การตอบสนองต่อความร้อน ( HSR ) เป็นการตอบสนองต่อความเครียดของเซลล์ที่เพิ่มจำนวนโมเลกุลชาเปอโรนเพื่อต่อต้านผลกระทบเชิงลบต่อโปรตีนที่เกิดจากปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเครียด เช่นอุณหภูมิที่ สูงขึ้น ความเครียดจากออกซิเดชันและโลหะหนัก^{[ 1 ]}ในเซลล์ปกติโปรตีโอสเตซิส ( ภาวะสมดุล ของโปรตีน ) จะต้องได้รับการรักษาไว้ เนื่องจากโปรตีนเป็นหน่วยการทำงานหลักของเซลล์^{[ 2 ]}โปรตีนหลายชนิดมีโครงสร้างที่กำหนดไว้ในกระบวนการที่เรียกว่าการพับโปรตีนเพื่อทำหน้าที่ทางชีวภาพ หากโครงสร้างเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไป กระบวนการที่สำคัญอาจได้รับผลกระทบ นำไปสู่ความเสียหายหรือการตายของเซลล์^{[ 3 ]}การตอบสนองต่อความร้อนสามารถนำมาใช้ภายใต้ความเครียดเพื่อกระตุ้นการแสดงออกของโปรตีนช็อกความร้อน (HSPs) ซึ่งหลายชนิดเป็นโมเลกุลชาเปอโรน ที่ช่วยป้องกันหรือย้อนกลับการพับโปรตีนที่ผิดพลาดและสร้างสภาพแวดล้อมสำหรับการพับที่เหมาะสม^{[ 4 ]}

การพับโปรตีนเป็นเรื่องที่ท้าทายอยู่แล้วเนื่องจากพื้นที่ภายในเซลล์ ที่แออัด ซึ่งอาจเกิดปฏิกิริยาผิดปกติได้ และจะยิ่งยากขึ้นไปอีกเมื่อปัจจัยกดดันจากสิ่งแวดล้อมสามารถทำให้โปรตีนเสียสภาพและทำให้เกิดการพับที่ไม่เป็นไปตามธรรมชาติมากขึ้น^{[ 5 ]}หากการทำงานของโมเลกุลชาเปอโรนไม่เพียงพอที่จะป้องกันการพับที่ไม่ถูกต้อง โปรตีนอาจถูกย่อยสลายโดยโปรตีเอโซมหรือออโตฟาจีเพื่อกำจัดสารรวมตัวที่อาจเป็นพิษ^{[ 6 ]}โปรตีนที่พับผิดรูป หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ตรวจสอบ อาจนำไปสู่การรวมตัวกันซึ่งป้องกันไม่ให้โปรตีนเคลื่อนที่ไปยังโครงสร้างที่เหมาะสมและในที่สุดจะนำไปสู่การก่อตัวของคราบพลัค ซึ่งอาจพบได้ในโรคต่างๆ^{[ 7 ]}โปรตีนช็อกความร้อนที่ถูกกระตุ้นโดย HSR สามารถช่วยป้องกันการรวมตัวของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรคทางระบบประสาทเสื่อมทั่วไป เช่น โรคอัลไซเมอร์โรคฮันติงตันหรือโรคพาร์กินสัน^{[ 8 ]}

เมื่อมีการนำปัจจัยความเครียดจากสิ่งแวดล้อมเข้ามา เซลล์จะต้องสามารถรักษาโปรตีโอสเตซิสได้ การได้รับสภาวะที่เป็นอันตรายเหล่านี้อย่างเฉียบพลันหรือเรื้อรังจะกระตุ้นการตอบสนองการปกป้องเซลล์เพื่อส่งเสริมความเสถียรของโปรตีโอม [ ^{9 ] HSPs} (เช่นHSP70 , HSP90 , HSP60เป็นต้น) มีอยู่ภายใต้สภาวะปกติ แต่ภายใต้ความเครียดจากความร้อน พวกมันจะถูกควบคุมโดยปัจจัยการถอดรหัสฮีทช็อกแฟคเตอร์ 1 ( HSF1 ) ^{[ 10 ] [ 11 ]}มีปัจจัยการถอดรหัสที่แตกต่างกันสี่ชนิดที่พบในสัตว์มีกระดูกสันหลัง (HSF 1–4) โดยตัวควบคุมหลักของ HSPs คือ HSF1 ในขณะที่ σ ³²เป็นปัจจัยการถอดรหัสฮีทช็อกในE. coli ^{[ 12 ] [ 13 ]}เมื่อไม่ได้จับกับDNA HSF1 จะอยู่ในสถานะโมโนเมอร์ซึ่งไม่ทำงานและถูกควบคุมในเชิงลบโดยชาเปอโรน^{[ 14 ]}เมื่อเกิดความเครียด โปรตีนชาเปอโรนเหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาเนื่องจากการมีอยู่ของโปรตีนที่เสียสภาพ และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่างๆ ของ HSF1 ทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายไปยังนิวเคลียส ซึ่งจะทำให้เกิดการทำงานผ่านการสร้างไตรเมอร์^{[ 15 ] [ 14 ]} HSF1 ที่สร้างไตรเมอร์ขึ้นใหม่จะจับกับองค์ประกอบช็อกความร้อน (HSE) ที่อยู่ในบริเวณโปรโมเตอร์ของ HSP ต่างๆ เพื่อกระตุ้นการถอดรหัส mRNA ของ HSP ในที่สุด mRNA จะถูกถอดรหัสและประกอบด้วย HSP ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งสามารถบรรเทาความเครียดและฟื้นฟูโปรตีโอสเตซิสได้^{[ 12 ]} HSF1 ยังควบคุมการแสดงออกของ HSP ผ่านการดัดแปลงทางเอพิเจเนติกส์ ในที่สุด HSR จะลดลงเมื่อ HSF1 กลับสู่รูปแบบโมโนเมอร์ โดยถูกควบคุมในเชิงลบผ่านการเชื่อมโยงกับ HSP70 และ HSP90 พร้อมกับการดัดแปลงหลังการแปลเพิ่มเติม^{[ 16 ]} HSR ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มระดับการถอดรหัสของ HSP เท่านั้น ด้านอื่นๆ ได้แก่ ความเสถียรของ mRNA ที่เกิดจากความเครียดซึ่งป้องกันข้อผิดพลาดใน mRNA และการควบคุมที่เพิ่มขึ้นระหว่างการแปลเพื่อขัดขวางการพับตัวที่ผิดพลาด^{[ 17 ]}

โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลชาเปอโรนจะถูกเรียกว่าโปรตีนที่เชื่อมโยงและช่วยให้โปรตีนอื่น ๆ ไปถึงโครงสร้างตามธรรมชาติโดยที่ไม่ได้อยู่ในสถานะสุดท้าย^{[ 18 ]}ชาเปอโรนจะจับกับสารตั้งต้น (เช่น โปรตีนที่พับผิดรูป) ในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับ ATP เพื่อทำหน้าที่เฉพาะ^{[ 19 ]}หมู่ไฮโดรโฟบิกที่เปิดเผยเป็นปัญหาสำคัญเกี่ยวกับการรวมตัวของโปรตีน เนื่องจากพวกมันสามารถโต้ตอบกันและก่อให้เกิดปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิกได้^{[ 20 ]}หน้าที่ของชาเปอโรนคือการป้องกันการรวมตัวนี้โดยการจับกับหมู่ไฮโดรโฟบิกหรือให้สภาพแวดล้อมที่ "ปลอดภัย" แก่โปรตีนเพื่อให้พับตัวได้อย่างถูกต้อง^{[ 21 ]}เชื่อกันว่าโปรตีนช็อกความร้อนยังมีบทบาทในการนำเสนอชิ้นส่วนของโปรตีน (หรือเปปไทด์ ) บนพื้นผิวเซลล์เพื่อช่วยให้ระบบภูมิคุ้มกันจดจำเซลล์ที่เป็นโรคได้^{[ 22 ]} HSP หลักที่เกี่ยวข้องกับ HSR ได้แก่ HSP70, HSP90 และ HSP60 ^{[ 5 ]}แชเปอโรน ได้แก่ HSP70 และ HSP90 ในขณะที่ HSP60 ถือว่าเป็นแชเปอโรนิน^{[ 17 ]}

ตระกูลชาเปอโรน HSP70 เป็นระบบ HSP หลักภายในเซลล์ มีบทบาทสำคัญในการแปล การปรับปรุงหลังการแปล การป้องกันการจับกลุ่ม และการพับตัวใหม่ของโปรตีนที่จับกลุ่มกัน^{[ 23 ]}เมื่อโปรตีนที่กำลังสร้างใหม่ถูกแปล HSP70 จะสามารถเชื่อมโยงกับบริเวณที่ไม่ชอบน้ำของโปรตีนเพื่อป้องกันการโต้ตอบที่ผิดพลาดจนกว่าการแปลจะเสร็จสมบูรณ์^{[ 24 ]}การพับตัวของโปรตีนหลังการแปลเกิดขึ้นในวัฏจักรที่โปรตีนจะถูกจับ/ปล่อยจากชาเปอโรน ทำให้กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำถูกฝังไว้ และช่วยในการเอาชนะพลังงานที่จำเป็นในการพับตัวในเวลาที่เหมาะสม^{[ 25 ]} HSP70 มีบทบาทในการสลายตัวของโปรตีนโดยใช้กลไกที่กล่าวมาข้างต้น ชาเปอโรนจะจับกับสารตกค้างที่ไม่ชอบน้ำที่เปิดเผย และแยกส่วนโปรตีนบางส่วนหรือทั้งหมด ทำให้ HSP70 สามารถช่วยในการพับตัวใหม่ได้อย่างถูกต้อง^{[ 26 ]}เมื่อโปรตีนไม่สามารถพับตัวใหม่ได้อีกต่อไป HSP70 สามารถช่วยนำทางกลุ่มโปรตีนที่อาจเป็นพิษเหล่านี้ให้ถูกย่อยสลายโดยโปรตีเอโซมหรือผ่านกระบวนการออโตฟาจี^{[ 27 ]} HSP90 มีลักษณะคล้ายคลึงกับ HSP70 ในแง่ของการพับตัวใหม่ของโปรตีนและการใช้ในการกำจัดโปรตีน^{[ 4 ]}ความแตกต่างประการหนึ่งระหว่าง HSP ทั้งสองชนิดคือความสามารถของ HSP90 ในการรักษาโปรตีนให้อยู่ในโครงสร้างที่ยังไม่พับตัวแต่มีความเสถียร จนกว่าสัญญาณจะทำให้โปรตีนเคลื่อนย้ายและพับตัวเสร็จสมบูรณ์^{[ 24 ]}

บางครั้ง HSP70 ไม่สามารถช่วยให้โปรตีนไปถึงโครงสร้าง 3 มิติสุดท้ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ สาเหตุหลักคืออุปสรรคทางอุณหพลศาสตร์สำหรับการพับตัวสูงเกินกว่าที่ชาเปอโรนจะรับมือได้^{[ 23 ]}เนื่องจากพื้นที่ภายในเซลล์ค่อนข้างแออัด บางครั้งโปรตีนจึงต้องการพื้นที่แยกเพื่อป้องกันการโต้ตอบที่ผิดปกติระหว่างโปรตีนอื่นๆ ซึ่งจัดหาโดยชาเปอโรนินหรือ HSP60 ^{[ 7 ]} HSP60 มีรูปร่างคล้ายถังและเหมาะที่จะจับกับสารตกค้างที่ไม่ชอบน้ำของโปรตีน^{[ 28 ]}เมื่อแคปจับกับชาเปอโรนิน โปรตีนจะเป็นอิสระภายในถังเพื่อเกิดการยุบตัวแบบไม่ชอบน้ำและไปถึงโครงสร้างที่เสถียร^{[ 29 ]}เมื่อแคปถูกกำจัดออกไป โปรตีนสามารถพับตัวได้อย่างถูกต้องและดำเนินการต่อไปเพื่อทำหน้าที่ของมัน หรือกลับไปยัง HSP หากยังพับตัวไม่ถูกต้อง^{[ 30 ]}ชาเปอโรนเหล่านี้ทำหน้าที่กำจัดกลุ่มก้อนและเร่งการพับตัวของโปรตีนอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 20 ]}

การค้นพบการตอบสนองต่อความร้อนช็อกนั้นมีที่มาจากนักพันธุศาสตร์ชาวอิตาลีFerruccio Ritossaซึ่งสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่า "พัฟ" ของโครโมโซมในการตอบสนองต่อความร้อนขณะทำงานกับโครโมโซมโพลีทีนของแมลงหวี่^{[ 31 ] [ 32 ]}ตามคำกล่าวของเขาเอง การค้นพบนี้เป็น ผล โดยบังเอิญจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจในตู้อบในห้องปฏิบัติการ^{[ 33 ]}การสังเกตของ Ritossa ซึ่งรายงานในปี 1962 ^{[ 34 ]}ต่อมาได้รับการอธิบายว่าเป็น "ความเครียดจากสิ่งแวดล้อมครั้งแรกที่ทราบซึ่งส่งผลโดยตรงต่อกิจกรรมของยีน" ^{[ 31 ]}แต่ในตอนแรกไม่ได้มีการอ้างอิงอย่างกว้างขวาง^{[ 31 ] [ 35 ]}ความสำคัญของการสังเกตเหล่านี้ชัดเจนขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970 เมื่อ มีการค้นพบ โปรตีนช็อกความร้อน ประเภทที่แตกต่างกัน ในห้องปฏิบัติการของHerschel K. Mitchell [ ^{36 ]}และเมื่อมีการรายงานการตอบสนองต่อความร้อนช็อกในสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และได้รับการยอมรับว่าเป็น^{สากล[ 31 ] [ 35 ] [ 37 ]}

• การตอบสนองต่อความเครียดของแบคทีเรีย