6 Sinh học phân tử màng tế bào tập GS TS Đỗ Ngọc Liên NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007, 87 Tr Từ khoá: Cấu trúc thụ thể, phối tử, Thụ thể insulin, phân tử PPAR, Thiazolidinedione, Thụ thể acetylcholin, Quang thụ thể rhodopsin, tế bào miễn dịch Tài liệu Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên sử dụng cho mục đích học tập nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm hình thức chép, in ấn phục vụ mục đích khác khơng chấp thuận nhà xuất tác giả Mục lục Chương Cấu trúc chức thụ thể β3AR 7.1 Tách dòng gen cADN β3AR 7.2 Cấu trúc thụ thể β3 adrenergic 7.3 So sánh β3AR với β1AR β2AR 10 7.4 So sánh cấu trúc β3AR loài 11 7.5 Đặc điểm β3AR người tượng đa hình 12 7.6 Vị trí liên kết phối tử β3AR 12 7.7 Vị trí tương tác với protein Gs β3AR 13 7.8 Nghiên cứu phát sinh đột biến điểm đột biến đoạn 14 7.9 Sự phân bố β3AR 14 7.10 Phân bố vai trò β3AR người 15 7.11 Điều trị bệnh béo phì sở β3AR 18 7.12 Điều khiển biểu chức in vitro in vivo thụ thể β3AR 20 7.12.1 Sự điều chỉnh đồng dạng chất kích thích β3AR 20 7.12.2 Sự điều chỉnh không đồng dạng 21 7.13 Chức sinh lý β3AR 21 7.13.1 Ở tế bào tạo mỡ 21 7.13.2 Chất kích thích β3AR tăng nhanh tế bào mỡ nâu 22 7.13.3 Vai trò sinh lý β3AR 22 7.14 Hiệu bệnh lý biến đổi hoạt động mức độ biểu β3AR 23 7.14.1 Sự đa hình β3AR người tác động tới bệnh béo phì tiểu đường 23 7.14.2 β3AR leptin 23 Tóm tắt chương 24 Chương Thụ thể insulin điều hòa lượng đường máu 26 8.1 Khái niệm thụ thể insulin 26 8.2 Điều hoà lượng đường máu 27 8.2.1 Điều hoà phân giải glycogen 28 8.2.2 Sự điều hoà tổng hợp glycogen 30 8.3 Insulin protein vận chuyển glucose 31 Tóm tắt chương 33 Chương Receptor hoạt hoá chất tăng sinh peroxisom (PPAR) 34 9.1 Cấu tạo phân tử PPAR 34 9.2 Các gen mã hoá cho PPAR 35 9.3 Vùng chức điều hoà ADN 36 9.4 Tương tác PPAR với protein điều hoà khác 38 9.5 Chức sinh học PPAR 39 9.6 PPAR giữ vai trị điều hịa chuyển hóa lipid 39 9.7 Vai trò PPARγ 41 9.8 Những vai trò sinh học khác PPAR 42 9.9 PPAR tính nhạy cảm insulin 42 9.10 PPAR phản ứng viêm 42 9.11 PPAR với khả sinh ung thư kiểm soát phân bào 43 9.12 Một số dược phẩm tác dụng lên PPAR 43 9.12.1 Dẫn chất Fibrate 43 9.12.2 Các dẫn chất Thiazolidinedione 44 9.13 PPARγ tăng q trình tích lũy tế bào mỡ 45 Tóm tắt chương 45 Chương 10 Thụ thể acetylcholin truyền xung thần kinh 46 10.1 Màng synap thần kinh neurotransmitter 46 10.2 Cấu trúc thụ thể acetylcholin 47 10.3 Cơ chế mở kênh thụ thể acetylcholin nhờ acetylcholin 50 10.4 Điện màng tế bào thần kinh synap 51 10.5 Sự truyền dẫn xung thần kinh 51 10.6 Cơ chế gây độc tế bào thần kinh độc tố cá 52 Tóm tắt chương 10 56 Chương 11 Thụ thể hố học truyền tín hiệu vận động 57 11.1 Mở đầu 57 11.2 Các hóa thụ thể vi khuẩn nhận biết chất dẫn dụ chất xua đuổi (chemoreceptors) 58 11.3 Sự định hướng của máy vận động vi khuẩn 58 11.4 Vi khuẩn phát nồng độ chất dẫn dụ chất độc nào? 58 11.5 Bốn loại hóa thụ thể truyền tín hiệu xuyên qua màng sinh chất 59 11.6 Sự methyl hóa thuận nghịch hóa thụ thể tạo thích ứng chuyển động 61 Tóm tắt chương 11 63 Chương 12 Quang thụ thể rhodopsin 64 12.1 Tế bào võng mạc hình que bị kích thích photon đơn lẻ 64 12.2 Rhodopsin, thụ thể ánh sáng võng mạc mắt 65 12.3 Sự kích thích thị giác quang isomer hố 11 – cis – retinal 65 12.4 Ánh sáng giúp Rhodopsin hoạt hoá protein G làm thuỷ phân GMP vòng 66 12.5 Sự thuỷ phân cGMP giúp đóng kênh đặc hiệu cation để sinh tín hiệu thần kinh 67 12.6 Cảm ứng ánh sáng làm giảm nồng độ Ca2+ điều biến phục hồi thích ứng 67 12.7 Cảm giác nhìn nhận màu sắc thực nhờ ba loại thụ thể giống rhodopsin tế bào hình nón 68 Tóm tắt chương 12 70 Chương 13 Một số thụ thể tế bào miễn dịch 71 13.1 Thụ thể màng tế bào lympho T 71 13.2 Phức hệ TCR/CD3 71 13.3 Sự tổng hợp thụ thể lympho T 73 13.4 Cấu trúc phân tử CD4 73 13.4.1 Sự đa dạng phân tử CD4 số loài động vật khác 74 13.4.2 Tương tác phân tử CD4 phức hợp Ag - MHC lớp II 75 13.5 Vai trò tế bào T- CD4 76 13.6 Những nguyên nhân dẫn đến giảm số lượng tế bào T-CD4 thể nhiễm HIV 77 13.7 Sự tương tác HIV với phân tử CD4 78 13.8 Sự kết hợp thụ thể CD4 co-receptor trình tương tác với HIV 81 13.9 Các co-receptor chủ yếu HIV 81 13.10 Sự tương tác HIV, CD4 đồng thụ thể CXCR4 CCR5 82 Tóm tắt chương 13 85 Chương 14 Các bệnh phát sinh liên quan đến thụ thể màng 86 14.1 Thụ thể tyrosine kinase bệnh ung thư 86 14.2 Cơ chế hoạt hoá thụ thể tyrosine kinase ligand 86 14.3 Thụ thể tyrosine kinase hoạt hố protein truyền tín hiệu 87 14.4 Nhiều gen gây ung thư (oncogene) mã hố cho protein truyền dẫn tín hiệu 88 14.5 Các đột biến protein ras gây bất hoạt GTPase dẫn đến ung thư 88 14.6 Ras đóng vai trị quan trọng việc kiểm soát số phận tế bào 89 Tóm tắt chương 14 90 Chương Cấu trúc chức thụ thể β3AR Như biết, có nhiều nghiên cứu trước năm 80 kỷ 20, thụ thể tiếp nhận adrenalin gọi chung thụ thể Adrenergic Trước người ta chia thụ thể làm bốn kiểu α1, α2, β1, β2 tuỳ thuộc vào việc phát chúng mơ tế bào đích tuỳ thuộc vào trả lời khác ligand kích thích, (agonists) ligand kìm hãm (antagonists) chúng liên kết với thụ thể Nhìn chung nghiên cứu tập trung vào chế ảnh hưởng liên kết adrenalin với thụ thể Trong năm 90 kỷ 20, sử dụng phối tử đối kháng (antagonist ligand) thụ thể nhận biết adrenalin người ta phát dạng thụ thể khác biệt so với thụ thể β1, β2 (β1AR, β2AR) đặt tên thụ thể β3 (β3AR) 7.1 Tách dòng gen cADN β3AR Hiện gen mã hoá sinh tổng hợp β3AR nghiên cứu, tách dòng đối tượng người, chuột, chuột cống chó Các cADN β3 AR đồng thời tách dịng xác định trình tự từ thư viện gen bổ sung cADN mô tế bào mỡ nâu đối tượng chuột cống, người, bò, khỉ, chó chuột lang Các nghiên cứu promotor gen β3AR xác định số trình tự quan trọng Các điểm chép mã khởi đầu nằm vị trí nucleotide 150 200 đầu ATG đoạn dịch mã khởi đầu nhận dạng Các dạng điều hoà biểu β3AR glucocorticoid, butyrate, phorbal ester, insulin nghiên cứu chuyên sâu Người ta xác định bốn yếu tố phản ứng với AMP vòng xác định đầu 5’ (CDEs) người, nhiên không xác định gậm nhấm Ba số CDEs ghi nhận có vai trị quan trọng điều hồ số chất kích thích So sánh trình tự acid amin dự đốn từ trình tự ADN tổng số từ trình tự cADN cho thấy có khác biệt chiều dài trình tự đầu C β3AR, thay đổi từ acid amin (ở người) đến 12 acid amin (ở chuột) mã hoá vùng phiên mã Việc xắp xếp vùng phiên mã không phiên mã gen β3AR sau: Vùng phiên mã lớn có kích thước 1.4 kb mã hoá cho 402 388 acid amin tương ứng người chuột/ chuột cống người, vùng phiên mã thứ hai có kích thước 0.7 kb bao gồm trình tự mã hoá acid amin đầu C receptor tồn đầu 3’ khơng dịch mã mARN β3AR Người ta khơng nhận thấy có khác biệt receptor mang gốc acid amin (ở người) 12 gốc acid amin (ở loài gậm nhấm) Sử dụng luân phiên chất nhận hình thành nên hai dạng loại vùng mã hố thứ ba, có kích thước tương ứng 600 700 bp, tạo nên sản phẩm phiên mã có biểu khác biệt tế bào sinh mỡ trắng mỡ nâu Sản phẩm phiên mã gen β3AR người với khác biệt vùng dịch mã đầu 3’ hình thành liên tiếp dấu hiệu kết thúc phiên mã 7.2 Cấu trúc thụ thể β3 adrenergic 10 Giống β1AR β2AR, β3AR chuỗi polypeptide dài bao gồm 408 acid amin, thuộc nhóm receptor liên kết protein G, bao gồm vùng kỵ nước gồm 22- 28 acid amin cho hình thành nên vùng xuyên qua màng (hình 8.1) Đầu amin (đầu N) receptor nằm phía ngoại bào, có chiều dài acid amin thay đổi glycosyl hố Cịn đầu carbon (đầu C) nằm phía màng bao gồm số gốc phosphoryl hoá hai kinase khác nhau: protein kinase A (PKA) kinase gắn kết protein G (GRK), gọi kinase receptor tip nhn adrenaline (ARK) (hỡnh 7.1) Bề mặt ngoại bào Màng tế bào Đột biến Bề mặt tế bào chÊt Hình 7.1 Cấu trúc thụ thể β3 tiếp nhận Adrenalin (theo AD Strosberg 1996) 7.3 So sánh β3AR với β1AR β2AR So sánh trình tự dạng β3AR cho thấy trình tự số lượng acid amin hạn chế nghiêm ngặt, bao gồm domain chui qua màng Các nghiên cứu phát sinh đột biến điểm trực tiếp dạng chimeric β2/β3AR (dạng tái tổ hợp) dẫn đến luận điểm cho receptor có liên quan đến tương tác liên kết phối tử protein G công bố với nghiên cứu β2AR 11 Bảng 7.1 Các đặc tính chung thụ thể tiếp nhận adrenalin β β1AR Gen mARN Chromosome locus Vùng phiên mã Kích thước mARN β2AR β3AR Tác động sinh lý Gen mARN Chromosome locus Vùng phiên mã Kích thước mARN Protein Chiều dài (acid amin) Vị trí phosphoryl hoá PKA β PAR Dược học Protein G Effector Đặc hiệu Catecholamine Chất kích chọn lọc (agonist) Chất đối kháng chọn lọc (antagonist) Mụ gốc Tác động sinh lý 477 Có 413 Có 408 Khơng Gs Adenylate cyclase Noradrenaline Xamoterol Gs Adenylate cyclase Adrenalin Procaterol ICI 118551 Gs Adenylate cyclase Noradrenaline CGP 121177A CL 316, 243 Bupranolol* Tim Phổi Mô sinh mỡ Giảm áp mạch Cơ giãn phế quản Phân giải mỡ β2AR β3AR 10q24 – q26 Không 2.6 5q – q 34 Khơng 2.2 8q11.1 – 8p.12 Có 2.3 477 Có 413 Có 408 Khơng Gs Adenylate cyclase Noradrenaline Xamoterol Gs Adenylate cyclase Adrenalin Procaterol CGP 20712A Mô gốc 8q11.1 – 8p.12 Có 2.3 β1AR Dược học Protein G Effector Đặc hiệu Catecholamine Chất kích chọn lọc (agonist) Chất đối kháng chọn lọc (antagonist) 5q – q 34 Không 2.2 CGP 20712A Protein Chiều dài (acid amin) Vị trí phosphoryl hố PKA β PAR 10q24 – q26 Không 2.6 ICI 118551 Gs Adenylate cyclase Noradrenaline CGP 121177A CL 316, 243 Bupranolol* Tim Phổi Mụ sinh mỡ Giảm áp mạch Cơ giãn phế quản Phân giải mỡ * Bupranolol: Có hiệu lực khơng phải chất đối kháng β3AR 7.4 So sánh cấu trúc β3AR lồi 12 Mức độ tương đồng trình tự acid amin – từ 80 đến 90% - β3AR người với bị, chuột, chó canine, chuột cống, chuột lang chuột đồng, thường cao hẳn so với lồi phụ Nghiên cứu cho thấy có số acid amin đặc hiệu β3AR có mặt hầu hết trình tự β3AR, nhiên lại khơng đặc hiệu trình tự (acid amin) β1 β2AR Tuy nhiên trình tự acid amin β3AR người, khỉ bò tương đối gần gũi so với trình tự acid amin loài gậm nhấm (chuột cống, chuột nhà chuột đồng), đặc biệt đoạn xuyên màng TM1 (Transmembrance) mà đó, đoạn (Valine – Alanin Leucine) thường thấy có chuột khơng thấy xuất lồi động vật có vú có kích thước lớn Phần đoạn mở đầu cho β3AR người không tạo giống người với lồi gậm nhấm Nghiên cứu trình tự β3AR cho thấy trình tự β3 người khác hẳn so với lồi khác vài vị trí chuỗi polypeptide người vài vị trí khác số lồi khác Ví dụ domain TM4 TM6 người ta thấy có Cystein β3AR người Arginine khỉ, bò, chuột nhà, chuột cống, chuột lang chuột đồng Để chứng minh cystein đóng vai trị hoạt hố β3AR người so với lồi khác người ta làm thí nghiệm với chất DTT có hay khơng có sử dụng cấu tử Kết cho thấy trái với loại β1AR β3AR, việc liên kết cấu tử không bảo vệ receptor β3 người chống lại giảm cầu nối disulfide sau lại bị bất hoạt 7.5 Đặc điểm β3AR người tượng đa hình Tại vị trí đặc biệt (acid amin số 64 β3AR), Tryptophan (ở người) thay cho Arginine β3AR loài khác Sự đa dạng (mang tính chất tự nhiên) 80% người Châu Âu Bắc Mỹ Để đánh giá tác động thay chức receptor, người ta tiến hành nghiên cứu biểu mức độ gen tế bào trứng (CHO HEK 293) β3AR chuột đồng Trung Quốc (CHO) Khi so sánh trình tự β3AR với dạng khác, người ta không nhận thấy có khác biệt phối tử (ligand) hay hệ số hoạt hoá adenylate cyclase lại nhận thấy có giảm hoạt tính ban đầu hoạt tính kích thích vịng hố chất kích thích β3AR, dường thay làm biến đổi liên kết receptor khác chất tác động trước chất kích thích hoạt động Sự thay acid amin vị trí 64 β3AR người gốc tryptophan gốc arginin β3AR tất loài khác gây quan tâm đặc biệt nhiều nhà nghiên cứu Sự biến đổi xẩy cách tự nhiên thấy khoảng 8% người châu Âu Bắc Mỹ chí xuất gốc arginin người xuất động vật Để đánh giá hiệu thay chức thụ thể, người ta thí nghiệm tác động biến đổi biểu nhiều mức độ buồng trứng chuột đồng Trung Quốc (CHO) tế bào HEK 293 So sánh với dạng ưu thế, khơng thấy có khác biệt liên kết phối tử hay số hoạt hoá adenylate cyclase, biến đổi phù hợp quan sát chất đối kháng chất kích thích – hoạt lực cyclase kích thích, thay cách biến đổi kết hợp tồn từ trước thụ thể biến thể quan phản ứng lại kích thích trước có mặt chất thích động Chúng ta thảo luận tác động rõ ràng biến đổi bệnh lý học người 7.6 Vị trí liên kết phối tử β3AR 13 Hiện nay, người ta mơ hình hố máy tính vị trí phối tử gắn với β3AR, dựa vào vị trí giành cho phối tử β2AR, có bốn số bảy domain TM có vai trị quan trọng liên kết phối tử Các acid amin có liên quan đến liên kết phối tử nhận dạng cách đánh dấu đột biến điểm đánh dấu miễn dịch huỳnh quang gần tương tự β2AR β3AR Từ xác định là: a Asp117 TM3 acid amin cho có vai trị quan trọng liên kết amin sinh vật b Ser169 TM4, cho hình thành lên cầu nối hydro với hydroxyl chuỗi ethanolamin c Ser209 Ser212 TM5 thấy nhiều receptor β khác hình thành lên cầu nối hydro với hydroxyl chuỗi catechol d Phe309 TM6 có liên quan đến tương tác kỵ nước với vòng thơm catecholamine Hiện người ta chưa biết liệu tương tác với phối tử xảy đồng thời hay chưa Hai số ba domain TM cịn lại có liên quan đến q trình hoạt hố protein Gs, TM2 chứa Asp83 TM7 chứa Tyr336 Mặc dù β3AR mô hình hố máy tính, người ta chưa giải thích số chất kích thích β2 lại đóng vai trị giống β3AR Trái với β2, vị trí β3AR chứa acid amin cồng kềnh nên dễ dàng điều tiết so với chất kích thích β1/β2 hơn, nghiên cứu phát sinh đột biến sử dụng, Glycine (có trọng lượng phân tử nhỏ) thay Phenylalanine (có trọng lượng phân tử lớn thước to, cồng kềnh) vị trí số 53 β3AR Tuy nhiên thay đổi khơng đủ để chuyển hố chất kích thích β3AR thành chất kìm hãm (β3AR) 7.7 Vị trí tương tác với protein Gs β3AR Những nghiên cứu đoạn biến đổi có hướng: Sự đoạn nhỏ vùng đầu amino (8 gốc) đầu cacboxyl (13 gốc) i3 β3AR tách thụ thể người khỏi adenylate cyclase nhờ kích thích ligand kích thích Kết hồn tồn giống với kết thu β2AR, chứng tỏ hai kiểu phụ, xác định phân tử tương tác protein G với thụ thể β3AR khoanh vùng đoạn vòng i3 gần với màng Phát này, mức độ đó, đáng ngạc nhiên cho thấy tương đồng chuỗi mức vừa phải β2AR β3AR: 63% vị trí đầu amino 31% đầu cacboxyl Sự kết hợp β3AR với tổ hợp Gs αβγ khác nhau: Mặc dù ba kiểu phụ thụ thể βadrenergic gắn với protein Gs kích thích adenylate cyclase, hay thụ thể thực tế tương tác với tổ hợp khác tiểu đơn vị αs với năm hay bảy sản phẩm gen mã hoá, thứ tự với tiểu đơn vị β γ Xác minh kết hợp ưu tiên đòi hỏi nỗ lực lớn mà tới chưa có nhóm nghiên cứu tiến hành Adenylate cyclase tự xuất tám dạng thụ thể β3-adrenergic kích thích isozym khác kiểu phụ khác: Các tế bào tạo mỡ, nơi mà hầu hết β3AR thấy, chủ yếu adenylate cyclase kiểu III, quan phản ứng lại kích thích ưu tiên gắn với kiểu phụ β3 14 Vị trí tương tác β3AR chủ yếu nằm phần phía màng tế bào giống với vị trí tương tác β2 với protein Gs, chủ yếu vùng màng phần cuộn lại thứ hai thứ ba màng domain có đầu C tận Một số báo cáo cho thụ thể β3 gắn với chất truyền tin thứ hai Hơn nữa, Chaudry cộng tế bào tạo mỡ chuột, β3AR tương tác với protein Gs Gi Gần đây, Gauthier cộng báo cáo kết cặp thụ thể β3-adrenergic vách ngăn tim người với protein Gi, kết phủ định vai trò tác động tới co thắt tim, ngược lại hoàn toàn với quan sát trước Kaumann, ln khẳng định có tác động tới co thắt tim Ở mơ tế bào có chứa β3AR người CHO, không quan sát thấy hiệu kết hợp độc tố với thụ thể có liên quan với bệnh ho lâu ngày, độc tố thường kìm hãm ba protein Gi Sự khác biệt biến đổi từ loài sang loài khác hay từ loại tế bào sang loại tế bào khác Hình 7.2 Mơ hình vị trí liên kết phối tử β3AR (Theo AD Strosberg.1996) 7.8 Nghiên cứu phát sinh đột biến điểm đột biến đoạn Đột biến đoạn vùng i3 có đầu N (gồm acid amin) đầu C (13 acid amin) β3AR người không cho thụ thể nối với adenylate cyclase thơng qua q trình kích thích chất kích hoạt Kết đạt nghiên cứu hoàn toàn tương tự với kết đạt nghiên cứu với β2AR, khẳng định hai dạng receptor tương tác với protein G nằm vị trí màng phần cuộn i3 cytosol màng tế bào Phát khác so với nghiên cứu trước mức độ tương đồng trình tự acid amin β2 β3AR: 63% đầu N 31% đầu C tận Sự phân bố β3AR 7.9 • Thứ phân bố theo vị trí mơ khác 15 Cả ba dạng βAR có phân bố điển hình mơ khác Trong β1 AR thấy chủ yếu tế bào tim đối tượng cho nghiên cứu sản xuất dược phẩm có tác dụng ngăn chặn β; β2 AR thấy tử cung, xương, phổi đối tượng cho nghiên cứu sử dụng chất kích thích β2 trình giãn phế quản, β3 AR chủ yếu thấy tế bào mỡ nâu (BAT- Brown Adipose Tisue) tế bào mỡ trắng (WAT- White Adipose Tisue) nơi điều hồ thay đổi noradrenaline q trình chuyển hoá lượng, sinh nhiệt đối tượng nghiên cứu sử dụng loại dược phẩm chống béo phì chống bệnh tiểu đường Một vài nóng bố gần nhắc nhiều đến có mặt receptor β3 số mô khác có chức khác nhau, thấy chủ yếu ống ruột- nơi β3 có vai trị thúc đẩy tính linh động ruột q trình co/giãn có vai trị bảo vệ bề mặt màng nhầy ruột Về phương diện dược học, thuộc tính β1AR mơ tim nghiên cứu kỹ lưỡng • Thứ hai phân bố theo thời gian phát triển cá thể Động vật có vú có hai loại mơ sinh mỡ, mô sinh tế bào mỡ trắng mô sinh tế bào mỡ nâu Tế bào mỡ trắng chịu trách nhiệm dự trữ chất béo cịn tế bào mỡ nâu ngồi chức dự trữ chất béo cịn có chức sử dụng chất béo để chuyển hoá thành acid béo tự tạo thành nhiệt Cả hai dạng tế bào mỡ trắng mỡ nâu phân biệt (về mặt hình thái) sau: Tế bào mỡ trắng chứa giọt mỡ tế bào mỡ nâu có nhiều giọt mỡ nhỏ Mỡ nâu nó chứa nhiều ty thể Tế bào sinh mỡ nâu có biểu UCP (uncoupling protein tức dạng protein không liên kết) mà không thấy tế bào khác thể Protein đóng vai trị q trình chuyển hoá acid béo tự thành CO2, nước giải phóng lượng Biểu rõ ràng thụ thể β3 có tế bào mơ mỡ nâu (BAT) tất loài, từ loại gậm nhấm nhỏ vượn người, trừ chuột lang Do phân bố BAT khác nên thay đổi đáng kể quan sát nghiên cứu kỹ lưỡng trình phát triển thể Ví dụ bê non sinh có nhiều BAT, sau sinh vài tuần BAT biến Cũng trẻ sơ sinh người thấy BAT rõ sau biến sau trẻ sinh vài tuần tuổi Tuy nhiên người ta quan sát thấy BAT người trưởng thành, chủ yếu có thợ rừng làm việc lâu ngày điều kiện khí hậu lạnh khắc nghiệt bệnh nhân pheochromocytoma Đối với người cơng nhân làm việc ngồi trời, người ta quan sát thấy BAT có vùng quanh thận BAT cịn thấy phía nang thận trục thận thể sinh Các nghiên cứu chứng tỏ mơ tế bào mỡ nâu đóng vai trò “tế bào ghi nhớ” tồn từ sinh lúc trưởng thành động vật có vú có kích thước lớn Ở gậm nhấm, người ta khơng nhận thấy có sai khác đáng kể BAT thể sinh BAT thể trưởng thành β3 (ở chuột cống, chuột nhà, chuột đồng) chủ yếu biểu mô tế bào mỡ trắng từ sinh trưởng thành Người ta cho lượng tế bào mỡ nâu tồn phụ thuộc vào kích thước thể, kích thước lớn lượng tiêu hao nhiều mô tế bào mỡ nâu xuất nhiều 7.10 Phân bố vai trò β3AR người Sự phân bố ARNm β3AR người nghiên cứu nhờ sử dụng số kỹ thuật nhạy cảm: lai AND/ARN (Northern blot), thử nghiệm khả bảo vệ RNaza 76 Hình 13.4 Sơ đồ tương tác phân tử CD4 với kháng nguyên trình diện phân tử MHC lớp II Phân tử CD4 chức thụ thể tế bào T tiếp xúc với kháng nguyên trình diện phân tử MHC lớp II đồng thời thụ thể ban đầu quan trọng cho HIV, nguyên nhân gây bệnh AIDS Các nghiên cứu cấu trúc cho thấy, phần nằm tế bào chất phân tử CD4 biết yếu tố cho tương tác protein virus HIV-1 Vpu Nef gồm 17 acid amin tổng hợp cho đoạn peptit CD4 (403-419) Bằng phân tích trình tự acid amin cộng hưởng từ hạt nhân người ta thấy thành phần xoắn α trung bình đoạn peptit khoảng 25% Các số phân tích biến đổi hố học xác định phần xoắn α đoạn peptit Gln403 đến Arg412 Điều đáng ý vùng xoắn α vùng tiếp xúc với protein Vpu Nef HIV 13.5 Vai trò tế bào T- CD4 Trong thể khoẻ mạnh có khoảng 800 đến 1200 tế bào T CD4/microlit máu, nhiên số lượng bị giảm mạnh giai đoạn cuối trình nhiễm HIV Khi số lượng T-CD4 giảm xuống mức 200/microlit máu, thể chuyển sang AIDS mẫn cảm với mầm bệnh hội Nguyên nhân tế bào T-CD4 đóng vai trị trung tâm đáp ứng miễn dịch đặc hiệu tế bào Các vai trị tế bào T-CD4: Hoạt hố cảm ứng đại thực bào tế bào giết tự nhiên Điều khiển q trình chín (trưởng thành) cảm ứng tế bào B Tiết yếu tố sinh trưởng biệt hóa tế bào lympho Tiết yếu tố kích thích quần lạc 77 Tiết yếu tố cảm ứng chức tế bào khơng có nguồn gốc lympho Trong thể, tế bào T-CD4 có vai trị hoạt hóa tế bào B, tế bào giết tự nhiên, đại thực bào phụ thuộc vào việc nhận kháng nguyên lạ thông qua phức hệ MHC lớp II, với lí trên, T-CD4 đóng vai trị then chốt đáp ứng miễn dịch thể khoẻ mạnh Tế bào T-CD4 hoạt hố tế bào có thẩm quyền miễn dịch khác việc tiết cytokin, trước hết interleukin (IL-2) interferon γ (IFN-gamma) Các tế bào B hoạt hoá sản xuất kháng thể làm trung hoà kháng nguyên lạ virus, ngăn cản dung hợp với màng tế bào Bảng 13.2 Các phối tử gắn (ligands) phân tử kết hợp với CD4 Các phân tử Vai trò Các phân tử MHC lớp II Glycoprotein vỏ HIV (gp120) Chất gắn ngoại bào cho CD4 IL-16 Glycoprotein plasma tinh dich người (gp 17) Protein gắn actin kích thích tiết (Secretory actin-binding protein -SABP) Protein cảm ứng Prolactin (Prolactin-inducible protein -PIP) Chất gắn ngoại bào cho CD4 Gross cystic disease fluid protein-15 (GCDFP-15) Glycoprotein tuyến ngoại mang tai (Extra-parotid glycoprotein (EP-GP)) Protein tyrosine kinase P56lck Chất gắn nội bào cho CD4 (intracellular ligand for CD4) Thực tế cho thấy bệnh nhân nhiễm HIV, số lượng tế bào T-CD4 bị giảm suốt trình mang bệnh 13.6 Những nguyên nhân dẫn đến giảm số lượng tế bào T-CD4 thể nhiễm HIV Sau xâm nhập vào tế bào mang cụm biệt hóa CD4, HIV liên tục nhân lên tạo hàng loạt virus Sự thiếu hụt miễn dịch mắc phải, mặt nguyên tắc giảm lympho CD4, nhiên, chế việc giảm số lượng CD4 chưa hiểu cách rõ ràng Một số tác giả cho việc chép HIV trực tiếp giết chết tế bào bị nhiễm đáp ứng miễn dịch chống lại HIV thể giết tế bào Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu không chứng tỏ quan điểm Hơn nữa, số liệu lại giảm số lượng lympho CD4 chế gián tiếp Sau số giả thuyết nguyên nhân giảm số lượng T-CD4: Giết trực tiếp tế bào: Sự nhiễm HIV vào tế bào T CD4 sau sinh sơi phá hủy màng tế bào gây tượng giết chết tế bào HIV 78 phá vỡ máy bên tế bào dẫn đến chết tế bào Hơn việc gắn HIV với tế bào T-CD4 kích thích hoạt hố tế bào gây độc T-CD8 công tiêu diệt tế bào bị nhiễm virus Lấp đầy vị trí gắn thụ thể CD4: HIV gắn với thụ thể bề mặt tế bào T theo cách Trước tiên, thành phần gp120 gp160 gắn với thụ thể CD4 Cũng vậy, gp120 tách rời khỏi HIV gắn với thụ thể CD4 Các tế bào có gp120 gắn với thụ thể CD4 mẫn cảm với tế bào gây độc phụ thuộc kháng thể tế bào T gây độc không phụ thuộc kháng thể công Hơn nữa, việc gắn với thụ thể CD4 làm cho tế bào T giảm chức miễn dịch HIV dung hợp xâm nhiễm vào tế bào Tạo thành hợp bào: Hợp bào định nghĩa dung hợp tế bào CD4 chưa bị nhiễm với tế bào CD4 bị nhiễm để tạo thành phức hệ tế bào đa nhân Một vài nghiên cứu in vitro thấy có mối liên hệ tuyến tính trực tiếp có mặt tượng hợp bào mức độ tác động lây nhiễm tế bào HIV, nhiên, chế chưa hiểu cách rõ ràng Gây chết theo chương trình (Apoptosis): chết tế bào theo chương trình thể tế bào T CD4 nhiễm HIV tế bào CD4 chưa bị nhiễm với gp120 Việc gắn gp120 chủ yếu với thụ thể T CD4 tế bào T gặp phải kháng nguyên trình diện phân tử MHC lớp II dẫn đến việc truyền tín hiệu kích thích enzym CAD (caspase-activated ADNse) nhân tế bào Tuỳ thuộc vào hoạt hoá CAD, phân tử ADN tế bào chủ bị phân cắt thành cặp base có chiều dài khoảng 200 bp dẫn đến apoptosis tế bào Siêu kháng nguyên: Kháng nguyên điển hình virus khởi phát đáp ứng miễn dịch khoảng 0,01% tế bào T-CD4 Tuy nhiên, siêu kháng nguyên, tương tác từ 5% tới 30% tế bào T-CD4 cách gắn với MHC lớp II thụ thể tế bào T Giả thuyết nói lên HIV mã hoá cho siêu kháng nguyên gắn với MHC lớp II tế bào trình diện kháng nguyên, cảm ứng tế bào T-CD4 thành tính khơng đáp ứng (anergy trạng thái khơng đáp ứng kháng nguyên) cuối chết tế bào T 13.7 Sự tương tác HIV với phân tử CD4 Chức phân tử CD4 làm sáng tỏ, sử dụng thụ thể cho MHC lớp II HIV Khả HIV thâm nhập vào số dạng tế bào đặc biệt biểu thụ thể virus bề mặt tế bào HIV xâm nhập vào cách tạo phức hợp liên kết khơng cộng hóa trị kết hợp với glycoprotein virus, gp 120 gp 41, vỏ bao virus Thành phần gp 120 phức hợp glycoprotein có lực cao bề mặt phân tử CD4 Theo cách đó, glycoprotein kéo virus vào tế bào T-CD4, tế bào tua, đại thực bào tế bào biểu thụ thể CD4 bề mặt có chế liên kết với HIV mức độ thấp T-CD4 Trước dung hợp, gp120 virus phải gắn với co-receptor màng tế bào chủ Có vài phân tử khác hoạt động co-receptor cho HIV vào, hầu hết số chúng thụ thể chemokine Các thụ thể chemokin có liên quan chặt chẽ với họ protein G 79 thụ thể kép với lần xuyên màng Cho đến hai thụ thể chemokine quan trọng trình tương tác với HIV biết đến CCR5 (biểu rõ tế bào tua, đại thực bào tế bào T-CD4) CXCR4, biểu tế bào T hoạt hóa, coreceptor cho HIV Sau việc gắn gp 120 với thụ thể đồng thụ thể, gp 41 gây dung hợp vỏ virus màng sinh chất tế bào, tiếp sau genome virus kết hợp với protein virus vo t bo cht 80 Màng virus ```` Ngoại bµo gp41 D1 V3 Mµng tÕ bµo T - CD4 Tế bào chất Co-receptor (7 lần xuyên màng) Hỡnh 13.5 Mơ hình tương tác phân tử CD4 lympho T-CD4 với gp120 - gp41 đồng thụ thể màng virus HIV (CXCR4, CCR5 đồng thụ thể khác) Ngoài protein màng CD4 nằm tế bào T thụ thể ban đầu quan trọng, chủng HIV lây truyền phổ biến đòi hỏi thụ thể thứ hai gọi đồng thụ thể CCR5 Một số nghiên cứu gần cho thấy đột biến đặc hiệu gen CCR5 làm giảm nguy nhiễm HIV, chí cần gen CCR5 thay đổi Điều gợi ý tìm kiếm loại thuốc “khố” thụ thể CCR5 mà khơng cần thiết phải khoá tất phân tử thụ thể giảm khả xâm nhiễm HIV Người ta cho khác HIV dạng tế bào mà chúng lây nhiễm xác định mức độ lớn thụ thể chemokine mà chúng gắn co-receptor Quá trình nhiễm HIV khởi đầu tương tác chọn lọc glycoprotein bên vỏ, gp120, thụ thể nằm tế bào đích, CD4, thụ thể chemokin bắt buộc (CCR5 CXCR4) Các chứng hoá sinh cấu trúc gắn với virus CD4 khơi mào thay đổi cấu trúc vỏ HIV, điều kích thích nhận thụ thể chemokin dẫn, cuối dẫn đến dung hợp màng Bằng chứng CD4 cảm ứng thay đổi cấu trúc bao gồm tăng cường hoạt tính mẫn cảm protease vòng nơ (loop) biến đổi gp 120 giải phóng gp 120 khỏi vỏ virus tế bào bị nhiễm virus Điều làm tăng cường tạo thành vị trí thụ thể chemokin epitop cho kháng thể trung hồ khố việc gắn với thụ thể chemokin Về bản, nghiên cứu hóa sinh trước hết vùng ngoại vi gp 120 CD4 cảm ứng cho di chuyển vùng loop biến đổi Sự tương tác đặc hiệu gp120, CD4 co-receptor riêng biệt định cho dung hợp vào HIV Người ta thấy tương tác vật lý phức hệ CD4 81 gp120 với thụ thể chemokine N tận phần quan trọng cho trình vào HIV 13.8 Sự kết hợp thụ thể CD4 co-receptor trình tương tác với HIV Khả xâm nhập HIV vào số dạng tế bào định định biểu thụ thể đặc hiệu cho bề mặt virus tế bào HIV xâm nhập vào tế bào thông qua phức hệ glycoprotein virus kết hợp không cộng hố trị với nhau, gp120 gp41 vỏ virus Thành phần gp 120 phức hệ glycoprotein gắn với lực cao với phân tử bề mặt tế bào phân tử CD4 Glycoprotein nhờ kéo virus gắn vào tế bào T-CD4 macrophage tế bào tua tế bào biểu cụm biệt hóa CD4 Trước dung hợp vào virus, gp 120 phải gắn với co-receptor màng tế bào chủ (hình 13.5) 13.9 Các co-receptor chủ yếu HIV Ngồi phân tử CD4, thụ thể cho HIV, số phân tử khác sử dụng co-receptor Hầu hết thụ thể chemokine có liên quan chặt chẽ với thụ thể liên kết với họ protein G với vùng domain xun màng Có thụ thể chemokine biết CCR5 (biểu chủ yếu tế bào tua, macrophage, tế bào T CD4) CXCR4, biểu tế bào T hoạt hóa, co-receptor chủ yếu cho HIV Sau việc gắn gp 120 với thụ thể co-receptor, gp41 sau tạo dung hợp vỏ virus với màng tế bào chất tế bào, cho phép genome virus protein phụ trợ vào bào tương Sự đa dạng HIV, dạng tế bào mà chúng lây nhiễm định thụ thể chemokin mà chúng sử dụng co-receptor Sự đa dạng HIV chỗ chúng kết hợp với nhiễm trước tiên sử dụng CCR5 kết hợp với CC chemokine RANTES, MIP-1α MIP-1β, co-receptor, trường hợp chúng cần lượng thấp CD4 bề mặt tế bào mà chúng xâm nhập Điều thể rõ thí nghiệm sử dụng tế bào lympho có chí khơng có cụm biệt hóa CD4 Nhiều nghiên cứu cho thấy virus có khả nhận nhiều phân tử bề mặt tế bào (thụ thể cho virus) để sử dụng chúng việc chuyển vật chất di truyền vào tế bào Dường phân tử bộc lộ bề mặt tế bào sử dụng thụ thể cho virus Ví dụ: Các siêu họ Ig màng, intergrin, thụ thể truyền tín hiệu, acid sialic, heparan sulphate phân tử khác… Khả nhận thụ thể khác phản ánh biến đổi di truyền nhanh chúng Cũng khơng có mối liên hệ rõ ràng họ virus với cấu trúc, chức thụ thể Ngay thành viên họ sử dụng thụ thể khác Q trình tiến hố số virus, chẳng hạn HIV, liên quan đến việc sử dụng phân tử đồng thụ thể để thâm nhập vào tế bào Cần phân biệt rõ yếu tố giúp cho trình vào virus (hoạt động giai đoạn muộn trình xâm nhiễm), sử dụng thuật ngữ co-receptors (các đồng thụ thể) để yếu tố mà kết hợp với thụ thể sơ cấp (ban đầu) giai đoạn sớm trình xâm nhiễm cách tạo phức hợp với VAP (các protein gắn virus- Viral attachment protein) Việc sử dụng 82 đồng thụ thể giúp làm tăng nhanh chuyển tiếp tới thụ thể làm tăng hiệu tương tác với thụ thể quan trọng tế bào chủ tạo điều kiện thuận lợi cho trình chép virus 13.10 Sự tương tác HIV, CD4 đồng thụ thể CXCR4 CCR5 Rõ ràng q trình tiến hố HIV, thụ thể quan trọng CD4 Khả tương tác với CD4 trợ giúp số đồng thụ thể, CXCR4 Đối với tế bào thiếu thụ thể CD4, HIV xâm nhập thông qua đồng thụ thể CXCR4 Khi nghiên cứu xâm nhiễm SIV khỉ (simian) người ta sử dụng tế bào thiếu thụ thể CD4 (CD4-negative cell) phát ngồi CD4 cịn có đồng thụ thể quan trọng CCR5 có vai trị giống CXCR4 Nhiều nghiên cứu sâu có tiến hố trình xâm nhiễm vào tế bào virus nói chung đặc biệt retrovirus (HIV) sử dụng đường coreceptor Cho đến người ta phát khoảng 15 đồng thụ thể bao gồm (CCR5, CXCR4, CCR3, CCR2b, STRL33, GPR1, GPR15, V28, CCR8, CCR9, CCR1, CCR4, CX3CR1, APJ US28) (hình 13.6) Vùng nội bào Hình 13.6 Vùng chứa Serin Threonin Cấu trúc dạng Co-receptor Các đồng thụ thể HIV, CCR5 CXCR4 phân tử có 352 gốc acid amin đầu N tận có tính acid cao CXCR4 chứa vị trí có khả glycosyl hố cao (một vị trí đầu N tận cùng, vị trí vùng nơ (loop) ngoại bào thứ 2) Trong CXCR5 có vị trí vùng loop ngoại bào thứ Đầu C tận phân tử giàu gốc acid amin serin treonin có mặt vị trí có khả phosphoril hóa họ protein G (sự phosphoril hoá xảy sau trình gắn virus với tế bào) Các gốc cystein bảo thủ cao cho để tạo liên kết disulfua vòng lớp ngoại bào thứ thứ hai Đầu N tận vòng loop ngoại bào thứ tạo cấu trúc phù hợp cho việc tiếp xúc HIV cách kéo vùng chức ngoại bào vào gần mặt không gian Cho đến nay, cấu trúc ba chiều đồng thụ thể HIV-1 chưa biết rõ Một mơ hình ba chiều đồng thụ thể HIV-1, CXCR4 CCR5 mô Durell.S (Hỡnh 13.7) 83 Ngoại bào Đầu tận N RÃnh liên kết Vùng xuyên màng Nội bào Đầu tận cïng C Hình 13.7 Cấu trúc ba chiều đồng thụ thể CXCR4 CCR5 Vậy đồng thụ thể trợ giúp trình vào HIV nào? Sự tương tác lực cao gp120 CD4 trình quan trọng dẫn đến kết cuối có dung hợp virus màng tế bào đích, cho phép chuyển vật chất di truyền Tuy nhiên, kiện phân tử xảy sau trình gắn virus vào màng tế bào chưa hoàn toàn sáng tỏ khơi mào phần thay đổi cấu trúc cảm ứng thụ thể gắn (tham gia) đồng thụ thể Cả protein vỏ virus (Env) CD4 trải qua thay đổi cấu trúc sau gắn Những thay đổi cấu trúc dẫn đến bộc lộ peptit có nhóm amino tận kị nước gp41 cuối dung hợp màng xảy Tuy nhiên tất HIV quan trọng phân lập qua lâm sàng phụ thuộc chặt chẽ vào thụ thể CD4 hầu hết trường hợp chúng sử dụng đồng thụ thể CXCR5 CCR5 số phân tử khác tương tác với CD4 để vào tế bào Vì vậy, CD4 coi thụ thể có vai trị quan trọng q trình xâm nhiễm HIV Tóm lại, HIV liên quan đến việc sử dụng số phân tử thụ thể ban đầu, thụ thể quan trọng trình xâm nhiễm CD4 số đồng thụ thể khác, có lẽ quan trọng số CCR5 Điều đáng ngạc nhiên CCR5 đồng thụ thể khác, CXCR4, sử dụng thụ thể ban đầu để phân lập HIV-2 SIV Gần đây, có 15 phân tử biết đến sử dụng đồng thụ thể HIV SIV, nửa số chúng thụ thể chemokin chức khác chưa biết đến Tất số chúng chứa vùng chức dự đốn xun màng bảy lần Cơ chế xác vai trò trợ giúp cho việc xâm nhập HIV chưa biết rõ Quá trình vào virus liên quan đến trình tương tác phức hệ phức tạp mà trước hết khởi phát việc gắn chậm có lực cao phức hệ gp120-gp41 với 84 thụ thể bề mặt tế bào CD4 đồng thụ thể khác, dẫn đến thay đổi cấu trúc tương tác đa phân tử virus phân tử thụ thể màng Những thay đổi cấu trúc dẫn đến xếp lại cấu trúc vùng loop V3 cấu trúc liên quan khác như: V1, V2 vùng C4 gp120 phân tử CD4 kết tạo cuộn xoắn phân tử gp41, điều dẫn đến bộc lộ đoạn peptit dung hợp gp41 Chuỗi peptit kị nước phá vỡ cấu trúc ổn định màng tế bào màng virus dẫn đến trộn lẫn mặt vật lý lớp lipid kép chúng hình thành lỗ hổng cho dung hợp Lỗ hổng ngày mở rộng cho phép acid nucleic vào bên tế bào chất để tiếp tục q trình chép, bao gói giải phóng hạt virus thể 85 Tóm tắt chương 13 Trong loại thụ thể hệ miễn dịch, thụ thể lymphoT (TCR) cụm biệt hóa chúng CD3, CD4, CD8 có vai trị đặc biệt việc truyền tín hiệu đáp ứng miễn dịch Vai trò hoạt động thụ thể TCR cụm biệt hóa CD4 nghiên cứu kỹ biểu gen, tương tác chúng trình diện kháng nguyên đặc biệt nhận biết tương tác chúng virus HIV, dạng virus gây bệnh AIDS người Những tiến nghiên cứu hàng loạt đồng thụ thể (coreceptor) nằm màng tế bào T tham gia tương tác với virus HIV với thụ thể TCR cụm biệt hóa CD4 86 Chương 14 Các bệnh phát sinh liên quan đến thụ thể màng Như trình bày chương trước, chức sinh học thụ thể tế bào tiếp nhận thực chế truyền thông tin điều hịa q trình trao đổi chất, q trình tăng trưởng biệt hóa tế bào Các tác động vi phạm vào cấu trúc thụ thể dẫn đến bệnh lý khác cho tế bào thể 14.1 Thụ thể tyrosine kinase bệnh ung thư Thụ thể tyrosine kinase loại thụ thể thực chức truyền thông tin cho trình trao đổi chất tế bào Các thụ thể có vai trị tiếp nhận liên kết với hormon insulin, yếu tố tăng trưởng biểu bì (Epidermal Growth factor- EGF), yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc tiểu cầu (Platelet- derived growth factor- PDGF) Các thụ thể tyrosine kinase không giống thụ thể có bẩy xoắn α xuyên màng mà chúng thường có hai xoắn α xuyên màng enzym Các nghiên cứu tách dòng gen mã hóa cho nhiều thụ thể tyrosine kinase Ullrich.A Schlessinger.J (1992) phát số dạng cấu trúc chế tác động chung chúng Cho đến nay, người ta tìm bốn kiểu thụ thể tyrosine kinase Thụ thể tyrosine kinase nhận biết yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF); Thụ thể tyrosine kinase nhận biết insulin; Thụ thể nhận biết PDGF thụ thể tyrosine kinase nhận biết yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi (thụ thể dành cho FGF) Về vị trí xếp màng tế bào, kiểu một, kiểu ba kiểu bốn protein monome, xuyên qua màng lần vùng xoắn α Trong kiểu hai thụ thể tyrosine kinase tetrame xếp theo dạng α2β2 Cơ chế hoạt động thụ thể tyrosine kinase sau nhận biết tín hiệu thơng tin thứ (thường hormon, yêu tố tăng trưởng), hoạt động kinase thụ thể gây q trình phosphoryl hóa hàng loạt gốc tyrosine protein đích Các protein đích phosphoryl hoá hoạt hoá tiếp protein khác tế bào tạo sinh trưởng biệt hoá tế bào Những đột biến gen thụ thể tyrosine kinase tạo cho chúng hoạt động kinase dai dẳng kéo dài, dẫn đến bệnh ung thư Các đột biến tạo tỷ lệ cao hoạt động tăng cường gen gây ung thư (oncogenes) 14.2 Cơ chế hoạt hoá thụ thể tyrosine kinase ligand Các ligand cấu tử gắn vào thụ thể làm biến đổi cấu hình khơng gian thụ thể làm hoạt hoá protein màng adenylate cyclase thông qua tác động protein G, truyền tín hiệu cho q trình trao đổi chất thơng qua hàng loạt q trình phosphoryl hố nhiều loại protein enzym nội bào Tương tự vậy, yếu tố tăng trưởng biểu mô (EGF) lần 87 Stanley Cohen phát ông nghiên cứu vai trò yếu tố tăng trưởng thần kinh (NGF) gây thay đổi cấu hình khơng gian thụ thể nhận biết EGF Cơ chế q trình làm biến đổi cấu trúc khơng gian EGF EGF liên kết với thụ thể vùng ngoại bào, gây dimer hố monome khơng hoạt động thụ thể, biến thụ thể thành dạng đime hoạt động có khả tự phosphoryl hố (autophosphorylation) Vị trí xúc tác chuỗi tạo phosphoryl hoá năm gốc tyrosime nằm gần tận C chuỗi polypeptid dimer Q trình tự phosphoryl hố tạo cho thụ thể phosphoryl hố nhiều protein đích khác theo phản ứng dây chuyền Tương tự vậy, liên kết yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc từ tiểu cầu (PDGF) yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi (FGF) tạo dimer hoá thụ thể chúng đưa đến q trình tự phosphoryl hố thụ thể Đối với receptor insulin có khác biệt chúng có cấu tạo dạng α2β2 hai chuỗi α liên kết cầu đisulfit nằm vùng ngoại bào, hai chuỗi β xuyên qua màng liên kết với chuỗi α hai liên kết đisulfit Thụ thể insulin giống với thụ thể EGF trình tự cách kiến trúc Như vậy, thụ thể tiếp nhận insulin có chế truyền tín hiệu giống chế thụ thể EGF không? Vấn đề trả lời nhà nghiên cứu thực công việc thiết kế gen mã hoá cho thụ thể chimeric (thụ thể lai ghép gen, khơng có tự nhiên) phần ngoại bào gen thụ thể insulin phần xuyên màng gen thụ thể EGF Kết cho biết insulin liên kết với thụ thể chimeric tạo cảm ứng hoạt động tyrosine kinase theo chế tự phosphoryl hoá Như thụ thể insulin thụ thể EGF sử dụng chế chung truyền tín hiệu qua màng tế bào Thụ thể tyrosine kinase có vai trị phân chia tế bào biệt hố tế bào? Người ta phân tích trình tự xếp acid amin vùng xúc tác nhận thấy trình tự GXGXXG nằm gần kề với tận N Thêm vào đó, gốc lysine tham gia chủ yếu vào hoạt tính kinase khơng thay đổi nằm 20 gốc acid amin đầu tận C thụ thể Nếu có thay gốc lysine quan trọng gốc acid amin ức chế khả hoạt hoá protein khác theo chế phosphoryl hố, làm thay đổi q trình truyền dẫn tín hiệu sinh trưởng tế bào 14.3 Thụ thể tyrosine kinase hoạt hố protein truyền tín hiệu Các gốc tyrosime phosphoryl hố thụ thể tyrosine kinase có vai trị khác quan trọng có khả nhận biết đặc hiệu dạng protein có cấu trúc đặc biệt chứa trình tự SH2 Ví dụ protein đặc trưng có chức kiểm sốt tăng trưởng tế bào tyrosin kinase Src, Phospholipase C-γ1 (PLCγ1) có vùng SH2 Vùng trình tự SH2 module bao gồm khoảng 100 gốc acid amin tương tự protein Src Kiểu xếp tái diễn trình tự có vai trị quan trọng việc nhận biết thụ thể tyrosine kinase hoạt hoá Cụ thể vùng SH2 liên kết với protein phosphoryl hoá Thật vậy, domain SH2 dẫn dắt protein Src protein khác chứa chúng hướng đến thụ thể tyrosine kinase hoạt hoá PLCγ1 phospholipase khác với isoform PLC bình thường chúng chứa vùng SH2 Các vùng SH2 liên kết với gốc tyrosime phosphoryl hoá nằm gần đầu tận C thụ thể hoạt hoá Các vị trí xếp giúp cho gốc tyrosime quan trọng PLCγ1 đạt hướng cho phép phosphoryl hố nhờ vùng xúc tác thụ thể EGF Trong trường hợp này, phosphoryl hoá PLCγ1 tạo cho có 88 hoạt tính phospholipase Hơn hoạt hố cịn giúp cho vùng SH3 PLCγ1 liên kết với khung tế bào, tạo vị trí để thuỷ phân PIP2 (Phosphatidyl Inositol 4, bi phosphate) thành IP3 (Inositol 1,4,5 triphosphate) DAG (Diacylglycerol) IP3 DAG hai chất truyền tin bên tế bào, IP3 thực chức mở kênh giải phóng ion Ca2+ từ kho dự trữ tế bào, DAG làm hoạt hoá protein kinase C, để từ hoạt hố hàng loạt protein đích khác 14.4 Nhiều gen gây ung thư (oncogene) mã hoá cho protein truyền dẫn tín hiệu Năm 1909, nhà nghiên cứu Peyton Rous viện Rockefeller điều chế chế phẩm dịch phi tế bào chiết rút từ khối u mô liên kết gà tiêm vào gà bình thường Kết gà bị khối u ác tính gọi sarcoma Tác nhân gây bệnh ung thư ngày biết virus sarcoma mang tên Rous (Rous sarcoma virus) Năm chục năm sau đó, P Rous nhận giải Nobel phát minh Hàng chục năm sau này, nhà nghiên cứu virus đột biến phát thấy có gen virus Src làm biến nạp vào đối tượng tiếp nhận gây ung thư Gen Src mang tên có khả trực tiếp mã hoá cho protein tạo ung thư saccoma Như gen Src phải có “đối tác” tế bào tiếp nhận? Michael Bishop Harold Varmus tiến hành nghiên cứu cho thấy gà bình thường chứa gen Src giống với gen virus xâm nhập Gen xuất phát từ tế bào gọi c-Src để phân biệt với gen virus v-Src Như biết phần đầu chương (mục 7.3), protein tyrosine kinase nội bào 19 gốc acid amin đầu tận C protein tế bào thay 12 gốc acid amin không liên quan (khác lạ) nằm protein Src virus Như vậy, dịch biến thể virus Src tạo hoạt hố gen biến thể làm vùng ức chế nằm tận C có mặt Src tế bào Trong đó, dịch Src virus lại khơng cần thụ thể tyrosine kinase phosphory hoá để truyền dẫn tín hiệu sinh trưởng Do đó, gây ung thư nội v-Src oncogene Đã có nhiều oncogene phát Tất gen mã hoá cho thụ thể tyrosine kinase thành viên tham gia vào dãy khởi động oncogene Chẳng hạn, gen ung thư v-erbB virus gây bệnh nguyên bào hồng cầu từ chim bắt nguồn từ gen mã hoá cho thụ thể EGF 34 gốc axít amin cuối gần tồn vùng ngoại bào protein sản phẩm gen bị biến mất, nghĩa sản phẩm gen ung thư tirosine kinase xuyên màng phần ngoại bào hoạt động mạnh vùng tận C Một dạng oncogene khác tạo tyrosine kinase hoạt động thường xuyên gen Neu-oncogene xác định nguyên gốc từ khối u nguyên bào thần kinh (neuroblastoma) Một gen đồng dạng HER tìm thấy ung thư vú buồng trứng người (dạng Carcinoma) liên quan với tiên lượng xấu bệnh Đột biến điểm vùng xuyên màng làm hoạt hoá protein neu, tạo đime hoá protein khơng có cấu tử gắn Như vậy, gen ung thư (neu – oncogene) luôn tạo sản phẩn tự phosphoryl hố Nó hình thành phức hệ với PLCγ1 hoạt hoá phospholipase khơng cần có mặt tín hiệu bên ngồi (hormon kích thích tố tăng trưởng) 14.5 Các đột biến protein ras gây bất hoạt GTPase dẫn đến ung thư 89 Sự suy yếu hoạt tính GTPase protein điều hồ dẫn đến ung thư Các tế bào động vật có vú chứa ba loại protein ras 21 kDa H-ras, K-ras N-ras Các protein điều hồ quay vịng GTP dạng GDP Dạng GTP hình thành từ protein kích thích tăng trưởng biệt hố tế bào động vật có vú Các protein ras thành viên họ protein GTPase có phân tử nhỏ (từ 20-35 kDa) Chúng khác biệt với protein G có kích thước nhỏ dạng monome có số nét cấu trúc chế tác động tương tự protein G Vùng hoạt tính GTPase ras tương tự đối tác transducin Các protein ras phát thơng qua biến nạp đối tác virus, gen v-ras từ virus sarcoma chuột cống mã hoá cho protein Sản phẩm gen khác với sản phẩm gen tế bào bình thường có hoạt tính GTPase yếu Đúng vậy, có thay đổi acid amin (glycine thay cho valine) làm biến đổi từ sản phẩm gen bình thường thành sản phẩm gen ung thư Sự thuỷ phân GTP thành GDP protein ras bình thường tăng lên gấp bội nhờ vào dạng protein hoạt hoá GTPase 116 kDa Protein hoạt hoá gọi GAP (G.activating Protein) Tuy nhiên GAP liên kết với protein ras gây ung thư lại làm tốc độ thuỷ phân protein ras ung thư Hậu dạng ras ung thư gần luôn dạng GTP 14.6 Ras đóng vai trị quan trọng việc kiểm soát số phận tế bào Các nghiên cứu đột biến ruồi dấm (Drosophila mutant) đáng quan tâm cung cấp cho ta cách nhìn nhận tác động ras Mỗi đơn vị cấu trúc mắt tạo cách hợp phần ghép ruồi dấm chứa tế bào tiếp nhận ánh sáng đặt tên từ R1- R8 12 tế bào tế bào thần kinh Đột biến gen sev (sevenless) không cho tế bào R7 phát triển thành tế bào tiếp nhận ánh sáng, thay vào tế bào biến thành tế bào thuỷ tinh thể Protein sev R7 bình thường hoạt hoá loại protein liên kết màng tế bào R8 nằm liền kề Gen mã hoá cho protein hoạt hoá gọi boss (viết tắt từ chữ bride – of – sevenless nghĩa “Cô dâu” sev) Như vậy, boss hướng dẫn R7 trở thành tế bào tiếp nhận ánh sáng nào? Việc tách dòng gen sev cho thấy mã hố cho dạng protein có kích thước lớn gồm 2554 gốc acid amin có hai mảnh xuyên qua màng vùng có hoạt tính tyrosine kinase Đích sev kinase tế bào R7 protein mã hoá gen sos (son – of – sevenless nghĩa “đứa con” sev) Chúng nối với protein drk Protein sos phần mình, làm hoạt hố protein ras chế kích thích biến đổi GTP GDP Do vậy, protein ras thành viên tham gia vào đường biệt hoá ruồi dấm Drosophila đường khởi động hoạt hoá thụ thể tyrosine kinase thông qua tương tác tế bào – tế bào Đối với tăng trưởng biệt hố tế bào động vật có vú, protein ras có vai trị kiểm sốt nào? Sự phát đáng ý động vật có vú có thụ thể tyrosine kinase thực chế hoạt động tương tự ruồi dấm Sản phẩm gen sos tương tự động vật có vú mang tín hiệu tăng trưởng đến cho protein ras, tiếp sau tác động vào serine – threonine kinase protein đích khác Cốt lõi đường kiểm soát tăng trưởng tồn 800 triệu năm trước Sự biến đổi GTP – GDP bật tín hiệu cho protein ras protein G tồn chí cịn lâu Phương thức hoạt động mức phân tử tinh vi hồn thiện sớm q trình tiến hố sử dụng cho việc thực nhiều chức tế bào, di chuyển đại phân 90 tử tổng hợp protein, truyền dẫn kích thích hormon chất cảm biến khác, điều hoà tăng sinh tế bào Tóm tắt chương 14 Các thụ thể tyrosine kinase xun màng có vai trị kiểm sốt tăng trưởng biệt hoá tế bào Chúng chứa vùng ngoại bào liên kết với yếu tố tăng trưởng, vùng xuyên màng vùng nằm nội bào có chứa hoạt tính tyrosine kinase Thụ thể hiểu rõ thụ thể EGF Sự kết hợp ligand vào thụ thể nó, tạo dimer hoá phosphoryl hoá thụ thể Năm gốc tyrosine đuôi tận C tự phosphoryl hố cho phép thụ thể phosphoryl hố protein đích dạng isoform PLCγ1 Các tyrosine phosphoryl hoá thụ thể tyrosine kinase hoạt hố nói chung sử dụng làm vị trí cập bến cho vùng SH2 có mặt nhiều loại protein truyền tín hiệu Rất nhiều gen ung thư (oncogene) xuất đột biến làm thay đổi cấu trúc protein dãy truyền dẫn tín hiệu tăng trưởng biệt hoá tế bào Virus sarcoma Rous gây ung thư cho gà chứa gen mã hố cho dạng hoạt động protein Src, dạng tyrosine kinase Cytosol Những đột biến gen mã hoá cho thụ thể tyrosine kinase thường tạo gen ung thư Ví dụ HER tìm thấy ung thư biểu mô vú người với tỷ lệ cao Protein ras chất truyền thông tin quan trọng cho dẫy phản ứng tyrosin kinase, cho chu trình biến đổi dạng bất hoạt GDP dạng hoạt động GTP Sản phẩm protein ras ung thư làm giảm bất thường hoạt tính GTPase dẫn đến ung thư ... cổng liên kết với cấu tử gắn (ligand) hiểu rõ Kênh tách nghiên cứu từ tế bào sinh điện cá đuối điện Torpedo, tế bào giàu màng sau synap tác động theo kiểu cholin Thụ thể màng tế bào xếp dày đặc màng. .. β3AR 10q24 – q26 Không 2. 6 5q – q 34 Khơng 2. 2 8q11.1 – 8p. 12 Có 2. 3 477 Có 413 Có 408 Khơng Gs Adenylate cyclase Noradrenaline Xamoterol Gs Adenylate cyclase Adrenalin Procaterol CGP 20 712A Mô... mỡ Ở tế bào 3T3-F442A chuột, biểu kiểu thụ thể phụ β3 sau biến đổi tiền tế bào tạo mỡ thành tế bào tạo mỡ làm giảm đáng kể kiểu thụ thể phụ β3AR, với 22 mức độ thấp không làm thay đổi β2AR Hồn