Vse žive celice se na povišanje temperature in nekatere druge obremenitve odzovejo s sintezo specifičnega niza beljakovin, imenovanih proteini toplotnega šoka (Hsp, protein toplotnega šoka, stresni protein). Pri številnih bakterijah je bil ugotovljen univerzalni adaptivni odziv kot odziv na različne stresne dejavnike (visoke in nizke temperature, oster premik pH itd.), Ki se kaže v intenzivni sintezi majhne skupine podobnih beljakovin. Takšne proteine imenujemo proteini toplotnega šoka, sam pojav pa imenujemo sindrom toplotnega šoka. Stres na bakterijsko celico povzroči zaviranje sinteze običajnih proteinov, sproži pa sintezo majhne skupine proteinov, katerih funkcija je predvidoma zoperstavljanje stresu z zaščito najpomembnejših celičnih struktur, predvsem nukleoidov in membran. Regulacijski mehanizmi, ki se sprožijo v celici pod vplivi, ki povzročajo sindrom toplotnega šoka, še niso jasni, vendar je očitno, da gre za univerzalni mehanizem nespecifičnih adaptivnih modifikacij.
Kot smo že omenili, HSP vključujejo beljakovine, ki jih sintetizirajo celice kot odziv na toplotni šok, ko je izražanje glavne skupine beljakovin, vključenih v normalni metabolizem, potlačeno. Družina 70 kDa HSP (evkariontski HSP-70 in prokariontski DnaK) vključuje proteine toplotnega šoka, ki igrajo bistveno vlogo tako pri zagotavljanju preživetja celic v stresnih razmerah kot pri normalnem metabolizmu. Stopnja homologije med prokariontskimi in evkariontskimi proteini presega 50 % s popolno istovetnostjo posameznih domen. 70 kDa HSP so ena najbolj ohranjenih skupin beljakovin v naravi (Lindquist Craig, 1988; Yura in sod., 1993), kar je verjetno posledica spremljevalnih funkcij, ki jih ti HSP opravljajo v celicah.
Indukcija genov za beljakovine toplotnega šoka (HSP) pri evkariontih poteka pod vplivom faktorja toplotnega šoka HSF. V celicah brez stresa je HSF prisoten tako v citoplazmi kot v jedru kot monomerna oblika, vezana na Hsp70, in nima aktivnosti vezave na DNA. V odgovor na toplotni šok ali drug stres Hsp70 disociira od HSF in začne zvijati denaturirane proteine. HSF je sestavljen v trimerje, ima aktivnost vezave na DNA, kopiči se v jedru in se veže na promotor. Hkrati se transkripcija šaperonov v celici večkrat poveča. Ko stres mine, se sproščeni Hsp70 spet veže na HSF, ki izgubi aktivnost vezave na DNA in vse se vrne v normalno stanje [Morimoto ea 1993].Proteini toplotnega šoka se med bakterijskimi okužbami pojavijo na površini celic sinovialne membrane.
Večina teh beljakovin toplotnega šoka nastane kot odgovor na druge škodljive dražljaje. Morda celici pomagajo preživeti stresne situacije. Obstajajo tri glavne družine proteinov toplotnega šoka – družina proteinov s pomolom. z maso 25, 70 in 90 kDa (hsp25, hsp70 in hsp90. V normalnih celicah so našli veliko zelo podobnih proteinov iz vsake od teh družin. Pomagajo pri raztapljanju in ponovnem zvijanju denaturiranih ali napačno zvitih proteinov. Imajo tudi druge funkcije.
Najbolj raziskani so proteini družine hsp70. Ti proteini se vežejo na številne druge proteine, pa tudi na nenormalne proteinske komplekse in agregate, iz katerih se nato sprostijo z vezavo ATP. Pomagajo raztapljati in ponovno zvijati agregirane ali napačno zvite beljakovine skozi več ciklov dodajanja in hidrolize ATP. Nenormalni proteini so prisotni v vsaki celici, vendar se pod določenimi vplivi, kot je toplotni šok, njihovo število v celici dramatično poveča, zato se pojavi potreba po veliki količini proteinov toplotnega šoka. Kaj zagotavlja aktivacija transkripcije določenih genov toplotnega šoka.
Proteini toplotnega šoka, ki tvorijo kompleks z rastočo polipeptidno verigo, preprečujejo njegovo nespecifično agregacijo in razgradnjo zaradi delovanja znotrajceličnih proteinaz, kar prispeva k pravilnemu zlaganju blokov, ki se pojavi s sodelovanjem drugih spremljevalcev. Hsp70 je vključen v od ATP odvisno odvijanje polipeptidnih verig, zaradi česar so nepolarne regije polipeptidnih verig na voljo za delovanje proteolitičnih encimov.
Proteini toplotnega šoka so kodirani z družino evolucijsko odpornih genov, ki se izražajo kot odziv na različne stresne pogoje in so vključeni v prilagoditvene mehanizme. Stresni proteini, ki so bili prvič odkriti med toplotnim šokom pri Drosophili, so vključeni v večino fizioloških procesov vseh živih organizmov in so sestavni del enega samega signalnega mehanizma [Ananthan J., Goldberg A.L. 1986, Massa S.M., Swanson R.A. 1996, Morimoto R., Tissieres A. 1994, Ritossa F. 1962].
Aktivacija transkripcijskih faktorjev stresnih proteinov (HSF) se pojavi z njihovo fosforilacijo pod vplivom povečanja znotrajcelične koncentracije kalcija, prostih radikalskih reakcij lipidne peroksidacije in drugih procesov oksidativnega stresa, aktivacije inhibitorjev proteaz in tirozin kinaz. Toda glavni sprožilec, ki sproži sintezo stresnih proteinov, je pomanjkanje ATP, ki spremlja nezadostno oskrbo možganskega tkiva s kisikom in glukozo [Benjamin I.J., Hone S. 1992, Bruce J.L., Price B.D. 1993, Cajone F., Salina M. 1989, Courgeon A.-M., Rollet E. 1988, Freeman M.L., Borrelli M.J. 1995, Kil H.Y., Zhang J. 1996, Suga S., Novak T.S., Jr. 1998 , Price B.D., Calderwood S.K. 1991, Zhou M., Wu X. 1996].
Obstaja več razredov transkripcijskih faktorjev stresnih proteinov, med katerimi je protein HSF1 mediator odziva na stres, protein HSF2 pa regulator genov hsp. V pogojih cerebralne ishemije HSF1 in HSF2 sinergistično aktivirata transkripcijo genov. Tvorijo aktivirane trimerje, ki se vežejo na regulatorne sekvence (HSE) v promotorskih regijah stresnih genov, kar povzroči sintezo mRNA. Kopičenje stresnih proteinov vodi do "vklopa" avtoregulacijske zanke, kar prekine njihovo nadaljnjo ekspresijo [Baler R., Zou J. 1996, Mestril R., Ch, S.-H. 1994, Sistonen L, narednik K.D. 1994, Rabindran S.K., Haroun R.I. 1993, Narednik K.D., Murphy S. 1993, Sorger P.K., Pelham H.R.B. 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].
V eksperimentalnih modelih s fokalno cerebralno ishemijo je bilo ugotovljeno, da je ekspresija gena glavnega stresnega proteina, proteina HSP72, zabeležena v omejenem predelu možganov z zmanjšanjem možganskega krvnega pretoka pod 50% norma in samo v celicah, ki ostanejo sposobne preživeti. V skladu s tem je v jedrskem območju ishemije ekspresija gena hsp72 opazna predvsem v vaskularnih endotelijskih celicah, ki so bolj odporne na ishemijo; v obrobnem območju infarkta - in v glialnih celicah, v coni penumbra - in v nevronih [
»Proteini toplotnega šoka« (skrajšano HSP ali HSP iz angl. Heat shock proteins) so posebne spojine, ki jih celice živih organizmov proizvajajo med močnim povišanjem temperature ali kot posledica drugih stresnih obremenitev. Prve HSP so znanstveniki prvi odkrili sredi prejšnjega stoletja. Od takrat se aktivno proučuje vloga beljakovin toplotnega šoka pri rastlinah, živalih in ljudeh.
Sprva je veljalo, da imajo izključno zaščitno vlogo, saj preprečujejo nastanek nepopravljive škode. Sčasoma pa je postalo jasno, da lahko te spojine aktivno sodelujejo pri regeneraciji poškodovanih celičnih struktur, pa tudi pri delovanju imunskega sistema.
Zlasti je bilo domnevano, da so HSP vključeni v vezavo proteinskih fragmentov, ki se pojavijo med uničenjem malignih tumorskih celic. V tem primeru nastanejo konglomerati, ki jih imunost proti raku prepozna kot "agresorja", tj. pride do tako imenovane "predstavitve antigena". Z drugimi besedami, človeški imunski sistem dobi priložnost, da »vidi raka«, ki se v normalnih razmerah pred njim precej uspešno prikrije. Posledično se sproži naravni proces uničenja tumorja.
Potrditev te teorije, pa tudi temeljita študija strukture proteina toplotnega šoka in njegovega delovanja v tumorskih tkivih na molekularni ravni, je postala mogoča šele po tem, ko je ta edinstvena snov vstopila na mednarodno vesoljsko postajo. V vesolje so ga poslali ruski strokovnjaki z raziskovalnega inštituta visoko čistih biopreparatov FMBA, ki so sintetizirali HSP z uporabo ekskluzivnih tehnologij genskega inženiringa.
Zahvaljujoč breztežnosti so iz izvornega materiala zrasli popolnoma enakomerni kristali beljakovin, primerni za rentgensko difrakcijsko analizo, »zapakirani« v najtanjše molekularne cevke. Vesoljska stopnja je omogočila uspešno rešitev glavnega problema, s katerim se soočajo znanstveniki: v pogojih gravitacije so beljakovine rasle neenakomerno in na Zemlji ni bilo mogoče dobiti kristalov s pravilno geometrijo. Analizo kristalnih beljakovin, gojenih v vesolju, so izvedli ruski in japonski znanstveniki z uporabo sodobne težke opreme.
Pridobljeni podatki so bili podlaga za ustvarjanje edinstvenega zdravila, katerega učinek so testirali najprej v epruvetah na celičnih kulturah, nato pa na laboratorijskih živalih. Miši s sarkomom in melanomom, vključno z živalmi s četrto (terminalno) stopnjo bolezni, so zdravili z zdravilom na osnovi sintetiziranega HSP.
Rezultati so bili več kot impresivni:
- absolutna večina miši si je popolnoma opomogla;
- stranski učinek ni bil zabeležen.
Kako ruski znanstveniki dobijo beljakovine toplotnega šoka
HSP proizvajajo bakterijske celice, ki so uvedle gen, izoliran iz človeških celic in kloniran. Ta gen je odgovoren za sintezo proteina toplotnega šoka. Trenutno se njegova proizvodnja s to tehnologijo izvaja na proizvodnih mestih Raziskovalnega inštituta OChB.
Kako "deluje" zdravilo in katere vrste raka lahko z njim zdravimo
Uporaba biološkega proizvoda je namenjena povečanju koncentracije HSP v tumorskih tkivih bolnikov z rakom na vrednosti, ki povzročajo terapevtski učinek. Ta potreba obstaja, ker beljakovina toplotnega šoka v človeškem telesu "odpornost proti raku":
- proizvedeno v zelo majhnih količinah;
- ne morejo "sestaviti" v zdrave celice in "prenesti" v atipične rakave celice.
Razvijalci trdijo, da je metoda, ki so jo razvili, univerzalna, tako kot je univerzalen sam protein, ki ga proizvajajo vsa tkiva našega telesa. Torej, če nadaljnji testi potrdijo terapevtski učinek zdravila in ne odkrijejo stranskih učinkov, se lahko uporablja za zdravljenje absolutno vseh oblik raka.
Druge prednosti ruskega razvoja:
- Zdravljenje je učinkovito v terminalnih fazah, tj. ravno takrat, ko se je s tumorjem izjemno težko, zelo pogosto nemogoče, spoprijeti drugače.
- Znanstveniki razmišljajo o možnosti ciljnega delovanja zdravila. Doslej so zdravilo dajali laboratorijskim živalim intravenozno in s krvjo razporejali po telesu. V fazi kliničnih preskušanj strokovnjaki nameravajo preizkusiti metodo ciljne dostave proteina toplotnega šoka tumorskim celicam vzporedno z intravenskim dajanjem, v upanju, da bodo še povečali učinkovitost zdravljenja in zmanjšali tveganje neželenih učinkov. Ta možnost bistveno razlikuje rusko tehnologijo od metode celične terapije CAR-T, katere uradna uvedba v klinično prakso se pričakuje poleti 2017.
Denar za zadnjo fazo predkliničnih študij novega zdravila (približno 100 milijonov rubljev) je že najden. Treba je najti še sponzorja, ki si bo z državo delil sredstva za klinične raziskave. Doslej so imele prednost rusko podjetje. Če ruskih sponzorjev ne bo mogoče najti, bodo preučene možnosti partnerstva z japonskimi podjetniki ali poslovnimi strukturami iz drugih držav. Za dokončanje postopka testiranja lahko traja še 3-4 leta. S pozitivnim izidom bodo onkologi lahko dobili zelo učinkovito orodje v boju proti raku.
Kaj lahko odvrne vlagatelje in zmanjša stopnjo optimizma v napovedih
Naložbe v kakršna koli klinična preskušanja prinašajo precej velika tveganja za posel. Dejansko je tudi s sodobnim razvojem znanosti nemogoče z absolutno gotovostjo domnevati, kako se bo novo zdravilo obnašalo, kako učinkovito in varno bo ne v epruveti in v telesu laboratorijske miši, ampak v praksi. Vendar pa je iskanje naložb le vprašanje časa.
Kako učinkovita bo nova metoda, bo pokazal čas. Na primer, ni mogoče izključiti, da z oslabljeno naravno imunostjo njegova sposobnost za boj proti tumorju preprosto ne bo zadostovala.
In seveda šele po nekaj letih bo mogoče razumeti:
- ali lahko rakave celice mutirajo v iskanju zaščite pred "šok dozami" HSP;
- ali bo delovanje zdravila dolgoročno povzročilo neželene posledice.
Gradivo z zelo optimističnim podnaslovom »Gensko spremenjeno zdravilo za vse vrste in stopnje malignih tumorjev lahko bolniki prejmejo v treh do štirih letih«.
Vendar pa bo vsak, ki ima kakršno koli znanje o terapiji raka, v najboljšem primeru presenečeno dvignil obrvi, v najslabšem primeru pa ogorčen ob pogledu na takšno napoved. Povemo vam, kaj je narobe z naslednjo "znanstveno senzacijo".
Kaj se je zgodilo?
Razvoj zdravila, ki je bil opisan v Izvestijah, poteka na Državnem raziskovalnem inštitutu za visoko čiste pripravke Zvezne medicinske in biološke agencije (FMBA) Rusije. Namestnik direktorja za raziskave inštituta, dopisni član Ruske akademije znanosti in doktor medicinskih znanosti, profesor Andrej Simbircev, je v tem članku pod naslovom »Zdravilo za raka je bilo ustvarjeno v Rusiji in testirano v vesolju« povedal Dopisnik Izvestia o "proteinu toplotnega šoka", ki je bil kristaliziran v ničelni gravitaciji na ISS in je zdaj v predkliničnem testiranju.
Zdaj potekajo raziskave s subvencijo Ministrstva za izobraževanje in znanost, znanstveniki pa nameravajo najti 100 milijonov rubljev za klinična preskušanja s pomočjo zasebnih vlagateljev in 50-odstotnega programa državnega sofinanciranja. Da bi ga pritegnili, bodo razvijalci »potrkali na vsa vrata, saj je zdravilo edinstveno. Smo na robu odkritja povsem novega zdravljenja raka. Pomagal bo ljudem z neozdravljivimi tumorji.«
"Zdravilo že izdelujemo v proizvodnih obratih raziskovalnih inštitutov," navdušenim novinarjem pove Andrey Simbirtsev in doda, da jih trenutno testirajo na miših, do pacientov pa bo prišlo v samo treh do štirih letih.
V čem je fora?
Vse to zveni zelo navdihujoče, vendar so proteini toplotnega šoka res znani že dolgo, vendar ljudje iz nekega razloga še vedno niso naredili zdravila za vse vrste raka. To je precej velika družina beljakovin, ki se aktivirajo kot odziv na stres s povišanjem (in včasih celo znižanjem) temperature. Celici pomagajo pri soočanju s posledicami razgradnje strukture drugih beljakovin. Najbolj znan primer takšne spremembe je zvijanje glavne sestavine jajčnega beljaka, albumina, med cvrtjem ali vretjem, ko se iz prozorne barve spremeni v belo. Proteini toplotnega šoka torej odpravijo posledice teh sprememb: »popravijo« oziroma dokončno izkoristijo degradirane strukture. Številni proteini toplotnega šoka so tudi spremljevalci, ki pomagajo drugim proteinom pri pravilnem zvijanju.
Referenca:
Šaperoni so razred proteinov, katerih glavna funkcija je obnavljanje terciarne ali kvartarne strukture proteinov, sodelujejo pa tudi pri tvorbi in disociaciji proteinskih kompleksov.
Beljakovine toplotnega šoka najdemo v vseh celicah. Vendar se v različnih celicah (zlasti tumorskih celicah, ki se pri različnih vrstah raka zelo razlikujejo tako med seboj kot tudi od normalnih telesnih celic) ti proteini obnašajo različno. Na primer, pri nekaterih vrstah raka se lahko izražanje proteina HSP-70 tako poveča (pri malignem melanomu) kot zmanjša (pri raku ledvic).
Da bi razumeli, o kakšni beljakovini govorimo in ali se res uporablja pri zdravljenju raka ter lahko pomaga pri vseh njegovih vrstah, smo se pogovarjali z doktorjem bioloških znanosti Aleksandrom Sapožnikovim. Ta znanstvenik je vodja Laboratorija za celične interakcije na Inštitutu za bioorgansko kemijo M.M. Shemyakin in Yu.A. Ovchinnikov RAS, ki se že vrsto let ukvarja z enim najbolj obetavnih razvojev na tem področju proteinov toplotnega šoka. Na ta članek je komentiral:
»Ne bom rekel, da je to neumnost, vendar je to popolnoma napačna informacija. Avtor ideje o uporabi proteinov toplotnega šoka z molekulsko maso 70 kilodaltonov (tako imenovani HSP-70, v angleščini HSP70) je moj prijatelj in kolega Boris Margulis. Dela na Inštitutu za citologijo v Sankt Peterburgu.
Z ženo Irino Guzhovo se že vse življenje ukvarjata s tem proteinom (tudi sam se ukvarjam že vrsto let, vendar ne z raziskavami, povezanimi s terapijo raka). Formalno je vodja laboratorija Irina, ki proučuje, kako so beljakovine povezane z nevrodegenerativnimi boleznimi, Boris pa je predstojnik oddelka. Je prvi človek na svetu, ki je predlagal uporabo "golega" proteina, ki ni obremenjen z antigeni, povezanimi s tumorjem.
Nisem verjel v njegove ideje o tej uporabi tega proteina (pravzaprav še ni dokazano, da bo učinkovit). Če »plešete od štedilnika«, je tu hindujec Pramod Srivastava, ki je rojen v Indiji, a je študiral, živi in dela v Ameriki. Pred davnimi časi je s pomočjo HSP-70 izdelal ne samo »cepivo« proti tumorju, ampak je odprl tudi kliniko in z njim zdravi bolnike z rakom. Srivastava ekstrahira to beljakovino neposredno iz tumorja: od pacientov vzame biopsijo, jo ekstrahira iz koščkov tkiva (obstajajo posebni načini, kako dobiti zelo visok delež te beljakovine).
Vendar pa je beljakovina, ki jo pridobivajo iz tkiv bolnikov z rakom, v močni povezavi s peptidi, povezanimi s tumorjem – tistimi znaki tumorja, ki jih prepozna imunski sistem. Zato pri dajanju tega kompleksa bolnikom veliko število bolnikov razvije imunski odziv in doseže pozitiven učinek za bolnika.
Dejansko po statističnih podatkih ta učinek ne presega učinka kemoterapije. A kljub temu kemoterapija »zastrupi« telo, ne »zastrupi« pa takšno »cepljenje«. To je zelo stara zgodba, ta pristop se že dolgo uporablja v kliniki.
Aleksander Sapožnikov. Doktor bioloških znanosti, profesor
Kar zadeva Borisa Margulisa, je (zlasti na podlagi mojega laboratorija) pokazal (in objavil rezultate svojega dela), da če tumorskim celicam dodamo čiste beljakovine, brez kakršne koli tumorske obremenitve, potem te eksogene beljakovine povzročijo tumorske celice. za izpostavitev istih s tumorjem povezanih peptidov, ki se običajno nahajajo znotraj teh celic, v citoplazmi. Potem jih imunski sistem prepozna, telo pa bo te celice samo zavrnilo in se borilo proti tumorju.
To se je pokazalo v kulturi in vitro, torej ne v telesu, ampak v epruveti. Poleg tega je Boris Margulis trdil le otroško levkemijo, saj je povezan s kliniki v Sankt Peterburgu. Kar je Simbircev povedal v svojem intervjuju, je že razširitev te metode uporabe golih, čistih beljakovin.
Mehanizem delovanja tega čistega proteina je, da prisili tumor, da izvleče na površje (kot je temu rekel sam Margulis, »iztisne«) te peptide z njihovim endogenim proteinom. Ta protein se nahaja v vseh celicah in ni celice na svetu, ki tega proteina ne bi imela. To je zelo starodavna, zelo konzervativna beljakovina, vsi jo imajo (ne govorim zdaj o virusih).
Margulis sam ne bi potegnil predkliničnih študij, prejel je (pred petimi leti) štipendijo skupaj z Inštitutom za visoko čiste pripravke. Očitno ta Simbirtsev dela na tem inštitutu, njegov priimek sem slišal velikokrat, a ker je to Zvezna medicinsko-biološka agencija, ki ji pripada Inštitut za imunologijo na Kaširki, kjer sem delal vrsto let, potem je to najverjetneje Inštitut za zdravila visoke čistosti, s katerim je prejel štipendijo za predklinične študije. V sovjetskih časih je bil tretji direktorat Ministrstva za zdravje. Prav s tem inštitutom je bila za tri leta, ki so se končala pred dvema letoma, od šolskega ministrstva 30-milijonska nepovratna sredstva.
Inštitut za visoko čiste preparate je naredil vso papirologijo, poročali so o svoji donaciji, saj je za naslednjo fazo, promocijo zdravila, tudi tam potreben denar. To je prva faza kliničnih raziskav. Tu se je Boris Margulis, kolikor razumem, že oddaljil od razvoja in ga dal Inštitutu za zelo čiste pripravke.
Oni delajo ta protein, oni so naredili biotehnologijo, jaz ga imam celo v hladilniku, Boris ga je dal v preizkus. Izdelujejo ga v velikih količinah, shranjujejo v liofilizirani obliki (v suhi obliki), v sterilnih ampulah. Pravzaprav bi bilo treba to zdravilo uporabljati v kliničnih preskušanjih, morda z nekaj dodatki. Ampak to zahteva denar.
Ko sem slučajno videl novico iz intervjuja Simbirceva, sem jo prebral, poslal Margulisu in vprašal, ali jo je prebral. Boris mi je odgovoril, da je Andrej (s katerim se dobro pozna) naredil nekakšno neumnost, niti se ni skliceval na avtorje. Avtor te ideje (za uporabo čistega proteina kot protitumorskega zdravila v onkologiji), ponavljam, je Boris Margulis. Ampak, kolikor sem ga zadnje čase slišal, se je od tega vprašanja odmaknil.
Delam na tej beljakovini, vendar kot imunomodulatorju, kot je moj laboratorij. Nekaj časa smo se ukvarjali s protitumorskimi lastnostmi na mišjih modelih. Bili so res dobri rezultati. Mislim na "gole" beljakovine, le da imajo imunostimulativne lastnosti. Mimogrede, drugo veliko vprašanje je, kaj je razlog za njegove imunostimulacijske lastnosti: sama beljakovina ali nekatere majhne nečistoče, kot so lipopolisaharidi. Ta protein je pridobljen v bakterijski kulturi (in E.coli), je najpogostejša tehnika za pridobivanje rekombinantnih proteinov. Lipopolisaharidi (LPS) so sestavni del bakterijske celične stene in zelo težko je popolnoma očistiti kulturo te nečistoče. Seveda ga očistijo, a nekaj pičlih koncentracij ostane. Te nečistoče LPS imajo tudi lastnosti krepitve imunskega sistema, preprosto zato, ker se je imunski sistem razvil tako, da se brani pred bakterijami. Takoj ko se v telesu pojavi »vonj« po bakterijah, se aktivira imunski sistem. Zato mnogi avtorji zdaj verjamejo, da imunostimulacijske lastnosti tega proteina, ki prav tako modulirajo protitumorski odziv, ne povzroča HSP kot tak, temveč njegova primes. Toda to vprašanje je znanstveno, sporno in nima nobene zveze s prakso.
Zdaj, ponavljam, Boris Margulis se odmika od te teme, od onkologije, in dela na majhnih molekulah, ki lahko uravnavajo proizvodnjo tega proteina. Povezal se je s kemiki, ki znajo narediti inhibitorje - te specifične kinaze, nekakšne encime znotraj celic, ki ustavijo njihovo delo. Zaviralci lahko nekemu encimu rečejo: "Ne, nimaš pravice delati."
To se naredi zelo preprosto: vsi encimi imajo center za vezavo substrata in če vzamete neko majhno molekulo, ki se bo integrirala v ta center za vezavo substrata, ta tega substrata ne bo mogla več obdelati. Boris trenutno dela na molekulah, ki zavirajo znotrajcelično sintezo tega HSP-70. In res so takšne molekule zelo pomembne, ne le za temeljno biologijo, ampak tudi za prakso, klinično medicino.«
Proteini toplotnega šoka(proteini toplotnega šoka HSP) so široko razširjeni v divjih živalih in so med najbolj ohranjenimi molekulami v biosferi. Glavna funkcija HSP je zaščita bioloških sistemov pred škodljivimi učinki stresa. Med evolucijo evkariontov so nekateri HSP pridobili funkcije, ki so jim omogočile integracijo v imunski sistem.
Vloga HSP v interakciji med mehanizmi prirojene in pridobljene imunosti je določena s sposobnostjo HSP, da prestrežejo antigenske peptide in jih s pomočjo DC predstavijo T-limfocitom v kontekstu molekul MHC.
Proteini toplotnega šoka zagotavljajo pomembne vitalne funkcije in so prisotni v vseh živih organizmih. Genski produkti, imenovani proteini toplotnega šoka ali proteini celičnega stresa, proizvedeni v pogojih hipertermije, so bili prvotno identificirani kot molekule, proizvedene kot odziv na prisotnost napačno oblikovanih proteinov v celicah. Nato je bilo ugotovljeno, da HSP igrajo vlogo šaperonov pri nekovalentnem sestavljanju in razstavljanju drugih makromolekularnih struktur, čeprav sami niso trajne komponente teh struktur pri opravljanju svojih bioloških funkcij.
Odziv beljakovin na toplotni šok je bil zabeležen ne samo v pogojih hipertermije, ampak tudi pri oksidativnem stresu, acidozi, ishemiji, hipoksiji-hiperoksiji, energijskem izčrpanju celic itd. V teh pogojih se HSP sproščajo iz nekrotičnih celic med uničenjem tkiva ali lizo okuženih celic.
Zahvale gredo Značilnosti prepoznavanja hidrofobnih aminokislinskih zaporedij na površini proteinov kot opozorilnega signala njihove konformacijske nestabilnosti so HSP sposobni opravljati tako vitalne funkcije, kot so sodelovanje pri zagotavljanju prostorske organizacije proteinskih molekul (zgibanje), njihova stabilizacija, korekcija konformacijskih sprememb (ponovno zlaganje) in translokacijo proteinov skozi membrane intracelularnih organelov, kar preprečuje agregacijo proteinov in razgradnjo nestabilnih proteinov. Poleg tega HSP kažejo anti-apoptotično aktivnost. Skupaj HSP delujejo kot varovalni sistem proti stohastičnim in potencialno destabilizirajočim dejavnikom v celičnem okolju.
HSP igrajo pomembno vlogo pri indukciji imunskega odziva, predvsem prirojene imunosti: povečajo aktivnost NK celic, zorenje APC in produkcijo citokinov. Peptidne fragmente cepilnih proteinskih molekul prestrežejo HSP in sčasoma ob obdelavi v APC inducirajo reakcije adaptivne imunosti. Tako proteini toplotnega šoka z aktivacijo APC in sodelovanjem pri obdelavi antigena združujejo reakcije prirojene in pridobljene (adaptivne) imunosti.
Imunostimulativne lastnosti kažejo HSP pro- in evkaritnega izvora. Predstavniki več družin HSP (kalretikulin, HSP10, HSP60, HSP70, HSP90, HSP100 in HSP170) imajo sposobnost induciranja imunskega odziva.
Šaperonska funkcija proteinov toplotni šok se izvaja ne le v procesu biogeneze drugih proteinov, ampak tudi med imunskim odzivom na. Sprememba okolja med okužbo ustvari stresno situacijo tako za vdornega patogena kot za gostiteljske celice, kar se kaže v medsebojnem intenziviranju sinteze in funkcionalne aktivnosti proteinov toplotnega šoka. Molekularni spremljevalci bakterij delujejo kot ligandi za receptorje na površini gostiteljskih celic.
HSP TLR2, TLR4 je mogoče prepoznati. Drugi dr96, HSP90 in HSP70, sodelujejo s celicami, ki predstavljajo antigen, preko skupnega receptorja, CD91. Peptidi spremljevalca HSP vstopajo v makrofagne/dendritične celice preko CD91, se obdelajo in predstavijo skupaj z molekulama MHC I in MHC II. To povzroči aktivacijo celic T CD4 in CD8. Interakcija HSP-DC prek CD91 vodi do zorenja dendritičnih celic in izločanja številnih citokinov.
Kot rezultat interakcije rekombinantni HSP 70 M tuberculosis s TLR-2 in TLR-4 in vitro sproži signalno kaskado, ki vključuje adapterske proteine MyD88, TIRAP, TRIF in TRAM v človeških endoteliocitih, aktivacija transkripcijskega faktorja NF-kB pa se pojavi v mišjih makrofagih.
Prisoten v endoplazmatskem retikulumu evkariontov spremljevalec GRP94/gp96 prek interakcije s TLR-2 in TLR-4 aktivira dendritične celice, da sprožijo odziv T-limfocitov CD8". To poveča izražanje molekul MICA/B, ki medsebojno delujejo z receptorjem NKG2D, prisotnim na površina CD8, vendar ne CD4 *T-celic. Ko TLR7 sodeluje s HSP70, ki se aktivno izloča in sprošča med nekrotično smrtjo celic sesalcev, se poveča fagocitna funkcija makrofagov. Ta učinek se pokaže v nekaj minutah in se izrazi ne samo pri stimulaciji fagocitoze, ampak tudi v funkciji predstavitve antigena T-celicam preko signalnih poti, posredovanih s fosfoinozitid 3-kinazo in p38 MAP kinazo.
V delu predstavitve T-celice pomočnice antigena sodelujejo tudi pri zrelih B-limfocitih, ki izražajo TLR-2 in TLR-4. Na LPS, peptidoglikan, HSP60 se odzivajo s povečanjem ekspresije MHC II in kostimulatornih molekul. Človeški HSP 60, vendar ne E. coli GroEL ali M. tuberculosis HSP65, inducirajo proliferacijo naivnih mišjih B celic in njihovo izločanje IL-6 in IL-10.
Do danes veliko receptorji, ki prepoznavajo vzorce znanih PAMP prokariontov, gliv, virusov in protozojskih patogenov, ostajajo neopredeljeni. Med fagocitozo in izražanjem TLR obstaja povezava, saj aktivacija signala prek TLR poveča fagocitne procese, fagocitoza pa modulira aktivacijsko sekvenco TLR.
Očitno je, da še nedefinirani molekularni vzorci lahko izkrivlja ali usmerja adaptivni imunski odziv tipa Th-2. Možno je, da je odsotnost signalov (npr. PAMP), tako kot pomanjkanje njihovega MHC I za aktivacijo celic NK, spodbuda za sprožitev imunosti tipa 2.
Indukcija signala skozi Toll podobni receptorji lahko zagotovi ne le zaščito telesa pred različnimi okužbami. Kršitev funkcije prevodnosti teh signalov vodi v razvoj številnih patoloških procesov v telesu. Na primer, čezmerna proizvodnja vnetnih citokinov s strani endogenih ligandov lahko povzroči razvoj kroničnega vnetja, avtoimunskih bolezni, kot je Crohnova bolezen, diabetes tipa 1 in ateroskleroza. Sprememba ravnovesja v smeri protivnetnih citokinov je verjetno posledica razvoja lokalnega edema in vnetnih reakcij v CŽS, ki jih sprožijo protivnetni citokini (TNF-a ali IL-1p). Pri nastanku dolgotrajnih nevroloških motenj sodeluje več citokinov, ki s potenciranjem nastajanja in delovanja drug drugega ostanejo v obtoku dlje.
Alexander Sapozhnikov se ne strinja s tako teoretično utemeljitvijo mehanizma delovanja zdravila. Po njegovih besedah lahko HSP70 deluje po drugačni shemi, ki jo je treba še preučiti, vendar ostaja dejstvo, da je na celičnih kulturah in številnih tumorjih v dveh linijah podgan, ki so bile cepljene s "človeškimi" tumorskimi celicami, protein kaže aktivnost.
Po mnenju avtorjev dela je temperatura, pri kateri delajo s HSP70 v celičnih kulturah, 43 ° C in je previsoka za žive organizme, vendar so tam očitno vključeni drugi mehanizmi, ki jih prav tako še ni treba razumeti. To velja tudi za delovanje eksogenega neceličnega proteina toplotnega šoka v telesu. »Vsak od nas ima v krvnem obtoku dokaj visoko raven HSP70 – do 900 nanogramov na mililiter. Vbrizgali smo ga v žival in poskušali videti, kaj se potem zgodi z beljakovino. V 40 minutah smo videli sledi HSP70 v krvi, nato pa je izginil. Obstaja mnenje, da se beljakovine razgradijo, a mi ne mislimo tako.«
Impresivni rezultati čakajo na preverjanje
Irina Guzhova je spregovorila tudi o nadaljnjem testiranju zdravila: »Ta mehanizem smo preizkusili na mišjem melanomu B16, ki raste podkožno, in ga uporabili v obliki gela, ki smo ga nanesli na površino kože. Rezultat je bil impresiven: preživetje miši je bilo veliko višje kot pri kontrolni skupini, ki je bila zdravljena z gelom brez učinkovine ali pa sploh ni bila zdravljena. Razlika je bila približno deset dni. Za miši in to vrsto tumorja je to zelo dobra zamuda. Podobni rezultati so bili prikazani pri podganjem gliomu C6 (tumorju, ki raste neposredno v možganih).
Živali, ki so bile zdravljene z eno samo injekcijo v možgane, so dobile dodatnih deset dni življenja, živalim, ki so jim s črpalko neprekinjeno tri dni vbrizgavali beljakovine, pa se je to trajanje podaljšalo še za deset dni, saj je tumor rasel počasneje. Pokazali smo, da če miši, ki je imela tumor, izčrpaš populacijo T-limfocitov in odstraniš že "naučene" NK celice ali CD8-pozitivne limfocite, tudi te tumorja ne bodo prepoznale. Sklepamo lahko, da je glavna funkcija HSP70 v tem procesu aktivacija specifične imunosti.”
Ti podatki so znanstvenike spodbudili k izvedbi omejene študije na kliniki Polenov (Raziskovalni inštitut za nevrokirurgijo v Sankt Peterburgu). »Takrat je bil v naši ekipi nevrokirurg Maksim Ševcov, ki je hkrati s podiplomskim študijem Borisa Aleksandroviča (Margulis, - pribl. mesto) opravil staž na tem raziskovalnem inštitutu. Prepričal je svojega nadzornika, profesorja Hačaturijana, da je testiral zdravilo. Po takratni zakonodaji sta zadostovala sklep strokovnega zbora in informirana privolitev pacientov, tako da nam je bilo dodeljenih 25 pacientov. Vsi so imeli različne možganske tumorje in vsi so prejeli tisto, kar jim pripada po zavarovanju, poleg tega pa je Maxim po kirurški odstranitvi tumorja v operacijsko posteljo vbrizgal raztopino HSP70.
Težava je v tem, da je možganske tumorje težko popolnoma odstraniti. Vedno so majhni koščki, ki jih je nevarno odstraniti, ker z njimi lahko odstraniš osebnost, ti koščki pa povzročajo recidive. Toda rezultati so se izkazali za naravnost osupljive: po operaciji se je pri bolnikih povečalo število celic specifične imunosti, zmanjšalo se je število protumorskih (»prešli na stran tumorja«) T-limfocitov in količina interlevkina-10 (informacijske molekule imunskega sistema) se je zmanjšala.
Raziskava je bila samo pilotna, ne randomizirana, tudi kontrolne skupine ni bilo in je bila izvedena leta 2011. Istega leta je bil sprejet zakon, po katerem so bili tovrstni testi prepovedani in jih je bilo treba ustaviti takoj, ko so se začeli. Ostalo nam je še 12 operiranih bolnikov. Tisti, ki se spoznajo na klinični del raziskave, imajo predstavo o tem, kako težko je slediti usodi bolnikov, potem ko vsak od njih zapusti kliniko. Tako vemo le za osem, ki jih je ostalo dosegljivih za stik, in vsi so še živi. V začetku jeseni lani so bili dokaj zdravi, tisti, ki so nadaljevali študij, pa so šli jeseni v šolo, čeprav je povprečna življenjska doba z odkritim gliomom 14 mesecev.
Zdaj se po besedah govorcev predklinična preskušanja bližajo koncu in zdravilo potrebuje večstopenjsko testiranje na bolnikih, kar bo trajalo več let (zato je bil v članku Izvestij prikazan tako neverjetno kratek čas, preden zdravilo vstopi v trg - 3-4 leta).
Alexander Sapozhnikov je poudaril tudi pomen kliničnih raziskav: »Tumor, cepljen v miši, in človeški tumor sta nebo in zemlja. Zdravilo lahko deluje na ta tumor, vendar je neučinkovito niti na običajnih mišjih niti na človeških tumorjih. Pomirite svoje kolege, ni zdravila za vse bolezni hkrati.
Enako tudi raziskovalci sami. »Na teh stopnjah vse deluje (in zelo dobro), seveda pa to ni zdravilo, ki vzgaja Lazarja,« pravi Irina Guzhova, »vendar je precej učinkovito in vredno kliničnih preskušanj. In upamo, da se bo to zgodilo.”
Preprosto prostor
Bralec se lahko upravičeno vpraša: od kod kozmos? Irina Guzhova pojasnjuje: »Dejstvo je, da so bili testi opravljeni na podlagi Inštituta za visoko čiste pripravke, katerega zaposleni imajo dobre izkušnje z registracijo patentov in pisanjem papirjev, zato smo jim dali ta primer. Hkrati so začeli proizvajati ta protein, delali smo poskuse na živalih. Toda med tem se je predstavnik Roscosmosa obrnil na njih in jih vprašal, ali imamo kakšno nekristalizirano beljakovino, ki bi kristalizirala v vesolju, v orbiti. In dobili so HSP70, poskušali so gojiti kristale v orbiti, a se ni zgodilo nič.”
Izkazalo se je, da je težava v strukturi proteina. Zelo gibljiv del v strukturi proteina je oviral kristalizacijo, zato so ga začeli poskušati kristalizirati v kosih, mobilni del vezati s posebno molekulo, da ga »drži«. Še vedno poskušajo. »Ta zgodba o celicah, ki rastejo v vesolju in vsakogar zdravijo od raka, je zrasla od tu,« komentira Irina Guzhova.
Povedala je tudi, da je bil za teste v vesolju in na miših beljakovina izpostavljena zelo visoki stopnji čiščenja - približno 99%. Glede dvomov, da imunskega sistema ne aktivira šaperon, temveč lipopolisaharid (LPS), sestavni del bakterijske celične stene, v kateri ta protein nastaja, je taka verjetnost majhna. Čeprav se LPS zelo močno "prilepi" na HSP, je precej težko očistiti beljakovino iz najmanjših nečistoč. Znanstveniki so postavili dodatne kontrole, da bi pokazali, da ni on, in sicer spremljevalec - vzrok za učinek droge. Na primer, zdravilo je mogoče kuhati, kar ne vpliva na LPS, vendar uniči strukturo beljakovine. Nato se njegove lastnosti HSP izgubijo in zdravilo preneha delovati, kar se ne bi zgodilo, če bi šlo predvsem za bakterijski LPS.
Poleg tega so raziskovalci primerjali učinek vnosa komponent bakterijske celične stene z učinkom HSP70 in te primerjave so bile očitno v prid slednjemu.
»Nismo govorili neumnosti. In kaj? "Brez čustev!"
Irina poroča, da znanstveniki med testi še niso odkrili nobenih neželenih učinkov, vendar se lahko pojavijo z zamudo. »Menim, da mora raziskovalec najprej vse preizkusiti na sebi in je opravil dve tečaji spremljevalne terapije. Stranskih učinkov ni bilo, nasprotno, zdelo se je, da manjše ranice izginjajo in za hrbtom rastejo krila.
"Po drugi strani pa je vse, kar je bilo v medijih, prava sramota," ugotavlja raziskovalec. - Toda, kot pravijo, ne bi bilo sreče, a nesreča je pomagala: Inštitut za visoko čiste pripravke že zdaj prejema klice s ponudbami za pomoč pri kliničnih preskušanjih. Govorili smo na konferencah in v raznih skromnejših medijih, govorili o istih stvareh, a preverjali besede, nismo govorili neumnosti. In kaj? - Brez čustev! In potem je taka meglica zavladala po zaslonih, in prosim! Tako zanimiva družba, tako zanimiva država.”
Vendar pa je bil po navedbah virov spletnega mesta Simbircev prisiljen dati intervju, s katerim se je vse začelo. ponudil intervju, da bi spodbudil zanimanje za problematiko inštituta in pridobil dodatna sredstva za klinična preskušanja. Poleg tega se pojavljajo govorice, da bi lahko inštitut izgubil svojo pravno osebnost zaradi združevanja znanstvenih organizacij, ki potekajo po vsej državi. Očitno znanstvenik ni bil pripravljen časopisu podrobno in popularno povedati, kaj se dogaja. "Vse, kar bi lahko bilo napačno razumljeno, je bilo tokrat napačno razumljeno," ugotavlja vir.
Posledično postaja situacija vse bolj podobna razvpiti bajki, ko Roskozmos in vladne agencije, ki delijo nepovratna sredstva, drvijo v oblake, pričakujejo takojšnje rezultate temeljne znanosti, rak se premika nazaj, novinarji razlivajo strukturirano vodo ... In Ruska znanost je spet v nezavidljivem položaju, prisiljena se je opravičevati za zločine, ki jih ni storila.