Phương pháp mới cho thấy protein của Parkinson làm hỏng màng tế bào

Ở những người mắc bệnh Parkinson, các khối α-synuclein (alpha-synuclein), đôi khi được gọi là 'protein Parkinson', được tìm thấy trong não. Chúng phá hủy màng tế bào, dẫn đến chết tế bào. Giờ đây, một phương pháp mới được phát triển tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển cho thấy thành phần của màng tế bào dường như là một yếu tố quyết định làm thế nào một lượng nhỏ α-synuclein gây ra tổn thương.

Bệnh Parkinson là một tình trạng bệnh không thể chữa được, trong đó các tế bào thần kinh, tế bào thần kinh của não, dần dần bị phá vỡ và các chức năng của não bị phá vỡ. Các triệu chứng có thể bao gồm sự run không kiểm soát của cơ thể, và căn bệnh này có thể gây đau đớn. Để phát triển các loại thuốc làm chậm hoặc ngăn chặn căn bệnh này, các nhà nghiên cứu cố gắng tìm hiểu các cơ chế phân tử đằng sau cách thức α-synuclein góp phần vào sự thoái hóa của các tế bào thần kinh.

Người ta biết rằng ty thể (một bào quan với màng kép hiện diện ở tất cả các sinh vật nhân thực), các khoang sản sinh năng lượng trong các tế bào bị tổn hại bởi bệnh Parkinson, có thể là do 'amyloids' của α-synuclein. Amyloids là các nhóm protein được sắp xếp thành các sợi dài với cấu trúc lõi, và sự hình thành của chúng làm cơ sở cho rối loạn thoái hóa thần kinh. Amyloids hoặc thậm chí các nhóm α-synuclein nhỏ hơn có thể liên kết và phá hủy màng ty thể, nhưng các cơ chế chính xác vẫn chưa được biết.

Nghiên cứu mới, được công bố gần đây trên tạp chí PNAS, tập trung vào hai loại túi giống như màng khác nhau, đó là "viên nang" của lipid có thể được sử dụng như tấm màng được tìm thấy trong các tế bào. Một trong những túi được làm từ lipit thường được tìm thấy trong các túi synap, cái còn lại chứa lipit liên quan đến màng ty thể.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra protein của Parkinson sẽ liên kết với cả hai loại túi, nhưng chỉ gây ra thay đổi cấu trúc cho các túi giống như ty thể, làm biến dạng không đối xứng và rò rỉ phân lượng của chúng.

“Bây giờ chúng tôi đã phát triển một phương pháp đủ nhạy để quan sát cách thức α-synuclein tương tác với các túi mô hình riêng lẻ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã quan sát thấy α-synuclein liên kết và phá hủy màng giống như ty thể, nhưng không có sự phá hủy màng của các túi giống như synap. Tổn thương xảy ra ở nồng độ nano cực thấp, trong đó protein chỉ hiện diện dưới dạng monome - protein không tổng hợp”, Pernilla Wittung-Stafshede, Giáo sư Sinh Hóa thuộc Khoa Sinh học và Kỹ thuật Sinh học cho biết.

Phương pháp mới của các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers cho phép nghiên cứu một lượng nhỏ các phân tử sinh học mà không cần sử dụng huỳnh quang. Đây là một lợi thế lớn khi theo dõi các phản ứng tự nhiên, vì các dấu hiệu thường ảnh hưởng đến các phản ứng bạn muốn quan sát, đặc biệt là khi làm việc với các protein nhỏ như α-synuclein.

Pernilla Wittung-Stafshede cho rằng, sự khác biệt hóa học giữa hai loại lipit được sử dụng là rất nhỏ, nhưng vẫn quan sát thấy sự khác biệt đáng kể về cách thức α-synuclein ảnh hưởng đến các túi khác nhau.

“Chúng tôi tin rằng lipid không phải là yếu tố quyết định duy nhất, mà còn có sự khác biệt về vĩ mô giữa hai màng - chẳng hạn như động lực học và tương tác giữa các lipid. Không ai thực sự nhìn kỹ vào những gì xảy ra với màng tế bào khi α-synuclein liên kết với nó, và không bao giờ ở những nồng độ thấp này”.

Bước tiếp theo của các nhà nghiên cứu là nghiên cứu các biến thể của protein α-synuclein với các đột biến liên quan đến bệnh Parkinson và điều tra các túi lipid giống với màng tế bào.

“Chúng tôi cũng muốn thực hiện các phân tích định lượng để hiểu, ở mức độ cơ học, làm thế nào các protein riêng lẻ tập hợp trên bề mặt của màng có thể gây ra tổn thương”, Fredrik Höök, Giáo sư tại Khoa Vật lý, người cũng tham gia nghiên cứu cho biết.

“Tầm nhìn của chúng tôi là tiếp tục tinh chỉnh phương pháp để có thể nghiên cứu không chỉ các túi nhỏ cỡ 100 nanomet mà còn theo dõi từng protein một, mặc dù chúng chỉ có kích thước 1-2 nanomet. Điều đó sẽ giúp chúng tôi làm sáng tỏ các biến đổi nhỏ trong tính chất của màng lipid góp phần tạo ra phản ứng khác nhau như thế nào đối với liên kết protein như chúng ta quan sát hiện nay”.

Thông tin về phương pháp

Màng Vesicle được quan sát bằng cách đo sự tán xạ ánh sáng và huỳnh quang từ các túi liên kết với bề mặt - và theo dõi sự thay đổi khi nồng độ thấp của α-synuclein được thêm vào.

Sử dụng độ phân giải không gian cao, liên kết protein dẫn đến cấu trúc của các túi, có thể được theo dõi trong thời gian thực. Bằng một lý thuyết mới, những thay đổi cấu trúc trong màng có thể được giải thích về mặt hình học.

Dự án nghiên cứu chủ yếu được tài trợ bởi Khu vực nâng cao về kỹ thuật y tế tại Đại học Công nghệ Chalmers và các khoản tài trợ học thuật từ Quỹ Knut And Alice Wallenberg. Chuyên môn của các nhà nghiên cứu về protein, màng lipid, kính hiển vi quang học, phân tích lý thuyết và thiết kế cảm biến từ phòng sạch của Chalmer là rất quan trọng cho dự án này.

Phương pháp trong nghiên cứu do  Bjorn Agnarsson (trong nhóm của Fredrik Höö) phát triển, isử dụng cảm biến ống dẫn sóng quang được chế tạo với sự kết hợp giữa polymer và thủy tinh. Kính cung cấp các điều kiện tốt để hướng ánh sáng đến bề mặt cảm biến, trong khi polymer đảm bảo ánh sáng không bị tán xạ và gây ra các tín hiệu nền không mong muốn.

Sự kết hợp giữa dẫn truyền ánh sáng tốt và giao thoa nền thấp giúp xác định các túi lipid riêng lẻ và theo dõi bằng kính hiển vi động lực học khi chúng tương tác với môi trường - trong trường hợp này là protein được thêm vào.

Hoàng Nam dịch

Theo Laboratory News