Khám phá cơ chế hoạt động của loại protein liên quan đến ung thư và tự kỷ

Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã xác định được chức năng của một họ protein mới có liên quan tới bệnh ung thư và tự kỷ và xuất bản công bố trên tạp chí Molecular Cell. Công trình nghiên cứu này do Quỹ Khoa học Nga tài trợ.

Để chức năng của cơ thể con người được hoạt động tốt, các tế bào phải tạo ra các protein mới một cách đều đặn dưới sự hướng dẫn của chương trình di truyền đã được ấn định sẵn. Protein là các chuỗi amino a xít được ribosome – một cỗ máy phân tử đặc biệt – tổng hợp. Chuỗi amino axit này được mã hóa trong một khuôn mẫu – phân tử mRNA, và quá trình giải mã tổng hợp được gọi là dịch mã. Để tổng hợp được một protein đúng, một ribosome phải gắn được với mRNA, tìm điểm gắn một cách chính xác để bắt đầu quá trình tổng hợp, sau đó “đọc” toàn bộ vùng mã hóa và giải phóng protein vừa được hình thành. Các nhà khoa học đã hiểu khá rõ toàn bộ các quá trình giải mã này, tuy nhiên số phận của ribosome sau khi hoàn tất nhiệm vụ vẫn còn chưa được biết đến nhiều.

Một nhóm các nhà khoa học Nga và Mỹ đã tìm hiểu về các quá trình phức tạp này. Họ đã nghiên cứu một họ protein bao gồm MCT-1, loại protein được một oncogene tạo ra – đây là gene có khả năng kích hoạt sự hình thành của khối u; DENR vốn liên quan với bệnh tự kỷ; và giải mã tác nhân elF2D.

“Chúng tôi khám phá ra tác nhân elF2D từ khá sớm, quãng năm 2010”, Sergey Dmitriev, người đứng đầu nhóm nghiên cứu Nga tham gia dự án và nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu sinh học phân tử Engelhardt (Viện hàn lâm Khoa học Nga RAS), nói. “Chúng tôi hiểu rõ đặc điểm của các hoạt động sinh hóa của chúng nhưng tại thời điểm đó không có những chứng cứ rõ ràng về vai trò của loại protein đó trong tế bào sống. Kể từ đó đến nay, một số công bố trên các tạp chí có hệ số trích dẫn cao đã đề xuất ý tưởng là eIF2D và hai nhân tố cùng loại là MCT-1 và DENR có thể tham gia vào việc đọc một lớp đặc biệt của mRNA. Chính các phân tử mRNA đó đã thêm vào uORFs – một loại khung đọc ngắn, trước khi vùng mã hóa chính lập mã cho loại protein chính đó”.

Các uORFs có thể được một ribosome đọc. Trong nhiều trường hợp, điều đó ngăn ribosome tiếp cận vùng mã hóa chính, dẫn đến sự điều chỉnh quá trình sản xuất a xít amin của protein chính. Vì các đoạn uORF ngắn có mặt trong xấp xỉ gần một nửa số mRNA của con người nên điều quan trọng là phải tìm ra vai trò mà eIF2D, MCT-1 và DENR có thể có trong quá trình giải mã. Các nỗ lực để chỉ ra chức năng của các nhân tố này hoặc làm sáng tỏ hoạt động của các loại protein này trong cơ thể con người như thế nào vẫn chưa thành công.

“Vì vậy, chúng tôi đã chuyển sang những sinh vật đơn giản hơn, ví dụ như nấm men”, Desislava Makeeva, nghiên cứu sinh tại trường Kỹ thuật sinh học và tin sinh học, MSU và là đồng tác giả công trình, nói. “Chúng tôi đã nghiên cứu các chủng nấm men không có gene của những yếu tố này. Đối tác của chúng tôi từ Viện nghiên cứu Y tế quốc gia Mỹ đã đặt ribosome profiling, cho phép nghiên cứu một cách có hệ thống quá trình giải mã trong các tế bào đột biến, trong khi chúng tôi thực hiện phần sinh hóa”.

Ribosome profiling được đặt trên giải trình tự thông lượng cao (xác định giải trình tự nucleotide sequence) của hàng triệu các mảnh mRNA nhỏ được các ribosome chuyển mã bao phủ. Kỹ thuật mang tính đột phá này đã cho thấy bức tranh đầy đủ của các quá trình sinh tổng hợp protein trong tế bào tại một khoảnh khắc cụ thể. Nói cách khác, nó đã chụp một “bức ảnh” về sự dịch mã của toàn bộ các phân tử mRNA dưới những điều kiện đặc biệt và cho phép xác định được quá trình này với mỗi mRNA.

“Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, phương pháp này thường được dùng để nghiên cứu sự dịch mã trong các tế bào của loài động vật có vú”, Sergey giải thích, “Nhưng các đồng nghiệp Mỹ của chúng tôi đã ứng dụng trên nấm men. Dẫu sao, dữ liệu thu được từ những hệ thống phương pháp tiếp cận như vậy cần được kiểm chứng bằng những phương pháp truyền thống để tránh những diễn giải sai lệch. Để kết thúc quá trình này, chúng tôi đã dùng các hệ thống chuyển mã phi tế bào: chúng tôi chuẩn bị các chiết xuất tế bào nấm men, gắn mRNA đã được tổng hợp trong một ống nghiệm và quan sát bao nhiêu protein đã được tổng hợp từ các phân tử RNA trong trường hợp các chủng nấm men có hoặc không có đột biến từ một gene cụ thể”.

Sự hợp tác nghiên cứu này cho phép các nhà nghiên cứu tìm ra là chính ribosome đã khiến các nhân tố eIF2D, MCT-1 và DENR tách chúng khỏi mRNA một cách kịp thời khi hoàn tất quá trình chuyển mã. Dẫu sau, trong các trường hợp khi mRNA chứa một uORF, viêc thiếu các nhân tố này cũng liên quan đến sự chuyển mã trong vùng lập mã chính, dẫn đến việc tạo ra protein chính tăng lên. Rõ ràng, khả năng kích hoạt gene liên quan đến ung thư của MCT-1 và những gián đoạn của việc phát triển thần kinh có liên hệ với DENR, loại gene vốn liên quan đến những nhân tố này trong quá trình chuyển mã của mRNA chứa uORF, nhiều trong số những mRNA lập mã đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh các quá trình “chế biến” tế bào.

Đáng chú ý, một nhóm nghiên cứu trước đây đã tham gia vào một dự án khác hợp tác với Ivan Lomakin, một nhà tinh thể học ở phòng thí nghiệm của giáo sư Thomas Steitz (trường đại học Yale, Mỹ). Trong công trình này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra các đặc điểm cấu trúc nằm trong chức năng của MCT-1 và DENR và trở thành những người đầu tiên trên thế giới xác định được cấu trúc tinh thể của ribosome trong cơ thể con người.

Anh Vũ dịch

Nguồn: http://rscf.ru/en/node/3314