Východiska: Vysoký proliferační potenciál a genetická nestabilita nádorových buněk je spojena se zvýšenou produkcí mutovaných a konformačně nestabilních proteinů. Nadměrná proteosyntéza spolu se zvýšeným metabolickým obratem vytvářejí stresové podmínky, které musí nádorová buňka trvale kompenzovat. Nádorové buňky se tak stávají závislé na udržování proteinové homeostázy zahrnující kontrolu kvality proteinů, jejich skládání, transport a stabilizaci. Tyto funkce jsou zajišťovány molekulárními chaperony, které jsou u nádorů reprezentovány především stresovými proteiny HSP70 a HSP90. Jejich exprese a aktivita je významně zvýšena ve všech maligních nádorech, kde spolu s dalšími proteiny nazývanými kochaperony vytváří multiproteinové komplexy. Aktivita HSP70 a HSP90 je nezbytná pro udržení maligního fenotypu tím, že se podílí na stabilizaci četných onkoproteinů, podporuje proliferaci a inhibuje apoptózu. V tomto ohledu představují proteiny teplotního šoku důležitý cíl využitelný v protinádorové terapii, neboť jejich inhibice umožňuje souběžnou inaktivaci řady signálních drah důležitých pro přežití nádorové buňky. Ačkoli bylo v uplynulém desetiletí vyvinuto několik specifických inhibitorů HSP90, jejich protinádorová aktivita je značně limitována vzhledem k indukci proteinů HSP70, které umožňují buňkám přežít. Vývoj inhibitorů HSP70 představuje novou výzvu v terapii cílené na inhibici proteostatických mechanizmů nádorových buněk. Cíl: Cílem tohoto článku je shrnout informace o struktuře HSP70 a jeho roli při udržování proteinové homeostázy v normálních a nádorových buňkách. Článek popisuje mechanizmy inhibice HSP70 pomocí nízkomolekulárních sloučenin a jejich potenciální aplikace v cílené protinádorové terapii.

Background: Sustained proliferation and genetic instability of cancer cells are associated with enhanced production of mutated and conformationally unstable proteins. Excessive proteosynthesis along with increased metabolic turnover generates stress conditions that cancer cells must permanently compensate for. Tumor cells thus become dependent on the maintenance of protein homeostasis, which involves protein quality control, folding, transport and stabilization. These tasks are provided by molecular chaperones, predominantly the stress proteins HSP70 and HSP90. Their expression and activity is increased in all malignant tumors, where they associate with their cochaperones to form large multiprotein complexes. HSP70 and HSP90 maintain the malignant phenotype because they facilitate the folding of numerous oncogenic proteins, maintain proliferative potential, and inhibit apoptosis. In this regard, heat-shock proteins represent an important target for cancer therapy because their inactivation results in the simultaneous blockade of multiple signaling pathways. Although several specific HSP90 inhibitors have been developed in the past decade, their antitumor activity as single agents is limited due to the induction of HSP70, which enables cell survival. Inhibitors of HSP70 thus present new possibilities for targeting proteostatic mechanisms in cancer cells. Aim: The aim of this article is to summarize information on the structure of HSP70 and its role in maintaining protein homeostasis in normal and cancer cells. The mechanisms of HSP70 inhibition by low-molecular weight compounds and their application in targeted antitumor therapy are also described.

• Klíčová slova
• buněčný stres, skládání proteinu,
• MeSH
• lidé MeSH
• molekulární chaperony MeSH
• nádory * patofyziologie   terapie   MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 * MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• Publikační typ
• přehledy MeSH

Cíl: Sledovat sérové koncentrace Hsp60 a Hsp70 v průběhu operace a následných pooperačních dnech u kardiochirurgických pacientů operovaných s použitím kardiopulmonálního bypassu (CPB) a bez jeho použití. Metodika: Bylo sledováno 34 pacientů, kterým byl proveden koronární bypass. Pacienti podstoupili buď konvenční myokardiální revaskularizaci s použitím kardiopulmonálního bypassu nebo byli operováni na bijícím srdci. Obě dvě skupiny se od sebe významně nelišily věkem, pohlavím, počtem anastomóz a ejekční frakcí. Vzorky žilní krve byly odebírány pacientům v pěti časových intervalech: při úvodu do anestezie, po ukončení operace, první, třetí a sedmý pooperační den. Koncentrace Hsp60 a Hsp70 byly stanoveny komerčně dostupnými kity ELISA. Výsledky: Koncentrace Hsp60 se nelišila mezi pacienty operovanými s CPB a bez CPB s výjimkou sedmého dne, kdy byla koncentrace sérového Hsp60 u pacientů operovaných na bijícím srdci významně nižší v porovnání s ostatními odběry (p < 0,0151). Koncentrace Hsp70 se u pacientů operovaných s CPB a bez CPB významně lišila bezprostředně po ukončení operačního výkonu, kdy u pacientů operovaných s CPB docházelo k výraznému nárůstu sérového Hsp70 v porovnání s pacienty operovanými na bijícím srdci (p < 0,0259). Závěry: Studie prokázala zvýšené sérové koncentrace Hsp70 u kardiochirurgických pacientů operovaných s použitím CPB ve srovnání s pacienty operovanými na bijícím srdci, což naznačuje větší ischemicko-reperfuzní poškození při tomto typu operace.

Background/Aims: To study the perioperative and postoperative serum levels of heat shock proteins Hsp60 and Hsp70 in cardiac surgical patients operated with or without cardiopulmonary bypass (CPB). Methods: Thirty-four patients undergoing coronary artery bypass grafting (CABG) were operated either with or without the use of CPB. The subgroups did not differ in age, sex, number of anastomoses, and ejection fraction. Samples of venous blood were taken at five intervals: at the induction to anesthesia, upon completion of surgery and on postoperative days 1, 3, and 7. Hsp60 and Hsp70 levels were detected by commercially available ELISA kits. Results: Hsp60 levels did not differ between patients with or without CPB. Hsp60 levels were significantly decreased in patients operated without CPB on postoperative day 7 (p < 0.0151). The dynamics of Hsp70 was different between the subgroups with and without CPB. We found significantly increased levels of Hsp70 upon completion of surgery in patients operated with CPB (p < 0.0259). Conclusion: The study demonstrated increased Hsp70 levels in cardiac surgical patients undergoing CABG using CPB compared with patients operated on the beating heart. This finding is in accordance with more profound ischemia-reperfusion injury in patients operated with the use of CPB.

• MeSH
• fyziologický stres enzymologie   patofyziologie   MeSH
• kardiopulmonální bypass škodlivé účinky   využití   MeSH
• kohortové studie MeSH
• lidé MeSH
• reperfuzní poškození myokardu patofyziologie   MeSH
• revaskularizace myokardu metody   škodlivé účinky   MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH

• Publikační typ
• abstrakty MeSH

Autoimmune disorders affect approximately 2% of population in industrialized countries. These disorders are characterized by destruction of autologous tissues due to the immune response. The most important genetic region comprising increased risk for autoimmunity development is the major histocompatibility complex (MHC). The role of MHC class I and class II molecules is already known in relation to autoimmunity development; nevertheless the role of non class I/II MHC genes is not clear. Beside other genes involved in immune response, there are also three heat-shock protein (HSP) 70 genes located in this gene area. HSP70 genes are significantly involved in immune response regulation. In this study, we will analyze the regulation of expression and polymorphisms of all three MHC linked HSP70 genes in patients with systemic autoimmune disorders. This study should help to understand the role of regulation of HSP70 genes expression and polymorphisms in development of systemic autoimmune diseases.

Autoimunitní onemocnění postihují v moderních zemích přibližně 2% populace. Charakterizuje je destrukce autologní tkáně, která je zprostředkována imunitní reakcí organizmu. Nejdůležitější genetická oblast přispívající k rozvoji autoimunit je hlavní histokompatibilní komplex (MHC). Asociace MHC molekul I. a II. třídy při rozvoji autoimmunity je v současnosti dobře prostudována; vliv MHC genů nepatřících do MHC I. a II. třídy není prozkoumán. V této oblasti MHC jsou, mimo jiné geny důležité pro imunitní odpověď, lokalizovány také tři geny pro protein tepelného šoku (HSP) 70. Geny HSP70 jsou významným způsobem zapojeny do imunitní odpovědi organismu. V předkládané studii budeme na základě pilotní studie pokračovat v analýze změny v expresi tří genů pro HSP70 lokalizovaných v MHC a jejich polymorfismů ve skupinách pacientů s myozitidou. Výsledkem studie bude objasnění vztahu mezi regulací genové exprese HSP70, polymorfismů v těchto genech a rizikem vzniku myozitidy a její závažnosti.

• MeSH
• autoimunitní nemoci diagnóza   genetika   MeSH
• biologické markery MeSH
• diagnostické techniky molekulární MeSH
• geny MHC třídy I MeSH
• geny MHC třídy II MeSH
• myozitida genetika   MeSH
• polymorfismus genetický MeSH
• prognóza MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 MeSH
• regulace genové exprese MeSH

• Konspekt
• Biochemie. Molekulární biologie. Biofyzika
• NLK Obory
• molekulární biologie, molekulární medicína
• revmatologie
• alergologie a imunologie
• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu IGA MZ ČR

Maintenance of cellular proteostasis is achieved by a multi-layered quality control network, which counteracts the accumulation of misfolded proteins by refolding and degradation pathways. The organized sequestration of misfolded proteins, actively promoted by cellular sequestrases, represents a third strategy of quality control. Here we determine the role of sequestration within the proteostasis network in Saccharomyces cerevisiae and the mechanism by which it occurs. The Hsp42 and Btn2 sequestrases are functionally intertwined with the refolding activity of the Hsp70 system. Sequestration of misfolded proteins by Hsp42 and Btn2 prevents proteostasis collapse and viability loss in cells with limited Hsp70 capacity, likely by shielding Hsp70 from misfolded protein overload. Btn2 has chaperone and sequestrase activity and shares features with small heat shock proteins. During stress recovery Btn2 recruits the Hsp70-Hsp104 disaggregase by directly interacting with the Hsp70 co-chaperone Sis1, thereby shunting sequestered proteins to the refolding pathway.

• MeSH
• homeostáze proteinů * MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP40 metabolismus   MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 metabolismus   MeSH
• proteiny tepelného šoku metabolismus   MeSH
• refolding proteinů MeSH
• Saccharomyces cerevisiae - proteiny metabolismus   MeSH
• Saccharomyces cerevisiae metabolismus   MeSH
• transportní systémy aminokyselin metabolismus   MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

BACKGROUND: The Hsp70 proteins maintain proteome integrity through the capacity of their nucleotide- and substrate-binding domains (NBD and SBD) to allosterically regulate substrate affinity in a nucleotide-dependent manner. Crystallographic studies showed that Hsp70 allostery relies on formation of contacts between ATP-bound NBD and an interdomain linker, accompanied by SBD subdomains docking onto distinct sites of the NBD leading to substrate release. However, the mechanics of ATP-induced SBD subdomains detachment is largely unknown. METHODS: Here, we investigated the structural and allosteric properties of human HSPA1A using hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry, ATPase assays, surface plasmon resonance and fluorescence polarization-based substrate binding assays. RESULTS: Analysis of HSPA1A proteins bearing mutations at the interface of SBD subdomains close to the interdomain linker (amino acids L399, L510, I515, and D529) revealed that this region forms a folding unit stabilizing the structure of both SBD subdomains in the nucleotide-free state. The introduced mutations modulate HSPA1A allostery as they localize to the NBD-SBD interfaces in the ATP-bound protein. CONCLUSIONS: These findings show that residues forming the hydrophobic structural unit stabilizing the SBD structure are relocated during ATP-activated detachment of the SBD subdomains to different NBD-SBD docking interfaces enabling HSPA1A allostery. GENERAL SIGNIFICANCE: Mutation-induced perturbations tuned HSPA1A sensitivity to peptide/protein substrates and to Hsp40 in a way that is common for other Hsp70 proteins. Our results provide an insight into structural rearrangements in the SBD of Hsp70 proteins and highlight HSPA1A-specific allostery features, which is a prerequisite for selective targeting in Hsp-related pathologies.

• MeSH
• adenosintrifosfát chemie   genetika   MeSH
• alosterická regulace genetika   MeSH
• konformace proteinů * MeSH
• lidé MeSH
• mutace genetika   MeSH
• proteinové domény genetika   MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 chemie   genetika   MeSH
• vazba proteinů genetika   MeSH
• vazebná místa genetika   MeSH
• vodík-deuteriová výměna MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

All eukaryotic genomes encode multiple members of the heat shock protein 70 (HSP70) family, which evolved distinctive structural and functional features in response to specific environmental constraints. Phylogenetic analysis of this protein family thus can inform on genetic and molecular mechanisms that drive species-specific environmental adaptation. Here we use the eukaryotic pathogen Leishmania spp. as a model system to investigate the evolution of the HSP70 protein family in an early-branching eukaryote that is prone to gene amplification and adapts to cytotoxic host environments by stress-induced and chaperone-dependent stage differentiation. Combining phylogenetic and comparative analyses of trypanosomatid genomes, draft genome of Paratrypanosoma and recently published genome sequences of 204 L. donovani field isolates, we gained unique insight into the evolutionary dynamics of the Leishmania HSP70 protein family. We provide evidence for (i) significant evolutionary expansion of this protein family in Leishmania through gene amplification and functional specialization of highly conserved canonical HSP70 members, (ii) evolution of trypanosomatid-specific, non-canonical family members that likely gained ATPase-independent functions, and (iii) loss of one atypical HSP70 member in the Trypanosoma genus. Finally, we reveal considerable copy number variation of canonical cytoplasmic HSP70 in highly related L. donovani field isolates, thus identifying this locus as a potential hot spot of environment-genotype interaction. Our data draw a complex picture of the genetic history of HSP70 in trypanosomatids that is driven by the remarkable plasticity of the Leishmania genome to undergo massive intra-chromosomal gene amplification to compensate for the absence of regulated transcriptional control in these parasites.

• MeSH
• amplifikace genu genetika   MeSH
• druhová specificita MeSH
• fylogeneze MeSH
• genom MeSH
• Leishmania genetika   patogenita   MeSH
• leishmanióza genetika   parazitologie   MeSH
• lidé MeSH
• molekulární evoluce * MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 genetika   MeSH
• variabilita počtu kopií segmentů DNA genetika   MeSH
• zvířata MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• zvířata MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH

Anaplasma phagocytophilum transmembrane and surface proteins play a role during infection and multiplication in host neutrophils and tick vector cells. Recently,A. phagocytophilumMajor surface protein 4 (MSP4) and Heat shock protein 70 (HSP70) were shown to be localized on the bacterial membrane, with a possible role during pathogen infection in ticks. In this study, we hypothesized thatA. phagocytophilumMSP4 and HSP70 have similar functions in tick-pathogen and host-pathogen interactions. To address this hypothesis, herein we characterized the role of these bacterial proteins in interaction and infection of vertebrate host cells. The results showed thatA. phagocytophilumMSP4 and HSP70 are involved in host-pathogen interactions, with a role for HSP70 during pathogen infection. The analysis of the potential protective capacity of MSP4 and MSP4-HSP70 antigens in immunized sheep showed that MSP4-HSP70 was only partially protective against pathogen infection. This limited protection may be associated with several factors, including the recognition of non-protective epitopes by IgG in immunized lambs. Nevertheless, these antigens may be combined with other candidate protective antigens for the development of vaccines for the control of human and animal granulocytic anaplasmosis. Focusing on the characterization of host protective immune mechanisms and protein-protein interactions at the host-pathogen interface may lead to the discovery and design of new effective protective antigens.

• MeSH
• Anaplasma phagocytophilum genetika   metabolismus   MeSH
• bakteriální proteiny genetika   metabolismus   MeSH
• ehrlichióza mikrobiologie   veterinární   MeSH
• interakce hostitele a patogenu MeSH
• membránové proteiny genetika   metabolismus   MeSH
• nemoci ovcí mikrobiologie   MeSH
• ovce MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 genetika   metabolismus   MeSH
• zvířata MeSH
• Check Tag
• zvířata MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

Maintenance of protein homeostasis by molecular chaperones Hsp70 and Hsp90 requires their spatial and functional coordination. The cooperation of Hsp70 and Hsp90 is influenced by their interaction with the network of co-chaperone proteins, some of which contain tetratricopeptide repeat (TPR) domains. Critical to these interactions are TPR domains that target co-chaperone binding to the EEVD-COOH motif that terminates Hsp70/Hsp90. Recently, the two-TPR domain-containing protein, Tomm34, was reported to bind both Hsp70 and Hsp90. Here we characterize the structural basis of Tomm34-Hsp70/Hsp90 interactions. Using multiple methods, including pull-down assays, fluorescence polarization, hydrogen/deuterium exchange, and site-directed mutagenesis, we defined the binding activities and specificities of Tomm34 TPR domains toward Hsp70 and Hsp90. We found that Tomm34 TPR1 domain specifically binds Hsp70. This interaction is partly mediated by a non-canonical TPR1 two-carboxylate clamp and is strengthened by so far unidentified additional intermolecular contacts. The two-carboxylate clamp of the isolated TPR2 domain has affinity for both chaperones, but as part of the full-length Tomm34 protein, the TPR2 domain binds specifically Hsp90. These binding properties of Tomm34 TPR domains thus enable simultaneous binding of Hsp70 and Hsp90. Importantly, we provide evidence for the existence of an Hsp70-Tomm34-Hsp90 tripartite complex. In addition, we defined the basic conformational demands of the Tomm34-Hsp90 interaction. These results suggest that Tomm34 represents a novel scaffolding co-chaperone of Hsp70 and Hsp90, which may facilitate Hsp70/Hsp90 cooperation during protein folding.

• MeSH
• aminokyselinové motivy MeSH
• HEK293 buňky MeSH
• kvarterní struktura proteinů MeSH
• lidé MeSH
• missense mutace MeSH
• multiproteinové komplexy * chemie   genetika   metabolismus   MeSH
• mutageneze cílená MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 * chemie   genetika   metabolismus   MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP90 * chemie   genetika   metabolismus   MeSH
• sbalování proteinů * MeSH
• substituce aminokyselin MeSH
• terciární struktura proteinů MeSH
• transportní proteiny mitochondriální membrány * chemie   genetika   metabolismus   MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

Heat shock proteins (HSPs) can be induced by various stresses and play an important role in cell cycle progression. HSP70 has been shown to act as an inhibitor of apoptosis. We studied HSP70 expression in bronchial epithelial cells of C57BL/6 mice and homozygous HPS70 knockout mice (hsp70.1–/–) exposed to chronic hypoxic stress. We also investigated changes in cellular proliferation and apoptosis in relation to HSP70. Lungs were removed from mice after a three-week period of exposure to 10 % O2. Immunoblots for HSP70 and immunohistochemical staining for HSP70 and Ki-67 were performed. Apoptosis was assessed using the TUNEL assay. The three-week period of hypoxic stress did not change HSP70 levels in total lung tissue, but a significant reduction in HSP70 expression was observed in bronchiolar epithelial cells. In wild type mice, both HSP70 and Ki-67 expression were significantly reduced in bronchiolar epithelial cells. In homozygous HPS70 knockout mice (hsp70.1–/–), apoptosis of bronchiolar epithelial cells was significantly increased. Our results suggest that HSP70 may exert anti-apoptotic effects in mouse bronchiolar epithelial cells.

• MeSH
• apoptóza genetika   účinky léků   MeSH
• epitelové buňky cytologie   chemie   MeSH
• hypoxie buňky fyziologie   imunologie   MeSH
• imunoblotting metody   statistika a číselné údaje   MeSH
• interpretace statistických dat MeSH
• myši inbrední C57BL MeSH
• proliferace buněk MeSH
• proteiny tepelného šoku HSC70 chemie   MeSH
• proteiny tepelného šoku HSP70 fyziologie   chemie   MeSH
• respirační sliznice cytologie   patofyziologie   MeSH
• zvířata MeSH
• Check Tag
• zvířata MeSH
• Publikační typ
• srovnávací studie MeSH