Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
H. Fiedler

Hitzeschockproteine

Hitzeschockproteine
Synonym(e)
HSP(s)
Englischer Begriff
heat shock proteins
Definition
Hitzeschockproteine (HSPs) gehören zu den Stressproteinen und sind benannt nach dem Befund, dass sie bei erhöhten Temperaturen durch den Hitzeschockfaktor-1 induziert werden. Auch Infektionen, Entzündungen, Hunger und Ischämie/Reperfusion sind Induktoren. Einige HSPs sind konstitutiv und werden als „heat shock cognate (Hsc) proteins“ bezeichnet. Hitzeschockproteine werden in allen Organismen gefunden und besitzen verschiedene Splicevarianten. Die Wirkungen sind stark abhängig von Spezies und deren Organen sowie den Wechselwirkungen mit anderen HSPs.
Beschreibung
Zahlreiche HSPs wirken als molekulare Chaperone und Chaperonine. Sie schützen ungefaltete Proteine vor Polymerisation und Aggregation und helfen bei deren korrekten Faltung. Andere Hitzeschockproteine (HSP90) binden und stabilisieren Steroidrezeptoren und Proteinkinasen unter Mitwirkung von Cochaperonen (Chaperone) und HSP70. Nach Bindung des Hormons wird HSP90 abgelöst, und der Rezeptor kann durch eine nukleäre Lokalisierungssequenz in den Zellkern gelangen. Kleinmolekulare HSPs, oft in phosphorylierter Form, beeinflussen Gefäß- und kardialen Muskeltonus und Plättchenaggregation. Intrazelluläre HSPs sind in hohen Konzentrationen in Karzinomzellen enthalten und sind wesentlich für deren Überleben. Deshalb werden Inhibitoren von HSP90 in onkologischen Studien erforscht.
Die Hitzeschockproteine werden nach ihrem Molekulargewicht (kDa) in Familien klassifiziert:
  • HSP20–30, die sog. kleinen HSPs (besonders HSP27, α-Crystallin, Ubiquitin), wirken auf Gefäße, glatte und quer gestreifte Muskeln, das kardiovaskuläre System und Proteine der Augenlinse.
  • HSP40 enthält die J-Domäne und reguliert die ATPase-Aktivität von HSP70.
  • HSP60 faltet und entfaltet als Chaperonin Matrixproteine zum Transport in die Mitochondrien, aktiviert Monozyten, Makrophagen und dendritische Zellen und hat offenbar Bedeutung für die Autoimmunität.
  • HSP70 (und Varianten) falten und entfalten (zum Transport in und durch Membranen) viele Proteine unter ATP-Verbrauch (HSP40), bindet Antigene und ist an der Regulation des Zellzyklus und der Karzinogenese beteiligt. Dazu gehört das im endoplasmatischen Retikulumstress (Endoplasmatischer Retikulumstress) wirksame „binding immunglobulin protein“ (BiP).
  • HSP90 falten frisch synthetisierte Proteine, stabilisieren Steroidrezeptoren, Transkriptionsfaktoren und das Proteasom und werden für VEGF („vascular endothelial growth factor“) und NO-Synthetase benötigt.
  • HSP100 gehören zur Gruppe der AAA+-ATPasen, umhüllen nach Entfaltung den Proteinfaden, um die Chance für eine korrekte Faltung zu erhöhen.
Hitzeschockproteine werden auch sezerniert oder bei Zelluntergang freigesetzt. Sie werden als Biomarker für Tumoren, Entzündungen und Stresszuständen empfohlen. Die ELISA-Tests sind noch nicht standardisiert und liefern keine vergleichbaren Konzentrationen (Lee et al. 2015), aber innerhalb eines Tests deutliche Unterschiede bei bestimmten Stresszuständen zu Kontrollpopulationen (Pockley et al. 2014).
Literatur
Christians ES, Ishiwata T, Benjamin IJ (2012) Small heat shock proteins in redox metabolism:implications for cardiovascular diseases. Int J Biochem Cell Biol 44:1632–1645CrossRef
Kampinga HH, Hageman J, Vos MJ et al (2009) Guidelines for the nomenclature of the human heat shock proteins. Cell Stress Chaperones 14:105–111CrossRef
Lee BJ, Sukri NM, Ogden H et al (2015) A comparison oft two commercially available ELISA methods for the quantification of human plasma heat shock protein 70 during rest and exercise stress. Cell Stress Chaperones 20:917–926; Comment by Schwarzer J, Multhoff G (2015) Cell Stress Chaperones 20:865–866
Moyano JV, Evans JR, Chen F et al (2006) AlphaB-crystallin is a novel oncoprotein that predicts poor clinical outcome in breast cancer. J Clin Invest 116:261–270CrossRef
Pockley AG, Henderson B, Multhoff G (2014) Extracellular cell stress proteins as biomarkers of human disease. Biochem Soc Trans 42:1744–1751CrossRef
Wang H, Tan M-S, Lu R-C, Yu J-T, Tan L (2014) Heat shock proteins at the crossroads between cancer and Alzheimer disease. Biomed Res Int 2014:239164PubMedPubMedCentral