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Hitzeschockproteine als forensisch und klinisch bedeutende Stressmarker

Teil 1: Allgemeines und klinische Relevanz

Heat-shock proteins as forensically and clinically important stress markers

Part 1: General and clinical relevance

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Zusammenfassung

Hitzeschockproteine (HSP) sind hochkonservierte Proteine mit großer Bedeutung für die Proteinhomöostase. Sie finden sich in allen Organismen und sind Bestandteil aller Zellen und Zellkompartimente. Bei Zellstress werden HSP zur Zellprotektion verstärkt exprimiert und unterstützen v. a. die Neufaltung oder Degradation denaturierter Proteine. Hitzeschockproteine werden auf variable zelltoxische Faktoren hin verstärkt exprimiert, v. a. auf Hitzestress. Sie nehmen wesentlichen Einfluss auf verschiedene Erkrankungen wie Tumor- oder Autoimmunerkrankungen; entsprechend fokussieren sich therapeutisch ausgerichtete Forschungsprojekte z. B. auf die Inaktivierung bzw. Induktion einer intrazellulären HSP-Expression.

Abstract

Heat-shock proteins (HSPs) are highly conserved proteins with enormous importance for protein homeostasis. The HSPs are components of all cells and cell compartments and occur in all organisms. In cellular stress the expression is increased for cell protection and to support the refolding or degradation of denatured proteins. The expression of HSPs increases as a reaction to variable cytotoxic factors, especially heat stress and HSPs have a significant influence on various diseases, such as tumors and autoimmune diseases. Accordingly, therapeutically oriented research projects focus, e.g. on the inactivation or induction of intracellular expression of HSPs.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Rechtsmedizin, Universitätsklinikum Bonn, Stiftsplatz 12, 53111, Bonn, Deutschland

    E. Doberentz & B. Madea

Authors
  1. E. Doberentz
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  2. B. Madea
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Corresponding author

Correspondence to E. Doberentz.

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Interessenkonflikt

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Autoren

E. Doberentz: Die Autorin gibt an, dass kein finanzieller Interessenkonflikt besteht. Nichtfinanzielle Interessen: Fachärztin für Rechtsmedizin, Institut für Rechtsmedizin, Universität Bonn | Oberärztin und Stellvertreterin des Institutsleiters | Mitglied im Berufsverband Deutscher Rechtsmediziner e.V. | Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Rechtsmedizin e.V. B. Madea: Der Autor gibt folgende mögliche finanzielle Interessenkonflikte an: Reise‑/Übernachtungskosten, bezahlte Teilnehmergebühren für aktive Tagungsteilnahme: 05.–07.07.2018 International Congress, Universität Sapienza Rom/Italien | 12. und 13.01.2019 International Symposium on Forensic Pathology, Universität Wakayama/Japan. Nichtfinanzielle Interessen: Institutsleiter, Institut für Rechtsmedizin, Universität Bonn, Bonn.

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Für diesen Beitrag wurden von den Autoren keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.

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Wissenschaftliche Leitung

B. Madea, Bonn

CME-Fragebogen

CME-Fragebogen

Hitzeschockproteine (HSP) mit einem Molekulargewicht (MG) bis 40.000 werden zu den kleinen Hitzeschockproteinen („small HSP“) gezählt. Wodurch unterscheiden sich Small HSP am ehesten von den klassischen Hitzeschockproteinen?

Sie induzieren hauptsächlich die Apoptose.

Sie werden nur bei Hitzestress exprimiert.

Sie exprimieren nur über die Adenohypophyse.

Sie sind nicht von Adenosintriphosphat abhängig.

Sie sind nicht im Extrazellularräum nachweisbar.

Welches Hitzeschockprotein (HSP) wurde bislang am intensivsten untersucht?

HSP22

HSP26

HSP60

HSP70

HSP90

Wodurch wird das Phänomen der Thermotoleranz am ehesten beschrieben?

Zellen können temporär tolerant gegenüber Hitzestress werden.

Die Toleranzentwickelung dauert zumeist nur wenige Minuten.

Hitzeschockproteine werden als ursächlich dafür angesehen.

Hitzebelastung stellt den alleinigen Auslösemechanismus dar.

Kälteexposition kann zu einer paradoxen Hitzetoleranz führen.

Hitzeschockproteine (HSP) können an der Pathogenese verschiedener Erkrankungen beteiligt sein. Welcher Umstand ist dabei am ehesten von klinischer Bedeutung?

HSP27 weist in malignen entarteten Zellen eine geringe Expression auf und hat dadurch eine zytoprotektive Wirkung.

HSP70 hat in Tumorzellen eine erhöhte Expressionsrate und kann deshalb als Tumormarker genutzt werden.

HSP27 weist in Gefäßendothel eine deutliche Überexpression auf und wirkt dadurch arteriosklerosefördernd.

HSP60 wird in Gefäßendothel vermehrt exprimiert und wirkt dadurch protektiv gegen arteriosklerotische Veränderungen.

HSP70 wird bei Autoimmunkrankheiten intrazellulär verstärkt exprimiert und liegt extrazellulär in geringerer Konzentration vor.

Die Klassifikation von Hitzeschockprotein(HSP)-Familien erfolgt u. a. nach Lokalisation, Molekülgröße und Energieabhängigkeit. Nach welchen Parameter werden HSP noch unterschieden?

Expressionsrate

Tertiärstruktur

Enzymgehalt

Hormonbindung

Molekulargewicht

Bei welchem auf Organgewebe einwirkenden Faktor ist am wenigsten eine intrazelluläre Hitzeschockprotein(HSP)-Expression zu erwarten?

Inflammation

3 °C

Ischämie

39 °C

UV-Strahlung

Wodurch wird eine Hitzeschockantwort am ehesten beschrieben?

Blasenbildung der Haut auf Hitzeeinwirkung

Entwicklung von Fieber bei bakterieller Infektion

Expression von Stressproteinen

Behandlung von Brandblasen

Denaturierung intrazellulärer Proteine

Wie hoch ist der intrazelluläre Anteil der Hitzeschockproteine (HSP) an der gesamten intrazellulären Proteinmenge?

25–30 %

20–25 %

15–20 %

10–15 %

5–10 %

Ein auf Hitzeschockproteine (HSP) ausgerichteter Therapieansatz in der Tumortherapie ist die allgemeine, regionale und lokale Tiefenhyperthermiebehandlung. Welche Reaktion wird dabei durch die gezielte Überwärmung des Gewebes ausgelöst?

Durch zunehmende Strukturierung wird die reguläre Proteinbiosynthese wieder verstärkt angeregt.

Durch vermehrte HSP-Expression werden Tumorzellen gegenüber dem Immunsystem sichtbar gemacht.

Durch verminderte Expression von HSP27 und HSP70 sinkt die Mutationsrate in klinisch signifikanten Umfang.

Durch verstärkte Bindung der HSP an Hitzeschockfaktoren werden die Tumorzellen deutlich anfälliger.

Durch die abnehmende Vulnerabilität von Tumor-Nekrose-Faktoren werden fortlaufend Nekrosen ausgelöst.

Welche Ursache kommt am ehesten dafür infrage, dass Hitzeschockproteine (HSP) mit ihren primär zytoprotektiven Funktionen wesentlich an der Pathogenese zahlreicher Autoimmunerkrankungen beteiligt sein sollen?

Verstärkung einer B‑Zell-vermittelten Entzündungsreaktion

Erzeugung von Immunstresssignalen durch Apoptosen

Kreuzreaktionen mit Zunahme von Hitzeschockproteinen

Immunreaktionskaskade durch intrazellulären HSP-Anstieg

Homologien zwischen humanen und mikrobiellen HSP

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Doberentz, E., Madea, B. Hitzeschockproteine als forensisch und klinisch bedeutende Stressmarker. Rechtsmedizin 29, 219–231 (2019). https://doi.org/10.1007/s00194-019-0317-3

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