompleksów białkowych.
Białka szoku cieplnego występują we wszystkich komórkach. Jednak w różnych komórkach (zwłaszcza komórkach nowotworowych, które bardzo różnią się w różnych typach raka zarówno od siebie, jak i od normalnych komórek organizmu), białka te zachowują się inaczej. Na przykład w niektórych typach raka ekspresja białka HSP-70 może być zarówno zwiększona (w czerniaku złośliwym), jak i zmniejszona (w raku nerki).
Aby zrozumieć, o jakim białku mówimy i czy naprawdę jest ono stosowane w terapii raka i może pomóc we wszystkich jego typach, rozmawialiśmy z doktorem nauk biologicznych Aleksandrem Sapożnikowem. Naukowiec ten jest kierownikiem Pracowni Oddziałań Komórkowych w Instytucie Chemii Bioorganicznej im. M.M. Shemyakin i Yu.A. Ovchinnikov RAS, który od wielu lat jest zaangażowany w jeden z najbardziej obiecujących projektów w tej dziedzinie białek szoku cieplnego. Skomentował ten artykuł:
„Nie powiem, że to nonsens, ale jest to absolutnie niepoprawna informacja. Autorem pomysłu wykorzystania białek szoku cieplnego o masie cząsteczkowej 70 kilodaltonów (tzw. HSP-70, z ang. HSP70) jest mój przyjaciel i współpracownik Boris Margulis. Pracuje w Instytucie Cytologii w Petersburgu.
On i jego żona, Irina Gużowa, przez całe życie byli związani z tym białkiem (ja też jestem nim od wielu lat, ale nie w badaniach związanych z terapią raka). Formalnie kierownikiem laboratorium jest Irina, ona bada związek białka z chorobami neurodegeneracyjnymi, a kierownikiem działu jest Borys. Jest pierwszą osobą na świecie, która zaproponowała użycie „nagiego” białka nieobciążonego żadnymi antygenami związanymi z nowotworem.
Nie wierzyłem w jego pomysły na to zastosowanie tego białka (w rzeczywistości nie zostało jeszcze udowodnione, że będzie skuteczne). Jeśli „tańczysz z pieca”, jest Hindus Pramod Srivastava, który urodził się w Indiach, ale studiował, mieszka i pracuje w Ameryce. Dawno temu stworzył nie tylko „szczepionkę” przeciwko nowotworowi za pomocą HSP-70, ale także otworzył klinikę i leczy nią pacjentów z rakiem. Srivastava wydobywa to białko bezpośrednio z guza: pobiera biopsję od pacjentów, ekstrahuje je z kawałków tkanki (są specjalne sposoby na uzyskanie bardzo wysokiej frakcji tego białka).
Jednak białko, które otrzymuje się z tkanek pacjentów z rakiem, jest w silnym związku z peptydami związanymi z nowotworem - tymi oznakami nowotworu, które są rozpoznawane przez układ odpornościowy. Dlatego, gdy ten kompleks jest podawany pacjentom, u dużej liczby pacjentów rozwija się odpowiedź immunologiczna i uzyskuje się pozytywny efekt dla pacjenta.
W rzeczywistości, według statystyk, efekt ten nie przewyższa efektu chemioterapii. Ale nadal chemioterapia „zatruwa” organizm, ale takie „szczepienie” nie „zatruwa” organizmu. To bardzo stara historia, takie podejście jest od dawna stosowane w klinice.
Aleksander Sapożnikow. Doktor nauk biologicznych, prof
Jeśli chodzi o Borisa Margulisa, to on (w szczególności na podstawie mojego laboratorium) wykazał (i opublikował wyniki swojej pracy), że jeśli do komórek nowotworowych dodaje się czyste białko, bez żadnego obciążenia nowotworem, to to egzogenne białko powoduje powstawanie komórek nowotworowych aby odsłonić te same peptydy związane z nowotworem, które normalnie znajdują się w tych komórkach, w cytoplazmie. Wtedy układ odpornościowy je rozpoznaje, a organizm sam odrzuci te komórki, zwalczy nowotwór.
Zostało to pokazane w kulturze in vitro, to znaczy nie w ciele, ale w probówce. Ponadto Boris Margulis stwierdził tylko białaczkę dziecięcą, ponieważ jest związany z klinicystami w Petersburgu. To, co Simbirtsev powiedział w swoim wywiadzie, jest już rozszerzeniem tej metody z użyciem nagiego, czystego białka.
Mechanizm działania tego czystego białka polega na zmuszeniu guza do wyciągnięcia na powierzchnię (jak to nazwał sam Margulis, „wyciśnięcia”) tych peptydów wraz z ich endogennym białkiem. Białko to znajduje się we wszystkich komórkach i nie ma ani jednej komórki na świecie, która nie posiada tego białka. To bardzo stare, bardzo konserwatywne białko, każdy je ma (nie mówię teraz o wirusach).
Sam Margulis nie podjąłby się badań przedklinicznych, otrzymał (pięć lat temu) grant wraz z Instytutem Preparatów Wysoko Czystych. Najwyraźniej ten Simbircew pracuje w tym instytucie, wiele razy słyszałem jego nazwisko, ale ponieważ jest to Federalna Agencja Medyczno-Biologiczna, do której należy Instytut Immunologii na Kaszirce, gdzie pracowałem przez wiele lat, to najprawdopodobniej jest to w Instytucie Leków Wysokiej Czystości, z którym otrzymał grant na badania przedkliniczne. W czasach sowieckich był to III Zarząd Ministerstwa Zdrowia. To właśnie z tym instytutem otrzymano dotację z Ministerstwa Edukacji Narodowej na przychodnię w wysokości 30 mln na trzy lata, która zakończyła się dwa lata temu.
Instytut Preparatów Wysoce Czystych załatwił całą papierkową robotę, zgłosił dotację, bo na kolejny etap promocji leku też potrzebne są pieniądze. To pierwszy etap badań klinicznych. Tutaj Boris Margulis, o ile rozumiem, odszedł już od rozwoju, oddając go Instytutowi Wysoce Czystych Preparatów.
Robią to białko, zrobili biotechnologię, mam to nawet w lodówce, Borys dał to do testów. Robią to w dużych ilościach, przechowują w postaci liofilizowanej (w postaci suchej), w sterylnych ampułkach. Właściwie ten lek powinien być stosowany w badaniach klinicznych, może z pewnymi dodatkami. Ale to wymaga pieniędzy.
Kiedy przypadkowo zobaczyłem wiadomość z wywiadu Simbircewa, przeczytałem ją, wysłałem Margulisowi i zapytałem, czy ją przeczytał. Borys odpowiedział mi, że Andrzej (którego dobrze zna) zrobił jakąś głupotę, nawet nie odniósł się do autorów. Autorem tego pomysłu (wykorzystanie czystego białka jako leku przeciwnowotworowego w onkologii), powtarzam, jest Boris Margulis. Ale z tego, co słyszałem od niego ostatnio, odszedł od tej kwestii.
Pracuję nad tym białkiem, ale jako immunomodulator, podobnie jak moje laboratorium. Pracowaliśmy trochę nad właściwościami przeciwnowotworowymi w mysich modelach. Były naprawdę dobre wyniki. Mam na myśli "nagie" białko, ono po prostu ma właściwości immunostymulujące. Nawiasem mówiąc, kolejnym dużym pytaniem jest, co jest przyczyną jego właściwości immunostymulujących: samo białko czy jakieś drobne zanieczyszczenia, takie jak lipopolisacharydy. Białko to otrzymuje się w hodowli bakteryjnej (m.in E coli), jest najpowszechniejszą techniką uzyskiwania rekombinowanych białek. Lipopolisacharydy (LPS) są składnikiem ściany komórkowej bakterii i bardzo trudno jest całkowicie oczyścić hodowlę z tego zanieczyszczenia. Oczywiście, czyszczą go, ale pozostają pewne skromne stężenia. Te zanieczyszczenia LPS mają również właściwości wzmacniające odporność, po prostu dlatego, że układ odpornościowy ewoluował, aby bronić się przed bakteriami. Gdy tylko w organizmie pojawi się „zapach” bakterii, aktywuje się układ odpornościowy. Dlatego wielu autorów uważa obecnie, że właściwości immunostymulujące tego białka, które również modulują odpowiedź przeciwnowotworową, są spowodowane nie przez HSP jako takie, ale przez jego domieszkę. Ale to pytanie jest naukowe, dyskusyjne i nie ma nic wspólnego z praktyką.
Teraz, powtarzam, Boris Margulis odchodzi od tego tematu, od onkologii, i pracuje nad małymi cząsteczkami, które mogą regulować produkcję tego białka. Skontaktował się z chemikami, którzy wiedzą, jak zrobić inhibitory - te specyficzne kinazy, jakieś enzymy wewnątrz komórek, które zatrzymują ich pracę. Inhibitory mogą powiedzieć do jakiegoś enzymu: „Nie, nie masz prawa pracować”.
Odbywa się to bardzo prosto: wszystkie enzymy mają centrum wiązania substratu, a jeśli weźmiesz małą cząsteczkę, która zostanie zintegrowana z tym centrum wiązania substratu, nie będzie już w stanie przetwarzać tego substratu. Boris pracuje obecnie nad cząsteczkami, które hamują wewnątrzkomórkową syntezę tego HSP-70. I rzeczywiście, takie cząsteczki są bardzo istotne, nie tylko dla biologii podstawowej, ale także dla praktyki, medycyny klinicznej”.
Białka szoku cieplnego(białka szoku cieplnego HSP) są szeroko rozpowszechnione w dzikich zwierzętach i należą do najbardziej konserwatywnych cząsteczek w biosferze. Główną funkcją HSP jest ochrona systemów biologicznych przed niszczącymi skutkami stresu. Podczas ewolucji eukariontów niektóre HSP nabyły funkcje, które pozwoliły im zintegrować się z układem odpornościowym.
Rola HSP w interakcji między mechanizmami odporności wrodzonej i nabytej determinuje zdolność HSP do przechwytywania peptydów antygenowych i reprezentowania ich za pomocą DC limfocytom T w kontekście cząsteczek MHC.
Białka szoku cieplnego pełnią ważne funkcje życiowe i są obecne we wszystkich organizmach żywych. Produkty genów zwane białkami szoku cieplnego lub białkami stresu komórkowego wytwarzane w warunkach hipertermii zostały pierwotnie zidentyfikowane jako cząsteczki wytwarzane w odpowiedzi na obecność zniekształconych białek w komórkach. Następnie stwierdzono, że HSP pełnią rolę białek opiekuńczych w niekowalencyjnym składaniu i rozkładaniu innych struktur makrocząsteczkowych, chociaż same nie są stałymi składnikami tych struktur w wykonywaniu ich funkcji biologicznych.
Odpowiedź białka szoku cieplnego rejestrowano nie tylko w warunkach hipertermii, ale także w warunkach stresu oksydacyjnego, kwasicy, niedokrwienia, hipoksji-hiperoksji, wyczerpania energii komórek itp. W tych warunkach HSP są uwalniane z komórek martwiczych podczas niszczenia tkanek lub lizy zakażonych komórek.
Dzięki cechy rozpoznawania hydrofobowych sekwencji aminokwasowych na powierzchni białek jako sygnału ostrzegawczego o ich niestabilności konformacyjnej, HSP są w stanie pełnić tak ważne funkcje, jak udział w zapewnieniu przestrzennej organizacji cząsteczek białek (fałdowanie), ich stabilizacji, korekcji zmian konformacyjnych (ponowne fałdowanie) i translokacji białek przez błony organelli wewnątrzkomórkowych, zapobiegając agregacji białek i degradacji białek niestabilnych. Wraz z tym, HSP wykazują działanie przeciwapoptotyczne. Podsumowując, HSP działają jako system buforowy przeciwko stochastycznym i potencjalnie destabilizującym czynnikom w środowisku komórkowym.
HSP odgrywają ważną rolę w indukcji odpowiedzi immunologicznej, zwłaszcza odporności wrodzonej: zwiększają aktywność komórek NK, dojrzewanie APC oraz produkcję cytokin. Fragmenty peptydowe cząsteczek białek rozszczepiających są przechwytywane przez HSP i ostatecznie przetwarzane w APC indukują reakcje odporności nabytej. Zatem poprzez aktywację APC i udział w przetwarzaniu antygenu białka szoku cieplnego integrują reakcje odporności wrodzonej i nabytej (adaptacyjnej).
Właściwości immunostymulujące wykazują HSP pochodzenia pro- i eukarytycznego. Przedstawiciele kilku rodzin HSP (kalretikulina, HSP10, HSP60, HSP70, HSP90, HSP100 i HSP170) mają zdolność indukowania odpowiedzi immunologicznej.
Funkcje opiekuńcze białek Szok cieplny przeprowadzany jest nie tylko w procesie biogenezy innych białek, ale także podczas odpowiedzi immunologicznej na. Zmiana środowiska w trakcie infekcji stwarza sytuację stresową zarówno dla atakującego patogenu, jak i komórek gospodarza, co objawia się wzajemnym nasileniem syntezy i aktywności funkcjonalnej białek szoku cieplnego. Molekularne białka opiekuńcze bakterii działają jako ligandy dla receptorów na powierzchni komórek gospodarza.
HSP TLR2, TLR4 można rozpoznać. Inne dr96, HSP90 i HSP70, oddziałują z komórkami prezentującymi antygen poprzez wspólny receptor, CD91. Peptydy opiekuńcze HSP wchodzą do makrofagów/komórek dendrytycznych przez CD91, są przetwarzane i prezentowane razem z cząsteczkami MHC I i MHC II. Powoduje to aktywację limfocytów T CD4 i CD8. Oddziaływanie HSP-DC poprzez CD91 prowadzi do dojrzewania komórek dendrytycznych i wydzielania szeregu cytokin.
W wyniku interakcji rekombinowany HSP 70 M tuberculosis z TLR-2 i TLR-4 in vitro wyzwala kaskadę sygnalizacyjną obejmującą białka adaptorowe MyD88, TIRAP, TRIF i TRAM w ludzkich śródbłonkach, a aktywacja czynnika transkrypcyjnego NF-kB zachodzi w mysich makrofagach.
Prezentowane w retikulum endoplazmatycznym eukariontów, białko opiekuńcze GRP94/gp96, poprzez interakcję z TLR-2 i TLR-4, aktywuje komórki dendrytyczne w celu zainicjowania odpowiedzi limfocytów T CD8". Zwiększa to ekspresję cząsteczek MICA/B, które oddziałują z receptorem NKG2D obecnym na powierzchni CD8, ale nie komórek T CD4 *. Kiedy TLR7 oddziałuje z HSP70, aktywnie wydzielanym i uwalnianym podczas nekrotycznej śmierci komórek ssaków, zwiększa się funkcja fagocytarna makrofagów. Efekt ten objawia się w ciągu kilku minut i wyraża się nie tylko w stymulacji fagocytozy, ale także w funkcji prezentowania antygenu limfocytom T poprzez szlaki sygnalizacyjne, w których pośredniczą kinaza fosfoinozytydowa 3 i kinaza p38 MAP.
W trakcie prezentacje komórki T pomocnicze antygenu są również zaangażowane w dojrzałe limfocyty B wykazujące ekspresję TLR-2 i TLR-4. Reagują na LPS, peptydoglikan, HSP60 zwiększając ekspresję MHC II i cząsteczek kostymulujących. Ludzki HSP 60, ale nie E. coli GroEL lub M. tuberculosis HSP65, indukuje proliferację naiwnych mysich komórek B i wydzielanie przez nie IL-6 i IL-10.
Do dziś wielu receptory, rozpoznając wzorce znanych PAMP prokariotów, grzybów, wirusów i patogenów pierwotniaków, pozostają niescharakteryzowane. Istnieje związek między fagocytozą a ekspresją TLR, ponieważ aktywacja sygnału przez TLR wzmaga procesy fagocytarne, a fagocytoza moduluje sekwencję aktywacji TLR.
To oczywiste, że jak dotąd niezdefiniowane wzory molekularne mogą zniekształcać lub kierować nabytą odpowiedzią immunologiczną typu Th-2. Możliwe, że brak sygnałów (np. PAMP), jak niedobór ich MHC I do aktywacji komórek NK, jest bodźcem do wyzwalania odporności typu 2.
Indukcja sygnału przez Receptory toll-podobne może zapewnić nie tylko ochronę organizmu przed różnymi infekcjami. Naruszenie funkcji przewodzenia tych sygnałów prowadzi do rozwoju szeregu procesów patologicznych w organizmie. Na przykład nadmierna produkcja cytokin prozapalnych przez endogenne ligandy może prowadzić do rozwoju przewlekłego stanu zapalnego, chorób autoimmunologicznych, takich jak choroba Leśniowskiego-Crohna, cukrzyca typu 1 i miażdżyca tętnic. Zmiana równowagi w kierunku cytokin prozapalnych jest prawdopodobnie spowodowana rozwojem miejscowego obrzęku i reakcji zapalnych w OUN inicjowanych przez cytokiny prozapalne (TNF-a lub IL-1p). W powstawaniu długotrwałych zaburzeń neurologicznych bierze udział kilka cytokin, które wzmagając wzajemne wytwarzanie i działanie, dłużej pozostają w krążeniu.
Alexander Sapozhnikov nie zgadza się z takim teoretycznym uzasadnieniem mechanizmu działania leku. Według niego, HSP70 może działać według innego schematu, który nie został jeszcze zbadany, ale pozostaje faktem, że w hodowlach komórkowych i pewnej liczbie guzów u dwóch linii szczurów, które zostały zaszczepione „ludzkimi” komórkami nowotworowymi, białko wykazuje aktywność.
Zdaniem autorów pracy, temperatura, w której pracują z HSP70 w hodowlach komórkowych, wynosi 43°C i jest zbyt wysoka dla organizmów żywych, ale najwyraźniej zaangażowane są tam inne mechanizmy, które również nie zostały jeszcze poznane. Dotyczy to również działania egzogennego niekomórkowego białka szoku cieplnego wewnątrz organizmu. „Każdy z nas ma dość wysoki poziom HSP70 we krwi – do 900 nanogramów na mililitr. Wstrzyknęliśmy go zwierzęciu i próbowaliśmy zobaczyć, co dalej dzieje się z białkiem. W ciągu 40 minut zobaczyliśmy ślady HSP70 we krwi, a potem zniknęło. Istnieje opinia, że białko się rozkłada, ale my tak nie uważamy.”
Imponujące wyniki oczekujące na weryfikację
Irina Guzhova mówiła również o dalszych testach leku: „Przetestowaliśmy ten mechanizm na mysim czerniaku B16, który rośnie podskórnie i zastosowaliśmy go w postaci żelu nakładanego na powierzchnię skóry. Wynik był imponujący: przeżywalność myszy była znacznie wyższa niż w grupie kontrolnej, która była leczona żelem bez aktywnego składnika lub nie była leczona w ogóle. Różnica wynosiła około dziesięciu dni. Dla myszy i tego typu guza jest to bardzo dobre opóźnienie. Podobne wyniki uzyskano w przypadku glejaka C6 szczura (guza, który rośnie bezpośrednio w mózgu).
Zwierzęta leczone pojedynczym wstrzyknięciem do mózgu otrzymywały dodatkowe dziesięć dni życia, a zwierzęta, którym wstrzykiwano białko w sposób ciągły przez trzy dni za pomocą pompy, czas ten wydłużał się o kolejne dziesięć dni, ponieważ guz rósł wolniej. Pokazaliśmy, że jeśli zubożysz populację limfocytów T u myszy z guzem i usuniesz już „nauczone” komórki NK lub limfocyty CD8-dodatnie, one również nie rozpoznają guza. Można stwierdzić, że główną funkcją HSP70 w tym procesie jest aktywacja swoistej odporności.”
Dane te skłoniły naukowców do przeprowadzenia ograniczonych badań w Klinice Polenov (Instytut Badawczy Neurochirurgii w St. Petersburgu). „W tym czasie w naszym zespole był neurochirurg Maksym Szewcow, który równolegle ze studiami podyplomowymi Borysa Aleksandrowicza (Margulis, - ok. miejsce) odbył rezydenturę w tym instytucie badawczym. Przekonał swojego przełożonego, profesora Chaczaturiana, do przetestowania leku. Zgodnie z ówczesnym ustawodawstwem wystarczyła decyzja Rady Naukowej i świadoma zgoda pacjentów i przydzielono nam 25 pacjentów. Wszyscy mieli różne guzy mózgu i wszyscy otrzymali to, do czego byli uprawnieni w ramach ubezpieczenia, ale dodatkowo po chirurgicznym usunięciu guza Maxim wstrzyknął roztwór HSP70 do łóżka operacyjnego.
Problem polega na tym, że guzy mózgu są trudne do całkowitego usunięcia. Zawsze są małe kawałki, których usunięcie jest niebezpieczne, ponieważ za ich pomocą można usunąć osobowość, a te kawałki powodują nawroty. Ale wyniki okazały się absolutnie zdumiewające: po operacji u pacjentów wzrosła liczba komórek odporności swoistej, zmniejszyła się liczba pronowotworowych („przeniesionych na bok guza”) limfocytów T, a zmniejszyła się ilość interleukiny-10 (cząsteczki informacyjnej układu odpornościowego).
Badanie miało charakter pilotażowy, nie było randomizowane, nie było też grupy kontrolnej i przeprowadzono je w 2011 roku. W tym samym roku uchwalono ustawę, zgodnie z którą takie testy były zabronione i musiały zostać przerwane, gdy tylko się rozpoczęły. Pozostało nam 12 operowanych pacjentów. Ci, którzy są zaznajomieni z kliniczną częścią badań, mają pojęcie, jak trudno jest prześledzić losy pacjentów po tym, jak każdy z nich opuści klinikę. Dlatego wiemy tylko o ośmiu, z którymi można było się skontaktować, i wszyscy nadal żyją. Na początku jesieni ubiegłego roku byli całkiem zdrowi, a ci, którzy kontynuowali naukę, jesienią poszli do szkoły, choć średnia długość życia z wykrytym glejakiem to 14 miesięcy.
Teraz, zdaniem prelegentów, dobiegają końca badania przedkliniczne, a lek wymaga wieloetapowego testowania na pacjentach, co potrwa kilka lat (dlatego w artykule Izwiestii pojawił się tak niewiarygodnie krótki czas, zanim lek wejdzie do rynek - 3-4 lata).
Alexander Sapozhnikov również podkreślił znaczenie badań klinicznych: „Guz wszczepiony myszom i ludzki guz to niebo i ziemia. Lek może działać na ten guz, ale może być nieskuteczny w przypadku normalnych guzów myszy lub ludzi. Zapewnij swoich kolegów, że nie ma lekarstwa na wszystkie choroby naraz.
Podobnie sami badacze. „Na tych etapach wszystko działa (i bardzo dobrze), ale oczywiście nie jest to lek, który podnosi Łazarza”, mówi Irina Guzhova, „jednak jest dość skuteczny i wart przejścia badań klinicznych. I mamy nadzieję, że tak się stanie.”
Po prostu kosmos
Czytelnik może mieć uzasadnione pytanie: skąd wziął się kosmos? Irina Guzhova wyjaśnia: „Faktem jest, że testy przeprowadzono w oparciu o Instytut Wysoce Czystych Preparatów, którego pracownicy mają duże doświadczenie w rejestrowaniu patentów i pisaniu artykułów, więc przekazaliśmy im tę sprawę. W tym samym czasie zaczęli produkować to białko, a my przeprowadzaliśmy eksperymenty na zwierzętach. Ale w międzyczasie przedstawiciel Roskosmosu zwrócił się do nich i zapytał, czy mamy jakieś nieskrystalizowane białko do krystalizacji w kosmosie, na orbicie. Dostali HSP70, próbowali wyhodować kryształy na orbicie, ale nic się nie stało.
Problem okazał się tkwić w strukturze białka. Bardzo ruchoma część w strukturze białka zakłócała krystalizację, więc zaczęto próbować krystalizować je w kawałkach, aby związać ruchomą część specjalną cząsteczką, aby ją „trzymała”. Wciąż próbują. „Ta historia o komórkach, które rosną w kosmosie i leczą każdego z raka, wyrosła stąd” – komentuje Irina Guzhova.
Powiedziała też, że do testów w kosmosie i na myszach białko zostało poddane bardzo wysokiemu stopniowi oczyszczenia - około 99%. Jeśli chodzi o wątpliwości, że to nie chaperon aktywuje układ odpornościowy, ale lipopolisacharyd (LPS), składnik ściany komórkowej bakterii, w której to białko jest wytwarzane, prawdopodobieństwo takie jest niewielkie. Chociaż LPS „przykleja się” do HSP bardzo mocno i dość trudno jest oczyścić białko z jego najmniejszych zanieczyszczeń. Naukowcy postawili dodatkowe kontrole, aby wykazać, że to nie on, a mianowicie opiekun - jest przyczyną działania leku. Na przykład lek można gotować, co nie wpływa na LPS, ale niszczy strukturę białka. Wtedy jego właściwości HSP są tracone, a lek przestaje działać, co nie miałoby miejsca, gdyby był to głównie bakteryjny LPS.
Ponadto badacze porównali efekt wprowadzenia składników ściany komórkowej bakterii z efektem HSP70 i porównania te wypadły wyraźnie na korzyść tego drugiego.
„Nie mówiliśmy głupich rzeczy. I co? “Zero emocji!”
Irina informuje, że naukowcy nie stwierdzili jeszcze żadnych niepożądanych reakcji podczas testów, ale mogą się one opóźnić. „Uważam, że badacz powinien przede wszystkim próbować wszystkiego na sobie, ma za sobą dwa kursy terapii opiekuńczej. Nie było żadnych skutków ubocznych, wręcz przeciwnie, wydawało się, że drobne rany znikają, a za plecami wyrastają skrzydła.
„Z drugiej strony wszystko, co było w mediach, to prawdziwa hańba” – zauważa badaczka. - Ale, jak to mówią, nie byłoby szczęścia, ale nieszczęście pomogło: już teraz do Instytutu Preparatów Wysoce Czystych napływają telefony z ofertami pomocy przy badaniach klinicznych. Mówiliśmy na konferencjach iw różnych skromniejszych mediach, mówiliśmy o tym samym, ale weryfikowaliśmy słowa, nie mówiliśmy bzdur. I co? - Zero emocji! A potem taka mgła przetoczyła się przez ekrany i proszę! Takie ciekawe społeczeństwo, taki interesujący kraj”.
Jednak według źródeł strony Simbirtsev został zmuszony do udzielenia wywiadu, od którego wszystko się zaczęło. zaproponował udzielenie wywiadu w celu pobudzenia zainteresowania problematyką Instytutu i pozyskania dodatkowego finansowania badań klinicznych. Ponadto pojawiają się pogłoski, że instytut może utracić osobowość prawną w związku z zachodzącymi w całym kraju fuzjami organizacji naukowych. Najwyraźniej naukowiec nie był gotowy, aby szczegółowo i popularnie opowiedzieć gazecie o tym, co się dzieje. „Wszystko, co mogło zostać źle zrozumiane, tym razem zostało źle zrozumiane” — zauważa źródło.
W rezultacie sytuacja coraz bardziej przypomina osławioną bajkę, kiedy Roskosmos i agencje rządowe rozdające granty pędzą w obłoki, oczekując natychmiastowych rezultatów od nauk podstawowych, rak cofa się, dziennikarze rozlewają ustrukturyzowaną wodę… I Nauka rosyjska po raz kolejny znalazła się w sytuacji nie do pozazdroszczenia, zmuszona do usprawiedliwiania zbrodni, których nie popełniła.