Η ικανότητα των διαφόρων οργανισμών να αποκρίνονται σε αλλαγές του περιβάλλοντός τους είναι καθοριστική για την επιβίωσή τους. Τα κύτταρα όλων των οργανισμών έχουν αποκτήσει την ικανότητα να αισθάνονται και να προσαρμόζονται γρήγορα στις διάφορες στρεσογόνες συνθήκες του περιβάλλοντός τους, οι οποίες μπορεί να περιλαμβάνουν αλλαγές στην θερμοκρασία και στο pH, έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία, στέρηση θρεπτικών συστατικών, παρουσία χημικών τοξίνων ή ιόντων βαρέων μετάλλων κ.α. (Smith & Workman, 2012)
Τα κύτταρα τα οποία υφίστανται κάποιο τέτοιο στρες μπορούν να αποκριθούν σε αυτό και να προσαρμοστούν μεταβάλλοντας τις μεταβολικές τους διεργασίες, παύοντας την ανάπτυξή τους και εκφράζοντας ειδικές πρωτεΐνες απόκρισης προς την εκάστοτε στρεσογόνο συνθήκη.
Μία από τις πιο συχνές στρεσογόνες συνθήκες για τα κύτταρα ενός οργανισμού είναι η αύξηση της θερμοκρασίας. Στην περίπτωση αυτή τα κύτταρα αποκρίνονται αυξάνοντας την έκφραση ειδικών πρωτεϊνών θερμικής καταπληξίας, γνωστών και ως heat shock proteins (HSPs).
Οι heat shock proteins είναι μοριακοί συνοδοί (σαπερόνες), απαραίτητες για τη διατήρηση των κυτταρικών λειτουργιών, καθώς εμποδίζουν τη λανθασμένη αναδίπλωση των νεοσυντιθέμενων πολυπεπτιδικών αλυσίδων και τη δημιουργία συσσωματωμάτων και βοηθούν στη σωστή αναδίπλωση των πρωτεϊνών. Είναι οι πιο συντηρημένες φυλογενετικά πρωτεΐνες και είναι παρούσες σε όλους τους προκαρυωτικούς και τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Οι περισσότερες HSPs εκφράζονται συστατικά, σε χαμηλότερα επίπεδα, αλλά τα επίπεδα έκφρασής τους αυξάνονται κάτω από στρεσογόνες συνθήκες, όπως η αύξηση της θερμοκρασίας.(Fink, 1999; Hartl & Hayer-Hartl, 2002; Jaattela, 1999)
Διαφορετικά κυτταρικά διαμερίσματα, για παράδειγμα το κυτταρόπλασμα, το ενδοπλασματικό δίκτυο και τα μιτοχόνδρια, έχουν εξειδικευμένες HSPs, κατάλληλες για να αποκρίνονται στις ανάγκες του καθενός. Παρόλα αυτά, και παρά τα διαφορετικά μοριακά τους βάρη, οι HSPs έχουν κάποιες κοινές λειτουργικές επικράτειες: μια επικράτεια πρόσδεσης νουκλεοτιδίου αδενίνης, που προσδένει και υδρολύει ATP, και μία επικράτεια πρόσδεσης πεπτιδίου, που προσδένει εκτεθειμένα υδροφοβικά κατάλοιπα των πρωτεϊνών- υποστρωμάτων.(Fink, 1999; Hartl & Hayer-Hartl, 2002; Jaattela, 1999) Η πρόσδεση ΑΤΡ προκαλεί μια καίριας σημασίας αλλαγή στη στεροδιάταξη, που οδηγεί στην απελευθέρωση της προσδεδεμένης πρωτεΐνης. (Fink, 1999; Hartl & Hayer-Hartl, 2002)
Λόγω του ότι η αναδίπλωση των νεοσυντιθέμενων πρωτεϊνών περιλαμβάνει αλληλεπιδράσεις με μία ή περισσότερες σαπερόνες, οι θέσεις πρόσδεσης πεπτιδίων των HSPs παρουσιάζουν -κατ’ ανάγκη- ευρεία εξειδίκευση και η πρόσδεση υποβοηθείται από τις υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Έτσι, οι HSPs αναμένεται να προσδένουν και άλλα μη-πρωτεϊνικά μόρια με εκτεθειμένα υδρόφοβα κατάλοιπα. (Fink, 1999; Gragerov & Gottesman, 1994; Hartl & Hayer-Hartl, 2002)
Τα τελευταία χρόνια έρευνες υποδεικνύουν πως οι HSPs πέραν του ρόλου τους ως μοριακοί συνοδοί παίζουν σημαντικό ρόλο και σε διαφορετικές διαδικασίες, όπως για παράδειγμα σε διαδικασίες του ανοσοποιητικού συστήματος. Παρόλα αυτά, αρκετά είναι τα ερωτήματα που προκύπτουν σε σχέση με την ακριβή λειτουργία τους και γι αυτό οι HSPs αποτελούν αντικείμενο έρευνας πληθώρας εργαστηρίων παγκοσμίως με σκοπό την αποσαφήνιση του ακριβούς μηχανισμού με τον οποίο δρουν και των ποικίλων ενδεχομένως διεργασιών στις οποίες συμμετέχουν.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Fink, A.L., Chaperone-mediated protein folding. Physiological Reviews, 1999. 79(2): p. 425-449.
Gragerov, A. and M.E. Gottesman, Different peptide binding specificities of hsp70 family members. J Mol Biol, 1994. 241(2): p. 133-5.
Hartl, F.U. and M. Hayer-Hartl, Molecular chaperones in the cytosol: from nascent chain to folded protein. Science, 2002. 295(5561): p. 1852-8.
Jaattela, M., Heat shock proteins as cellular lifeguards. Ann Med, 1999. 31(4): p. 261-71.
Smith, K.T. and J.L. Workman, Chromatin Proteins: Key Responders to Stress. PLoS Biol, 2012. 10(7): p. e1001371.