docudzia£ bia£ek stresowych w adaptacji wysi£kowej
download 
Reklamacja Transkrypt
udzia£ bia£ek stresowych w adaptacji wysi£kowej
BIA£KA STRESOWE POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI 697 TOM 32 2005 NR 4 (697706) UDZIA£ BIA£EK STRESOWYCH W ADAPTACJI WYSI£KOWEJ* STRESS PROTEINS IN EXERCISE ADAPTATION Zbigniew JETHON1, Eugenia MURAWSKA-CIA£OWICZ1, Piotr DZIÊGIEL2, Marzena PODHORSKA-OKO£ÓW2 Zak³ad Fizjologii, Akademia Wychowania Fizycznego, Katedra Histologii i Embriologii, Akademia Medyczna we Wroc³awiu 1 2 Streszczenie: Uszkodzenie bia³ek wewn¹trzkomórkowych lub zak³ócenie ich syntezy prowadzi do zaburzeñ homeostazy i mo¿e spowodowaæ mieræ komórki. Przeciwdzia³aj¹c tym zmianom komórka indukuje m.in. syntezê bia³ek stresowych. Wysi³ek fizyczny, zw³aszcza d³ugotrwa³y i intensywny, ma cechy oddzia³ywania stresowego. Mo¿na wiêc przypuszczaæ, ¿e spowoduje to nasilenie ekspresji bia³ek stresowych, co zosta³o dowiadczalnie potwierdzone. Nie jest jednak w pe³ni zrozumia³e znaczenie tej reakcji z uwagi na ró¿norodne funkcje, jakie bia³ka stresowe spe³niaj¹ w organizmie. Bia³ka stresowe (HSP heat shock proteins) przejawiaj¹ w wiêkszoci funkcjê enzymatyczn¹, umo¿liwiaj¹c¹ bezporedni¹ ochronê przed ujemnymi skutkami stresu. Bior¹c pod uwagê masê cz¹steczkow¹ wyró¿nia siê dwie g³ówne grupy HSP. Grupê bia³ek niskocz¹steczkowych i wysokocz¹steczkowych. Pierwsza grupa wykazuje g³ównie dzia³ania os³onowe oraz u³atwia degradacjê uszkodzonych bia³ek. Niektóre z nich, jak HSP27 i HSP40, podnosz¹ dodatkowo potencja³ ochronny innych bia³ek stresowych. Wród wysokocz¹steczkowych HSP wyró¿nia siê HSP60, HSP70, HSP90. Najbardziej poznan¹ i wydaje siê najbardziej istotn¹ u cz³owieka jest grupa HSP70. Uczestniczy ona w zapobieganiu agregacji bia³ek, rozwijaniu bia³ek uszkodzonych i nienatywnych oraz w ich usuwaniu, os³onie polipeptydów tworz¹cych siê wzd³u¿ rybosomów i w mechanizmach zapobiegania ujemnym wp³ywom stresorów na funkcje wewn¹trzkomórkowe. Najwa¿niejsz¹ funkcj¹ HSP90 jest wspó³dzia³anie w regulacji cytoszkieletu, podczas gdy grupa HSP110 jest czynnociowo zwi¹zana z HSP70. Aktywnoæ w³ókien miêniowych przebiega na tle wp³ywu na nie ró¿norodnych mechanicznych i fizjologicznych stresorów. W oddzia³ywaniu tym powstaj¹ ró¿ne wewn¹trzkomórkowe zmiany, maj¹ce tak¿e znaczenie adaptacyjne. Wykazano, ¿e czynnoæ miêni prowadzi szczególnie do zmian HSP27, HSP72 i HSP73. Podczas aktywnoci w³ókien miêniowych wystêpuj¹ m.in. objawy stresu oksydacyjnego, w którym powstaj¹ce reaktywne formy tlenu oddzia³uj¹ jako drugie przekaniki. Wp³ywaj¹ one na ekspresjê genow¹, zw³aszcza na czynnik transkrypcyjny NFκB, który kontroluje indukcjê apoptozy. W wiêkszych stê¿eniach reaktywne formy tlenu uszkadzaj¹ struktury komórkowe, prowadz¹c do uwolnienia TNFα i do apoptozy lub do zwiêk- * Praca naukowa finansowana ze rodków Ministra Nauki w latach 20022005 jako projekt badawczy Nr 3P05D 090 23. 698 Z. JETHON, E. MURAWSKA-CIA£OWICZ, P. DZIÊGIEL, M.PODHORSKA-OKO£ÓW szenia Ca2+ w sarkoplazmie, aktywuj¹c endonukleazê i w efekcie nekrozê. Indukcja HSP w tej sytuacji wchodzi w sk³ad strategii antyoksydacyjnej, os³aniaj¹c mitochondria oraz aktywuj¹c leukocytozê i przeciwzapalne cytokiny. Przebieg powy¿szych reakcji jest uwarunkowany rodzajem wysi³ku, jego intensywnoci¹ i czasem wykonania i przypuszczalnie jest czêci¹ mechanizmów prowadz¹cych do adaptacji wysi³kowej. S³owa kluczowe: bia³ka stresowe, wysi³ek fizyczny, stres oksydacyjny, apoptoza. Summary: Intracellular protein destroying and impairment of their synthesis result in disturbance of cell homeostasis and can lead to cell death. Counteracting these changes the cell induces synthesis of stress proteins among others. Physical exercise has stress attributes, especially if it is a long-lasting and intensive one. It can be assumed that this will bring about an intensification of stress protein expression what was experimentally confirmed. However the significance of this reaction is not fully clear taking into account the variety of functions the stress protein act in the organism. Stress proteins, called also heat shock proteins (HSP) display mainly the enzymatic function used in a direct protection against negative effects of stress. Taking into account their molecular weight one can distinguish two main groups of HSP, the low-molecular and high-molecular ones. HSPs belonging to the low-molecular group act mainly as chaperons and facilitate the degradation of destroyed proteins. Some of them, as HSP27 and HSP40, enhance the protective potential of other stress proteins. In high-molecular group one can distinguish HSP60, HSP70 and HSP90. As the mostly known and important for humans is HSP70. Stress proteins of this group act against protein aggregation and refolding of denaturized and non-native proteins, and in removing them out of the cell. They act as chaperons of polypeptides synthesized along ribosomes and participate in protecting mechanisms against negative influences of stressors on intracellular processes. Main role of HSP90 is a cooperation in the regulation of cytoskeleton function, and HSP110 is functionally related to HSP70. The activity of muscle fibers is performed against a background enclosing influences of numerous mechanical and physiological stressors. During this activity there appear various intracellular changes having adaptative value. It has been shown that muscular activity particularly in changes of HSP27, HSP72 and HSP73 amounts. During the muscular activity there appear preliminary signs of reactive stress where the reactive oxygen species act as second messengers. They influence upon the gene expression, especially upon the transcription factor NFκB being an apoptosis induction factor. In higher concentrations the reactive oxygen species destroy cell structure giving the appearance of TNFα and apoptosis, or an enhancing of Ca2+ concentration in sarcoplasm with the activation of endonuclease, resulting finally in necrosis. The HSP induction is in this situation a part of anti-oxidant defense strategy, acting as mitochondrial protection, and inducing leukocytosis and activating anti-inflammatory cytokines. The course of the above reactions is determined by the character of exercise, its intensity and performing time, and they are probably a part of mechanisms resulting in work adaptation. Key words: stress proteins, physical exercise, oxidative stress, apoptosis. Wysi³ek fizyczny wywo³uje wielokierunkowe zmiany wewn¹trzustrojowe. Najbardziej poznane s¹ reakcje biochemiczne i hormonalne, lecz ostatnie lata przynosz¹ coraz nowsze informacje o odchyleniach w ró¿nych innych procesach wewn¹trzkomórkowych, które zmieniaj¹ czasowo funkcjê danych komórek. Procesy te s¹ kontrolowane nie tylko przez tzw. hormony stresowe (katecholaminy, kortyzol, hormon wzrostu), lecz tak¿e przez ca³¹ gamê zewn¹trz- i wewn¹trzkomórkowych substancji regulacyjnych [1, 8, 9,18, 35]. Zmiany, powstaj¹ce we w³óknach miêniowych i poza uk³adem ruchu, maj¹ s³u¿yæ adaptacji do obci¹¿eñ fizycznych, których charakter w du¿ym stopniu odpowiada reakcji stresowej. We w³óknach miêni szkieletowych obejmuj¹ one bia³ka kurczliwe i cytoszkieletu, enzymy przemian energetycznych, ilociow¹ zawartoæ substratów energetycznych i równowagê jonow¹. Niewiele jest jednak danych na temat regulatorów wewn¹trzkomórkowych, które uczestnicz¹ w przekszta³caniu w³ókien miêniowych [23, 33, 41]. Ze wzglêdu na stresowy charakter BIA£KA STRESOWE 699 wysi³ku fizycznego zmiany wywo³ane prac¹ fizyczn¹ mog¹ mieæ dodatni i ujemny aspekt. Dodatnie efekty powstaj¹ zazwyczaj i s¹ podstaw¹ wykorzystania ró¿nych form æwiczeñ w promocji zdrowia i rehabilitacji w uszkodzeniach chorobowych. Pytania, które powstaj¹ w tym kontekcie, a dotycz¹ wymiaru wysi³ku maj¹cego dodatni, prozdrowotny efekt, nie uzyska³y dot¹d zadowala-j¹cych odpowiedzi. Wydaje siê, ¿e g³ówn¹ przyczyn¹ kontrowersji w interpretacji zmian powysi³kowych s¹ stany ustroju, do których te zmiany s¹ odnoszone. Podstawowym, jak siê wydaje, zagadnieniem fizjologicznym, które mo¿e byæ przydatne w ocenie korzystnych efektów wysi³ku fizycznego, jest przeledzenie dynamiki wielokierunkowych zmian w przekszta³ceniach adaptacyjnych. Powysi³kowe zmiany metaboliczne s¹ dziedzin¹, w której procesy adaptacyjne mog¹ byæ stosunkowo ³atwo oceniane. Zmiany te uwidoczniaj¹ siê m.in. jako zwiêkszona aktywnoæ enzymów nadzoruj¹cych przemiany tlenowe substratów energetycznych oraz jako wzrost ilociowy mitochondriów [31, 36]. Poszukuj¹c czynników inicjuj¹cych mitochondrialn¹ biogenezê, zwrócono uwagê, ¿e podczas wysi³ku nastêpuje interakcja ma³ych, wielokrotnych zmian w stê¿eniu 5-AMP z bia³kami reguluj¹cymi ekspresjê genów mitochondrialnych [3]. Charakter tych reakcji nie jest dot¹d znany. Stwierdzono, ¿e w homeostazie ATP i biogenezie mitochondriów szczególn¹ rolê wydaj¹ siê odgrywaæ bia³ka stresowe [2, 3, 7]. Bia³ka zwi¹zane ze stresem (HSP heat shock proteins) s¹ grup¹ wysoce konserwatywnych zwi¹zków, o masie cz¹steczkowej 10 kDa do 170 kDa, które wystêpuj¹ w komórkach wszystkich organizmów ¿ywych. W spoczynku wystêpuj¹ w niskich stê¿eniach, g³ównie jako formy stabilne (cognate), lecz w przypadku oddzia³ywania ró¿nych rodowiskowych stresorów, ich stê¿enie szybko siê zwiêksza. Jako podstawê podzia³u bia³ek stresowych na grupy przyjmuje siê ich masê cz¹stecz-kow¹, co jest zwi¹zane tak¿e z ich fizjologicznym znaczeniem. Czasem wyró¿nia siê dodatkowo bia³ka glukozo-zale¿ne (GRP glucose-regulated proteins) i bia³ka stresu oksydacyjnego (OSP oxidative stress proteins) [28, 40]. W grupie bia³ek stresowych wyró¿nia siê grupy: HSP8-32 (wród nich HSP10, czy HSP40) oraz bia³ka o wy¿szej masie cz¹steczkowej HSP60; HSP70; HSP90. Indukcja syntezy HSP jest pierwotnie regulowana na poziomie transkrypcji za porednictwem rodziny czynników stresu cieplnego (HSF heat shock factors), które reaguj¹ ze specyficznym czynnikiem regulacyjnym HSE (heat shock promoter element) znajduj¹cym siê w obrêbie genów hsp (tab. 1) [29]. Dowiadczalnie udowodniono, ¿e indukcja syntezy HSP mo¿e nast¹piæ pod wp³ywem m.in. wzrostu temperatury, niedokrwienia i niedotlenienia, kwasicy, wzrostu cytosolowego stê¿enia Ca2+ i reaktywnych form tlenu, obni¿onej biodostêpnoci glukozy, degradacji bia³ek oraz endotoksemii [4]. Wszystkie te zmiany stwierdza siê podczas wysi³ku fizycznego, zw³aszcza wykonywanego w d³u¿szym czasie. Podczas wysi³ków submaksymalnych d³ugotrwa³a intensyfikacja przemian energetycznych powoduje we w³óknach miêniowych wzrost temperatury do 44°C oraz obni¿enie zawartoci glikogenu. Obni¿a siê tak¿e pH i podwy¿sza stê¿enie mleczanu w miêniach i we krwi (tab. 2) [4, 5, 35]. W ostatnich latach uzyskano dodatkowe informacje istotne dla zrozumienia zjawisk adaptacyjnych we w³óknach miêniowych. Analizuj¹c rolê reaktywnych form tlenu 700 Z. JETHON, E. MURAWSKA-CIA£OWICZ, P. DZIÊGIEL, M.PODHORSKA-OKO£ÓW TABELA 1. Rodziny bia³ek stresu cieplnego, ich lokalizacja i g³ówne funkcje w komórce [6, 30, 34] Rodzina Bia³ko Lokalizacja G³ówna funkcja sHSP HSP8- 32 HSP10, HSP17, HSP 27, HSP28 αA krystalina αB krystalina Cytozol Stabilizacja bia³ek zapobiegaj¹ca ich agregacji HSP60 HSP32, HSP40 HSP47 HSP58, GRP58 HSP60/ HSP10- mito HSP60/ HSP10- cyt (chaperonin) HSP70 HSP90 HSP68, HSP70.1, HSP70.2, HSP70.3 mHSP70 HSC70, HSC73 GRP75 GRP78 HSP83, HSP87, HSP90α HSP90β HSP90 N GRP94 HSP104, HSP105, HSP110, GRP170 Mitochondria Cytozol Cytozol/j¹dro Mitochondria Cytozol/j¹dro Retikulum Retikulum Cytozol Cytozol Cytozol/j¹dro Retikulum Cytozol/j¹dro Rozwijanie struktury i zapobieganie agregacji zdenaturowanych bia³ek Zwijanie, ³¹czenie i transport powstaj¹cych polipeptydów, ich przezb³onowa translokacja, transport do ró¿nych organelli, rozwijanie zdenaturowanych bia³ek Udzia³ w wykszta³caniu siê konformacji receptorów sterydowych i kinaz przenosz¹cych sygna³y (ROS) omawiane jest zazwyczaj ich negatywne oddzia³ywanie na funkcje miêni, odpowiedzialne m.in. za powstawanie uszkodzeñ czynnociowych i strukturalnych [wiêcej w 10, 16, 17, 21, 38]. Niezale¿nie od stanu czynnociowego miêni, ROS s¹ stale w nich wytwarzane. Oddzia³uj¹c na metabolizm energetyczny i ekspresjê genów oraz na przep³yw krwi przez miêsieñ s¹ modulatorami procesu skurczowego [32]. Jest wysoce prawdopodobne, ¿e powy¿sze, fizjologiczne znaczenie ROS zwi¹zane jest z ich stê¿eniem w miejscu powstania. W stê¿eniach wy¿szych ROS staj¹ siê toksyczne dla rodowiska wewn¹trzkomórkowego. Uszkadzaj¹ struktury bia³kowe i lipidowe i mog¹ powodowaæ fragmentacjê kwasów nukleinowych. W zale¿noci od wysokoci stê¿eñ prowadzi to do apoptozy lub nekrozy. Indukcja HSP w odpowiedzi na stres wysi³kowy ma znaczenie ochronne, podczas gdy apoptoza wywo³ana przez ROS jest przyjmowana jako proces prowadz¹cy do mierci komórki [34]. Czynniki indukuj¹ce apoptozê generuj¹ zazwyczaj ROS lub hamuj¹ obronê antyoksydacyjn¹. W niskich stê¿eniach endogenne ROS pe³ni¹ rolê drugiego przekanika, uczestnicz¹c w kontroli ekspresji genowej. Moduluj¹ zw³aszcza aktywnoæ j¹drowego czynnika transkrypcyjnego kappa B (NFκB) i aktywowane bia³ko-1 (AP-1), które jako czynniki transkrypcyjne oddzia³uj¹ na indukowan¹ ekspresjê szeregu genów zwi¹zanych z apoptoz¹ [13, 30, 34]. Wy¿sze stê¿enia ROS indukuj¹ apoptozê i przeciwdzia³aj¹ce jej ró¿ne formy HSP. BIA£KA STRESOWE 701 Znaczenie wystêpowania apoptozy we w³óknach miêniowych, które s¹ komórkami wieloj¹drzastymi, nie jest w pe³ni zrozumia³e. Efekt ten prowadzi do zaniku i usuniêcia zazwyczaj niektórych tylko j¹der lub innych organelli w³ókna. Nie zosta³o dot¹d wyjanione, jaki jest zakres tych zmian oraz jakie dodatkowe procesy im towarzysz¹. Nasilenie procesów apoptotycznych jest proporcjonalne do intensywnoci i czasu wysi³ku [26, 27]. Po d³ugotrwa³ych wysi³kach, obok innych uszkodzeñ strukturalnych, zmiany apoptotyczne stwierdza siê tak¿e w jelitach, nerkach, w¹trobie i w sercu [15, 24, 25]. Indukcja syntezy HSP w wysi³ku fizycznym nastêpuje za pomoc¹ kilku zró¿ni-cowanych mechanizmów. Przeniesienie zewn¹trzkomórkowych mechanicznych oddzia-³ywañ stresowych do wnêtrza w³ókien miêniowych dochodzi do skutku poprzez kaskadê kinazy proteinowej aktywowanej mitogenem MAPK (mitogen-activated protein kinase). Jak wykazano, ró¿ne formy aktywnoci miêniowej wykorzystuj¹ w tym celu drogi sygna³ów kinaz JNK (c-jun N-terminal kinase) i ERK (extracellular-signal regulated kinase) oraz bia³ka p35. Jak siê wydaje, reakcje te zale¿ne s¹ od charakteru wysi³ku. Thomson i inni [39] stwierdzili, ¿e intensywne wysi³ki ekscentryczne wywo³uj¹ w bioptatach m. biceps brachii wzrost stê¿enia HSP27 i HSP70, podczas gdy bieg na bie¿ni mechanicznej, nachylonej ujemnie (10o) indukuje w m. vastus lateralis wzrost stê¿enia tylko HSP70. S¹ te¿ dane, ¿e nasilenie syntezy HSP70 jest proporcjonalne do intensywnoci wysi³ku [11] oraz ¿e ekspresja HSP mo¿e byæ zale¿na od typu w³ókna miêniowego [2]. We w³óknach miêniowych zadaniem HSP, poza ich zwi¹zkiem z uk³adem immunologicznym, jest udzia³ w translokacji, fa³dowaniu i gromadzeniu bia³ek mitochon-drialnych. S¹ one molekularnymi bia³kami opiekuñczymi, ³¹cz¹cymi siê ze zdenatu-rowanymi bia³kami, dzia³aj¹c jako katalizatory ich degradacji. Sporód wszystkich grup bia³ek stresowych w czasie wysi³ku najbardziej zmienia siê stê¿enie HSP70. Forma stabilna, HSC73 jest ma³o wra¿liwa na jednorazowy wysi³ek i jej stê¿enie jest podobne we wszystkich typach w³ókien. Stê¿enie to ulega podwy¿szeniu dopiero w wyniku treningu wytrzyma³ociowego. Stê¿enie formy indukowanej - HSP72, zmienia siê istotnie w TABELA 2. Warunki, które mog¹ stymulowaæ ekspresjê bia³ek stresu cieplnego [30] Fizjologiczne Patologiczne rodowiskowe Cykl komórkowy Rozwój i ró¿nicowanie siê komórek Czynniki wzrostowe Stymulacja hormonalna Infekcje wirusowe Infekcje bakteryjne Infekcje paso¿ytnicze Gor¹czka Denaturacja bia³ek Proces zapalny Niedokrwienie Niedotlenienie Reperfuzja Hipertrofia Stres oksydacyjny Stres neurohormonalny Uszkodzenia tkanek i procesy naprawcze Toksyny Lipopolisacharydy Autoimmunizacja Starzenie siê Szok termiczny (zimno, ciep³o) Reaktywne formy tlenu Metale ciê¿kie Etanol Antybiotyki Promieniowanie jonizuj¹ce Czynniki mechaniczne 702 Z. JETHON, E. MURAWSKA-CIA£OWICZ, P. DZIÊGIEL, M.PODHORSKA-OKO£ÓW ci¹gu godzin po wysi³ku i wzrost ten jest prawdopodobnie zale¿ny od potencja³u oksydacyjnego w³ókna. Obie formy wystêpuj¹ w sarkoplazmie i w j¹drze komórkowym. W mitochondriach wystêpuje HSP60, które przejmuje syntetyzowany polipeptyd, dostarczany przez HSP70. U³atwia ono polipeptydowi uzyskanie koñcowej struktury. Podobn¹ funkcjê ma GRP75, czynne w translokacji niedojrza³ych polipeptydów przez b³onê mitochondrialn¹ i w ich fa³dowaniu wewn¹trz mitochondriów. Obie formy: HSP60 i GRP75 s¹ syntetyzowane w zwiêkszonej iloci podczas treningu fizycznego [14, 20]. Zarówno potencja³ przemian tlenowych (cyklu kwasów trójkarboksylowych i ³añcucha cytochromów), jak te¿ stê¿enie bia³ek grupy HSP70 wzrastaj¹ w wyniku treningu [2]. Sugeruje to, ¿e HSP bior¹c udzia³ w syntezie enzymów mitochondrialnych mog¹ byæ jednym z czynników indukuj¹cych efekty treningu wytrzyma³ociowego. S¹ te¿ wyniki wskazuj¹ce na fakt, ¿e podczas wysi³ków oporowych nastêpuje szczególnie silna ekspresja mitochondrialnego RNA odpowiedzialnego za syntezê HSP70 i HSP27 [39]. Nie uzyskano jednak dot¹d pewnych dowodów na to, ¿e powy¿sze efekty treningowe s¹ zale¿ne od stê¿enia i aktywnoci HSP. Indukcja przez stres oksydacyjny syntezy HSP i uruchomienie kaskady kaspaz (proteaz cysteinowych) nasuwaj¹ przypuszczenie, ¿e ROS s¹ wspólnym sygna³em dla tych procesów. Jedn¹ z g³ównych odpowiedzi na stres komórkowy jest synteza HSP. Odpowied ta pojawia siê szczególnie wyranie podczas niskich intensywnoci dzia³ania stresora [34]. W warunkach tych ROS s¹ czynnikami, które bior¹ udzia³ w kontroli ekspresji ró¿nych genów. Niektóre z tych kontrolnych reakcji zapocz¹tkowuj¹ kaskadê kaspazow¹ poprzez np. TNFα, NFκB lub zespó³ czynników zawartych w AP-1. Celem jest usuniêcie zu¿ytych lub uszkodzonych bia³ek enzymatycznych lub strukturalnych, a tak¿e mieræ komórki. We w³óknie miêniowym powy¿sze reakcje spotyka siê przede wszystkim w mitochondriach, co mo¿e w efekcie regulowaæ lub przyspieszaæ przebieg apoptozy. Mo¿na przyj¹æ, ¿e sarkoplazmatyczne zmiany degradacyjne wywo³ane przez ROS powstaj¹ w póniejszym okresie i podczas bardziej intensywnych wysi³ków, powoduj¹cych przejcie elementów degradacji bia³ek poza mitochondria. To samo dotyczy b³onowych struktur w³ókien, uszkadzanych w wyniku peroksydacji lipidów. Zosta³o to potwierdzone dowiadczalnie, co pozwoli³o opracowaæ koncepcjê PTP (permeability transition pore) [12]. Interakcja miêdzy ROS (w tym równie¿ tlenku azotu), indukcja syntezy HSP i zapocz¹tkowanie kaskady kaspazowej (apoptoza) oraz jej zale¿noæ od charakteru wysi³ku sugeruj¹ okrelon¹ rolê tych zjawisk w adaptacji wysi³kowej. Zró¿nicowanie fizykochemicznych i fizjologicznych w³aciwoci oraz czynnociowego ukierunkowania w³ókien miêniowych rozpoczyna siê w momencie budowy szkieletu filamentów miozynowych. W³ókna ró¿ni¹ siê miêdzy sob¹ g³ównie zawartoci¹ rodzaju izoform ciê¿kiego ³añcucha miozynowego. Aktywnoæ miêni, zw³aszcza trening fizyczny, mo¿e powy¿sze ró¿nice zmieniaæ, modyfikuj¹c w³aciwoci w³ókien. Jak potwierdzaj¹ wyniki badañ z ostatnich lat, modyfikacje te dotycz¹ nie tylko filamentów miozynowych, lecz powoduj¹ tak¿e przekszta³canie innych bia³ek miofibrylarnych oraz zmiany bia³ek sarkoplazmatycznych i b³onowych [31, 36, 41]. Aktywacja apoptozy mia³aby w tym kontekcie znaczenie jako mechanizm usuwania zu¿ytych lub zbêdnych bia³ek i umo¿liwienie w to miejsce syntezy nowych struktur bia³kowych, bardziej przystoso- BIA£KA STRESOWE 703 RYCINA 1. Prawdopodobny mechanizm regulacji apoptozy przez bia³ka stresu cieplnego [6, 22, 37] w modyfikacji w³asnej: AIF (apoptosis inducing factor) czynnik indukuj¹cy apoptozê, AKT (kinase) kinaza, Apaf-1 (apoptosis protease activating factor-1) czynnik apoptyczny aktywuj¹cy proteazy, Bid (Bcl-2-family protein) bia³ko z rodziny Bcl-2, Daxx (adapter protein that contains death domain) bia³ko adoptorowe zawieraj¹ce domenê mierci, FAAD (Fas associated death domain protein) bia³ko zwi¹zane z domen¹ mierci receptora Fas, RIP (receptor interacting protein) bia³ko wspó³dzia³aj¹ce z receptorem 704 Z. JETHON, E. MURAWSKA-CIA£OWICZ, P. DZIÊGIEL, M.PODHORSKA-OKO£ÓW wanych do wymogów obci¹¿eñ treningowych. Odpowiednie formy HSP mia³yby za zadanie kontrolê i nadzór nad procesami restrukturyzacji w³ókien. Ograniczaj¹c siê tylko do potencja³u przemian tlenowych mo¿na stwierdziæ, ¿e jest on wspó³zale¿ny ze stê¿eniem HSP w mitochondriach [5]. Aktywnoæ ruchowa, zw³aszcza prowadzona w formie treningu, tê wspó³zale¿noæ zmienia. Nastêpuje zwiêkszenie stê¿enia HSP i mRNA zwi¹zanego z okrelonymi formami bia³ek stresowych, utrzymuj¹ce siê do 48 h po wysi³ku, a czasem nawet d³u¿ej [2, 5, 19]. Powysi³kowy wzrost stê¿enia HSP jest ograniczony do miêni, które by³y aktywne i nie ma charakteru ogólnego. Podobne zjawisko wystêpuje w odniesieniu do apoptozy powsta³ej w miêniach. Wystêpuje ona równie¿ miejscowo, we w³óknach ruchowo czynnych. Nastêpuje ponadto uczynnienie niektórych szlaków sygna³owych. Stwierdza siê aktywacjê kinaz JNK/ERK, kana³ów PTP oraz ekspresjê wczesnych genów, jak jun i fos, które s¹ zwi¹zane z indukcj¹ syntezy HSP i apoptozy. W³ókno miêniowe w warunkach fizjologicznych nie ulega degradacji w wyniku apoptozy. Stwierdza siê natomiast jego przekszta³cenie czynnociowe i strukturalne, przystosowuj¹ce je do nowych obci¹¿eñ. Powy¿sze przypuszczenia, wysoce prawdopodobne w wietle dotychczasowych, zw³aszcza najnowszych wyników badañ, wymagaj¹ jednak dalszych analiz, zw³aszcza ukierunkowanych na mechanizmy powstawania przekszta³ceñ wewn¹trzkomórkowych. PIMIENNICTWO [1] BRENNER I, SHEK PN, ZAMECNIK J, SHEPHARD RJ. Stress hormones and the immunological responses to heat and exercise. Int J Sports Med 1998; 19: 130143. [2] ECOCHARD L, LHENRY F, SEMPORE B, FAVIER R. Skeletal muscle HSP72 level during endurance training: influence of peripheral arterial insufficiency. Pflüg Arch 2000; 440: 918924. [3] ESSIG DA. Contractile activity-induced mitochondrial biogenesis in skeletal muscle. Exerc Sport Sci Rev 1996; 24: 289319. [4] FEBBRAIO MA. Does skeletal muscle function and metabolism affect exercise performance in the heat? Exerc Sport Sci Rev 2000; 28: 171177. [5] FEHRENBACH E, NORTHOFF H. Free radicals, exercise, apoptosis and heat shock proteins. Exerc Immunol Rev 2001; 7: 6689. [6] GARRIDO C, GURBUXANI S, RAVAGNAN L, KROEMER G. Heat shock proteins: endogenous modulators of apoptotic cell death. Biochem Biophys Res Comm 2001; 286: 433442. [7] GEORGOPOULOS C, WELCH WJ. Role of the major heat shock proteins as molecular chaperones. Ann Rev Cell Biol 1993; 9: 601634. [8] JETHON Z. Fizjologiczne mechanizmy aktywnoci fizycznej w dzia³aniu na zdrowie. Wiad Lek 2002; 55: 170177. [9] JETHON Z. Stresowe aspekty wysi³ku fizycznego w sporcie i w lotnictwie. Pol Przegl Med Lotn 2002; 8: 387395. [10] JETHON Z. Mechanizm powstawania wysi³kowego uszkodzenia miêni szkieletowych. W: Zatoñ M, Jethon Z [red.] Aktywnoæ ruchowa w wietle badañ fizjologicznych i promocji zdrowia. Wydaw. AWF, Wroc³aw 1998: 153165. [11] LIU Y, LORMES W, BAUR C, OPITZ-GRESS A, ALTENBURG D, LEHMANN M, STEINACKER JM. Human skeletal muscle HSP70 response to physical training depends on exercise intensity. Int J Sports Med 2000; 21: 351355. [12] LY J.D, GRUBB DR, LAWEN A. The mitochondrial membrane potential (∆Ψm) in apoptosis; an update. Apoptosis 2003; 8: 115128. BIA£KA STRESOWE 705 [13] MATÉS JM, SÁNCHEZ-JIMÉNEZ FM. Role of reactive oxygen species in apoptosis: implications for cancer therapy. Int J Biochem Cell Biol 2000; 32: 157170. [14] MATTSON JP, ROSS CR, KILGORE JL, MUSCH TI. Induction of mitochondrial stress proteins following treadmill running. Med Sci Sports Exercise 2000; 32: 365369. [15] MURAWSKA-CIA£OWICZ E, PODHORSKA-OKO£ÓW M, JETHON Z, DZIÊGIEL P, JANUSZEWSKA L. Zmiany czynnociowe i strukturalne w komórkach nerki po wysi³ku fizycznym. Probl Higieny 2003; 83: 190191. [16] MURAWSKA-CIA£OWICZ E. Wp³yw ró¿nych czynników na zmiany w ródb³onku naczyñ krwiononych. W: Zatoñ M, Jethon Z [red.] Aktywnoæ ruchowa w wietle badañ fizjologicznych. Wydaw. AWF, Wroc³aw 2002: 89102. [17] MURAWSKA E, JETHON Z. Stres oksydacyjny i antyoksydacyjna obrona w fizjologicznych i patologicznych stanach organizmu. W: Zatoñ M, Jethon M [red.] Aktywnoæ ruchowa w wietle badañ fizjologicznych i promocji zdrowia. Wydaw. AWF, Wroc³aw 1998: 2739. [18] NIKOLAIDIS MG, PAPAZISIS KT, KORTSARIS AH, MOUGIOS V. Exercise-induced changes in c-Fos protein levels in skeletal muscle of trained and untrained rats. Int J Sports Med 2003; 24: 96100. [19] NOBLE EG, MORASKA A, MAZZEOP RS, ROTH DA, OLSSON MC, MOORE RL, FLESHNER M. Differential expression of stress proteins in rat myocardium after free wheel or treadmill run training. J Appl Physiol 1999; 86: 16961701. [20] OISHI Y, TANIGUCHI K, MATSUMOTO H, ISHIHARA A, OHIRA Y, ROY RR. Muscle type-specific response of HSP60, HSP72, and HSC73 during recovery after elevation of muscle temperature. J Appl Physiol 2002; 92: 10971103. [21] PALAZZETTI S, RICHARD M-J, FAVIER A, MARGARITIS I. Overloaded training increases exerciseinduced oxidative stress and damage. Can J Appl Physiol 2003; 28: 588604. [22] PARCELLIER A, GURBUXANI S, SCHMIDT E., SOLARY E, GARRIDO C. Heat shock proteins, cellular chaperones that modulate mitochondrial cell death pathways. Biochem Biophys Res Comm 2003; 304: 505512. [23] PETTE D. The adaptive potential of skeletal muscle fibers. Can J Appl Physiol 2002; 27: 423-448. [24] PODHORSKA-OKO£ÓW M, DZIÊGIEL P, GOMU£KIEWICZ A., DOLIÑSKA-KRAJEWSKA B., MURAWSKA-CIA£OWICZ E, JETHON Z, ZABEL M. The role of AT1 and AT2 angiotensin receptors in the mechanism of apoptosis in renal tubular cells after physical exercise. Ann Acad Med Bialostocensis 2004; 49 Suppl 1: 810. [25] PODHORSKA-OKO£ÓW M, DZIÊGIEL P, MURAWSKA-CIA£OWICZ E, KRAJEWSKA B, CIESIELSKA U, JETHON Z, ZABEL M. Exercise-induced apoptosis in the renal tubular cells of the rat. Folia Morphol 2004; 63: 213216. [26] PODHORSKA-OKO£ÓW M, KRAJEWSKA B, CARRARO U, ZABEL M. Apoptosis in mouse skeletal muscle after physical exercise. Folia Histochem Cytobiol 1999; 37: 127128. [27] PODHORSKA-OKOLÓW M, SANDRI M, ZAMPIERI S, BRUN B, ROSSINI K, CARRARO U. Neuropathol Appl Neurobiol 1998; 24: 518531. [28] POWERS SK, LOCKE M, DEMIREL HA. Exercise, heat shock proteins, and myocardial protection from I-R injury. Med Sci Sports Exerc 2001; 33: 386392. [29] PRIKKALA L, NUKANEN P, SILSTONEN L. Roles of the heat shock transcription factors in regulation of the heat shock response and beyond. FASEB J 2001; 15: 11181131. [30] PROHÁSZKA Z, FÛST G. Immunological aspects of heat-shock proteins the optimum stress of life. Mol Immunol 2004; 41: 2944. [31] PUTMAN CHT, XU X, GILLIES E, MACLEAN IM, BELL GJ. Effects of strength, endurance and combined training on myosin heavy chain content and fibre-type distribution in humans. Eur J Appl Physiol 2004; 92: 376384. [32] REID MB. Nitric oxide, reactive oxygen species, and skeletal muscle contraction. Med Sci Sports Exerc 2001; 33: 371376. [33] SANDRI M, CARRARO U. Apoptosis of skeletal muscles during development and disease. IJBCB 1999; 31: 13731390. [34] SREEDHAR AS, CSERMELY P. Heat shock proteins in the regulation of apoptosis: new strategies in tumor therapy. A comprehensive review. Pharmac Therap 2004; 10: 227257. [35] STEINACKER JM, LORMES W, REISSNECKER S, LIU Y. New aspects of the hormone and cytokine response to training. Eur J Appl Physiol 2004; 91: 382391. 706 Z. JETHON, E. MURAWSKA-CIA£OWICZ, P. DZIÊGIEL, M.PODHORSKA-OKO£ÓW [36] STEVENS L, BASTIDE B, BOZZO C, MOUNIER Y. Hybrid fibres under slow-to-fast transformations: expression is of myosin heavy and light chains in rat soleus muscle. Pflugers Arch-Eur J Physiol 2004; 448: 507514. [37] TAKAYAMA S, REED JC, HOMMA S. Heat- shock proteins as regulators of apoptosis. Oncogene 2003; 22: 90419047. [38] THACKER SB, GILCHRIST J, STROUP DF, KIMSEY CD. jr. The impact of stretching on sports injury risk: a systematic review of the literature. Med Sci Sports Exerc 2004; 36: 371378. [39] THOMPSON HS, MAYNARD EB, MORALES ER, SCORDILIS SP. Exercise-induced HSP27, HSP70 and MAPK responses in human skeletal muscle. Acta Physiol Scand 2003; 178: 6172. [40] XU Q. Role of the heat shock proteins in atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2002; 22: 1547 1559. [41] ZATOÑ M, JETHON Z. Mo¿liwoci adaptacyjne w³ókien miêniowych. W: Murawska-Cia³owicz E, Zatoñ M [red.] Znaczenie aktywnoci ruchowej dla zdrowia. Wydaw. AWF, Wroc³aw 2005: 721. Redaktor prowadz¹cy Jerzy Kawiak Otrzymano: 10.11.2005 r. Przyjêto: 27.10. 2005 r. 51-612 Wroc³aw, ul. Paderewskiego 35 e-mail: [email protected]
