Bức tranh động lực của sự phản hồi với các mức ô xy cao hay thấp

Chỉ khi nắm được hơi thở đủ dài một cách chặt chẽ mới hiểu được việc lượng ô xy quá ít xấu với mình như thế nào. Nhưng bạn có lượng ô xy quá nhiều không? Thậm chí, việc thở với một lượng ô xy cao hơn nhu cầu cơ thể cũng có thể là nguyên nhân của các vấn đề sức khỏe, thậm chí là cả cái chết.

Nhưng dẫu quan tâm đến chủ đề này thì các nhà khoa học vẫn còn biết quá ít về cách cơ thể cảm nhận tình trạng dư thừa ô xy như thế nào. Giờ đây, một nghiên cứu mới từ Viện nghiên cứu Gladstone đã mở rộng hiểu biết về các cơ chế đóng vai trò quan trọng trong nhận biết lượng ô xy và tại sao nó lại là vấn đề với sức khỏe.

Phát hiện của họ, được xuất bản trên tạp chí Science Advances ¹, đã giải thích không khí được hít thở với các mức ô xy khác nhau như thế nào – từ rất ít đến đúng mức hay quá nhiều – ảnh hưởng đến việc tạo ra hoặc suy giảm các protein khác nhau trong phổi, tim và não chuột. Đáng chú ý, nghiên cứu cũng nhấn mạnh đến một protein cụ thể có thể đóng vai trò trung tâm trong việc điều phối cách các tế bào phản hồi với việc tăng oxy máu (hyperoxia).

“Các kết quả này đều có nhiều gợi ý về những bệnh khác nhau”, tiến sĩ Isha Jain, tác giả chính của nghiên cứu nó. “Hơn một triệu người ở Mỹ phải thở máy cung cấp ô xy mỗi ngày do nhiều nguyên nhân khác nhau, và các nghiên cứu đề xuất có thể là một số trường hợp trở nên xấu hơn. Đó chỉ một yếu tố dẫn đến công trình nghiên cứu của chúng tôi để giải thích những gì đang diễn ra và cách cơ thể phản hồi”.

Hiểu về các hiệu ứng ô xy

Phần lớn các nghiên cứu trước về mức ô xy đã kiểm tra hiệu ứng phân tử của hiện tượng quá ít ô xy. Và thậm chi là trên thực tế, phần lớn đều tập trung vào việc nồng độ ô xy thấp ảnh hưởng như thế nào đến các gene đang bật và tắt.

“Nghiên cứu của chúng tôi đã bước vào một lĩnh vực chưa từng được khám phá thông qua việc sử dụng chuột và tìm kiếm hạ nguồn của biểu hiện gene mà tại đó các protein tích tụ một cách bất thường hoặc bị suy thoái do phản hồi với các mức nồng độ ô xy khác nhau”, theo Kirsten Xuewen Chen, tác giả thứ nhất của bài báo và là học viên cao học tại UC San Francisco.

Nghiên cứu này được thiết kế dựa trên công trình trước đây của nhóm nghiên cứu, vốn cho thấy trong sự phản hồi với lượng ô xy quá lớn, các protein nhất định chứa sắt và sulfur kết cụm trở nên bị suy thoái, dẫn đến mất chức năng của các tế bào.

“Giờ đây chúng tôi muốn có được một bức tranh động lực về cách các protein được điều phối khi các mức ô xy quá cao hoặc quá thấp”, Chen nói.

Để làm được việc này, nhóm nghiên cứu đã để các con chuột sống trong nhiều tuần với bầu không khí có các mức ô xy là 8%, 21% (mức thông thường chúng ta thở trong bầu khí quyển của trái đất), hoặc 60%. Tuy nhiên, họ đưa cho chuột thức ăn chứa một hình thức ni tơ riêng biệt mà cơ thể chúng tích hợp vào các protein mới. Đồng vị ni tơ đóng vai trò như một ‘nhãn dán’ có thể giúp các nhà nghiên cứu tính toán các tỉ lệ ni tơ biến động – sự cân bằng giữa tổng hợp và suy thoái protein – cho hàng ngàn protein khác nhau trong phổi, tim và não.

“Chúng tôi tự hào về các nhà nghiên cứu mà chúng tôi hợp tác, những người là chuyên gia trong kỹ thuật dán nhãn đồng vị bền của amino acids trong chuột”, Jain nói. “Không có sự hỗ trợ của họ, chúng tôi không thể thực hiện được nghiên cứu này”.

Một protein quan trọng

Các nhà nghiên cứu tìm thấy các mức ô xy ảnh hưởng một cách vô cùng đáng kể với các protein trong phổi chuột hơn là tim hay não. Họ cũng nhận thấy các protein nhất định với các mức độ biến động bất thường.

Một protein cụ thể tích tụ trong các điều kiện nồng độ ô xy cao, MYBBP1A, thu hút sự chú ý của họ. MYBBP1A là một protein có chức năng điều tiết quá trình phiên mã, nghĩa là ảnh hưởng trực tiếp đến biểu hiện gene.

“Điều này lập tức thu hút chúng tôi bởi vì nghiên cứu trước đã chứng tỏ là các nhân tố phiên mã khác gọi là các nhân tố cảm ứng tăng ô xy máu (hypoxia-inducible factors HIFs) đóng vai trò lớn trong phản hồi của các tế bào với nồng độ ô xy thấp”, Chen nói. “Công trình của chúng tôi chỉ ra là MYBBP1A có vai trò liên quan đến tín hiệu tăng ô xy máu”.

MYBBP1A tham gia vào quá trình tạo ra ribosome – “các cỗ máy” của tế bào tạo ra các protein. Các thực nghiệm khác cho thấy trong phản hồi với các mức ô xy cao, việc tích tụ của loại protein đó trong phổi, có thể ảnh hưởng đến việc tạo ra ribosomal RNA, một hợp phần chính của các ribosome.

Nhóm nghiên cứu của Jain giờ đang kiểm tra vai trò phân tử chính xác của MYBBP1A với tăng ô xy máu, bao gồm cả việc liệu phản hồi của nó mang tính bảo vệ hay gây hại. Công trình này có thể thiết lập giai đoạn đó cho những điều trị mới hướng đến protein MYBBP1A hoặc liên quan đến các phân tử theo cách thay đổi các hiệu ứng xấu của tăng ô xy máu – tương đồng vứi việc mở rộng các nỗ lực nghiên cứu hướng đến các protein HIF trong các điều kiện lượng ô xy thấp.

Nghiên cứu mới cũng có được một bộ dữ liệu đầu tiên về các mức biến động protein trong những mô khác nhau của chuột khi bị phơi nhiễm các mức độ ô xy khác nhau. Nhóm nghiên cứu hy vọng các kết quả đó sẽ tạo động lực cho các nhà nghiên cứu khác tìm hiểu sâu hơn về hiệu ứng quá nhiều ô xy hay quá ít ô xy với cơ thể mà kết quả nghiên cứu có thể gợi ý thành cách chúng ta điều trị bệnh tật.

Thanh Đức tổng hợp

Nguồn: https://medicalxpress.com/news/2023-12-dynamic-picture-high-oxygen.html

https://www.jpost.com/science/article-777450

—————————————

1. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj4884