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REDVET. Revista electrónica de Veterinaria 1695-7504
2007 Volumen VIII Número 12B
REDVET Rev. electrón. vet. http://www.veterinaria.org/revistas/redvet
Vol. VIII, Nº 12B, Diciembre/2007– http://www.veterinaria.org/revistas/redvet/n121207B.html
El estrés calórico y su amortiguamiento a través de las proteínas del
estrés, hsp - Caloric stress and your deadening to the heat shock protein,
hsp
Sánchez-Rodríguez , Sergio Hugo
Doctor en Ciencias (Fisiología). Departamento de Biología Celular. Unidad
Académica de Biología Experimental. Universidad Autónoma de Zacatecas.
Correspondencia: Departamento de Biología Celular. Unidad Académica
de Biología Experimental. Fernando Villalpando #80. Col. Ramón López
Velarde. Guadalupe, Zacatecas, México. C.P. 98600. Tel/Fax (492)
921-13-26. E-mail: [email protected]
REDVET: 2007, Vol. VIII Nº 12B
Recibido: 18.03.06 Referencia: BA013 Aceptado: 14.07.06 Publicado: 01.12.2007
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Resumen
La hipertermia es una amenaza potencial para la vida y es sorprendente como los
organismos homeotermos poseen mecanismos fisiológicos de adaptación que reducen los
efectos de la hipertermia, mediante la disminución de la producción interna de calor, por
incremento en la resistencia del flujo de calor del medio ambiente hacia el organismo y el
del flujo de calor del organismo al medio ambiente.
El conocimiento de como los organismos responden al estrés calórico a nivel celular es
incipiente. Un importante esfuerzo para dilucidar la respuesta celular al estrés calórico se ha
dirigido a una familia de proteínas conocidas como proteínas de choque calórico o proteínas
chaperonas. Las proteínas de choque calórico, son constituyentes normales de las células y
su síntesis se incrementa con la exposición a diversas formas de estrés.
Palabras clave: Adaptación, estrés calórico, proteínas de choque calórico (Hsp)
El estrés calórico y su amortiguamiento a través de las proteínas del estrés (hsp).
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Summary
Hyperthermia is a potential threat for living and its amazing how homeothermic organism
must have or acquire adaptative physiological machanismo that prevent harmfull effects of
hyperthermia by reducing inner heat production, by increasing heat flow resistance from the
environmental to the organism and by increasing the heat flow from the organiosm to the
environmental.
The knowledge of how the organism respond to heat stress at the cellular leavel is minimal.
An important effort to dillucidate the cellular response to heat stress has led to the
knowledge of protein family called heat-shock proteins or chaperone proteins. Heat-shock
proteins are normal constituents of the living cell and their synthesis increase in response to
exposure to several types of stressful agents.
Key words: Adaptation, caloric stress, heat shock protein (Hsp)
INTRODUCCIÓN
La resistencia al estrés ambiental puede involucrar mecanismos que son altamente
específicos para un tipo de estresor, o cubrir mucho tipo de estresores y tener bases
fisiológicas y bioquímicas comunes (Hoffmann and Parson, 1991).
En contraste a los cambios únicos que ocurren en el animal entero al permitirle la
aclimatación a un medio ambiente particular a su nicho, las células de todos los organismos
parecen emplear medios y mecanismos de defensa comunes cuando ocurren cambios
abruptos en su medio ambiente local. Esta respuesta referida como choque calórico o
respuesta al estrés, vincula el cambio de las condiciones ambientales con la expresión de un
grupo de proteínas conocidas como proteínas de choque calórico (Hsp) o proteínas del
estrés. Las Hsp, incluidas las chaperonas moleculares, se expresan de manera constitutiva y
ubicua en las células eucariotas y procariotas (Lindquist, 1986; Lindquist and Craig, 1988;
Morimoto et al., 1990; Welch, 1990; Hendrick and Harti, 1993; Harti, 1996). En condiciones
adversas, la función de estas proteínas es proteger a la célula del daño producido por el
estrés, mediante la unión a proteínas parcialmente desnaturalizadas, disociando agregados
de proteínas y regulando el correcto doblez y traslocación intracelular de nuevas proteínas
sintetizadas (Leppa and Sistonen, 1997; Goodman and Blank, 1998). Las proteínas del
estrés son inducidas por varios agentes estresantes (Ciocca et al., 1993; Lin et al., 1998),
entre los que están: la hipoglucemia, anoxia, hipertermia, etanol, peróxido de hidrogeno,
iones de metales pesados, arsenicales, infección con ciertos virus, (Guerreiro and Raynes,
1990; Bañuelos-Valenzuela y Sánchez-Rodríguez, 2005), enfermedades autoinmunes como
el lupus eritematoso sistémico (Villalobos-Hurtado et al., 2003), por privación de agua y
alimento (Barajas-Vásquez et al., 2005), radiación ultravioleta, radiación electromagnética
de baja frecuencia y campos intensos de radiación gamma (Saran and Bors, 1997; Feder
and Hoffmann, 1999), y los rayos gamma de baja intensidad (Vega-Carrillo et al., 2001).
Colectivamente las Hsp proveen protección a la célula durante y/o después de recobrarse de
la agresión del estrés del medio ambiente (Welch et al, 1991).
LAS Hsp COMO RESPUESTA CELULAR AL ESTRÉS
Las Hsp representan entre el 2 al 15% del total de las proteínas en las células normales,
esta proporción puede alcanzar hasta el 20% en las células expuestas al calor (Donati et al.,
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1990; Kopecek, 2001). Se ha observado que en células expuestas a un choque
hipertermico, se incrementa la síntesis de las Hsp, lo que le permite a la célula sobrevivir al
estrés calórico (Guerreiro and Raynes, 1990), ya que participan en el desarrollo de la
termotolerancia, es decir, la habilidad de las células pre-expuestas a temperaturas no
letales, para sobrevivir a subsecuentes exposiciones a altas temperaturas (Donati et al.,
1990). El metabolismo celular se altera marcadamente debido al estrés por el choque
térmico, siendo dañadas numerosas funciones celulares relacionadas con la expresión
genética como la traducción de proteínas, el ensamble del ácido ribonucleico (ARN) y la
trascripción genética "normal", mientras que la trascripción de genes de choque calórico se
activa y aumenta (Dubois and Bensaude, 1993).
Aunque el problema de la agregación y plegado erróneo de las proteínas se incrementan
con el aumento de la temperatura, requiriendo el incremento correspondiente en los niveles
intracelulares de chaperonas, es claro que no todas las moléculas chaperonas pertenecen a
la misma clase de las Hsp, recíprocamente, no todas las Hsp funcionan como moléculas
chaperonas (Gragerov et al., 1992).
Las Hsp se definen como "la familia de proteínas que median el correcto ensamble de otros
polipéptidos, pero que ellas mismas no son integrantes de la estructura final”. El término
“moléculas chaperonas” tiene un amplio significado, cuya definición característica es la
función de éstas proteínas en la modulación para la conformación de otras proteínas (Ellis,
1987; Hendrick et al., 1993; Hendrick and Harti, 1993). Las Hsp actúan como monómeros o
dímeros y pueden reconocer siete u ocho segmentos de residuos en polipéptidos
desdoblados. Los péptidos enlazados por proteínas compuestas, las homólogas de las Hsp70
localizadas dentro del retículo endoplásmico, son enriquecidas con residuos hidrofóbicos y se
ha propuesto que las Hsp70 proveen el segmento de una cadena desplegada, la cual se une
con su similar que contiene la parte hidrofóbica de la proteína desplegada (Benjamin and
McMillam, 1998). Las Hsp70 y sus proteínas asociadas, así como los equivalentes en
procariotes, pueden estabilizar el transporte y la síntesis de nuevos polipéptidos hasta reunir
todos los segmentos necesarios para el replegado de la cadena que se encuentren
disponible; las chaperonas son complejos, largos y cilíndricos que promueven el replegado
de las proteínas en el ambiente de su cavidad central (Dix,1997).
Las moléculas chaperonas se definen como “proteínas que ligan o estabilizan formas
inestables de otras proteínas, por la unión y liberación controlada de los substratos de las
proteínas, facilitando el destino correcto in vivo, así como el plegado, el ensamble
oligomérico, y el transporte a un compartimiento subcelular particular (Laskey et al., 1978;
Perdrizet, 1997). La asociación indica que las Hsp70 tienen un papel igualmente importante,
independiente del estrés, en la estabilización del plegado y como intermediarias en la
síntesis de nuevos polipéptidos. Las proteínas homólogas a las Hsp70 fueron encontradas
en complejos no ensamblados en el lumen del retículo endoplásmico y en cadenas pesadas
de inmunoglobulinas unidas a proteínas denominadas como (BiP), y a proteínas secretoras
(James et al.,1997). En las células de mamíferos, las BiP se asocian con glicoproteínas
nacientes y proteínas secretoras, tales como polipéptidos de inmunoglobulinas para prevenir
la agregación de los polipéptidos y mantenerlos en una forma de ensamble competente
(Hass, 1991; Flyn et al., 1991; Blond-Elguindi et al., 1993). De forma similar, las proteínas
citosólicas Hsp70 en levaduras, viajan asociadas con los péptidos precursores en la síntesis
de nuevas proteínas, estabilizándolos para unirlos dentro de la mitocondria y el retículo
endoplásmico (Desaides et al., 1988a; Desaides et al., 1988b; Zimmerman et al., 1988).
Las Hsp70 de mamíferos muestran interacción con un gran número de fracciones de cadenas
polipéptidicas nacientes en el citosol (Beckman et al., 1990), con la disponibilidad de unir
El estrés calórico y su amortiguamiento a través de las proteínas del estrés (hsp).
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segmentos de péptidos hidrofóbicos (Laskey et al., 1978; Flynn et al., 1991).
La familia de las Hsp son ATPasas altamente conservadas encontradas en procariotes y en
los compartimentos de las células eucariotas. De acuerdo a su peso molecular, las proteínas
Hsp se ha clasificado en seis familias: a).- Las Hsp de 100-110 kDa, b).- Las Hsp de 83-94
kDa. c).- Las Hsp
de 66-78 kDa, d).- Las Hsp de 60, e). Las Hsp de 40. f).- Las Hsp
pequeñas de 13-25 kDa. Algunas de las Hsp son necesarias todo el tiempo, por lo que se
expresan de manera continua, y sirven básicamente en funciones vitales como moléculas
chaperonas (Hass, 1991; Leppa and Sistonen, 1997).
LA TRASCRIPCIÓN DE LOS GENES DE CHOQUE CALÓRICO
Las células de bacterias, plantas y animales realizan ajustes rápidos de acuerdo a los
cambios ambientales. Estos cambios adaptativos se deben a la expresión de ciertos genes
que dan como resultado, la síntesis de las Hsp y las moléculas chaperonas (Linquist and
Craig 1988; Morimoto et al., 1990; Morimoto et al., 1994).
La inducción de la trascripción de los genes de choque calórico en eucariontes en respuesta
a cambios de temperatura y otras formas de estrés fisiológico, es mediada por la unión del
activador de la trascripción (HSF) a una secuencia conservada de DNA, el elemento del
choque calórico (HSE). El gen que codifica para el factor de trascripción de choque calórico
fue aislado primeramente de la S. cerevisiae (Wiederrecht et al., 1987; Sorger and Pelham,
1988) donde este gen, es esencial para la viabilidad a temperaturas superiores a la óptima
(Sorgen and Pelham, 1987). Posteriormente, los genes HSF fueron también aislados de la D.
melanogaster (Clos et al.,1990), células de tomate (Scharf et al.,1990), de la levadura
Kluyveromyces lactis (Jakobsen and Pelham, 1991), ratones (Scheutz et al., 1991), pollos
(Nakai and Morimoto et al., 1993) y células de humanos (Rabindran et al.,1991; Scheutz et
al., 1991; Nakai et al., 1997).
CONCLUSIONES
La capacidad de los organismos para enfrentar y sobrevivir a los cambios adversos en su
medio ambiente, representa un aspecto integral de la evolución. En el reino animal, existen
numerosos ejemplos de organismos, los cuales han utilizado vías únicas que les permiten
continuar sobreviviendo en un medio ambiente hostil e incompatible con el sostenimiento de
la vida.
La tolerancia que presentan los organismos a un agente estresante puede ser natural o
inducida (Parsell and Lindquist, 1994), donde participa la síntesis de las Hsp como un
mecanismo de respuesta celular (Morimoto et al., 1994). Las proteínas de choque calórico
participan como mecanismo de resistencia al estrés, y si este mecanismo es común,
entonces los individuos pueden tener niveles de resistencia altos a un rango de estresores y
la selección para una mayor resistencia a un agente estresor, puede incrementar la
resistencia a otros (Hoffman and Parson, 1991; Morimoto et al., 1994; Piza et al., 1997).
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