Zelluläre Stressreaktion - Cellular stress response
Zelluläre Stressreaktion ist die Vielzahl von molekularen Veränderungen , die Zellen in Reaktion auf Umweltlaufen Stressoren , einschließlich extremen Temperaturen, die Exposition gegenüber Toxinen und mechanischen Beschädigungen. Zelluläre Stressreaktionen können auch durch einige Virusinfektionen verursacht werden. Die verschiedenen Prozesse, die an zellulären Stressreaktionen beteiligt sind, dienen dem adaptiven Zweck, eine Zelle vor ungünstigen Umweltbedingungen zu schützen, sowohl durch kurzfristige Mechanismen, die akute Schäden an der Gesamtintegrität der Zelle minimieren, als auch durch längerfristige Mechanismen, die der Zelle ein Maß an Widerstandsfähigkeit gegen ähnliche widrige Bedingungen.
Allgemeine Charakteristiken
Zelluläre Stressantworten werden in erster Linie vermittelt durch das, was als klassifiziert sind Stressproteine . Stressproteine werden häufig weiter in zwei allgemeine Kategorien unterteilt: solche, die nur durch Stress aktiviert werden, oder solche, die sowohl an Stressreaktionen als auch an der normalen Zellfunktion beteiligt sind. Der wesentliche Charakter dieser Stressproteine bei der Förderung des Überlebens von Zellen hat dazu beigetragen, dass sie über die Stämme hinweg bemerkenswert gut konserviert sind , wobei nahezu identische Stressproteine in den einfachsten prokaryontischen Zellen sowie in den komplexesten eukaryontischen Zellen exprimiert werden.
Stressproteine können innerhalb einer Zelle sehr unterschiedliche Funktionen ausüben – sowohl während normaler Lebensprozesse als auch als Reaktion auf Stress. Studien an Drosophila haben beispielsweise gezeigt, dass, wenn DNA, die für bestimmte Stressproteine kodiert, Mutationsdefekte aufweist, die resultierenden Zellen beeinträchtigte oder verlorene Fähigkeiten wie normale mitotische Teilung und Proteasom- vermittelter Proteinabbau aufweisen. Wie erwartet waren solche Zellen auch sehr anfällig für Stress und waren bei erhöhten Temperaturbereichen nicht mehr lebensfähig.
Obwohl Stressreaktionswege je nach beteiligtem Stressor, Zelltyp usw. auf unterschiedliche Weise vermittelt werden, besteht ein allgemeines Merkmal vieler Wege – insbesondere solcher, bei denen Hitze der Hauptstressor ist – darin, dass sie durch das Vorhandensein und den Nachweis von denaturierten Proteinen initiiert werden . Da Bedingungen wie hohe Temperaturen häufig dazu führen, dass Proteine denaturieren, ermöglicht dieser Mechanismus den Zellen, zu bestimmen, wann sie hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ohne dass spezielle wärmeempfindliche Proteine erforderlich sind. Wenn einer Zelle unter normalen (d. h. ungestressten) Bedingungen künstlich denaturierte Proteine injiziert werden, löst dies eine Stressreaktion aus.
Reaktion auf Hitze
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Die Hitzeschockreaktion umfasst eine Klasse von Stressproteinen, die Hitzeschockproteine genannt werden . Diese können dazu beitragen, eine Zelle vor Schäden zu schützen, indem sie als „Chaperone“ bei der Proteinfaltung fungieren und sicherstellen, dass Proteine ihre notwendige Form annehmen und nicht denaturiert werden. Diese Rolle ist besonders wichtig, da eine erhöhte Temperatur allein die Konzentrationen von missgebildeten Proteinen erhöhen würde. Hitzeschockproteine können auch daran teilnehmen, missgebildete Proteine für den Abbau über Ubiquitin- Tags zu markieren .
Reaktion auf Toxine
Viele Toxine aktivieren am Ende ähnliche Stressproteine wie Hitze oder andere stressinduzierte Stoffwechselwege, da einige Arten von Toxinen ihre Wirkung – zumindest teilweise – ziemlich häufig durch Denaturieren lebenswichtiger zellulärer Proteine erzielen . Zum Beispiel können viele Schwermetalle mit Sulfhydrylgruppen reagieren , die Proteine stabilisieren, was zu Konformationsänderungen führt. Andere Toxine, die entweder direkt oder indirekt zur Freisetzung freier Radikale führen, können fehlgefaltete Proteine erzeugen.
Anwendungen
Frühe Forschungen haben gezeigt , dass Zellen , die Stressproteine besser synthetisieren können und dies zum richtigen Zeitpunkt tun , Schäden durch Ischämie und Reperfusion besser widerstehen können . Außerdem überlappen viele Stressproteine mit Immunproteinen . Diese Ähnlichkeiten haben medizinische Anwendungen in Bezug auf die Untersuchung der Struktur und Funktionen von Immunproteinen und Stressproteinen sowie deren Rolle bei der Bekämpfung von Krankheiten.