Белки не участвуют в: Белки не участвуют: а) в переносе кислорода б) в движении в) в защите организма от инфекций

когда начинать подкармливать лесную красавицу?

В дни золотой осени теплой солнечной погодой наслаждаются не только жители столицы, но и дикие животные, обитающие в черте мегаполиса. Особенно это касается белок: сейчас для них в любом парке достаточно корма. Животные могут не только полакомиться, но и сделать запасы на зиму. И человеку не стоит им в этом мешать и сбивать тонкую настройку природных инстинктов.

О том, когда начинать подкармливать белок и какие угощения им лучше предлагать, рассказал специалист «Мосприроды» Николай Кудрявцев.

Как белки проводят осень

Осенью белки «переодеваются» — из рыжего меха в серый. А еще они активно запасаются едой на холодный сезон.

— Белки не впадают в спячку, а просто меняют летнюю шубку на зимнюю. Это нужно для маскировки — зимой с серым мехом проще спрятаться. Всю осень эти грызуны наполняют свои кладовые различными припасами. Белки в наших широтах предпочитают вегетарианскую диету, поэтому запасают они в основном желуди и лесные орехи, шишки, — говорит Николай Кудрявцев.

Особенно сильно белки любят желуди — а этот год как раз выдался урожайным. Прячут они их в самых разных местах — это может быть и лесная подстилка, и дупла, и расщелины, и поваленные деревья. Только вот память у белок короткая, и зимой они не всегда могут найти свои кладовые.

— За короткую память белку зовут «лесными садоводами». Их с дубами можно назвать симбионтами: желуди, семена дуба, достаточно тяжелые и ветром не разносятся. Если же желудь прорастет под сенью материнского дерева, то очень скоро, буквально за пару лет, погибнет — ему не хватит света, потому что большое дерево всегда дает тень. А белки относят желуди на большие расстояния, помогая дубам распространяться, — поделился интересным фактом наш собеседник.

Также осенью белки занимаются обустройством своих «квартир»: приносят в дупло шерсть животных, мох, сухую траву. Все это помогает утеплить домик так, чтобы там комфортно было спать даже в самые суровые морозы.

Как помочь белке?

Сердобольные посетители парков всегда готовы угостить белочку, однако, осенью делать этого не стоит.

— Осенью для белок в зеленых зонах находится столько корма, что его хватает и на ежедневную кормежку, и на запасы, и даже еще остается. Поэтому не кормите белок осенью: этим вы нарушаете их естественные природные инстинкты. Белка, привыкшая к угощениям от людей, обленится и перестанет сама добывать себе корм, — предостерегает Кудрявцев.

Подкармливать белок не стоит до наступления сильных морозов. Есть простой способ определить, требуется подкормка или нет. Если на земле есть наледь — небольшое угощение не повредит.

Что в меню?

Раз уж осень — это сезон, богатый на любимые беличьи лакомства, то может быть, и людям стоит заранее ими запастись? По словам Николая Кудрявцева, кое-что запасти можно, однако, что называется, «без фанатизма».

— Белки — большие любительницы желудей. Конечно, они и сами припасут их, но вы тоже можете собрать немного в мешок и выкладывать желуди в кормушки зимой, — говорит Кудрявцев.

Также угостить белку можно нежареными несолеными орехами — грецким, арахисом, фундуком. А вот миндаль — под запретом, он для пушистой лесной красавицы вреден. Еще по вкусу белке придутся несоленые нежареные семечки. Семечки — это вообще универсальный корм, который будет по вкусу практически всем обитателям городского парка.

— Иногда белок рекомендуют угощать сушеными грибами. В общем-то, это не самое плохое блюдо для них — животное с удовольствием похрустит сушеным белым грибом или подберезовиком. Однако если грибы оставить в кормушке, они быстро размокнут, на них легко может появиться плесень или болезнетворные бактерии. Так что лучше выбирать орехи, семечки или желуди: эти корма не размокают и могут некоторое время находиться в кормушке, оставаясь свежими, — предупреждает специалист «Мосприроды».

Кстати, с рук кормить белок тоже не рекомендуется. Несмотря на свой привлекательный и милый внешний вид, эти животные могут быть переносчиками заболеваний, опасных для человека.

— Да, белки обычно не проявляют агрессии к человеку и доверчиво берут угощение прямо с руки, но это дикое животное, а диких животных лучше не трогать. Белка даже не со зла может случайно прикусить палец. А это грозит проблемами: от покраснения на коже до уколов от бешенства. Так что держитесь на почтительном расстоянии, — предостерегает специалист «Мосприроды».

Урок 3. органические вещества: белки и нуклеиновые кислоты, и их значение. атф — Биология — 10 класс

В живых организмах ферменты обеспечивают протекание с высокой скоростью и избирательностью огромного количества разнообразных химических реакций. Оказывается, ферменты способны сохранять свою активность не только в живой клетке, но и вне организма. Этой особенностью ферментов успешно воспользовался человек. В настоящее время ферменты применяются во многих областях человеческой деятельности.

В медицине, например, применяются ферменты групп липаз, протеаз, амилаз. Они расщепляют жиры, белки, крахмал. Например, эти ферменты входят в состав таких лекарственных препаратов, как «Панзинорм», «Фестал». Эти средства используются с целью лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Некоторые ферменты способны растворять в кровеносных сосудах тромбы, они помогают при лечении гнойных ран.

Благодаря способности расщеплять крахмал фермент амилаза используется в

Широко используются ферменты и в бытовой химии. Например, в стиральные порошки добавляют амилазу, которая расщепляет крахмал, протеазы, расщепляющие белки или белковые загрязнения, и липазы

Существуют ферменты, которые могут выдерживать температуру выше 70 оС. Например, ферменты бактерий, живущих в горячих источниках. Такие ферменты используются в качестве добавок к стиральным порошкам для стирки в горячей воде. Исследования показали, что добавление ферментов в стиральные порошки на 30–35 % увеличивает моющую способность данного порошка.

Препараты ферментов, получаемых из микроорганизмов, употребляются в кожевенной промышленности для удаления волос и смягчения сырья.

В последние годы ферменты начали вытеснять традиционные химические катализаторы из тонкой химической индустрии. Перспективным является использование ферментов для переработки промышленных отходов, а также для создания биоэлектрохимических преобразователей энергии.

Часы для хроматина | Институт молекулярной и клеточной биологии СО РАН

Сайт Наука в Сибири 12 июля 2017 г.
Газета Наука в Сибири №28 (3089) от 20 июля 2017 г. 
Сайт Новости Сибирской Науки 12 июля 2017 г.

Учёные из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН исследовали, как ядерный белок гистон h2 распределяется по геному, и выяснили, что он участвует в регуляции времени репликации некоторых участков ДНК. Результаты работы опубликованы в

“Гистоны – очень консервативные белки — есть у всех организмов с клеточным ядром. Долгое время считалось, что они нужны исключительно для упаковки генома — помогают уложить два метра нитей ДНК в маленькое клеточное ядро. Примерно к 2000 году стало очевидно: упаковка ДНК в нуклеосомы играет огромную роль в регуляции работы генов. Почти все гистоны участвуют в формировании нуклеосом — “бусинок”, на которые наматывается молекула ДНК. Гистон же Н1 не делает этого, но работает как скрепка, фиксирующая ДНК на нуклеосоме. По новым данным, этот белок распределен в хромосомах неравномерно. С какими генами он связывается, какова его роль в регуляции их работы — вопросы, остающиеся пока нерешенными”, — рассказывает старший научный сотрудник

Работа, в которой помимо специалистов ИМКБ СО РАН принимали участие учёные Медицинского колледжа им. Альберта Эйнштейна (хотя 4/5 всех исследований были сделаны в Новосибирске), осуществлялась на мухе дрозофиле. У этой мухи, как и у многих двукрылых, есть политенные хромосомы — гигантские интерфазные хромосомы, образующиеся в результате многократного удвоения нитей ДНК, не сопровождаемого делением клетки. Вместо двух копий ДНК в обычной хромосоме в политенной их может наработаться более тысячи. Как правило, исследователи работают с политенными хромосомами из слюнных желез личинки. До мощного развития высокоразрешающих микроскопов это была одна из немногих экспериментальных моделей, где можно было детально разглядеть хромосому в световой микроскоп.

“Кроме наличия политенных хромосом, дрозофила предоставляет исследователям еще одно преимущество. У этой мухи в тканях тела работает всего один подтип гистона Н1, в то время как у млекопитающих — целых 11, которые частично могут заменять, дублировать друг друга. Убираете один, а остальные начинают выполнять его функцию. Для выяснения вопроса, зачем, собственно, этот белок нужен, очень удобно взять модельную систему, где только один ген кодирует некий белковый продукт и, если вы что-то с этим геном делаете, нет никаких компенсирующих механизмов, которые скрыли бы получаемый эффект”, — объясняет старший научный сотрудник лаборатории клеточного деления ИМКБ СО РАН кандидат биологических наук

Используя антитела, меченые флюорохромами (красителями, способными флюоресцировать при облучении светом с определенной длиной волны), и специфически связывающиеся с гистоном h2, исследователи визуализировали его расположение в политенных хромосомах. Это позволило определить, какие именно районы генома с ним взаимодействуют.

Учёные показали, что гистон Н1 располагается в геноме неравномерно. В одних участках его гораздо больше, в других — меньше. Кроме того, оказалось, что связывание этого гистона с хромосомами зависит от стадии клеточного цикла. В частности, во время репликации ДНК гистон h2 перераспределяется. Он уходит из районов, где репликация уже началась, и накапливается в тех, до которых этот процесс доходит в последнюю очередь.

“Известно, что разные участки генома реплицируются последовательно. Первыми это начинают делать активно функционирующие гены. Гены, не работающие в данной ткани, вступают в процесс существенно позднее. Последними реплицируются участки генома, не содержащие генов. Мы показали, что гистон Н1 присутствует преимущественно в тех участках хромосом, которые реплицируются поздно. Известно, что к моменту начала деления ДНК в определенном участке хромосомы все белки, которые на ней сидели, должны временно сниматься. Гистон Н1 тоже снимается, и такой тип динамики хроматиновых белков хорошо известен. Мы же обнаружили, что, как только репликация начинается в активных районах, очень много белка появляется в районах неактивных. И возможно, именно потому, что он туда приходит, эти неактивные районы не начинают реплицироваться раньше срока”, — объясняет Татьяна Колесникова.

“Получается, что мы показали существование нового, ранее не известного, механизма загрузки гистона в хроматин. И этот механизм, в силу того что белок очень консервативный, должен работать не только в полиплоидных, но и в обычных диплоидных клетках, а также в клетках других организмов, в том числе и человека”, — комментирует Евгения Андреева.

Поведение гистона Н1 в клеточном цикле говорит о том, что, возможно, он участвует в регуляции поздней репликации. Тот факт, что активные гены реплицируются в разное время с неактивными, играет важную роль для сохранения их различий в следующем клеточном цикле. Когда происходит удвоение ДНК, важно оставить тот же набор белков на хромосоме, а для этого необходимо их снять и точно посадить обратно, не перепутать. Очень удобным инструментом здесь оказывается механизм, позволяющий участки с разным набором белков реплицировать в разное время.

В пользу способности гистона h2 регулировать время репликации определенных участков хромосом говорят проведенные исследователями эксперименты: когда учёные искусственно убирали этот белок из клеток, менялось время репликации некоторых районов хромосом, исчезало явление недорепликации.

Также исследователи выяснили, что гистон h2 взаимодействует с белком SUUR — супрессором недорепликации, открытым в 1998 году в лаборатории молекулярной цитогенетики доктором биологических наук Еленой Сергеевной Беляевой. Белок SUUR регулирует время репликации в определённых районах и то, с какой скоростью будет протекать этот процесс в каждом из них.

В политенных хромосомах дрозофилы те участки, которые реплицируются последними, просто не успевают закончить репликацию. “В клетках для прохождения репликации главное — время. Например, есть 12 часов, за которые все участки генома должны осуществить синтез ДНК. В клетках с политенными хромосомами на месте участков, не успевших синтезировать дочерние цепи ДНК, возникают протяженные разрывы в молекуле ДНК. В обычных диплоидных клетках такие разрывы немедленно привели бы к клеточной гибели. Однако здесь деления не происходит, новые нити ДНК оказываются прикреплёнными к старым, и получается, что в каких-то участках хромосом образуется 1000 нитей ДНК, в других — 100, а в третьих — всего две, и при этом клетка продолжает жить и нормально функционировать. Это явление называется недорепликацией, — объясняет Евгения Андреева. — Оказалось, что весь этот процесс контролирует один белок (белок SUUR). Когда мы его убираем, разрывы исчезают, то есть клетка полностью реплицирует свои хромосомы. Как показали более поздние исследования, это связано с тем, что SUUR тормозит скорость движения репликационных вилок. Наша статья является новым шагом в изучении этого белка”.

Было показано, что наработанные в бактериях и очищенные белки h2 и SUUR взаимодействуют друг с другом в пробирке. Когда из раствора выделяют молекулы одного белка, то второй следует за ним. Исследователи получили отдельные фрагменты этих белков, чтобы посмотреть, какими именно частями они взаимодействуют напрямую в пробирке. И это уже путь к механизму и поиску функций.

“Правильная организация репликации генома в пространстве и во времени — это очень важно, потому что четко показано: геном и дрозофилы, и человека разделён на некие функциональные домены. Через различия во времени их репликации поддерживается их различие по составу белков, по уровню продукции РНК. Если искусственно поменять время репликации для какого-то участка, то ген, который ему принадлежит, может начать работать не в то время и не в том месте, — говорит Татьяна Колесникова. — Нарушение пространственно-временной организации репликации в клетках человека может приводить к повышенному риску возникновения рака”.

Диана Хомякова

PDF-файл статьи

Роль РНК в развитии рака и устойчивости его к лечению

С момента открытия двойной спирали ДНК в 1950-х годах ученые изучали, как мутации в ее цепочках могут приводить к онкологическим заболеваниям. Оказалось, что ДНК не всегда раскрывает полную картину образования раковой клетки. Исследователи обратили внимание на РНК (рибонуклеиновую кислоту) и ее роль в развитии и лечении рака.

Что такое РНК?

Если сравнить клетку с пчелиным ульем, то ДНК — это матка внутри каждой клетки, а различные типы РНК — рабочие пчелы, выполняющие множество процессов, критически важных для функционирования тканей и органов тела. РНК переносит информацию о последовательности нуклеотидов части ДНК из ядра клетки в цитоплазму — жидкое содержимое внутри клетки, в которой находится клеточные компоненты. Там РНК соединяется между собой и аминокислотами для производства различных белков. Исследователи предполагают, что даже в клетках со структурой ДНК без мутаций, РНК может вносить изменения в синтезируемые белки. У онкологических больных эти изменения снижают уровень белков, убивающих раковые клетки, или увеличивают количество белков, которые стимулируют раковые клетки к делению.

«Становится все более очевидным, что уникальные профили РНК в отдельных раковых опухолях могут играть важную роль в определении как биологии рака, так и его реакции на терапию», — говорит Мори Маркман, доктор медицинских наук, президент медицины и науки Cancer Treatment Centers of America.

Понимание различных типов РНК и их разнообразия — важная задача на пути к раскрытию роли РНК в развития рака. Наиболее широко известны три типа РНК:

• Информационная или матричная РНК (мРНК). Она несет генетическое кодирование ДНК от ядра к месту синтеза белка — на рибосомы. Основная ее функция — кодирование информации с ДНК и передача ее к месту синтеза.
• Рибосомная РНК (рРНК) — самая широко представленная РНК клетки (примерно 85% всех РНК). Объединяясь с мРНК, рибосомная РНК участвует в формировании активного центра рибосомы, где и происходит процесс биосинтеза белка.
• Транспортная РНК (тРНК) переносит определенные аминокислоты к месту синтеза белка на рибосоме и связывает мРНК и рРНК для синтеза белка. Для переноса каждого вида аминокислот к рибосоме нужен отдельный вид тРНК, который определяется иРНК, кодирующей аминокислоту.

ДНК и РНК. Какая разница?

ДНК

• Дезоксирибонуклеиновая кислота. Состоит из дезоксирибозы, остатка фосфорной кислоты и четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин.
• Молекула ДНК имеет форму двойной классической спирали. Азотистые основания одной цепи соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями и образуют миллионы пар оснований — нуклеотидов (подобно ступенькам на лестнице).
• Несет полный генетический код живого существа.
• ДНК находится в ядре клетки.

РНК

• Рибонуклеиновая кислота. Состоит из рибозы, остатка фосфорной кислоты и азотистых оснований — три схожих с ДНК — аденин, гуанин, цитозин, и четвертого — урацил.
• Молекула РНК состоит из одной цепочки несопряженных нуклеотидов. Таких нуклеотидов в одной РНК от сотни до нескольких тысяч.
• Воспринимает генетическую информацию ДНК и реализует ее в виде биосинтеза белка, доставляя сообщения и инструкции клеткам.
• РНК находятся в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях и пластидах — во всей клетке.

РНК и исследования рака

Нарушения в цепи РНК или комбинации различных видов РНК, могут служить причиной некоторых онкологических заболеваний. Например, нить мРНК может транспортировать усеченную версию правильного кода ДНК, упуская важную информацию, необходимую для создания белков, предотвращающих рост опухоли. Или, возможно, мутация вызывает соединение мРНК и рРНК в неправильном месте нуклеотидной цепи.

В последнее время большой интерес вызывает группа некодирующих РНК (нкРНК), включающих короткие молекулы тРНК, которые не транслируются в белок. Согласно отчету, опубликованному в Journal of Hematology & Oncology, многие из этих нкРНК влияют на то, как клетки реагируют на лечение рака, нарушая эффективность противораковых препаратов. В докладе говорится, что нкРНК также может способствовать метастазированию рака — перемещению раковых клеток и образование опухоли в других частях тела.

Особо пристальное внимание уделяется разновидности нкРНК — микроРНК (миРНК). Исследователи из Мичиганского университета, Кейсовского университета Западного резервного района, и Пенсильванского университета изучили влияние специфической миРНК, называемой miR-181a. В исследовании было рассмотрено 10000 пациентов с 38 различными типами рака и обнаружено, что пациенты с низким уровнем miR-181a живут на несколько лет дольше, чем пациенты с более высоким уровнем. Исследователи также предполагают, что miR-181a может помочь в изучении и лечении рака яичников — основной причины смерти от гинекологических злокачественных опухолей. Происхождение этого вида рака до сих пор не разгадано.

Действия миРНК «проявляется во всех признаках рака», — говорится в исследовании 2018 года, опубликованном врачами онкологического центра в Румынии. В отчете сообщается, что миРНК:

• проявляют безграничную способность к воспроизведению;
• способны активировать раковые клетки роста;
• делают раковые клетки нечувствительными к химиотерапевтическим процедурам, направленным на замедление их роста;
• участвуют в ангиогенезе — образовании новых кровеносных сосудов для питания раковой опухоли;
• способны избегать иммунного разрушения;
• усиливают генетическую нестабильность клетки.

Одна из проблем в изучении РНК — это ограниченная стабильность молекулы. Рибоза, входящая в ее основу, подвержена гидролизу — ее химические элементы разрушаются в реакции с водой. В отличие от ДНК, которая относительно стабильна, РНК быстро теряет свою структуру, что затрудняет анализ. Однако исследователям все чаще удается преодолевать эту техническую проблему, и вполне вероятно, что в ближайшем будущем в этой области появятся клинически значимые достижения.

Список литературы

https://www.cancercenter.com/community/blog/2020/09/cancer-and-rna

Межклеточные контакты

Межклеточные контакты — соединения между клетками, образованные при помощи белков. Межклеточные контакты обеспечивают непосредственную связь между клетками. Кроме того, клетки взаимодействуют друг с другом на расстоянии с помощью сигналов (главным образом — сигнальных веществ), передаваемых через межклеточное вещество.

Строение межклеточных соединений В тех тканях, в которых клетки или их отростки плотно прилегают друг к другу (эпителий, мышечная ткань и пр.) между мембранами контактирующих клеток формируются связи – межклеточные контакты. Каждый тип межклеточных контактов формируется за счет специфических белков, подавляющее большинство которых — трансмембранные белки. Специальные адапторные белки могут соединять белки межклеточных контактов с цитоскелетом, а специальные «скелетные» белки — соединять отдельные молекулы этих белков в сложную надмолекулярную структуру. Во многих случаях межклеточные соединения разрушаются при удалении из среды ионов Ca2+.

Функции межклеточных соединений

Межклеточные соединения возникают в местах соприкосновения клеток в тканях и служат для межклеточного транспорта веществ и передачи сигналов (межклеточное взаимодействие), а также для механического скрепления клеток друг с другом.

Через щелевые контакты могут передаваться электрические сигналы. Клетки органов и тканей вырабатывают ряд химических веществ, действующих на другие клетки (в том числе через межклеточные контакты) и вызывающих изменения в работе цитоскелета, в интенсивности обмена веществ и процессе синтеза клеткой белков.

Типы межклеточных соединений

Простое межклеточное соединение

При простом межклеточном соединении оболочки клеток сближены на расстояние 15 – 20 нм. Это соединение занимает наиболее обширные участки соприкасающихся клеток. Посредством простых соединений осуществляется слабая механическая связь, не препятствующая транспорту веществ в межклеточных пространствах. Разновидностью простого соединения является контакт типа «замок», когда билипидные мембраны соседних клеток вместе с участком цитоплазмы вдавливаются друг в друга, чем достигается большая поверхность соприкосновения и более прочная механическая связь.

Плотное соединение (запирающая зона)

В плотном соединении клеточные мембраны максимально сближены, здесь фактически происходит их слияние. Роль плотного соединения заключается в механическом сцеплении клеток и препятствии транспорту веществ по межклеточным пространствам. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов, она ограждает межклеточные щели от внешней среды. Плотные соединения обычно образуются между эпителиальными клетками в тех органах (желудке, кишечнике и пр.), где эпителий ограничивает содержимое этих органов (желудочный сок, кишечный сок). В этих участках плотные контакты охватывают по периметру каждую клетку, межмембранные пространства отсутствуют, а соседние клеточные оболочки слиты в одну. Если же плотное сцепление происходит на ограниченном участке, то образуется пятно слипания (десмосома).Частными случаями плотного соединения являются зоны замыкания и слипания.

Плотные контакты (англ. tight junctions) — запирающие межклеточные контакты, присущие клеткам позвоночных животных, в составе которых мембраны соседних клеток максимально сближены и «сшиты» специализированными белками клаудинами и окклюдинами (англ.). Распространены в эпителиальных тканях, где составляют наиболее апикальную часть (лат. zonula occludens) комплекса контактов между клетками, в который входят адгезионные контакты и десмосомы. Плотные контакты построены из нескольких лент, опоясывающих клетку, которые, пересекаясь между собой, образуют сетевидную связь. С цитоплазматической стороны ассоциированы с актиновыми филаментами.

Эпителиальные ткани выполняют барьерную и транспортную функции, для этого они должны быть способны пропускать одни вещества и задерживать другие. Такую выборочную проницаемость успешно обеспечивают клеточные мембраны, однако между клетками остаются промежутки, через которые может проходить так называемый парацеллюлярный (параклеточный) транспорт (англ. Paracellular transport). Роль плотных контактов заключается в том, чтобы ограничивать и регулировать параклеточную диффузию: они предотвращают протекание тканевой жидкости через эпителий, но при необходимости могут быть проницаемыми для ионов, небольших гидрофильных молекул и даже макромолекул. Также плотные контакты выполняют так называемую функцию «ограждения», они предотвращают диффузию компонентов мембраны в её внешнем слое, благодаря чему поддерживается разница в составе апикальной и базолатеральной мембран. Плотные контакты задействованы в сигнальных путях, регулирующих пролиферацию, поляризацию и дифференциацию эпителиальных клеток.

Плотные контакты состоят из тонких лент, пересекающихся между собой, которые полностью опоясывают клетку и контактируют с аналогичными лентами на соседних клетках. На электронных микрофотографиях заметно, что в участках плотных контактов мембраны соприкасаются одна с другой или даже сливаются. Комбинация метода замораживания-скалывания с электронной микроскопией с высоким разрешением позволила установить, что плёнки плотных контактов построены из белковых частиц диаметром 3-4 нм, которые выступают с обеих поверхностей мембраны. Также в пользу того, что в образовании плотных контактов ключевую роль играют белки, свидетельствует деление клеток под действием протеолитического фермента трипсина.

Всего в состав тесных контактов входит около 40 различных белков, как мембранных, так и цитоплазматических. Последние необходимы для прикрепления актиновых филаментов, регуляции и сигнализирования.

Мембранные белки

Мембранные белки плотных контактов можно разделить на две группы: те, которые пересекают мембрану 4 раза, и те, которые пересекают её только раз. Первая группа значительно распространена, в неё входят белки клаудины, окклюдины и трицеллюлин. Они имеют общие черты строения, в частности в них имеются четыре α-спиральных трасмембранных домена, N- и С-концы обращены к цитозолю, а домены, выступающие в межклеточное пространство, участвуют в гомо- или гетерофильных взаимодействиях с подобными белками на соседней клетке.

Основными белками плотных контактов являются клаудины (лат. claudo). Их роль была продемонстрирована на примере мышей с отсутствующим геном клаудин-1, — в эпидермисе таких животных не формируются плотные контакты и они погибают в течение дня после рождения из-за обезвоживания вследствие интенсивного испарения[1]. Клаудины также участвуют в формировании селективных каналов для транспорта ионов. В геноме человека есть гены по крайней мере 24 различных клаудинов, экспрессия которых происходит тканеспецифически.

Второе место по распространенности в плотных контактах занимают белки окклюдины (от лат. occludo — закрывать), они регулируют транспорт маленьких гидрофильных молекул и прохождение нейтрофилов через эпителий. Наибольшие концентрации третьего белка — трицеллюлина, наблюдаются в местах контакта трех клеток.

К белкам плотных контактов, пересекающим мембрану один раз, относятся JAM-A,-B,-C и-D (англ. junctional adhesion molecules) и родственные им CAR (англ. coxsackievirus and adenovirus receptor), CLMP (англ. CAR-like membrane protein) и ESAM (англ. endothelial-cell selective adhesion molecule), имеющие по два иммуноглобулинных домена, а также белки CRB3 (англ. Crumbs homologue 3) и Bves

Цитоплазматические белки

Цитоплазматическая пластинка плотных контактов необходима для их присоединения к актиновым филаментам, регуляции сцепления клеток и параклеточного транспорта, а также для передачи сигналов от поверхности внутрь клетки. В её состав входят адаптерные, каркасные и цитоскелетные белки, а также элементы сигнальных путей (киназы, фосфатазы). Наиболее изучен белок цитоплазматической пластинки — ZO-1, он имеет несколько доменов белок-белкового взаимодействия, каждый из которых обеспечивает контакт с другими компонентами, в том числе три PDZ-домена (англ. PSD95–DlgA–ZO-1) — с клаудинами и другими адаптерными белками — ZO-2 и ZO-3, GUK-домен (англ. guanylate kinase homology) — с окклюдинами, а Sh4-домен — с сигнальными белками.

С цитоплазматической стороной плотных контактов также ассоциированы комплексы белков PAR3/PAR6 и Pals1/PATJ, необходимые для установления полярности клеток и эпителиального морфогенеза.

Функции Первые исследования функций плотных контактов привели к представлению, что это статические непроницаемые структуры, необходимые для того, чтобы ограничить диффузию веществ между клетками. Впоследствии было выяснено, что они избирательно проницаемы, к тому же их пропускная способность отличается в различных тканях и может регулироваться. Также установлена ещё одна функция плотных контактов: роль в поддержании полярности клеток путем ограничения диффузии липидов и белков во внешнем слое плазматической мембраны. В первом десятилетии 21 века также накоплены данные, свидетельствующие об участии этих структур в сигнальных путях, в частности, регулирующих пролиферацию и полярность.

Регулирование парацеллюлярного транспорта

Непроницаемость плотных контактов в большинстве водорастворимых соединений может быть продемонстрирована в опыте по введению гидроксида лантана (электронно плотный коллоидный раствор) в кровеносные сосуды поджелудочной железы. Через несколько минут после инъекции ацинарные клетки фиксируются, и из них готовятся препараты для микроскопии. В таком случае можно наблюдать, что гидроксид лантана диффундирует из крови в пространство между латеральными поверхностями клеток, но не может проникнуть через плотные контакты в их верхней части. Другие опыты показали, что плотные контакты также непроницаемы для солей. Например при выращивании почек собаки MDCK (англ. Madin-Darby canine kidney) в среде с очень низкой концентрацией кальция, они формируют монослой, однако не сочетаются между собой плотными контактами. Через такой монослой могут свободно двигаться соли и жидкости. Если культуре добавить кальция, то за час формируются плотные контакты, и слой становится непроницаемым для жидкостей.

Однако не во всех тканях плотные контакты полностью непроницаемы, существуют так называемые неплотные эпителии (англ. leaky epithelia). Например, эпителий тонкого кишечника пропускает в 1000 раз больше ионов Na +, чем эпителий канальцев почек. Ионы проникают через параклеточные поры диаметром 4 Å, селективные по заряду и размеру частиц, которые формируются белками клаудинами. Поскольку эпителии различных органов эксрессируют различные наборы клаудинов, то отличается и их проницаемость для ионов. Например, специфический клаудин, присутствуюий только в почках, позволяет проходить ионам магния в процессе реабсорбции.

Межклеточное пространство эпителия может быть проницаемым и для больших частиц, например, при повторении упомянутого опыта с гидроксидом лантана на ткани эпителия тонкого кишечника кролика можно наблюдать прохождение коллоидных частиц между клетками. Крупные молекулы транспортируются через специальные пути утечки (англ. leak pathway) диаметром более 60 Å. Это важно, например, для процессов всасывания аминокислот и моносахаридов, концентрация которых в тонком кишечнике возрастает после еды достаточно для их пассивного транспорта.

Поддержание различия между апикальной и базолатеральной мембранами

Если в среду, контактирующую с апикальной частью монослоя MDCK-клеток, добавить липосомы, содержащие флуоресцентно меченые гликопротеины, некоторые из них спонтанно сливаются с клеточными мембранами. После этого флуоресценцию можно обнаружить в апикальной, но не в базолатеральной части клеток при условии целостности плотных контактов. Если же их разрушить, удалив из среды кальций, флуоресцентные белки диффундируют и равномерно распределяются по всей поверхности клетки.

Цитозольный слой мембраны имеет одинаковый липидный состав, как в апикальном, так и в базолатеральном участках, эти липиды могут свободно диффундировать. С другой стороны, липиды внеклеточного слоя двух частей клетки существенно различаются, и обмену между ними препятствуют плотные контакты. Например, все гликолипиды, как и белки заякоренные гликозилфосфатидилинозитолом, в мембранах MDCK клеток расположены исключительно в внеклеточном слое апикальной части, а фосфатидилхолин — почти исключительно в базолатеральной части.

Болезни, связанные с плотными контактами

С нарушением формирования тесных контактов связаны некоторые наследственные расстройства человека, например мутации в генах клаудина-16 и клаудина-19, которые приводят к гипомагниемии, вследствие чрезмерной потери магния с мочой. Мутации в гене клаудина-13 и трицеллюлина вызывают наследственную глухоту. Дисрегуляция некоторых белков плотных контактов связана с онкологическими заболеваниями, например экспрессия ZO-1 и ZO-2 снижается во многих типах рака. Компоненты тесных контактов также могут быть мишенями для онкогенных вирусов.

Некоторые вирусы используют мембранные белки плотных контактов для проникновения в клетку, в частности клаудин-1 является корецептором для вируса гепатита C. Другие вирусы присоединяются к белкам плотных контактов, чтобы разрушить барьер, отделяющий их от настоящих рецепторов на базолатеральной слое эпителиальных клеток, или неэпителиальных клетках.

Плотные контакты могут быть мишенью и для бактериальных патогенов, например Clostridium perfringens — возбудитель газовой гангрены, выделяет энтеротоксин (англ.), действующий на внеклеточные домены мембранных клаудинов и окклюдинов, и вызывает протечки эпителия. Helicobacter pylori — возбудитель гастрита — вводит в клетки белок CagA, взаимодействующий с комплексом ZO-1-JAM-A, считается, что это помогает бактерии преодолеть защитный барьер желудочного эпителия.

Адгезионные контакты

Адгезионные контакты (англ. adherens junctions, AJ) — якорные межклеточные контакты, ассоциированные с микрофиламентами, обеспечивающие целостность и механическую прочность ткани, в частности противостояние растяжению, придающие клеткам возможность координированно использовать актиновый цитоскелет. Адгезионные контакты относятся к гомофильным, то есть соединяют клетки одинакового типа. В их формировании принимают участие белки кадгерины и катенины.

Морфологически адгезионные контакты являются относительно простыми, в отличие от десмосом, плотных и щелевых контактов, они не имеют высокоспециализированных ультраструктур, кроме скопления актиновых филаментов. От других типов соединений клеток они отличаются относительной гибкостью и изменчивостью.

Чаще всего адгезионные контакты встречаются в эпителиальных тканях, здесь они образуют вокруг каждой клетки поясок, который называют зоной прилипания (англ. zonula adherens). Такие зоны в эпителии позвоночных животных преимущественно размещаются базальнее участка плотных контактов (англ. zonula occludens) и апикальнее десмосом (англ. macula adherens).

Однако распространение адгезионных контактов в организме не ограничено только эпителием, во многих неэпителиальных тканях, например в нервной и соединительной, они присутствуют в форме точечных или полосковидных сообщений клеток. Также они хорошо выражены в сердечной мышце, где обеспечивают косвенное сообщение сократительного аппарата кардиомиоцитов. Вместе с десмосомами адгезивные контакты образуют так называемые вставные диски между клетками миокарда.

В зоне адгезионных контактов мембраны соседних клеток удалены друг от друга на расстояние 10-20 нм. В состав адгезионных контактов входят три основных элемента:

Собственно сообщение клеток происходит благодаря трансмембранным молекулам клеточной адгезии (англ. cell adhesion molecules, CAM), из которых самыми распространенными в адгезионных контактах являются классические кадгерины. Их N-конечная (N-terminus) внеклеточная часть в присутствии ионов кальция взаимодействует с подобной молекулой на соседней клетке, обеспечивая слипание клеток, а внутриклеточный C-конечный (C-terminus) домен связывается с якорными белками. Также в адгезионных контактах были обнаружены другие трансмембранные белки: нектины и везатины. Адаптером между CAM и элементами цитоскелета выступают внутриклеточные якорные белки, большинство из них крепят цитоплазматическую сторону кадгеринов к актиновым филаментам. Кадгерины непосредственно взаимодействуют с β-катенином и плакоглобинами (γ-катенинами), которые в свою очередь присоединяются к молекулам α-катенина, а те — к винкулину, α-актинину или ZO-1 (англ.), которые уже связываются с актином. В комплексе якорных белков с кадгеринами присутствует также белок p120-катенин, который, вероятно, участвует в регулировании силы адгезионных контактов между клетками. Нектины крепятся к актиновым филаментам через белок афадин. Третьим компонентом являются пучки актиновых филаментов в соседних клетках, что косвенно соединены между собой. Также была продемонстрирована связь адгезионных контактов с микротрубочками, хотя значительного их скопления в этих участках и не наблюдается. Микротрубочки могут присоединяться к адгезионным контактам как плюс-, так и минус-концами, вместе с моторными белками они, вероятно, участвуют в транспортировке белков, необходимых для формирования контактов, в частности кадгеринов.

Функции

Схематическое изображение процесса формирования трубки из слоя эпителиальных клеток Одной из основных функций адгезионных контактов является физическое соединение клеток в единую ткань, их ослабление часто приводит к диссоциации клеток. Такого эффекта можно достичь, обработав ткань или монослойную культуру хелатирующим агентами, такими как ЭДТА, связывающими ионы кальция, вследствие чего взаимодействие между кадгеринами нарушается. Однако, хелатирующих агентов обычно недостаточно для полного разделения клеток, поскольку между ними существуют другие — кальций независимые — контакты.

Адгезионные контакты обеспечивают образование широкой межклеточной сети из пучков сократительных актиновых филаментов, расположенных параллельно мембранам клеток и соединенных между собой с помощью белков катенинов и кадгеринов. Такая организация позволяет не только противостоять механическому напряжению, но и согласовывать поведение клеток во время процессов морфогенеза. Например, координированное сокращение колец актиновых филаментов соседних клеток является необходимым для формирования трубок из слоя эпителия, в частности во время закладки нервной трубки. Одним из примеров является Shroom3-зависимое сокращение зоны прилипания, при этом актин-связывающий белок Shroom3 привлекает к участку адгезионные контакты Rho-киназы и активирует миозин-II, в результате чего и происходит сокращение.

Адгезионные контакты также задействованы в межклеточной передаче сигналов, об этом свидетельствует локализация в зрелых контактах рецепторной тирозинфосфатазы μ и белка RACK1, который взаимодействует с ней. При снижении экспрессии α-катенина наблюдается значительное увеличение темпов пролиферации эпителиальных клеток, было показано, что за этот эффект отвечает сигнальный путь инсулин / MAPK.

Десмосома (пятно сцепления, липкое соединение)

Десмосома — один из типов межклеточных контактов, обеспечивающих прочное соединение клеток (как правило, эпителиальной или мышечной ткани) у животных. Функция десмосом заключается главным образом в обеспечении механической связи между клетками.

Существуют 3 типа десмосом — точечные (лат. macula adherens), опоясывающие (лат. zonula adherens) и гемидесмосомы. Точечная десмосома представляет собой небольшую площадку (диаметром до 0,5 мкм), соединяющую мембраны двух соседних клеток. Количество точечных десмосом на одной клетке может достигать 2000.

Десмосомы образуются между клетками тех тканей, которые могут подвергаться трению, растяжению и другим механическим воздействиям (эпителиальные клетки, клетки сердечной мышцы). Со стороны цитоплазмы к десмосомам прикрепляются промежуточные филаменты, которые формируют в цитоплазме сеть, обладающую большой прочностью на разрыв. Через десмосомы промежуточные филаменты соседних клеток объединяются в непрерывную сеть, охватывающую всю ткань.

Десмосома состоит из белков клеточной адгезии из семейства кадгеринов и соединительных (адапторных) белков, которые соединяют их с промежуточными филаментами. Белки клеточной адгезии, формирующие десмосомы — десмоглеин и десмоколлин. Как и другие кадгерины, эти трансмембранные белки имеют по пять внеклеточных доменов и являются кальцийсвязывающими. Они обеспечивают гомофильное соединение клеток — между собой соединяются две одинаковые по строению молекулы белка. Внутриклеточный белок десмоплакин (при участии еще двух белков, плакофиллина и плакоглобина) соединяет внутриклеточные домены десмоглеина с промежуточными филаментами. Тип промежуточных филаментов зависит от типа клеток: в большинстве эпителиальных клеток они кератиновые, а в клетках сердечной мышцы — десминовые, и т. п.

Если контакты похожего строения образуются между клетками и внеклеточным матриксом, то они называются гемидесмосомами, или полудесмосомами.

Медицинское значение

С нарушением функции десмосом связаны кожные болезни, которые объединены под названием пузырные дерматозы. Две наиболее распространённые формы — pemphigus vulgaris (обыкновенная пузырчатка) и pemphigus foliaceus (пластинчатая пузырчатка). Обычно они имеют аутоиммунную природу, хотя сходные патологии могут быть и наследственными. При вульгарной пузырчатке антитела атакуют белок десмоглеин-3, который присутствует во всех слоях эпителия. При пластинчатой пузырчатке образуются аутоантитела против белка десмоглеин-1, который экспрессируется только в верхних слоях эпидермиса кожи. У больных образуются пузыри, так как слои эпидермиса разрываются, часть его клеток гибнет, а в образующиеся полости поступает межклеточная жидкость.

При вульгарной пузырчатке пузыри образуются не только на коже, но на других слизистых (в основном во рту). Эта болезнь протекает более тяжело и может закончиться смертью. Развивается она обычно в возрасте 40-60 лет. При пластинчатой пузырчатке поражения захватывают только кожу, которая отслаивается в виде пластинок.

Нексус (щелевой контакт)

Щелевое соединение, щелевой контакт (англ. gap junction) — тип соединения клеток в организме с помощью белковых каналов (коннексонов). Через щелевые контакты могут непосредственно передаваться от клетки к клетке электрические сигналы (потенциалы действия), а также малые молекулы (с молекулярной массой примерно до 1.000 Д). Этим щелевые контакты отличаются от плазмодесм, через которые могут транспортироваться макромолекулы и даже органоиды.

Структурную основу щелевого соединения составляют коннексоны — каналы, образуемые шестью белками-коннексинами. В нервной системе щелевое соединение между нейронами встречается в так называемых электрических синапсах. Отдельные коннексоны обычно сосредоточены на ограниченных по площади участках мембран — нексусах, или бляшках (англ. plaque) диаметром 0,5-1 мкм. В области нексуса мембраны соседних клеток сближены, расстояние между ними составляет 2-4 нм.

Белки щелевых контактов

У позвоночных основу щелевых контактов составляют коннексины — первое из описанных семейств белков щелевых контактов. В геноме человека идентифицирован 21 ген щелевых контактов, в геноме мыши — 20 генов.

У беспозвоночных имеется другое семейство белков щелевых контактов, сходных с коннексинами по структуре и функциям, но негомологичных им (имеющих несходную первичную структуру) — иннексины. В геноме Caenorhabditis elegans найдено 25 генов иннексинов, в геноме Drosophila melanogaster — 8.

Позднее выяснилось, что у позвоночных, кроме коннексинов, имеются также белки, гомологичные иннексинам. Эти белки, открытые группой российских ученых, получили название паннексины. В геноме человека и мыши к настоящему времени идентифицированы 3 гена паннексинов.

У иглокожих и некоторых других групп животных есть щелевые контакты, но нет генов ни одного из вышеназванных семейств. Это означает, что существуют ещё не открытые семейства белков щелевых контактов.

Местонахождения в организме и функции щелевых контактов

Основная функция щелевых контактов — электрическое соединение двух клеток, а также перенос небольших молекул между ними. В различных тканях оно существует с разными задачами. В нервной системе щелевые контакты — один из способов передачи возбуждения между нейронами, электрический синапс. В сердце щелевые контакты соединяют кардиомиоциты для обеспечения синхронности сокращения всех клеток одного отдела. Щелевые контакты встречаются практически во всех тканях. Одним из исключений является поперечно-полосатая мускулатура, где клеткам не требуется электрическая связь, поскольку они там слиты в симпласт (однако щелевые контакты встречаются в сосудах, питающих мышцы). Также щелевые контакты не обнаруживаются у эритроцитов и зрелых сперматозоидов. Щелевые контакты даже соединяют клетки фолликула с ооцитом (формально, клетки разных организмов), а разрушение этой связи является одним из сигналов для ооцита при овуляции. Очень значительную роль в функционировании организма играют так называемые полуканалы — «половинки» щелевых контактов, открытые в межклеточное пространство. Например, они участвуют в создании кальциевой волны в эндотелии, выпуская АТФ наружу из клетки, что способствует поддержанию кровяного давления в сосуде. Изменения щелевых контактов — одна из причин эффекта «свидетеля» при облучении.

Синапс (синаптическое соединение)

Синапсы являются особыми формами межклеточных соединений. Они характерны для нервной ткани и встречаются между нейронами (межнейронные синапсы) или между нейроном и клеткой-мишенью (нервно-мышечные синапсы и пр.). Синапсы – участки контакта двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одной клетки к другой. Их функция – именно передача нервного импульса с нейрона на другую нервную клетку или клетку-мишень.

Основные элементы химического синапса: синаптическая щель, везикулы (синаптические пузырьки), нейромедиаторы, рецепторы.

Передача импульсов осуществляется химическим путём с помощью медиаторов или электрическим путём посредством прохождения ионов из одной клетки в другую.

студенты участвуют в благотворительных, экологических и патриотических акциях

В московских молодежных организациях образовательного направления работают более 320 волонтерских центров, из которых 199 находятся в школах, 69 — в высших учебных заведениях, 58 – на базе колледжей. В таких центрах оказывают помощь студентам, которые хотят принять участие в общественной жизни, получить новые знания и навыки, раскрыть потенциал.

Студенты средних специальных учебных заведений Москвы часто становятся участниками благотворительных акций, конкурсов, проектов социальной, событийной, патриотической и экологической сферы. Одна из самых крупных таких акций — «Помощники вакцинации». Волонтеры оказывают поддержку москвичам и медикам.

Каждый желающий студент сможет внести свою идею по развитию волонтерской среды в городе на конкурсе «Доброволец Москвы». Определять лучших собираются в 8 номинациях по 3 направлениям: «Деятельность» — номинации «Я волонтер» и «Спасибо», «Проект» — номинации «Организатор добрых дел» и «Добрая идея», «Команда» — номинации «Добрая команда. Школа», «Добрая команда. Колледж», «Добрая команда. Вуз» и «Добрая команда. Корпоративное объединение».

В этом году конкурс организуют в 7 раз. Мероприятие планируют проводить до декабря. Чтобы отправить заявку, требуется найти нужное направление и номинацию (можно несколько), ввести контактные данные в анкету до 26 октября, добавить конкурсные материалы.

В этом году предлагается поучаствовать в «полезной» программе, в ходе которой можно поддержать одиноких московских пенсионеров, инвалидов, стать донорами и многое другое.

В период времени до декабря в городе собираются проводить серию акций и МК для волонтеров в онлайн-формате и очно.

«Одно из нововведений конкурса «Доброволец Москвы» в 2021 году — возможность для горожан принять участие в разносторонней волонтерской программе. Она предполагает патриотические, культурные, социально ориентированные и экологические акции. Организатором марафона добрых дел выступает ресурсный центр «Мосволонтер»», — пояснила вице-мэр города Наталья Сергунина.

Кроме того, можно присоединиться к мероприятиям по обмену опытом «Добрые встречи». Эксперты – призеры конкурса прошлых лет.

Напомним, на mos.ru предлагают узнать, как стать волонтером в Москве.

— Фото: mos.ru

Полезные материалы » 5 способов повысить количества белка в рационе

Белок = жизнь! Эта формула известна давно и каждому. Протеины участвуют во всех обменных процессах нашего тела, а также в строительстве и реконструкции тканей. Белок — основной строительный материал, используемый организмом для создания мышц, сухожилий, кожи, а также ферментов, гормонов, нейротрансмиттеров и различных крошечных молекул, которые выполняют множество важных функций. Но сколько белка должно быть в вашем рационе, чтобы покрывать все потребности организма?

Существуют совершенно разные мнения о том, сколько белка действительно необходимо. Большинство официальных организаций по питанию рекомендуют потреблять порядка 0,8 г белка на 1 кг веса ежедневно. Это составляет примерно 56 г для мужчины и 46 г для женщины.

Но правильное количество белка для любого человека зависит от массы факторов, включая уровень активности, возраст, соотношения мышечной и жировой массы, телосложения, текущего состояния здоровья и целей, которых необходимо достичь.

Например, увеличение потребления белка до 25-30% от общей калорийности рациона увеличивает чувство сытости и уменьшает навязчивые мысли о еде на 60%. Белок сохраняет ощущение сытости намного лучше, чем жиры и углеводы.

В исследовании University of Washington School of Medicine было доказано, что женщины, увеличившие потребление белка до 30% от общей калорийности рациона, съедали на 441 ккал в день меньше и теряли порядка 6 кг за 12 недель, просто добавляя больше белка в ежедневное потребление. Несложная арифметика: если калорийность ваша рациона равна 1600-2000 калорий, то смело можете увеличивать количество белка до 120-140 г в день!

Белок помогает не только активно терять вес, но и создавать, а также сохранять мышечную массу, которая сжигает большее количество калорий круглосуточно.

Когда дело доходит до мышечной массы, то исследователи предлагают ориентироваться не на процент соотношения БЖУ в рационе, а на количество белка на килограмм веса. В этом случае рекомендованные значения увеличатся до 1,5-2,2 грамма.

Существует несколько простых способов набрать необходимое количество белка и ускорить движение к цели!

1. Ореховые пасты

Арахисовое или миндальное масло — отличный источник растительного белка. Две столовые ложки арахисового обеспечивают организм 8 граммами белка, а миндальная паста содержит около 6 граммов белка в одной порции.

Исследования показали, что люди, которые включают арахис или арахисовое масло в свой рацион, менее склонны к развитию диабета и хронических заболеваний сердца. Миндальная паста содержит много магния, клетчатки и полезных для сердца мононенасыщенных жиров. И хотя в одной порции пасты порядка 167 ккал, исследования показали, что ваше тело фактически поглощает только 129 из них, потому что часть жиров, содержащихся в миндале, не усваиваются организмом.

Добавьте пару ложек масла или пасты в свой любимый смузи или в чашку с ягодами. Намажьте на тост или замешайте в утреннюю порцию овсянки для увеличения потребления белка.

2. Протеиновые коктейли

Протеиновые коктейли — шейки — это напитки на основе протеиновой смеси, способствующие быстрому насыщению организма белком и утолению голода.

Смешайте в блендере 1 мерную ложку сывороточного порошка с чашкой свежих или замороженных ягод и 225 мл миндального молока, чтобы получить вкусный и полезный коктейль, который надолго насыщает и обеспечивает организм протеином, клетчаткой и небольшой порцией углеводов для увеличения энергии.

Можно использовать уже готовые смеси с клетчаткой, витаминами и дополнительными активными компонентами. Например, Lean Protein Shake содержит 26,5 г белка в одной порции! В состав смеси также входит жиросжигающий комплекс из L-карнитина и конъюгированной линолевой кислоты, и 9 г клетчатки, которые ускорят желаемую потерю жировой и рост мышечной массы.

3. Яйца

Яйца — один из самых питательных продуктов, который к тому же он очень доступен по цене. Они не только полны витаминов, минералов и здоровых жиров, но и содержат порядка 6 граммов белка. Добавление яиц в рацион — отличный способ увеличить потребление белка. Несколько исследований показали, что яйца, употребляемые на завтрак, помогают держать голод под контролем, заставляя вас есть меньше калорий в течение дня. Другое исследование показало, что употребление яиц на завтрак подавляет выработку гормона голода грелина и помогает стабилизировать уровень сахара в крови.

4. Добавление протеиновых смесей в блюда

Протеиновые смеси позволяют быстро и легко обеспечить организм порцией белка. Сывороточный, соевый, яичный или гороховый — выбирайте любой продукт, который не противоречит вашей системе питания.

Так например, одна ложка сывороточного протеина (28 г) содержит порядка 20 граммов белка! Кроме того, сывороточный протеин является лучшим источником незаменимых аминокислот, которые усиливают белковый синтез в мышцах и способствует потере жировой массы.

5. Бобовые

Из всех видов бобовых рекордсменом по содержанию белка являются эдамаме. Чашка соевых бобов обеспечивает организм 17 граммами чистого белка. Эдамаме продаются как очищенные, так и в стручках. Они являются вкусной закуской и отличным дополнением к салатам или горячим блюдам. Протеины, содержащиеся в эдамаме содержат почти весь спектр незаменимых аминокислот. Но соевые бобы — не единственный источник белка для веганов или вегетарианцев. Например, фасоль пинто содержит 16 граммов белка на чашку, а черная фасоль, лима и нут — около 15 г. Поскольку белок содержит 4 калории в 1 грамме, вам потребуется потреблять от 50 до 175 граммов фасоли в день при рационе в 2000 ккал.

Что такое некодирующая ДНК ?: MedlinePlus Genetics

Только около 1 процента ДНК состоит из генов, кодирующих белок; остальные 99 процентов не кодируются. Некодирующая ДНК не дает инструкций по созданию белков. Ученые когда-то думали, что некодирующая ДНК — это «мусор» с неизвестной целью. Однако становится ясно, что по крайней мере часть этого является неотъемлемой частью функции клеток, особенно контроля активности генов. Например, некодирующая ДНК содержит последовательности, которые действуют как регуляторные элементы, определяя, когда и где гены включаются и выключаются.Такие элементы обеспечивают сайты для специализированных белков (называемых факторами транскрипции) для прикрепления (связывания) и активации или подавления процесса, посредством которого информация от генов превращается в белки (транскрипция). Некодирующая ДНК содержит множество типов регуляторных элементов:

• Промоторы обеспечивают сайты связывания для белкового аппарата, осуществляющего транскрипцию. Промоторы обычно находятся прямо перед геном на цепи ДНК.

• Энхансеры обеспечивают сайты связывания для белков, которые помогают активировать транскрипцию.Энхансеры можно найти на нити ДНК до или после гена, который они контролируют, иногда далеко.

• Глушители обеспечивают сайты связывания для белков, подавляющих транскрипцию. Подобно энхансерам, сайленсеры можно найти до или после гена, который они контролируют, и могут быть на некотором расстоянии от цепи ДНК.

• Инсуляторы

  обеспечивают сайты связывания для белков, которые различными способами контролируют транскрипцию. Некоторые не позволяют энхансерам участвовать в транскрипции (инсуляторы энхансеров-блокаторов).Другие предотвращают структурные изменения в ДНК, которые подавляют активность генов (барьерные инсуляторы). Некоторые изоляторы могут действовать как блокаторы энхансеров и как барьеры.

Другие области некодирующей ДНК предоставляют инструкции для образования определенных видов молекул РНК. РНК — это химический родственник ДНК. Примеры специализированных молекул РНК, полученных из некодирующей ДНК, включают: переносить РНК (тРНК) и рибосомные РНК (рРНК), которые помогают собирать строительные блоки белка (аминокислоты) в цепь, которая формирует белок; микроРНК (миРНК), которые представляют собой короткие отрезки РНК, которые блокируют процесс производства белка; и длинные некодирующие РНК (lncRNAs), которые представляют собой более длинные РНК, которые играют различные роли в регуляции активности генов.

Некоторые структурные элементы хромосом также являются частью некодирующей ДНК. Например, повторяющиеся некодирующие последовательности ДНК на концах хромосом образуют теломеры. Теломеры защищают концы хромосом от разрушения во время копирования генетического материала. Повторяющиеся некодирующие последовательности ДНК также образуют сателлитную ДНК, которая является частью других структурных элементов. Спутниковая ДНК является основой центромеры, которая является точкой сужения Х-образной пары хромосом.Спутниковая ДНК также образует гетерохроматин, который представляет собой плотно упакованную ДНК, которая важна для контроля активности генов и поддержания структуры хромосом.

Некоторые некодирующие участки ДНК, называемые интронами, расположены внутри генов, кодирующих белок, но удаляются до образования белка. Регуляторные элементы, такие как энхансеры, могут находиться в интронах. Другие некодирующие области находятся между генами и известны как межгенные области.

Идентичность регуляторных элементов и других функциональных областей в некодирующей ДНК до конца не изучена.Исследователи работают над тем, чтобы понять расположение и роль этих генетических компонентов.

Статьи в научных журналах для дальнейшего чтения

Мастон Г.А., Эванс СК, Грин MR. Элементы регуляции транскрипции в геноме человека. Анну Рев Геномикс Хум Генет. 2006; 7: 29-59. Рассмотрение. PubMed: 16719718.

Консорциум проектов ENCODE. Интегрированная энциклопедия элементов ДНК в геноме человека. Природа. 2012 6 сентября; 489 (7414): 57-74. DOI: 10,1038 / природа11247. PubMed: 22955616; Полный текст доступен бесплатно в PubMed Central: PMC3439153.

Plank JL, Dean A. Enhancer function: объединение механистических и геномных идей. Mol Cell. 2014 3 июля; 55 (1): 5-14. DOI: 10.1016 / j.molcel.2014.06.015. Рассмотрение. PubMed: 24996062.

Белок-носитель — обзор

11.1.3 Транслокатор адениновых нуклеотидов и разобщающий белок

Семейство белков-носителей митохондриального аниона обеспечивает транспортировку растворенных веществ через внутреннюю мембрану митохондрий. Эта группа родственных белков имеет трехчастный повторяющийся домен, каждый из которых состоит примерно из 100 аминокислот, каждая из которых функционирует как гомодимеры.Это семейство включает два класса носителей, имеющих особое отношение к биоэнергетике, носители АДФ / АТФ или ANT и несвязанные белки (UCP).

Белки ANT кодируются небольшим семейством генов яДНК. Это многофункциональные белки, которые отвечают за экспорт АТФ, синтезированного в митохондриальном матриксе OXPHOS, в цитозоль в обмен на АДФ. ANT составляют до 10% митохондриального белка. Считается, что когда АТФ связывается с одной из субъединиц на внутренней стороне мембраны, АДФ связывается с другой субъединицей снаружи, и два адениновых нуклеотида транспортируются на противоположную сторону мембраны под действием внутренней мембраны. электрохимический градиент.Каждый мономер ANT имеет шесть трансмембранных спиралей и содержит консенсусную последовательность RRRMMM, при этом три R лежат в основании конической лунки, в которой связываются адениновые нуклеотиды ( 199 ).

У людей есть четыре различных изоформы ANT: изоформа, специфичная для сердечной мышцы, ANT1 ( 200 — 202 ); индуцибельная изоформа ANT2 ( 201 , 203 ); системная изоформа ANT3 ( 200 , 201 ); и изоформа семенников, которая также экспрессируется на низких уровнях в печени и головном мозге ( 204 ).ANT1, который экспрессируется преимущественно в сердце и мышцах ( 205 ), имеет четыре экзона и промотор с классическими элементами TATA и CCAAT ( 192 , 206 — 209 ). Ген ANT1 картируется в 4q35-qter, близко к локусу FSHMD ( 210 — 212 ). ANT2 экспрессируется на низких уровнях в зрелых тканях, но индуцируется в ситуациях метаболического стресса и в связи с повышенной пролиферацией клеток ( 200 , 205 , 213 — 218 ). ANT2 , который был сопоставлен с Xq24-q24, имеет ту же структуру из четырех экзонов, что и ANT1 , промотор с каноническим TATA и пятью потенциальными сайтами Sp1, но без CCAAT-бокса ( 219 — 221 ) . Регуляция роста ANT2 контролируется тремя сайтами связывания фактора транскрипции Sp1: двумя соседними сайтами CpG, расположенными вместе в точках -79 и -68, которые действуют синергетически, индуцируя экспрессию после деметилирования, и третьим сайтом CpG, расположенным между ТАТА-боксом и сайт старта транскрипции, который функционирует как негативный регулятор ( 222 , 223 ). ANT2 также содержит блок, регулируемый гликолизом (GRBOX) на -1,2 т.п.н., отрицательный регулятор в нормальных клетках, который отключен в гликолитических и трансформированных клетках ( 200 ). ANT3 экспрессируется в большинстве зрелых тканей, а также в фибробластах кожи ( 205 , 218 ). Он отображается на Xp22.3 в псевдоавтосомной области, экспрессируется как в X-, так и в Y-хромосомах и имеет классическую четырехэкзонную структуру. В его промоторе отсутствуют элементы TATA и CCAAT, но есть потенциальные сайты Sp1 ( 207 , 224 , 225 ).В Т-клетках ANT3 регулируется либо интерлейкином-4, либо интерфероном-γ через STAT6 и STAT1 ( 226 ). ANT4 имеет только 66-68% аминокислотную идентичность с тремя другими ANT; тем не менее, он все еще сохраняет характерный мотив RRRMMM и обменивает АДФ и АТФ, хотя и с другой кинетикой. ANT4 расположен на хромосоме 4q28.1 и содержит шесть экзонов вместо обычных четырех и экспрессируется в основном в семенниках, хотя также значительно экспрессируется в печени и головном мозге ( 204 ).

В отличие от человека, мышь имеет три гена Ant ( Ant1, Ant2 и Ant4 ). Ген Ant1 мыши отображается на хромосоме 8 ( 227 , 228 ), синтеничен с хромосомой 4q35 человека и геном Ant1 человека и имеет стандартные четыре экзона и три интрона ( 227 ). Мышь Ant2 была картирована в X-хромосоме мыши вне псевдоавтосомной области, что позволяет предположить, что она синтенична ANT2 человека ( 229 ).Не было выделено мышиного гомолога гена ANT3 человека ( 227 , 229 ). Мышиный гомолог ANT4 человека, обозначенный как Ant4 , на 70,1% гомологичен мышиному Ant1 и на 69,1% гомологичен мыши Ant2 , но на 85,9% гомологичен человеческому ANT4 . Более того, и мышиный, и человеческий гены Ant4 / ANT4 имеют отличительную геномную структуру из шести экзонов. У взрослых мышей Ant4 экспрессируется исключительно в семенниках, его мРНК не обнаруживается в сердце, мозге, селезенке, легких, печени, скелетных мышцах или почках взрослого человека с помощью Нозерн-блоттинга.Промотор Ant4 содержит 47 CpG, которые широко метилированы в головном мозге, почках и легких ( 230 ).

ANT / муравьи различаются по своей способности регулировать mtPTP и, таким образом, вызывать апоптоз. Трансформация клеток кДНК / геном ANT1 или ANT3 человека, приводящая к сверхэкспрессии, сильно индуцирует апоптоз клеток. Напротив, трансформация с помощью кДНК / ген ANT2 не вызывает апоптоз ( 231 , 232 ).Фракционирование митохондрий также выявило, что Ant1 локализован в части внутренней митохондриальной мембраны, находящейся в прямом контакте с внешней мембраной и в ассоциации с гексокиназой и, таким образом, с полным mtPTP. Ant2 также распространяется в складчатых кристах и ​​связан с митохондриальной креатинфосфокиназой, но не с гексокиназой. Следовательно, Ant2 менее связан с mtPTP ( 233 ). Важность ANT в регуляции апоптоза была убедительно продемонстрирована тем, что они нацелены на вирусные пептиды, предположительно для регуляции апоптоза ( 234 , 235 ).ANT1 также связывает комплекс IκBα – NF-κB, который регулирует антиапоптотические белки Bcl-x _{, L} , MnSOD и c-IAP2. ANT2 не взаимодействует с IκBα – NF-κB ( 236 ). Следовательно, повышающая регуляция ANT1 д. Уменьшать доступный IκBα-NF-κB и вести клетку к апоптозу.

UCP образуют протонный канал через внутреннюю мембрану, таким образом деполяризуя электрохимический градиент и разъединяя перенос электронов из синтеза АТФ. Несвязанный белок-1 (UCP1) в основном связан с коричневой жировой тканью, где он участвует в терморегуляции.Он сильно индуцируется холодовым стрессом через путь β-адренергической реакции ( 237 — 240 ). Несвязанный белок-2 (UCP2) имеет 59% аминокислотную идентичность с UCP1 и широко экспрессируется в тканях взрослого человека, причем уровни мРНК наиболее высоки в скелетных мышцах. Он также активируется в белом жире в ответ на диету с повышенным содержанием жиров. У мышей он был связан с локусом количественных признаков гиперинсулинемии и ожирения ( 238 ). Несвязывающий белок-3 (UCP3) на 57% идентичен UCP1 и на 73% идентичен UCP2.UPC3 также широко экспрессируется в тканях взрослых и особенно на высоких уровнях в скелетных мышцах. Более того, он регулируется гормонально, индуцируясь в скелетных мышцах гормоном щитовидной железы и в белом жире β ₃ -адренергическими агонистами, а также регулируется дексаметазоном, лептином и голоданием. UCP3 расположен рядом с UCP2 в хромосоме 11q13 человека и хромосоме 7 мыши ( 241 — 244 ).

Лабораторные «минипротеины» могут блокировать заражение коронавирусом клеток

Пока мир ждет вакцины от COVID-19, многие исследователи сосредоточены на разработке эффективных терапевтических средств, которые можно внедрить быстро и дешево.Моноклональные антитела — потенциально многообещающая лабораторная терапия, основанная на антителах, извлеченных из крови выздоравливающих пациентов, — недавно попали в заголовки газет, когда президент Трамп получил еще не утвержденный коктейль антител от компании Regeneron. А фармацевтический гигант Eli Lilly недавно объявил, что его моноклональные антитела снижают риск госпитализации у 300 человек, у которых были легкие или умеренные симптомы COVID-19, в небольшом клиническом исследовании.

Но Дэвид Бейкер, биохимик из Института дизайна белков Вашингтонского университета, и его коллеги думают, что они могут создать еще лучшую терапию.Они разработали синтетический пептид — короткую цепочку аминокислот, строительных блоков белков — в 20 раз меньше, чем моноклональное антитело, которое предназначено для связывания с печально известным «шиповым» белком на поверхности вируса SARS-CoV-2. частица. Это напрямую блокирует связывание вируса с рецепторами ACE-2 на клетках человека, действуя во многом как антитело, вырабатываемое иммунной системой инфицированного человека. Бейкер и его коллеги описали эти «ингибиторы минипротеинов» в сентябре в журнале Science .Хотя исследование тестировало эти синтетические белки только в лаборатории, смешивая вирусные частицы с клетками обезьян in vitro, он говорит, что неопубликованные данные показывают, что они могут защитить мышей и хомяков от инфекции SARS-CoV-2.

«Мы создали эти [крошечные белки] с нуля, основываясь на« первых принципах », используя компьютеры для моделирования всех биохимических деталей теоретического белка, который мог бы прилипнуть к вирусу», — объясняет Бейкер, который ранее был удостоен премии за прорыв в размере 3 миллионов долларов. в сентябре за его десятилетия работы в области создания синтетических белков.Его команда использовала компьютеры для цифровой разработки более двух миллионов «мини-протеинов»-кандидатов, обработала данные с помощью алгоритмов, отобрала 118 000 генов-кандидатов, которые кодируют эти белки, изготовила белки с нуля и проверила их непосредственно против вируса в лаборатории. что семь дизайнов могут эффективно связываться с вирусом и, таким образом, отключать его.

За 3,5 миллиарда лет эволюция произвела невероятное количество белков и пептидов. В последние годы биохимики выследили и использовали некоторые из них для создания новых лекарств, таких как эптифибатид, антитромбоцитарный препарат, применяемый для предотвращения сердечных приступов, активный ингредиент которого извлекается из яда южной карликовой гремучей змеи.Protein Data Bank, онлайн-хранилище последовательностей белков и обучающих инструментов, содержит аминокислотные последовательности и полные трехмерные структуры для более чем 160 000 пептидов и белков, но мир природы содержит сотни миллионов белков.

«Очень сложно найти в природе пептид, который делает именно то, что вы хотите», — объясняет Гаурав Бхардвадж, также биохимик из Института дизайна белков, но не участвовавший в исследовании Science .Он пытается создать индивидуальный пептид, который предотвратит репликацию SARS-CoV-2 в человеческих клетках. «Теперь мы можем с помощью вычислений исследовать возможные конструктивные конфигурации пептида, чтобы выполнять именно те функции, которые нам нужны».

Функция каждого белка зависит от его структуры. Взаимодействие между атомами аминокислот белка заставляет эти цепи самоорганизовываться менее чем за секунду в сложный набор спиралей и складок. По мере роста цепи аминокислот эти спирали и волнистые пласты складываются друг над другом и вокруг друг друга в головокружительно сложную серию складок, и именно эти складки придают белкам их форму и функцию.Однако выяснение того, как одна аминокислотная последовательность превращается в конкретную складку, было мучительно сложной задачей, и только в 1990-х годах — с постоянно расширяющимися базами данных о белках — ученые смогли начать связывать последовательность в форму.

«Мы можем создавать совершенно новые белки, которые никогда не встречались в природе, потому что теперь мы понимаем природу сворачивания белков», — говорит Бейкер. «Наша способность использовать компьютеры для разработки белков« de novo »на самом деле стала реальностью только в последние несколько лет — мы, возможно, не смогли бы применить себя к COVID-19, если бы пандемия случилась пять лет назад.”

Многие организации, в том числе Фонд Гейтса, Фонд открытой благотворительности и, совсем недавно, комитет по присуждению премии «Прорыв», поддержали эту работу. Хотя моноклональные антитела к SARS-CoV-2 уже проходят клинические испытания, Бейкер говорит, что его ингибиторы минипротеинов имеют еще больший потенциал для борьбы с пандемией, потому что они в 20 раз меньше и, следовательно, их будет дешевле производить быстро и последовательно.

«Синтетические пептиды» демонстрируют огромный потенциал для масштабирования при низких затратах для создания надежных, индивидуальных методов лечения, — говорит Сарел Флейшман из Института науки Вейцмана в Израиле, который не принимал участия в исследовании.Но они все еще находятся на неизведанной территории, что ставит их в невыгодное положение в гонке за лекарством, говорит он. «Основным преимуществом лечения моноклональными антителами является то, что они полностью« человеческие », то есть они уже совместимы с нашей иммунной системой. Таким образом, они несут гораздо меньший риск, чем синтетические белки », — говорит он. По его словам, преодоление нормативных препятствий будет намного проще с моноклональными антителами, потому что регулирующие органы уже будут понимать, с чем они имеют дело, по сравнению с новой и непроверенной технологией.

Хотя синтетические пептиды обладают огромным потенциалом, нам нужно быть осторожными, чтобы не быть излишне оптимистичными, — добавляет биохимик Эрик Прокко из Университета Иллинойса, который работал исследователем с докторской степенью в команде Бейкера, но не участвовал в этом конкретном исследовании. «Фармакокинетика минипротеинов» — способы, которыми человеческое тело может их метаболизировать, поглощать и выводить — «будет препятствием для их использования в качестве лекарств», — говорит Прокко. «Препарат на основе антител Эли Лили сохраняется в организме в течение месяца; Для небольшого минипротеина будет сложно добиться такой стабильности в крови.”

Бейкер признает, что и Флейшман, и Прокко правы: «наши минипротеины должны будут пройти такую ​​же тщательную проверку клинических испытаний, что и моноклональные антитела, — говорит он, — хотя стоит отметить, что регулирующие органы, такие как FDA, имеют обширный опыт во всех областях. виды лекарств и терапевтические методы ».

И Прокко, и Бейкер отмечают, что минипротеины, скорее всего, нужно будет вводить непосредственно в легкие путем ингаляции. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали именно такой аэрозольный состав.Технология, получившая название «AeroNabs», будет вводиться с помощью ингалятора или назального спрея. Примерно в три раза больше, чем минипротеины Бейкера, U.C.S.F. одни смоделированы на основе частиц «нанотел», обнаруженных в иммунной системе животных, таких как ламы, и действуют аналогичным образом: они связываются с «шиповым» белком SARS-CoV-2 и предотвращают его слияние с рецептором ACE-2 на клетках человека.

«Маловероятно, что моноклональные антитела попадут в дыхательные пути легких при введении в виде инъекционного препарата», — объясняет Аашиш Манглик из U.C.S.F., часть команды, которая разработала AeroNabs. Он и его коллеги описали свои инновации в базе данных препринтов bioRxiv в августе. Только 2 процента моноклональных антител, введенных в кровоток, имеют тенденцию достигать легочных пространств, областей легких, через которые вирус проникает у большинства людей, — но лекарство, доставляемое с помощью аэрозоля, могло бы достичь этих воздушных мешочков и, следовательно, могло бы По словам Манглика, они служат как лечебным, так и профилактическим средством. «Мы считаем, что это полезно для пациентов, находящихся на ранних стадиях заражения, или для людей с высоким риском заражения, например, медицинских работников и медицинских работников», — говорит он.«Однако с технической точки зрения то, что Бейкер смог осуществить — проектировать все на перспективу, а не на основе существующей структуры в природе — просто феноменально. Это захватывающее время для белковой науки «.

Бит Кристен из Института молекулярной системной биологии в Цюрихе, который не принимал участия в исследованиях Бейкера или Манглика, согласен, что сейчас захватывающее время. «Синтетическая биология очень быстро прогрессирует в разработке вакцин и терапевтических средств — за очень короткий промежуток времени мы стали свидетелями того, как многие вещи выдвинулись на передний план, и корпоративный мир реагирует множеством побочных продуктов и стартапов, которые обратились в эту область», — говорит он. .

Однако с ростом корпоративного интереса может снизиться общественное доверие — как это произошло с генетически модифицированными продуктами питания два десятилетия назад. Технология в основном рассматривалась как дорогая и ненужная, движимая мотивами корпоративной прибыли, а не общественной потребностью. Синтетические пептиды — многие из которых совершенно «неестественны» и «никогда раньше не встречались на земле» — рискуют попасть в ту же ловушку.

«Но с COVID-19 перед человечеством стоит очевидная огромная проблема, — говорит Кристен, — и если синтетическая биология сможет внести свой вклад в создание новых решений и новых методов лечения, люди легко увидят в этом необходимость.”

Подробнее о вспышке коронавируса от Scientific American читайте здесь. И читайте репортажи из нашей международной сети журналов здесь.

Генетика рака | Cancer.Net

Гены находятся в ДНК каждой клетки вашего тела. Они контролируют работу клеток, в том числе:

• Как быстро растет

• Как часто делится

• Сколько живет

По оценкам исследователей, каждая клетка содержит 30 000 различных генов.Внутри каждой клетки гены расположены на хромосомах.

О хромосомах

Хромосомы — это нитевидные структуры в клетках, содержащие гены. 46 хромосом, расположенных в 2 наборах по 23.

Вы наследуете один набор от матери и один от отца. Одна хромосома в каждом наборе определяет, мужчина вы или женщина. Остальные 22 пары хромосом определяют другие физические характеристики. Эти пары хромосом называются аутосомами.

Как работают гены

Гены контролируют работу ваших клеток, вырабатывая белки.Белки имеют определенные функции и действуют как посланники для клетки.

Каждый ген должен иметь правильные инструкции по производству белка. Это позволяет белку выполнять правильную функцию для клетки.

Все виды рака начинаются, когда один или несколько генов в клетке мутируют. Мутация — это изменение. Он создает аномальный белок. Или это может предотвратить образование белка.

Аномальный белок предоставляет иную информацию, чем нормальный белок. Это может привести к неконтролируемому размножению клеток и стать злокачественными.

О генетических мутациях

Существует 2 основных типа генетических мутаций:

Приобретенные мутации. Это наиболее частая причина рака. Они возникают в результате повреждения генов в конкретной клетке в течение жизни человека. Например, это может быть клетка груди или клетка толстой кишки, которая затем многократно делится и образует опухоль. Опухоль — это аномальная масса. Рак, который возникает из-за приобретенных мутаций, называется спорадическим раком. Приобретенные мутации не обнаруживаются в каждой клетке тела и не передаются от родителя к потомку.

Факторы, вызывающие эти мутации, включают:

Мутации зародышевой линии. Это реже. Мутация зародышевой линии происходит в сперматозоиде или яйцеклетке. Он переходит непосредственно от родителя к ребенку в момент зачатия. По мере того, как эмбрион превращается в ребенка, мутация исходной сперматозоида или яйцеклетки копируется в каждую клетку в организме. Поскольку мутация затрагивает репродуктивные клетки, она может передаваться из поколения в поколение.

Рак, вызванный мутациями зародышевой линии, называется наследственным раком.На его долю приходится от 5% до 20% всех случаев рака.

Мутации и рак

Мутации случаются часто. Мутация может быть полезной, вредной или нейтральной. Это зависит от того, где в гене происходит изменение. Обычно организм исправляет большинство мутаций.

Одна мутация, скорее всего, не вызовет рак. Обычно рак возникает в результате нескольких мутаций в течение жизни. Вот почему рак чаще возникает у пожилых людей. У них было больше возможностей для развития мутаций.

Типы генов, связанных с раком

Многие из генов, которые способствуют развитию рака, попадают в широкие категории:

Гены-супрессоры опухолей. Это защитные гены. Обычно они ограничивают рост клеток на:

При мутации гена-супрессора опухоли клетки бесконтрольно растут. И со временем они могут образовать опухоль.

Примеры генов-супрессоров опухолей включают BRCA1 , BRCA2 и p53 или TP53 .

Мутации зародышевой линии в генах BRCA1 или BRCA2 увеличивают риск развития у женщин наследственного рака груди или яичников, а у мужчин — риск развития наследственного рака предстательной железы или груди. Они также увеличивают риск рака поджелудочной железы и меланомы у женщин и мужчин.

Наиболее часто мутирующий ген у людей, больных раком, — это p53 или TP53 . Более чем в 50% случаев рака присутствует отсутствующий или поврежденный ген p53 . Приобретается большинство мутаций гена p53 .Мутации зародышевой линии p53 встречаются редко, но пациенты, несущие их, подвергаются более высокому риску развития многих различных типов рака.

Онкогены. Они превращают здоровую клетку в раковую. Мутации в этих генах не передаются по наследству.

Два общих онкогена:

• HER2, специализированный белок, контролирующий рост и распространение рака. Он содержится в некоторых раковых клетках. Например, раковые клетки груди и яичников.

• Семейство генов RAS , которое заставляет белки участвовать в путях клеточной коммуникации, росте и гибели клеток.

гены репарации ДНК. Это исправляет ошибки, сделанные при копировании ДНК. Многие из них действуют как гены-супрессоры опухолей. BRCA1 , BRCA2 и p53 — все гены репарации ДНК.

Если у человека есть ошибка в гене репарации ДНК, ошибки остаются неисправленными. Тогда ошибки становятся мутациями.Эти мутации могут в конечном итоге привести к раку, особенно мутации в генах-супрессорах опухолей или онкогенах.

Мутации в генах репарации ДНК могут передаваться по наследству или приобретаться. Синдром Линча является примером наследственного вида. Мутации BRCA1 , BRCA2 и p53 и связанные с ними синдромы также передаются по наследству.

Проблемы в понимании генетики рака

Исследователи многое узнали о том, как работают гены рака. Но многие виды рака не связаны с конкретным геном.Рак, вероятно, связан с множественными генными мутациями. Более того, некоторые данные свидетельствуют о том, что гены взаимодействуют с окружающей средой. Это еще больше усложняет наше понимание роли генов в развитии рака.

Исследователи продолжают изучать, как генетические изменения влияют на развитие рака. Эти знания привели к улучшениям в лечении рака, включая раннее выявление, снижение риска, использование таргетной терапии и выживаемость.

Дальнейшее изучение генетики рака может помочь врачам найти более эффективные способы:

Связанные ресурсы

Генетическое тестирование на риск рака

Понимание риска рака

Наследственные синдромы, связанные с раком

Что такое персонализированная противораковая медицина?

Как геномное тестирование принесло мне чувство контроля при метастатическом раке молочной железы

Дополнительная информация

Национальный институт рака (NCI): Генетика рака

NCI: Как генетические изменения приводят к раку (инфографика)

Иммунная система и первичный иммунодефицит

Иммунная система состоит из множества различных типов клеток и белков.Каждый элемент выполняет определенную задачу, направленную на распознавание посторонних материалов и / или реагирование на них.

Организация и развитие иммунной системы

Иммунная система — это прекрасное сотрудничество между клетками и белками, которые работают вместе, чтобы обеспечить защиту от инфекции. Эти клетки и белки не образуют единого органа, такого как сердце или печень. Вместо этого иммунная система рассредоточена по всему телу, чтобы обеспечить быстрый ответ на инфекцию (, рис. 1, ).Клетки проходят через кровоток или в специальные сосуды, называемые лимфатическими. Лимфатические узлы и селезенка обеспечивают структуры, которые способствуют межклеточной коммуникации.

Костный мозг и тимус представляют собой тренировочную площадку для двух клеток иммунной системы (B-клеток и T-клеток соответственно). Развитие всех клеток иммунной системы начинается в костном мозге с гемопоэтических (кроветворных) стволовых клеток ( Рисунок 2 ). Эта клетка называется «стволовой», потому что все другие специализированные клетки возникают из нее.Благодаря своей способности генерировать всю иммунную систему, эта клетка является наиболее важной при трансплантации костного мозга или гемопоэтических стволовых клеток. Он связан с эмбриональными стволовыми клетками, но представляет собой отдельный тип клеток. В большинстве случаев развитие одного типа клеток не зависит от других типов клеток.

Первичные иммунодефициты могут поражать только один компонент иммунной системы или несколько клеток и белков. Чтобы лучше понять описанные ниже иммунодефицитные состояния, в этом разделе будет описана организация и созревание иммунной системы.

Хотя все компоненты иммунной системы взаимодействуют друг с другом, обычно рассматриваются две широкие категории иммунных ответов: врожденная иммунная система и адаптивная иммунная система.

Врожденные иммунные реакции — это те реакции, которые зависят от клеток, которым не требуется дополнительная «тренировка» для выполнения своей работы. Эти клетки включают нейтрофилы, моноциты, естественные киллеры (NK) и набор белков, называемых белками комплемента. Врожденные реакции на инфекцию происходят быстро и надежно.Даже у младенцев есть отличные врожденные иммунные реакции.

Адаптивные иммунные ответы составляют вторую категорию. В этих ответах участвуют Т-клетки и В-клетки, два типа клеток, которым требуется «обучение» или образование, чтобы научиться не атаковать наши собственные клетки. Преимуществами адаптивных ответов являются их долговечная память и способность адаптироваться к новым микробам.

Центральным элементом обеих категорий иммунных ответов является способность отличать чужеродных захватчиков (то есть, что нужно атаковать) от наших собственных тканей, которые необходимо защищать.Из-за своей способности быстро реагировать врожденные реакции обычно первыми реагируют на «вторжение». Этот первоначальный ответ служит для предупреждения и запуска адаптивного ответа, полная активация которого может занять несколько дней.

В раннем детстве врожденные реакции наиболее заметны. У новорожденных есть антитела от матери, но они не вырабатывают собственных антител в течение нескольких недель.

Адаптивная иммунная система функционирует при рождении, но она не приобрела опыта, необходимого для оптимальной реакции памяти.Хотя это формирование памяти происходит на протяжении всей жизни, наиболее быстрый иммунологический опыт происходит в период между рождением и трехлетним возрастом. Каждое инфекционное воздействие приводит к тренировке клеток, так что реакция на повторное воздействие той же инфекции происходит быстрее и сильнее.

В течение первых нескольких лет жизни большинство детей заражаются различными инфекциями и вырабатывают антитела, направленные против этих конкретных инфекций. Клетки, вырабатывающие антитело, «запоминают» инфекцию и обеспечивают длительный иммунитет к ней.Точно так же Т-клетки могут запоминать вирусы, с которыми столкнулся организм, и могут более энергично реагировать, когда снова сталкиваются с тем же вирусом. Такое быстрое созревание адаптивной иммунной системы в раннем детстве затрудняет тестирование маленьких детей, поскольку ожидания относительно того, что является нормальным, с возрастом меняются. В отличие от адаптивной иммунной системы, врожденная иммунная система в значительной степени не повреждена при рождении.

Основные органы иммунной системы

Нажмите, чтобы увеличить

А.Тимус: Тимус — это орган, расположенный в верхней части грудной клетки. Незрелые лимфоциты покидают костный мозг и попадают в тимус, где они «обучаются», чтобы стать зрелыми Т-лимфоцитами.

B. Печень: Печень — главный орган, ответственный за синтез белков системы комплемента. Кроме того, он содержит большое количество фагоцитарных клеток, которые поглощают бактерии в крови, когда она проходит через печень.

C. Костный мозг: Костный мозг — это место, где все клетки иммунной системы начинают свое развитие из примитивных стволовых клеток.

D. Миндалины: Миндалины представляют собой скопление лимфоцитов в горле.

E. Лимфатические узлы: Лимфатические узлы представляют собой скопления В-лимфоцитов и Т-лимфоцитов по всему телу. Клетки собираются в лимфатических узлах, чтобы общаться друг с другом.

F. Селезенка: Селезенка представляет собой совокупность Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов и моноцитов. Он служит для фильтрации крови и предоставляет место для взаимодействия организмов и клеток иммунной системы.

G. Кровь: Кровь — это система кровообращения, которая переносит клетки и белки иммунной системы из одной части тела в другую.

Клетки иммунной системы

Нажмите, чтобы увеличить

A. Костный мозг: Участок в организме, где большая часть клеток иммунной системы вырабатывается в виде незрелых или стволовых клеток.

B. Стволовые клетки: Эти клетки обладают способностью дифференцироваться и созревать в различные клетки иммунной системы.

C. Тимус: Орган, расположенный в грудной клетке, который заставляет незрелые лимфоциты становиться зрелыми Т-лимфоцитами.

D. B-клетки: Эти лимфоциты возникают в костном мозге и дифференцируются в плазматические клетки, которые, в свою очередь, вырабатывают иммуноглобулины (антитела).

E. Цитотоксические Т-клетки: Эти лимфоциты созревают в тимусе и отвечают за уничтожение инфицированных клеток.

F. Т-хелперы: Эти специализированные лимфоциты «помогают» другим Т-клеткам и В-клеткам выполнять свои функции.

G. Клетки плазмы: Эти клетки развиваются из В-клеток и являются клетками, вырабатывающими иммуноглобулин для сыворотки и секретов.

H. Иммуноглобулины: Эти узкоспециализированные белковые молекулы, также известные как антитела, подходят чужеродным антигенам, таким как полиомиелит, как замок и ключ. Их разнообразие настолько велико, что их можно производить так, чтобы они соответствовали всем возможным микроорганизмам в нашей окружающей среде.

I. Нейтрофилы (полиморфноядерные клетки PMN): Тип клеток, обнаруженных в кровотоке, которые быстро поглощают микроорганизмы и убивают их.

J. Моноциты: Тип фагоцитарных клеток, обнаруженных в кровотоке, которые развиваются в макрофаги при миграции в ткани.

K. Красные кровяные тельца: Клетки в кровотоке, переносящие кислород из легких в ткани.

L. Тромбоциты: Мелкие клетки в кровотоке, которые важны для свертывания крови.

M. Дендритные клетки: Важные клетки в представлении антигена клеткам иммунной системы.

Компоненты иммунной системы

Каждый основной компонент иммунной системы будет рассмотрен отдельно ниже. Иммунная недостаточность может повлиять на один или несколько компонентов. Проявления иммунодефицита могут быть единичным типом инфекции или более глобальной восприимчивостью к инфекции. Из-за множества взаимодействий между клетками и белками иммунной системы некоторые иммунодефицитные состояния могут быть связаны с очень ограниченным кругом инфекций.Для этих иммунодефицитов существуют другие элементы, которые «компенсируют слабину» и могут хотя бы частично компенсировать недостающий элемент. В других случаях способность защищаться от инфекции очень слаба, и у человека могут быть серьезные проблемы с инфекциями.

Клетки иммунной системы можно разделить на лимфоциты (Т-клетки, В-клетки и NK-клетки), нейтрофилы и моноциты / макрофаги. Это все типы лейкоцитов. Основные белки иммунной системы — это преимущественно сигнальные белки (часто называемые цитокинами), антитела и белки комплемента.

Лимфоциты иммунной системы

В-клетки

B-клетки (иногда называемые B-лимфоцитами и часто называемые в лабораторных отчетах клетками CD19 или CD20) — это специализированные клетки иммунной системы, основная функция которых заключается в выработке антител (также называемых иммуноглобулинами или гамма-глобулинами). В-клетки развиваются в костном мозге из гемопоэтических стволовых клеток. В процессе созревания в костном мозге В-клетки обучаются или обучаются таким образом, чтобы они не вырабатывали антитела к здоровым тканям.В зрелом состоянии В-клетки могут быть обнаружены в костном мозге, лимфатических узлах, селезенке, некоторых областях кишечника и кровотоке.

Когда B-клетки сталкиваются с чужеродным материалом (антигенами), они реагируют созреванием в другой тип клеток, называемый плазматическими клетками. В-клетки также могут созревать в клетки памяти, что позволяет быстро отреагировать, если та же самая инфекция встречается снова. Плазматические клетки — это зрелые клетки, которые действительно производят антитела. Антитела, основной продукт плазматических клеток, попадают в кровоток, ткани, дыхательные и кишечные секреты и даже в слезы.Антитела — это узкоспециализированные белковые молекулы сыворотки.

Для каждого чужеродного антигена существуют молекулы антител, специально разработанные для этого антигена, такие как замок и ключ. Например, есть молекулы антител, которые физически соответствуют полиовирусу, другие — дифтерии, а третьи — вирусу кори. Разнообразие различных молекул антител очень велико, поэтому В-клетки обладают способностью вырабатывать их против практически всех микробов в нашей среде.Однако каждая плазматическая клетка производит только один вид антител.

Когда молекулы антител распознают микроорганизм как чужеродный, они физически прикрепляются к нему и запускают сложную цепочку событий с участием других компонентов иммунной системы, которые работают, чтобы в конечном итоге уничтожить микроб. Антитела различаются в зависимости от их специализированных функций в организме. Эти вариации определяются химической структурой антитела, которая, в свою очередь, определяет класс антитела (или иммуноглобулина).

Существует пять основных классов антител (IgG, IgA, IgM, IgD и IgE). IgG имеет четыре различных подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4). IgA имеет два подкласса (IgA1 и IgA2).

Каждый класс иммуноглобулинов имеет различные химические характеристики, которые наделяют его определенными функциями (рис. 3). Например, антитела IgG образуются в больших количествах, остаются в кровотоке в течение нескольких недель и легко перемещаются из кровотока в ткани. Только IgG проникает через плаценту и передает часть иммунитета от матери новорожденному.

Антитела класса IgA вырабатываются возле слизистых оболочек и попадают в выделения, такие как слезы, желчь, слюна и слизь, где они защищают от инфекций дыхательных путей и кишечника. Некоторое количество IgA также появляется в кровотоке.

Антитела класса IgM — первые антитела, образующиеся в ответ на инфекцию. Они важны для защиты в первые дни заражения.

Антитела класса IgE вызывают аллергические реакции.

Антитела защищают организм от инфекции различными способами. Например, некоторые микроорганизмы, такие как вирусы, должны прикрепиться к клеткам организма, прежде чем они смогут вызвать инфекцию, но антитела, связанные с поверхностью вируса, могут препятствовать способности вируса прикрепляться к клетке-хозяину. Кроме того, антитела, прикрепленные к поверхности некоторых микроорганизмов, могут вызывать активацию группы белков, называемой системой комплемента, которая может напрямую убивать некоторые бактерии или вирусы.

Бактерии, покрытые антителами, также намного легче поглощаются нейтрофилами и уничтожаются, чем бактерии, не покрытые антителами. Все эти действия антител препятствуют успешному проникновению микроорганизмов в ткани организма и возникновению серьезных инфекций.

Длительный срок жизни плазматических клеток позволяет нам сохранять иммунитет к вирусам и бактериям, заразившим нас много лет назад. Например, как только люди будут полностью иммунизированы живыми вакцинными штаммами вируса кори, они почти никогда не заразятся им, потому что они сохраняют плазматические клетки и антитела в течение многих лет, и эти антитела предотвращают инфекцию.

Т-клетки

Т-клетки (иногда называемые Т-лимфоцитами и часто называемые в лабораторных отчетах как CD3-клетки) — еще один тип иммунных клеток. Т-клетки напрямую атакуют клетки, инфицированные вирусами, а также действуют как регуляторы иммунной системы.

Т-клетки развиваются из гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге, но завершают свое развитие в тимусе. Тимус — это специализированный орган иммунной системы грудной клетки. В тимусе незрелые лимфоциты развиваются в зрелые Т-клетки («Т» обозначает тимус), и Т-клетки, способные атаковать нормальные ткани, удаляются.Тимус необходим для этого процесса, и Т-клетки не могут развиваться, если у плода нет вилочковой железы. Зрелые Т-клетки покидают тимус и заселяют другие органы иммунной системы, такие как селезенка, лимфатические узлы, костный мозг и кровь.

Каждая Т-клетка реагирует со специфическим антигеном, точно так же, как каждая молекула антитела реагирует со специфическим антигеном. Фактически, на поверхности Т-клеток есть молекулы, похожие на антитела. Разнообразие различных Т-клеток настолько велико, что в организме есть Т-клетки, которые могут реагировать практически против любого антигена.

Т-клетки обладают разными способностями распознавать антиген и различаются по функциям. Существуют «киллерные» или цитотоксические Т-клетки (часто обозначаемые в лабораторных отчетах как Т-клетки CD8), хелперные Т-клетки (часто обозначаемые в лабораторных отчетах как Т-клетки CD4) и регуляторные Т-клетки. Каждый из них играет свою роль в иммунной системе.

Киллерные, или цитотоксические, Т-клетки фактически уничтожают инфицированные клетки. Т-киллеры защищают организм от определенных бактерий и вирусов, которые способны выживать и даже воспроизводиться в собственных клетках организма.Т-киллеры также реагируют на инородные ткани в организме, такие как пересаженная почка. Клетка-киллер должна мигрировать к месту заражения и напрямую связываться со своей мишенью, чтобы гарантировать ее разрушение.

Т-хелперы помогают В-клеткам вырабатывать антитела и помогают Т-клеткам-киллерам атаковать чужеродные вещества.

Регуляторные Т-клетки подавляют или выключают другие Т-лимфоциты. Без регулирующих клеток иммунная система продолжала бы работать даже после излечения инфекции.Без регуляторных Т-клеток организм может «чрезмерно отреагировать» на инфекцию. Регуляторные Т-клетки действуют как термостат системы лимфоцитов, чтобы держать ее включенной ровно достаточно — не слишком много и не слишком мало.

Структура иммуноглобулина

Нажмите, чтобы увеличить

Каждый класс или тип иммуноглобулинов имеет общие свойства с другими. Все они имеют сайты связывания антигена, которые специфически сочетаются с чужеродным антигеном.

А.IgG: IgG является основным классом иммуноглобулинов в организме и обнаруживается в кровотоке, а также в тканях.

B. Секреторный IgA: Секреторный IgA состоит из двух молекул IgA, соединенных J-цепью и прикрепленных к секреторной части. Эти модификации позволяют секреторному IgA секретироваться в слизь, кишечные соки и слезы, где он защищает эти области от инфекции.

C. IgM: IgM состоит из пяти молекул иммуноглобулина, прикрепленных друг к другу.Он образуется на очень ранней стадии заражения и очень легко активирует комплемент.

NK Cells

Естественные клетки-киллеры (NK) названы так потому, что они легко убивают клетки, инфицированные вирусами. Их называют «естественными клетками-киллерами», поскольку они не нуждаются в том же образовании тимуса, которое требуется Т-клеткам. NK-клетки происходят из костного мозга и в относительно небольших количествах присутствуют в кровотоке и тканях. Они важны для защиты от вирусов и, возможно, также для предотвращения рака.

NK-клеток убивают инфицированные вирусом клетки, вводя им смертоносное зелье химикатов. Они особенно важны для защиты от вирусов герпеса. Это семейство вирусов включает традиционную форму герпеса (простой герпес), а также вирус Эпштейна-Барра (причина инфекционного мононуклеоза) и вирус ветряной оспы (причина ветряной оспы).

Нейтрофилы

Нейтрофилы или полиморфноядерные лейкоциты (полисы или PMN) являются наиболее многочисленными из всех типов белых кровяных телец, составляя около половины или более от общего числа.Их также называют гранулоцитами, и они появляются в лабораторных отчетах как часть общего анализа крови (CBC с дифференциалом). Они обнаруживаются в кровотоке и могут мигрировать в места заражения в течение нескольких минут. Эти клетки, как и другие клетки иммунной системы, развиваются из гемопоэтических стволовых клеток костного мозга.

Нейтрофилы увеличиваются в количестве в кровотоке во время инфекции и в значительной степени ответственны за повышенное количество лейкоцитов, наблюдаемое при некоторых инфекциях.Это клетки, которые покидают кровоток и накапливаются в тканях в течение первых нескольких часов инфекции и отвечают за образование «гноя». Их основная роль — заглатывать бактерии или грибки и убивать их. Их стратегия убийства основана на поглощении инфицированных организмов в специальных пакетах клеточной мембраны, которые затем сливаются с другими частями нейтрофила, содержащими токсичные химические вещества, убивающие микроорганизмы. Они не играют особой роли в защите от вирусов.

Моноциты

Моноциты тесно связаны с нейтрофилами и циркулируют в кровотоке.Они составляют 5-10 процентов лейкоцитов. Они также выстилают стенки кровеносных сосудов в таких органах, как печень и селезенка. Здесь они улавливают микроорганизмы в крови, когда микроорганизмы проходят мимо. Когда моноциты покидают кровоток и попадают в ткани, они меняют форму и размер и становятся макрофагами. Макрофаги необходимы для уничтожения грибов и класса бактерий, к которому принадлежит туберкулез (микобактерии). Подобно нейтрофилам, макрофаги поглощают микробы и доставляют токсичные химические вещества непосредственно инородному захватчику, чтобы убить его.

Макрофаги живут дольше нейтрофилов и особенно важны при медленно растущих или хронических инфекциях. На макрофаги могут влиять Т-клетки, и они часто взаимодействуют с Т-клетками, убивая микроорганизмы.

Цитокины

Цитокины — очень важный набор белков в организме. Эти небольшие белки служат гормонами для иммунной системы. Они производятся в ответ на угрозу и представляют собой коммуникационную сеть для иммунной системы. В некоторых случаях клетки иммунной системы общаются, напрямую касаясь друг друга, но часто клетки общаются, секретируя цитокины, которые затем могут воздействовать на другие клетки либо локально, либо на расстоянии.

Эта умная система позволяет быстро доставить очень точную информацию, чтобы предупредить тело о статусе угрозы. Цитокины не часто измеряются клинически, но могут отображаться в лабораторных документах как IL-2, IL-4, IL-6 и т. Д. Некоторые цитокины были названы до того, как была введена нумерация интерлейкинов (IL), и имеют разные названия.

Дополнение

Система комплемента состоит из 30 белков крови, которые действуют упорядоченным образом для защиты от инфекции.Большинство белков в системе комплемента вырабатываются в печени. Некоторые белки системы комплемента покрывают зародыши, чтобы облегчить их усвоение нейтрофилами. Другие компоненты комплемента посылают химические сигналы для привлечения нейтрофилов к участкам инфекции. Белки комплемента также могут собираться на поверхности микроорганизмов, образуя комплекс. Затем этот комплекс может проколоть клеточную стенку микроорганизма и разрушить ее.

Примеры того, как иммунная система борется с инфекциями

Бактерии

Наши тела покрыты бактериями, и наша окружающая среда содержит бактерии на большинстве поверхностей.Наша кожа и внутренние слизистые оболочки действуют как физические барьеры, помогающие предотвратить инфекцию. Когда кожа или слизистые оболочки повреждены из-за болезни, воспаления или травмы, бактерии могут попасть в организм. Инфекционные бактерии обычно покрываются комплементом и антителами, как только они попадают в ткани, и это позволяет нейтрофилам легко распознавать бактерии как что-то чужеродное. Затем нейтрофилы поглощают бактерии и уничтожают их (рис. 4).

Когда антитела, комплемент и нейтрофилы работают нормально, этот процесс эффективно убивает бактерии.Однако, когда количество бактерий чрезмерно или есть дефекты в продукции антител, комплемента и / или нейтрофилов, могут возникать рецидивирующие бактериальные инфекции.

Вирусы

Большинство из нас часто подвергаются воздействию вирусов. То, как наш организм защищается от вирусов, отличается от того, как мы боремся с бактериями. Вирусы могут выживать и размножаться только внутри наших клеток. Это позволяет им «прятаться» от нашей иммунной системы. Когда вирус заражает клетку, клетка выделяет цитокины, чтобы предупредить другие клетки об инфекции.Это «предупреждение» обычно предотвращает заражение других клеток. К сожалению, многие вирусы могут перехитрить эту защитную стратегию и продолжают распространять инфекцию.

Циркулирующие Т-клетки и NK-клетки предупреждаются о вирусной инвазии и мигрируют в то место, где они убивают определенные клетки, в которых содержится вирус. Это очень разрушительный механизм уничтожения вируса, потому что многие из наших собственных клеток могут быть принесены в жертву в процессе. Тем не менее, это эффективный процесс искоренения вируса.

В то же время, когда Т-лимфоциты убивают вирус, они также инструктируют В-лимфоциты вырабатывать антитела. Когда мы подвергаемся воздействию того же вируса во второй раз, антитела помогают предотвратить инфекцию. Т-клетки памяти также продуцируются и быстро реагируют на вторую инфекцию, что также приводит к более легкому течению инфекции.

Нормальное антибактериальное действие

Щелкните, чтобы увеличить изображение

В большинстве случаев бактерии уничтожаются совместными усилиями фагоцитирующих клеток, антител и комплемента.

A. Нейтрофил (фагоцитарная клетка) взаимодействует с бактериями (микробом): Микроб покрыт специфическим антителом и комплементом. Затем фагоцитарная клетка начинает свою атаку на микроб, присоединяясь к молекулам антитела и комплемента.

B. Фагоцитоз микроба: После прикрепления к микробу фагоцитарная клетка начинает поглощать микроб, распространяясь вокруг микроба и поглощая его.

C. Уничтожение микроба: После проглатывания микроба пакеты с ферментами или химическими веществами попадают в вакуоль, где они убивают микроб.

Иммунная система и болезни первичного иммунодефицита

Иммунная недостаточность классифицируется как первичная иммунная недостаточность или вторичная иммунная недостаточность. Первичный иммунный дефицит является «первичным», потому что иммунная система является основной причиной, и большинство из них являются генетическими дефектами, которые могут передаваться по наследству. Вторичные иммунодефицитные состояния называются так, потому что они вызваны другими состояниями.

Вторичный иммунный дефицит является обычным явлением и может возникать как часть другого заболевания или как следствие приема определенных лекарств.Наиболее распространенные вторичные иммунные недостаточности вызваны старением, недоеданием, приемом некоторых лекарств и некоторыми инфекциями, такими как ВИЧ.

Наиболее распространенными лекарствами, связанными с вторичным иммунодефицитом, являются химиотерапевтические препараты и препараты, подавляющие иммунитет, рак, отторжение трансплантированного органа или аутоиммунные заболевания. Другой вторичный иммунный дефицит включает потерю белка в кишечнике или почках. Когда белки теряются, теряются и антитела, что приводит к низким иммунным глобулинам или низким уровням антител.Эти состояния важно распознавать, потому что, если основная причина может быть устранена, функция иммунной системы может быть улучшена и / или восстановлена.

Независимо от первопричины может оказаться полезным распознавание вторичного иммунодефицита и обеспечение иммунологической поддержки. Предлагаемые типы поддержки сопоставимы с теми, которые используются при первичном иммунодефиците.

Заболевания, связанные с первичным иммунодефицитом, представляют собой группу заболеваний, вызываемых основными дефектами иммунной функции, которые являются внутренними или присущими клеткам и белкам иммунной системы.Существует более 400 первичных иммунодефицитов. Некоторые из них относительно распространены, а другие — довольно редко. Некоторые влияют на одну клетку или белок иммунной системы, а другие могут влиять на два или более компонентов иммунной системы.

Хотя болезни, связанные с первичным иммунодефицитом, могут во многом отличаться друг от друга, у них есть одна важная особенность. Все они являются результатом дефекта одного или нескольких элементов или функций нормальной иммунной системы, таких как Т-клетки, В-клетки, NK-клетки, нейтрофилы, моноциты, антитела, цитокины или система комплемента.Большинство из них являются наследственными заболеваниями и могут передаваться по наследству, например, Х-связанная агаммаглобулинемия (XLA) или тяжелый комбинированный иммунодефицит (SCID). Другие первичные иммунодефициты, такие как общий вариабельный иммунодефицит (CVID) и селективный дефицит IgA, не всегда наследуются четко или предсказуемо. Причина этих расстройств неизвестна, но считается, что взаимодействие генетических факторов и факторов окружающей среды может играть роль в их возникновении.

Поскольку наиболее важной функцией иммунной системы является защита от инфекции, люди с первичным иммунодефицитом имеют повышенную восприимчивость к инфекции.Это может включать слишком много инфекций, трудноизлечимых инфекций, необычно тяжелых инфекций или инфекций, вызванных необычными организмами. Инфекции могут располагаться в любом месте тела. Обычно поражаются носовые пазухи (синусит), бронхи (бронхит), легкие (пневмония) или кишечник (инфекционная диарея).

Другая функция иммунной системы — различать здоровую ткань («я») и чужеродный материал («чужой»). Примерами инородного материала могут быть микроорганизмы, пыльца или даже трансплантированная почка другого человека.При некоторых заболеваниях, связанных с иммунодефицитом, иммунная система неспособна отличить «я» от «чужого». В этих случаях, помимо повышенной восприимчивости к инфекции, люди с первичным иммунодефицитом также могут иметь аутоиммунные заболевания, при которых иммунная система атакует их собственные клетки или ткани, как если бы эти клетки были чужеродными или чужеродными.

Существует также несколько типов первичных иммунодефицитов, при которых способность реагировать на инфекцию в основном не нарушена, но способность регулировать этот ответ является ненормальной.Примерами этого являются аутоиммунный лимфопролиферативный синдром (ALPS) и IPEX (X-связанный синдром иммунодефицита, полиэндокринопатии и энтеропатии).

Заболевания, связанные с первичным иммунодефицитом, могут возникать у людей любого возраста. Первоначальные описания этих болезней были у детей. Однако по мере роста медицинского опыта у многих подростков и взрослых были диагностированы заболевания первичного иммунодефицита. Частично это связано с тем, что некоторые расстройства, такие как CVID и селективный дефицит IgA, могут иметь свои первоначальные клинические проявления во взрослой жизни.Эффективная терапия существует для нескольких основных иммунодефицитов, и многие люди с этими расстройствами могут жить относительно нормальной жизнью.

Заболевания, связанные с первичным иммунодефицитом, первоначально считались очень редкими. Однако недавние исследования показали, что как группа они более распространены, чем предполагалось изначально. Подсчитано, что 1 из 1 200–2 000 человек может иметь ту или иную форму первичного иммунодефицита.

Выдержка из IDF «Справочник пациентов и семей по первичным иммунодефицитным заболеваниям» ПЯТОЕ ИЗДАНИЕ Авторские права 2013 г. Фондом иммунодефицита, США.Эта страница содержит общую медицинскую информацию, которую нельзя безопасно применить к любому отдельному случаю. Медицинские знания и практика могут быстро меняться. Таким образом, эту страницу не следует использовать как замену профессиональной медицинской консультации.

химиков синтезируют миллионы белков, не встречающихся в природе | MIT News

Химики Массачусетского технологического института разработали способ быстрого синтеза и скрининга миллионов новых белков, которые можно было бы использовать в качестве лекарств против лихорадки Эбола и других вирусов.

Все белки, производимые живыми клетками, состоят из 20 аминокислот, запрограммированных генетическим кодом. Команда Массачусетского технологического института придумала способ собрать белки из аминокислот, не используемых в природе, в том числе многих, которые являются зеркальным отображением природных аминокислот.

Эти белки, которые исследователи называют «ксенопротеинами», обладают многими преимуществами по сравнению с белками природного происхождения. Они более стабильны, а это означает, что в отличие от большинства белковых препаратов, они не требуют охлаждения и могут не вызывать иммунный ответ.

«Нет другой технологической платформы, которая могла бы использоваться для создания этих ксенопротеинов, потому что люди не отработали возможность использовать полностью неприродные наборы аминокислот во всей форме молекулы», — говорит Брэд Пентелут, сотрудник Массачусетского технологического института. профессор химии и старший автор статьи, которая появилась в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 21 мая.

Закари Гейтс, постдок из Массачусетского технологического института, является ведущим автором статьи.Тимоти Джеймисон, глава химического факультета Массачусетского технологического института, и сотрудники его лаборатории также внесли свой вклад в подготовку статьи.

Неестественные белки

Пентелут и Джеймисон начали этот проект четыре года назад, работая с Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), которое попросило их придумать способ создания молекул, которые имитируют встречающиеся в природе белки, но сами производятся. из неприродных аминокислот.

«Миссия заключалась в создании платформ для открытий, которые позволят вам химически производить большие библиотеки молекул, не существующих в природе, а затем просеивать эти библиотеки для конкретной функции, которая вам нужна», — говорит Пентелут.

Для этого проекта исследовательская группа использовала технологию, которую лаборатория Pentelute ранее разработала для быстрого синтеза белковых цепей. Его настольная машина может выполнять все химические реакции, необходимые для связывания аминокислот, синтезируя желаемые белки за считанные минуты.

В качестве строительных блоков для своих ксенопротеинов исследователи использовали 16 «зеркальных» аминокислот. Аминокислоты могут существовать в двух различных конфигурациях, известных как L и D. Варианты L и D конкретной аминокислоты имеют одинаковый химический состав, но являются зеркальным отображением друг друга.Клетки используют только L-аминокислоты.

Затем исследователи использовали синтетическую химию, чтобы собрать десятки миллионов белков, каждый из которых имеет длину около 30 аминокислот, и все они имеют D-конфигурацию. Все эти белки имели похожую складчатую структуру, которая основана на форме встречающегося в природе белка, известного как ингибитор трипсина.

До этого исследования ни одной исследовательской группе не удавалось создать такое количество белков, состоящих исключительно из неприродных аминокислот.

«Значительные усилия были направлены на разработку методов включения неприродных аминокислот в белковые молекулы, но они, как правило, ограничены в отношении количества неприродных аминокислот, которые могут одновременно быть включены в белковые молекулы», — говорит Гейтс. .

После синтеза ксенопротеинов исследователи проверили их, чтобы идентифицировать белки, которые будут связываться с антителом IgG против поверхностного белка вируса гриппа. Антитела были помечены флуоресцентной молекулой, а затем смешаны с ксенопротеинами. Используя систему сортировки клеток, активируемую флуоресценцией, исследователи смогли выделить ксенопротеины, которые связываются с флуоресцентной молекулой IgG.

Этот экран, который можно сделать всего за несколько часов, выявил несколько ксенопротеинов, которые связываются с целью.В других экспериментах, не опубликованных в статье PNAS , исследователи также идентифицировали ксенопротеины, которые связываются с токсином сибирской язвы и гликопротеином, продуцируемым вирусом Эбола. Эта работа проводится в сотрудничестве с Джоном Даем, Спенсером Стоунье и Кристофером Коутом из Медицинского научно-исследовательского института инфекционных заболеваний армии США.

«Это чрезвычайно важный первый шаг в поиске хорошего способа быстрого скрининга сложных зеркальных белков», — говорит Стивен Кент, профессор химии из Чикагского университета, не принимавший участия в исследовании.«Возможность использовать химию для создания библиотеки зеркальных белков с их высокой стабильностью и специфичностью для данной цели, очевидно, представляет потенциальный терапевтический интерес».

Создано по запросу

В настоящее время исследователи работают над синтезом белков, смоделированных на основе различных форм каркаса, и ищут ксенопротеины, которые связываются с другими потенциальными мишенями для лекарств. Их долгосрочная цель — использовать эту систему для быстрого синтеза и идентификации белков, которые можно было бы использовать для нейтрализации любого типа возникающего инфекционного заболевания.

«Есть надежда, что с помощью этой платформы мы сможем быстро обнаруживать молекулы и производить их химическим способом по запросу. И после того, как мы их сделаем, их можно будет доставить повсюду без охлаждения для использования в полевых условиях », — говорит Пентелут.

Помимо потенциальных лекарств, исследователи также надеются разработать «ксенозимы» — ксенопротеины, которые могут действовать как ферменты, катализируя новые типы химических реакций.

Исследование финансировалось DARPA и постдокторской программой STAR от Novo Nordisk.

«Героев» белков могут защитить другие белки от вреда

Исследователи из RIKEN и Токийского университета сообщают о существовании нового класса белков в Drosophila и экстрактах человеческих клеток, которые могут служить щитами, защищающими другие белки от повреждения. и вызывая болезнь. Согласно исследованию, опубликованному на прошлой неделе (12 марта) в PLOS Biology , избыток белков, известных как белки Hero, был связан с 30-процентным увеличением продолжительности жизни Drosophila .

«Открытие белков Героя имеет далеко идущие последствия, — говорит Кейтлин Дэвис, химик из Йельского университета, которая не принимала участия в исследовании, — и его следует рассматривать как на уровне фундаментальных наук в биохимических анализах, так и в приложениях. потенциальный стабилизатор в фармацевтических препаратах на белковой основе ».

Почти 10 лет назад Синтаро Ивасаки, в то время аспирант, изучавший биохимию в Токийском университете, обнаружил у Drosophila необычно термостойкий белок, который, казалось, помог стабилизировать другой белок, Argonaute, в условиях высоких температур, денатурирует большинство белков.Хотя в то время он не опубликовал работу, Ивасаки назвал новый тип белка термоустойчивым непонятным белком (герой) — не из-за их способности спасать аргонавтов от разрушения, а из-за того, что в Японии термин «герой» означает «слабый или нежесткий», а белки Hero не имеют жестких трехмерных структур, как у других белков. Но признание более широкой роли белков Hero в защите других молекул в клетке придает этому названию новое значение.

«Принято считать, что белки сложены в трехмерные структуры, которые определяют их функции», — говорит Котаро Цубояма, биохимик из Токийского университета и ведущий автор нового исследования.Но эти трехмерные структуры нарушаются, когда белки подвергаются экстремальным условиям. Когда белки денатурируются, они теряют способность нормально функционировать, а иногда начинают агрегировать, образуя патологические скопления, которые могут привести к заболеванию.

Белки героев могут выжить в этих биологически сложных условиях. Термостойкие белки были обнаружены у экстремофилов — организмов, которые, как известно, живут в экстремальных условиях, — но считались редкими у других организмов. В новом исследовании Цубояма и его команда кипятили лизаты из Drosophila и линий клеток человека, идентифицировав сотни белков Hero, которые выдерживали температуру.

Исследователи выбрали шесть из этих белков и смешали их с «клиентскими» белками — другими функциональными белками, которые сами по себе будут денатурированы в экстремальных условиях — перед тем, как подвергнуть их воздействию высоких температур, сушки, химикатов и других суровых условий. Белки Hero предохраняли некоторых клиентов от потери формы и функций.

Затем команда проверила эффекты белков Hero на клеточных моделях двух нейродегенеративных расстройств, характеризующихся патологическими скоплениями белков: болезнь Хантингтона и боковой амиотрофический склероз (БАС).Когда присутствовали белки Hero, в обеих моделях наблюдалось значительное снижение слипания белков.

«Это чрезвычайно важное открытие, поскольку оно может проложить новые терапевтические и профилактические стратегии для нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона», — пишет Мортеза Махмуди, изучающий регенеративную медицину в Университете штата Мичиган и не принимавший участия в исследовании. в электронном письме на номер The Scientist .

Наконец, команда генетически сконструировала Drosophila для производства избытка белков Hero.Эти мухи жили на 30 процентов дольше своих собратьев дикого типа.

Не все уверены, что белки Hero играют важную защитную роль. «Хотя они показывают, что эти белки помогают их проверенным целям оставаться свернутыми / защищенными и т. Д., Я не думаю, что есть вообще более широкое применение», — Нихал Коркмаз, который разрабатывает белки в Институте дизайна белков Вашингтонского университета и также не участвовал в исследование, сообщает The Scientist по электронной почте. Она добавляет, что многие белки, с которыми она работает, могут выдерживать высокие температуры, и исследователи «вообще не упоминают, обнаружены ли [белки героев] по всему мозгу или в спинномозговой жидкости]», от которых они могли бы защитить себя. Хантингтона или БАС.

Авторы подчеркнули, что еще многое предстоит узнать о белках. Кажется, что каждый белок Hero способен защитить некоторые клиентские белки, но не все из них. Более того, аминокислотные последовательности белков Hero значительно различаются, что затрудняет прогнозирование их функций. Исследователи пишут в исследовании, что надеются, что будущие исследования помогут им определить, с какими клиентами может работать каждый герой.