TCNCYH 36 (3) - 2005 Giải thong Nobel về hoá học năm 2004 (Nobel Prize in chemistry 2004) GS. Vũ Triệu An Bộ môn Miễn dịch Sinh lý bệnh Trờng Đại học Y Hà Nội (Mặc dù đây là một giải thuởng thuộc lãnh vực Hoá học hay nói cho đúng hơn là về Hóa sinh nên có liên quan nhều đến Sinh học và đặc biệt đã đợc nói đến từ lâu trong miẽn dịch học và đã có ứng dụng trong y học cho nên chúng tôi viết bản tổng quan ngắn này để chia se cùng bạn đọc thích những kiến thức mới.) Ngày 6 tháng 10 Viện Hàn lâm khoa học Vơng quốc Thuy điển đã công bố giải thởng Nobel hoá học cho năm 2004 vè những công trình phát hiện ra sự thoái hoá protein qua trung gian ubiquitin dành cho 3 nhà bác học : Aaron Ciechanover, Avram Hershko, ngời Do Thái làm việc tại Technion, Viện kỹ thuật Israel, và Irwin Rose ngời Mỹ Mỹ tại Đại học California Irvine Aaron Ciechanover sinh năm 1947 tai Haifa, Israel , tiến sĩ y khoa 1981, giáo s Sinh hoá viện Technion và Giám độc Viện nghiên cứu Gia đình Rappaport tại Haifa Avram Hershko sinh năm 1957 tai Karcag, Hung, di c sang học y ở Jerusalem đỗ tién sĩ năm 1969 rồi về làm giáo s cùng chỗ với Aaron Irwin Rose sinh năm 1926 tại Nữu Ước Nỹ , tiến sĩ y năm 1952 tại Chicago, chuyên viên khoa Sinh lý và Ký sinh trùng Khoa y Đai học Irvine California Chất ubiquitin đã đợc phân lập từ tuyến ức (Goldstein 1975) là một protein gồm 76 acid amin mà trình tự đã đợc xác định. Do thấy hay kết hợp với chất histon (Hunt và Dayhoff 1977) ở nhân tế bào nên đã có giả định nó tham gia vào sự biệt hoá của tế bào lymphô ở tuyến ức nhng nh thế nào thì cha ai biết. Quá trình giáng hoá protein ngoài tế bào là do protein bị phá vỡ thành các acid amin cấu thành bởi enzym tiêu đạm nh trypsin đã đợc biết từ lâu, nhất là trong sinh lý học tiêu hoá. Quá trình này không đòi hỏi cung cấp năng lợng nhng phải trong môi trờng acid. Bên trong tế bào, quá trình xấy ra trong môI trờngpH sinh lý nhng lại cần đợc cung cấp năng lơng từ ATP (Símpson 1953). Sự khác biệt ấy đã đợc các nhà bác học nói trên bắt tay vào nghiên cứu . Lý thú hơn nữa là phần lớn công trinh của họ đã đợc tiến hành trong những năm nghỉ chế độ (sabbat year 1 ) tại phòng thí nghiệm của Irwin Rose tại Đại học California. Cũng phaỉ kể đến công trớc đó của Etlinger và Goldberg (1977) đã xây dựng đợc một 1 1 Theo chế độ thực hiện ở nhiều nớc tiên tiến, các giáo s làm nghiên cứu cứ 7 năm đợc nghỉ hẳn một năm mà vẫn hởng lơng và muốn làm gì tuỳ ý. Thờng để có thêm kiến thức cũng nh phơng pháp làm việc và kể cả thêm thu nhập , họ hay dành năm đó mà viết sách hoặc xin đến làm việc tạị một labo có tiéng để học hỏi thêm những ý kiến mới, phơng pháp làm việc, tổ chức nghiên cứu TCNCYH 36 (3) - 2005 hệ thống thực nghiệm không tế bào vẫn gây thoái hoá protein nhng lại phụ thuộc vào ATP ở pH 7,8 ; đó là chất lysa hồng cầu mạng thỏ. Bằng nhiều kỹ thuật khác nhau (sắc ký, tủa, đánh dấu phóng xạ, xác định trình tự acit amin) qua nhiều công trình công bố, bớc đầu các ông đã phát hiện trong những lysa khác nhau muốn có sự phá huỷ protein phụ thuộc ATP thì phải có 3 yếu tố cùng kết hợp, để riêng không hoạt động : một bền nhiệt tạm gọi APF1 (active principle of fraction 1) (sau đợc xác định chính là ubiquitin), trong 2 cái kia không chịu nhiệt thì một là enzym tách ubiquitin ra khỏi protein (deamidáe) và một chứa tới 3 enzym E1, E2 và E3 liên kết ubiquitin vơi protein đích sẽ bị phá. Hơn nữa các ông lại thấy ubiquitin có thể kết hợp với rất nhiều protein cần phá huỷ khác nhau có trong lysa và ngợc lại cũng cùng một protein cần phá huỷ lại kết hợp với nhiều phân tử ubiquitin. Ubiquitin có một trình tự acid amin rất bền vững trong mọi tế bào có nhân ở các sinh vật khác nhau cho nên suy ra là quá trình phân giải protein qua ubiquitin phụ thuộc ATP có một tầm quan trọng chung rất lớn trong sinh học.Cơ chế hoạt động của ubiquitin ( sẽ viết tắt là U) trong giáng hoá protein phụ thuộc ATP có thể tóm tắt qua các bớc trong hình sau 1: - Enzym E1 (ubiquitin activating enzym) đầu tiên hoạt hoá ubiquitin, cần năng lợng của ATP cho quá trình adenyl hoá này tạo ra phức hợp U-E1 -U đợc giao chuyển sang enzym E2 (ubiquitin cọnjugating enzym) cho U-E2 - Enzym E3 (ubiquitin protein ligase) làm nhiệm vụ nhận ra protein đích cần phá, và với sự có mặt U-E2 cận kề, U rời E2 chuyển sang gắn lên protein đích và E3 sẽ rời phức hợp ubiquitin-protein đích. Bứoc này đợc nhắc lại nhiều lần trên cùng một protein đích cho đến khi thành một chuỗi ubiquitin -Chính chuỗi ubiquitin ấy là tín hiệu cho proteasom mở kênh, kéo dãn protein đích, nhập nó vào bên trong còn ubiquitin đợc giải phóng nhờ một enzym isopeptidase của protéasom và tái sử dụng. Proteasom là những cơ quan tử có cả trong nhân lẫn nguyên sinh chất làm nhiệm vụ phá protein đã đợc đa vào thành những peptid có 7-8 acid amin. Sau Findley (1989) lại phát hiện ra có protein nh các rêxepto màng, chỉ liên kết với một phân tử ubiquitin nên không bị phá vỡ mà lại đợc đa nguyên vẹn vào 2 TCNCYH 36 (3) - 2005 bên trong ribosom có nghĩa là ubiquitin còn tham gia vào trong quá trinh nhập vào nội bào (endocytosis). Sau khi cơ chế hoạt động của ubiquitin đợc làm sáng tỏ thì nhiều công trình của các labo nghiên cứu khác đã bổ sung thêm để làm rõ chức năng sinh học của chất này cụ thể có ứng dụng chính trong lĩnh vực sinh y học nh sau. Về mặt sinh học ubiquitin giữ vai trò quan trọng trong điều hoà chu trình phân bào. Một nhóm nhà nghiên cứu Nhật bản nhận thấy trong phân bào có một giai đoạn nhiễm sắc thể bị cô lại, Masa-atsu Yamada cho là có phosphoryl hoá histone. Ông đã tạo ra đợc một dòng tế bào đột biến ts85, chỉ hoàn tất chu trình phân bào ở một nhiệt độ thích hợp. Ơ nhiệt độ khác nó ngừng lại ở thới kỳ G 2 . Marunouchi đã chứng minh đó là do đột biến nên histon không kết với ubiquitin vì thiếu enzym E1. Một trong những cyclin điều hoà chu trình phân bào ở nấm men là Cdc34, một biến thể trong tiến hoá của enzym E2. Rồi gần đây E3 cũng đợc thấy tham gia trong thời kỳ tách nhiễm sắc thể khi phân bào. Suy ra nếu sự tách biệt các nhiễm sắc thể mà bị rối loạn thì có thể xẩy ra sự chuyển sai nhiễm sắc thể nh ta thấy trong hội chứng Down có 3 nhiễm sắc thể 21. Phần lớn các tế bào ung th thấy có thay đổi NST có thể là do cơ chế có rối loạn trong hệ thông ubiquitin. Ubiquitin thuộc họ protein chấn động (stress proteines) nh protein sốc nhiệt (heat shock proteines) mà cơ thể sản xuất nhằm loại trừ những protein lạ qua đáp ứng miễn dịch hay những protein của bản thân nhng bị h hại cần đợc đào thải. Đầu tận cùng C của ubiquitin đa dạng, là nơi kết hợp nhờ nhận biết vùng kỵ nớc của protein đích, bình thờng đợc dấu kín bên trong thờng bị lộ ra khi có h hại. Trong đáp ứng miễn dịch hệ thống ubiquitin-proteasom cồn làm nhiệm vụ sử lý kháng nguyên để trình diện chúng trên các phân tử màng của phức hợp hoà hợp mô. Còn khi rêxepto màng tế bào nhận liên phối tử tơng ứng sẽ hoạt hoá hệ thống tín hiệu thứ hai, phosphoryl hoá cấu thành IB của liên kết IB-NF-B trong chất nguyen sinh, IB bị tiêu do hệ thống ubiquitin, NF-B giải phóng đi vào trong nhân hoạt hoá sự biểu lộ các gen cần thiết. Trong ung th học hiện nay hay nói đến p53 (do gen p53 mã) một yếu tố sao mã tham gia vào điều hoà chu trình tế bào. Nó đợc biểu lộ nhiều khi tế bào bị chấn động có thể cấu trúc ADN bị thay đổi ( nh tia xạ, hoá chất ). Khi ấy nó bị phosphoryl hoá không tơng tác với phức hợp có E3 gọi là Mdm2, và nồng độ tăng tại chỗ làm ngừng chu trình tế bào ở G 1 nhằm sửa chữa chỗ bị h hại. Nếu h hại quá lớn không sửa chữa nổi thì hớng tế bào chết theo chơng trình. Tới 50% ung th có đột biến p53 mã cho một protein không bình thờng nên bị hệ thống ubiquitin tiêu huỷ. Tế bào không còn ngời bảo vệ nữa sinh ra ác tính. Nh vậy E3 của phức hợp ubiquitin có ảnh hởng tới P53 và có thể là một nguyên nhân sinh ung th 2 ví dụ về p53 và NF-B cho thấy hệ thống tiêu protein qua ubiquitin hay đi kèm với phosphoryl hoá, làm nhiệm vụ đièu hoà quá trình sao mã bằng cách kiểm soát tính vững bền của các yếu tố sao mã khác nhau. 3 TCNCYH 36 (3) - 2005 Hiện nay hệ thống ubiquitin đang là mục tiêu nghiên thuốc nhằm chữa bệnh. Cơ sở lý luận là tìm cách ngăn cản hay tăng cờng hệ thống tiêu protein qua ubiquitin ví dụ nh tiêu diệt những protein không bình thờng sinh bệnh. Một chất ức chế proteasom mang tên Velcade đang đợc thử để chữa bệnh ác tính myelom, có nhiều triển vọng Tài liệu tham khảo 1. Nobel Prize in Chemistry 2004. Press Rlease The Royal Swedish Academy of Scences 6/10/2004 2. Lars Thelander. Ubiquitin mediated proteolysis. Information Department. The Royal Swedish Academy of Scences 6/10/2004 3. An-Vu-Trieu & J.C.Homberg. 2001. Vai trò của các phân tử HLA lớp I. trong Miễn dịch học tr. 136-37. NXBYH Hà nội 4. Revillard J.P. Immunologie. 1998. De Boeck Universite 3eme edition 4 . (3) - 2005 Giải thong Nobel về hoá học năm 2004 (Nobel Prize in chemistry 2004) GS. Vũ Triệu An Bộ môn Miễn dịch Sinh lý bệnh Trờng Đại học Y Hà Nội. Hàn lâm khoa học Vơng quốc Thuy điển đã công bố giải thởng Nobel hoá học cho năm 2004 vè những công trình phát hiện ra sự thoái hoá protein qua trung