BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
NGUYỄN QUỲNH NGA
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA FLUOXETINE ĐẾN
NỒNG ĐỘ cAMP, PROGESTERONE VÀ
TESTOSTERONE TRONG TẾ BÀO HEK293 KHI
KÍCH THÍCH BỞI hFSH TÁI TỔ HỢP CHUỖI ĐƠN
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM
Bình Định - Năm 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
NGUYỄN QUỲNH NGA
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA FLUOXETINE ĐẾN
NỒNG ĐỘ cAMP, PROGESTERONE VÀ
TESTOSTERONE TRONG TẾ BÀO HEK293 KHI
KÍCH THÍCH BỞI hFSH TÁI TỔ HỢP CHUỖI ĐƠN
Chuyên ngành: SINH HỌC THỰC NGHIỆM
Mã số: 8420114
Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Mộng Điệp
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa được sử dụng trong bảo vệ bất kì một học vị nào.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện hoàn thành luận văn
đã được cảm ơn và mọi thông tin trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn
Nguyễn Quỳnh Nga
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy
Cô trong Ban giám hiệu Trường Đại học Quy Nhơn, quý Thầy Cô trong trường
đã tạo điều kiện, dạy dỗ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Nguyễn Thị Mộng
Điệp đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất, quan tâm, hướng dẫn nhiệt tình nhất,
tạo động lực lớn giúp tôi vượt qua được những khó khăn trong quá trình hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô ở Học viện Quân Y, Hà Nội đã hết lòng giúp
đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF) đã
tài trợ kinh phí cho chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người
thân cùng tập thể lớp Sinh học thực nghiệm K23 đã động viên và giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này.
Do thời gian thực hiện và sự hiểu biết của bản thân có hạn nên luận văn
khó tránh khỏi sai sót. Tôi mong nhận được những lời góp ý, chỉ bảo của Thầy
Cô để có thể hoàn thiện hơn luận văn của mình.
Quy Nhơn, ngày 20 tháng 8 năm 2022
Tác giả luận văn
Nguyễn Quỳnh Nga
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 4
MỤC LỤC ........................................................................................................ 5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................... 5
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................ 3
5. Những đóng góp mới của đề tài .............................................................. 3
NỘI DUNG....................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 4
1.1 Tổng quan về Fluoxetine ...................................................................... 4
1.2 cAMP và cơ chế hình thành trong tế bào.............................................. 7
1.2.1 cAMP và cơ chế hình thành trong tế bào .......................................... 7
1.2.2 Adenylate cyclase và vai trò trong sự hình thành tế bào................... 9
1.3 Hormone kích noãn bào tố ( hFSH) .................................................... 13
1.3.1 Tổng quan về hormone kích noãn bào tố FSH ................................ 13
1.3.2 Vai trò của hormone FSH trong sinh sản ........................................ 15
1.4 Progesterone và vai trò trong sinh sản ................................................ 17
1.4.1 Tổng quan về Progesterone ............................................................. 17
1.4.2 Vai trò Progesterone trong sinh sản................................................ 19
1.5 Testosterone và vai trò trong sinh sản ................................................ 22
1.5.1 Tổng quan về Testosterone .............................................................. 22
1.5.2 Vai trò Testosterone trong sinh sản ................................................. 24
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 26
2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị hóa chất và đối tượng nghiên cứu ............... 26
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 26
2.1.2 Nguyên vật liệu ................................................................................ 26
2.1.3 Thiết bị hóa chất. ............................................................................. 26
2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ....................................................... 26
2.3 Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 26
2.4 Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 27
2.4.1 Phương pháp nuôi cấy tế bào ......................................................... 27
2.4.2 Phương pháp xác định cAMP nội bào ............................................ 27
2.4.3 Phương pháp đánh giá khả năng sống của tế bào HEK293 .......... 28
2.4.4 Phương pháp xác định nồng độ Progesterone ............................... 29
2.4.5 Phương pháp xác định nồng độ testosterone ................................. 30
2.4.6 Phương pháp xác định mức năng lượng ATP trong tế bào ............. 31
2.4.7 Phương pháp xử lý số liệu .............................................................. 31
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................. 32
3.1. Ảnh hưởng của Fluoxetine đến tỷ lệ sống của tế bào HEK293 ......... 32
3.2. Ảnh hưởng của Fluoxetine đến nồng độ cAMP nội bào dưới tác động
kích thích của hFSH tái tổ hợp chuỗi đơn ................................................ 36
3.3. Ảnh hưởng của Fluoxetine đến nồng độ ATP trong tế bào HEK293 40
3.4. Ảnh hưởng của Fluoxetine đến quá trình tạo steroid trong tế bào
HEK293..................................................................................................... 43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 49
1. Kết luận............................................................................................... 49
2. Kiến nghị ............................................................................................ 50
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................... 51
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT
TỪ VIẾT TẮT
TỪ ĐẦY ĐỦ
1
AC
adenylyl cyclase
2
ACs
Adenylyl cyclases
3
ACTH
Adrenocorticotropic hormone
4
ART
assisted reproductive technology
5
cAMP
cyclic Adenosine Mono Photphate
6
ATP
Adenosine triphosphate
7
CG
chorionic gonadotropin
8
CRP
catabolite reactive protein
9
CYP2D6
cytochrome P450 2D6
10
DNA
Deoxyribonucleic acid
11
FSH
Follicle Stimulating Hormone
12
FSHR
The follicle-stimulating hormone receptor
13
GPCR
G protein-coupled receptor
14
GPCRs
G-protein coupled receptors
15
GnRH
Gonadotropin-releasing hormone
16
hFSH
Human follicle-stimulating hormone
17
HEK293 293
Human Embryonic Kidney 293
18
LH
luteinizing hormone
19
MC4Rs
Melanocortin-4 receptors;
20
PKA
protein kinase A
21
SSRIs
Selective serotonin reuptake inhibitors
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng
Số hiệu bảng
3.1
Tỷ lệ tế bào HEK293 sống theo nồng độ
Fluoxetine
Trang
32
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình
Tên hình
Trang
1.1
Công thức hóa học Fluoxetine
4
1.2
Tố chức và chức năng của lộ trình tín hiệu
8
cAMP
1.3
Các cấu trúc đại diện của AC
10
1.4
Cấu trúc domain của adenylyl cyclase (AC)
11
1.5
Cấu trúc mô phỏng và công thức hóa học
14
hormone FSH
1.6
Mô hình cấu trúc phân tử và cấu trúc không gian
19
của progesterone
1.7
Mô hình cấu trúc không gian và cấu trúc phân tử
24
của testosterone
2.1
Cơ chế hoạt động của Glosensor và Luciferin
28
trong phản ứng tạo cAMP
2.2
Ảnh đại diện của xét nghiệm Cell Titer Blue với
29
tế bào HEK293
2.3
Cơ chế phản ứng phát quang của Lucifenin
31
trong CellTiter-Glo 2.0 dưới xúc tác của
enzyme luciferase và ion Mg2+
3.1.
Ảnh hưởng của Fluoxetine đến khả năng sống
33-34
sót của tế bào HEK293
3.2
Hình ảnh tế bào HEK293 và tế bào sau khi
nhuộm thuốc thử phát huỳnh quang Cell Titer
Blue
35
3.3
Biểu hiện tín hiệu của cAMP dưới tác động kích
37
thích của r-hFSH sau 60 phút ủ tế bào với
Fluoxetine ở các nồng độ khác nhau
3.4
Biểu hiện tín hiệu của cAMP dưới tác động kích
38
thích của r-hFSH sau 5 phút ủ tế bào với
Fluoxetine ở các nồng độ khác nhau
3.5
Ảnh hưởng của Fluoxetine đến nồng độ ATP
41
trong tế bào HEK293
3.6
Ảnh hưởng của Fluoxetine đến sản xuất
44
progesterone dưới kích thích của hFSH trong
HEK293
3.7
Ảnh hưởng của Fluoxetine đến sản xuất
testosterone dưới kích thích của hFSH
trong HEK293
45-46
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
cAMP (cyclic Adenosine Mono Photphate) là tín hiệu thứ hai được xác
định và đóng vai trò cơ bản trong phản ứng tế bào đối với nhiều hormone và
chất dẫn truyền thần kinh. Nồng độ cAMP nội bào được điều chỉnh bởi sự cân
bằng giữa hoạt động của hai enzyme: adenylyl cyclase (AC) và
phosphodiesterase nucleotide vòng (PDE). Các đồng phân khác nhau của các
enzyme này được mã hoá bởi một số lượng lớn các gen khác nhau về biểu hiện
kiểu hình và cơ chế điều hòa, tạo ra các phản ứng tế bào và kích thích đặc hiệu.
Fluoxetine, còn có tên thương mại là Prozac và Sarafem cùng một số tên
khác, là một loại thuốc phản ức chế của chất ức chế tái hấp thu serotonin đặc
hiệu (SSRI). Chúng được sử dụng để điều trị rối loạn trầm cảm chính, rối loạn
ám ảnh cưỡng chế, rối loạn thần kinh, rối loạn hoảng loạn và rối loạn tiền kinh
nguyệt. Fluoxetine có thể cải thiện tâm trạng, giấc ngủ, ăn không ngon, tăng
năng lượng và có thể giúp khôi phục các mối quan tâm của bạn trong cuộc sống
hàng ngày. Fluoxetine có thể làm giảm sự sợ hãi, lo lắng, suy nghĩ bất chợt và
hoảng loạn. Fluoxetine cũng được sử dụng để điều trị một số rối loạn ăn uống
khác, rối loạn căng thẳng sau chấn thương, và một số rối loạn hệ thần kinh/giấc
ngủ. Thuốc này cũng có thể được sử dụng để điều trị các cơn nóng bừng xảy ra
ở thời kỳ mãn kinh.
Đề tài tập trung nghiên cứu tác động của Fluoxetine đối với động học
cAMP nội bào trong dòng tế bào phôi thận người HEK293 (Human Embryonic
Kidney 293) được kích thích bởi hFSH tái tổ hợp chuỗi đơn. Đây là một hướng
nghiên cứu mới về khoa học không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên thế giới.
Dòng tế bào HEK293 có nguồn gốc từ tế bào thận phôi người. Tế bào HEK293
phát triển thuận lợi trong môi trường nuôi cấy, được chuyển nhiễm dễ dàng, và
được sử dụng làm vật chủ để biểu hiện gene. Dòng tế bào này đã được sử dụng
2
rộng rãi trong nghiên cứu sinh học tế bào trong nhiều năm và cũng được sử
dụng để sản xuất các protein điều trị cho liệu pháp gen, vì sự phát triển và xu
hướng chuyển nhiễm đáng tin cậy của chúng. Do vậy, chúng tôi đã chọn sử
dụng những tế bào này cho nghiên cứu của mình.
Trong nghiên cứu này, lần đầu tiên chúng tôi sẽ nghiên cứu tác động của
Fluoxetine đối với động học cAMP nội bào và sản xuất progesterone,
testosterone trong dòng tế bào HEK293 để có được cái nhìn chính xác hơn về
cơ chế hoạt động Fluoxetine đến chức năng sinh dục. Ngoài ý nghĩa khoa học
quan trọng, nghiên cứu vấn đề này còn rất cần thiết cho việc hỗ trợ tư vấn cho
chẩn đoán và điều trị bệnh nhân bị trầm cảm.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là đánh giá tác động của Fluoxetine đến nồng độ cAMP,
progesterone, và testosterone trong tế bào HEK293 khi kích thích bởi hFSH tái
tổ hợp chuỗi đơn.
3. Nội dung nghiên cứu
3.1 Xác định ảnh hưởng của Fluoxetine đến tỷ lệ sống của tế bào HEK293.
3.2 Xác định nồng độ cAMP tạo ra trong tế bào HEK293 đáp ứng với kích
hoạt của hFSH tái tổ hợp chuỗi đơn dưới tác động của Fluoxetine.
3.3 Xác định nồng độ ATP tạo ra trong tế bào HEK293 đáp ứng với kích hoạt
của hFSH tái tổ hợp chuỗi đơn dưới tác động của Fluoxetine.
3.4 Xác định nồng độ progesterone tạo ra trong tế bào HEK293 đáp ứng với
kích hoạt của hFSH tái tổ hợp chuỗi đơn cùng với sự tác động của Fluoxetine.
3.5 Xác định nồng độ testosterone tạo ra trong tế bào HEK293 đáp ứng với
kích hoạt của hFSH tái tổ hợp chuỗi đơn cùng với sự tác động của Fluoxetine.
3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.1 Ý nghĩa khoa học
Từ các kết quả nghiên cứu mức độ sự ảnh hưởng của các dược phẩm
Fluoxetine đến sự tích lũy cAMP nội bào và sản xuất progesterone, testosterone
có thể đánh giá liệu các chất hoạt hóa này có thể điều chỉnh sự sản xuất quá
mức cAMP và hormone steroid trong tế bào.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Những kết quả này sẽ cung cấp những hiểu biết sâu sắc hơn về việc sử
dụng thuốc trị bệnh trầm cảm Fluoxetine và đóng góp vào tiến bộ về phương
pháp cần thiết cho việc điều trị những bệnh nhân này, cũng có thể cung cấp tư
vấn về vấn đề sinh lý cho bệnh nhân bị bệnh trầm cảm đang uống loại thuốc
này.
5. Những đóng góp mới của đề tài
Tính mới hấp dẫn trong nghiên cứu này là chúng tôi sẽ kiểm tra được hoạt
tính sinh học của hFSH tái tổ hợp chuỗi đơn trên dòng tế bào HEK293 và ảnh
hưởng của các dược phẩm Fluoxetine đối với tế bào nói chung và đưa ra những
nhận định về sử dụng dược phẩm này đối với con người.
4
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Tổng quan về Fluoxetine
Fluoxetine, tên thương mại thường gặp là Prozac, Sarafem, là thuốc ức
chế tái hấp thu serotonin chọn lọc (SSRI) [1]. Fluoxetine có công dụng làm
tăng lượng serotonin trong não, duy trì sự cân bằng cho thần kinh. Do vậy người
ta thường sử dụng Fluoxetine để điều trị rối loạn trầm cảm chính, rối loạn ám
ảnh cưỡng chế, rối loạn thần kinh bulimia, rối loạn hoảng loạn, rối loạn tiền
kinh nguyệt, rối loạn lo âu, chứng cuồng ăn, ngoài ra còn được dùng để điều trị
xuất tinh sớm. Thuốc được sử dụng có thể làm giảm nguy cơ tự tử ở những
người trên 65 tuổi [1]. Fluoxetine được dùng bằng đường uống. Tác dụng phụ
thường gặp bao gồm khó ngủ, rối loạn chức năng tình dục, chán ăn, khô miệng,
phát ban và những giấc mơ bất thường. Tác dụng phụ nghiêm trọng có thể có
như hội chứng serotonin, co giật, tăng nguy cơ tự tử ở những người dưới 25
tuổi và tăng nguy cơ chảy máu. Nếu đột nhiên dừng sử dụng thuốc, hoặc cai
thuốc thì có thể xảy ra các triệu chứng như lo lắng, chóng mặt và thay đổi cảm
giác [1]. Vẫn chưa rõ ràng về mức độ an toàn nếu dùng trong thai kỳ, nếu đã
dùng thuốc, việc tiếp tục cho con bú có thể vẫn thực hiện được.
Hình 1.1. Công thức hóa học Fluoxetine
5
Fluoxetine được công ty Eli Lilly and Company phát hiện năm 1972 và
được sử dụng vào năm 1986 [2]. Đây là loại thuốc nằm trong danh sách các
thuốc thiết yếu của Tổ chức Y tế Thế giới, tức là nhóm các loại thuốc hiệu quả
và an toàn nhất cần thiết trong một hệ thống y tế.
Trầm cảm là bệnh thường gặp ở phụ nữ vào giai đoạn sau khi sinh và có
thể dẫn đến những ảnh hưởng tiêu cực đến trẻ sơ sinh và gia đình của họ, ngoài
ra còn có khả năng gây ra bệnh tật cho người mẹ. Đã có rất nhiều phụ nữ bị
trầm cảm sau khi sinh con, được gọi là trầm cảm sau sinh [3]. Biểu hiện của
trầm cảm qua các giai đoạn được đặc trưng bởi một loạt các triệu chứng, chẳng
hạn như tâm trạng sa sút, mất hứng thú, cảm giác tội lỗi, mất năng lượng và có
thể có ý định tự tử. Cũng như ảnh hưởng đến người mẹ, trầm cảm sau khi sinh
có thể có những tác động tiêu cực đến trẻ sơ sinh và tác động lớn hơn là ở phạm
vi gia đình [4-5]. Những kết quả này có thể bao gồm các tác động tiêu cực đến
sự gắn bó giữa mẹ và trẻ sơ sinh, và ảnh hưởng đến sự phát triển cảm xúc hoặc
hành vi của trẻ [5].
Trầm cảm là một vấn đề liên quan trong chăm sóc ban đầu; nó gắn liền
với bệnh tật cá nhân, xã hội và kinh tế rõ rệt, và tạo ra những yêu cầu đáng kể
đối với các nhà cung cấp dịch vụ về khối lượng công việc. Phương pháp điều
trị chủ yếu là dùng thuốc hoặc tâm lý. Thuốc chống trầm cảm dùng để điều trị
các triệu chứng của bệnh trầm cảm, người ta nhận thấy rằng hiệu quả của chúng
tăng lên theo mức độ trầm trọng của bệnh trầm cảm. Tuy nhiên, có thể việc
giảm thiểu tiếp xúc với thuốc trong thai kỳ và các biện pháp can thiệp không
dùng thuốc có hiệu quả trong việc phòng ngừa và điều trị trầm cảm nhẹ đến
trung bình, sẽ giảm những rủi ro đáng kể đối với người mẹ, thai kỳ và thai nhi
hoặc trẻ sơ sinh.
Fluoxetine làm phát huy tác dụng chống trầm cảm bằng cách ức chế tái
hấp thu serotonin trong khớp thần kinh, bằng cách liên kết với bơm tái hấp thu
6
trên màng tế bào thần kinh để tăng tính khả dụng và tăng cường dẫn truyền thần
kinh [6].
Serotonin và norepinephrine, cả hai amin sinh học, đã được chứng minh
là có vai trò trong bệnh trầm cảm. Nồng độ serotonin thấp xuất hiện trong dịch
não tủy của bệnh nhân trầm cảm. Ngoài ra, số lượng điểm hấp thu serotonin
thấp hơn nằm trên tiểu cầu của bệnh nhân trầm cảm. Các thụ thể serotonin
5HT1A trước synap nằm trong nhân raphe ở lưng và chiếu đến vỏ não
trước. Fluoxetine phát huy tác dụng của nó bằng cách ngăn chặn sự tái hấp thu
serotonin vào tế bào thần kinh trước synap bằng cách ngăn chặn protein vận
chuyển tái hấp thu nằm ở đầu cuối trước synap. Fluoxetine cũng có hoạt tính
nhẹ ở các thụ thể 5HT2A và 5HT2C.
Fluoxetine có hoạt tính tối thiểu đối với tái hấp thu noradrenergic. Do khả
năng tái hấp thu serotonin, fluoxetine tạo ra tác dụng kích hoạt, và do thời gian
bán hủy dài của nó, tác dụng chống trầm cảm ban đầu xuất hiện trong vòng 2
đến 4 tuần. Chất chuyển hóa có hoạt tính của fluoxetine là norfluoxetine, được
tạo ra khi enzyme cytochrome P450 2D6 (CYP2D6) tác động lên nó. Điều
quan trọng là fluoxetine có một số tương tác thuốc - thuốc do sự chuyển hóa
của nó tại isoenzyme CYP2D6. Ngoài ra, norfluoxetine có thể có tác dụng ức
chế cytochrome P450 3A4 (CYP3A4). Cũng cần nhớ rằng fluoxetine có thời
gian bán hủy từ 2 đến 4 ngày, và chất chuyển hóa có hoạt tính của nó là
norfluoxetine có thời gian bán hủy từ 7 đến 9 ngày [7-8].
Fluoxetine được sử dụng lần đầu tiên cách đây hơn mười năm, và ngay
sau khi được giới thiệu, nó đã trở thành chất được kê toa nhiều nhất cho bệnh
trầm cảm ở nhiều quốc gia. Fluoxetine đã trở thành một phương pháp điều trị
thời thượng trong y tế, trở nên phổ biến trên các phương tiện truyền thông và
tin tức, và các nhà xã hội học mô tả nó như một hiện tượng 'dược phẩm tâm
thần xã hội', 'sự bùng nổ của Prozac' [9].
7
1.2 cAMP và cơ chế hình thành trong tế bào
1.2.1 cAMP và cơ chế hình thành trong tế bào
Cyclic adenosine monophosphate (cAMP, AMP vòng) là một phân tử tín
hiệu phổ biến trên tất cả các lĩnh vực của sự sống. Con đường tín hiệu cAMP
là một cơ chế điều hòa được bảo tồn cao. cAMP hiện diện ở tất cả các cơ quan
trong cơ thể và tham gia vào vô số các quá trình điều hòa của tế bào. Theo quan
niệm này, các chất kích thích ngoại bào được gọi là các chất truyền tin thứ nhất,
mà thông thường là các chất dẫn truyền thần kinh và hormone, và chúng có vai
trò biến đổi cấu trúc adenylyl cyclase (AC) để tạo ra cAMP [10].
Sự hình thành cAMP phụ thuộc vào thụ thể kết hợp protein G (G-protein
coupled receptors – GPCRs). Protein G là một protein heterotrimer, bao gồm
một họ protein được phân loại dựa vào cách nó liên kết với màng tế bào và cơ
chế hoạt hóa nó. Họ protein này giúp hoạt hóa enzyme adenylyl cyclases (ACs).
Adenylyl cyclases là các enzyme tạo ra cAMP, và do đó là thành phần quan
trọng của các con đường điều hòa và truyền tín hiệu cAMP.
cAMP được tạo thành bởi các adenylyl cyclases bằng cách chuyển hóa
ATP thành cAMP và pyrophosphat vô cơ. Hoạt động của ACs được điều chỉnh
bởi GPCRs thông qua hai phức hợp protein liên kết GTP (Guanosine-5'triphosphate ) dị phân tử là protein Gs và Gi. Kích hoạt các thụ thể liên kết với
protein Gs dẫn đến tăng hoạt động ACs và hình thành cAMP, trong khi kích
hoạt các thụ thể protein Gi dẫn đến ức chế ACs và giảm mức cAMP [10].
cAMP sau đó kích hoạt hoạt động của protein kinase A (PKA) biến thông tin
chức năng của cAMP thành các đáp ứng, như sự chuyển hóa năng lượng, sự
phiên mã gene và hoạt động của các kênh ion.
8
Hình 1.2. Tố chức và chức năng của lộ trình tín hiệu cAMP
Lộ trình tín hiệu cAMP điều khiển một lượng lớn các quá trình nội bào,
ví dụ như sau:
- cAMP có hoạt động kháng viêm mạnh bởi sự ức chế hoạt động của
macrophages và dưỡng bào (mast cell).
- Thụ thể melanocortin 4 (MC4Rs) trên neuron thứ hai (second-order) sử
dụng lộ trình tín hiệu cAMP để tổng hợp lên các yếu tố phiên mã hạ đồi
(hypothalamic transcription factor) single-minded 1 (Sim 1) làm giảm lượng
thức ăn đưa vào cơ thể và gây giảm cân.
- cAMP có vai trò trung gian đối với các hormone ưa lipid trong tế bào
mỡ vàng bằng cách hoạt hóa enzyme lipase nhạy cảm hormone (hormonesensitive lipase).
- Sự sinh nhiệt của tế bào mỡ nâu được điều hòa bởi hoạt động của
noradrenaline qua hoạt động của cAMP.
- Sự hoạt hóa Dopamine and cAMP regulated phosphoprotein 32 kDa
(DARPP-32) cùng phối hợp với hoạt động của lộ trình tín hiệu của dopamine
9
và glutamate trong neuron tủy trung gian (medium spiny neurons).
- Sự phân hủy glycogen cảm ứng adrenaline (adrenaline-induced
glycogenolysis) trong tế bào cơ xương phụ thuộc vào sự phosphoryl hóa của
protein kinase PKA.
- Sự hoạt hóa của các yếu tố phiên mã phụ thuộc AMP (The cAMP
response element binding protein - CREB) góp phần điều hòa sự tổng hợp
glucagon trong tế bào tụy.
1.2.2 Adenylate cyclase và vai trò trong sự hình thành tế bào
Adenylate cyclase (EC 4.6.1.1) hay còn gọi là adenylyl cyclase (hoặc
adenyl cyclase), là các enzyme quan trọng trong con đường cAMP được bảo
tồn về mặt tiến hóa cao, ACs kiểm soát sinh lý của tế bào, mô, cơ quan và sinh
vật về sức khỏe và bệnh tật. Để hiểu biết toàn diện về vai trò cụ thể của ACs
trong các quá trình sống này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cấu trúc và cơ chế
hoạt động của các enzyme này.
Adenylate cyclase (ACs) đóng vai trò quan trọng trong chuỗi truyền tín
hiệu từ bên ngoài tế bào vào trong tế bào chất. Khi nhận được tín hiệu truyền
từ protein G (protein G nhận tín hiệu từ thụ thể), ACs sẽ thực hiện chức năng
xúc tác quá trình chuyển hóa adenosine triphosphate (ATP) thành adenosine
monophosphate mạch vòng (cAMP) và pyrophosphate (PPi). Sản phẩm của
adenylyl cyclase, cAMP, là một mắt xích quan trọng trong quá trình truyền tín
hiệu nội bào, được xem như là chất truyền tín hiệu thứ hai trong tế bào.
Các AC trong thế giới của sự sống bao gồm sáu lớp riêng biệt (lớp I – VI).
Sáu lớp này có ở sinh vật nhân sơ, nhưng bộ gene của động vật có vú chỉ mã
hóa các AC lớp III. Mặc dù có sự khác biệt sâu sắc về cấu trúc và tổ chức miền,
sáu lớp AC có chức năng rất giống nhau, xúc tác chuyển đổi phân tử ATP thành
cAMP.
10
Hình 1.3. Các cấu trúc đại diện của AC
(a) Cấu trúc tinh thể của nhân tố phù nề AC anthrax cấp II cho thấy các gốc quan
trọng liên quan đến liên kết và xúc tác ATP thành cAMP.
(b) Kiến trúc vị trí hoạt động của AC hòa tan ở người (AC10) với sự hiện diện của
chất tương tự ATP và các ion kim loại hóa trị hai.
(c) Cấu trúc tia X của AC cấp IV từ Yersinia pestis, liên kết với chất tương tự ATP.
Mặc dù có sự khác biệt đáng kể về các nếp gấp cấu trúc, các AC này có thể duy trì các cấu
hình vị trí hoạt động tương tự liên quan đến các gốc axit để điều phối các ion kim loại hóa
trị hai và các gốc cơ bản để ổn định ATP tích điện âm trong túi xúc tác.
Sáu lớp adenylyl cyclase (AC) khác nhau được phân bố khắp vi khuẩn,
vi khuẩn cổ và eukaryote; các lớp này không liên quan về trình tự và cấu trúc
nhưng tất cả đều tạo ra cAMP là kết quả của quá trình tiến hóa [11]. Ở động
vật có vú, AC bao gồm 10 loại: 9 loại trong số đó là đính trên màng nên gọi là
AC màng, loại thứ 10 tan trong bào tương nên gọi là AC hòa tan.
- Xem thêm -