Hình ảnh 3D đầu tiên của một phân tử khổng lồ

Ông là chủ nhiệm Khoa Hóa sinh tại trường Đại học Julius-Maximilian's Würzburg (JMU), lần đầu tiên ông phát hiện ra phân tử này trong quá trình tìm nguyên nhân gốc rễ của bệnh teo cơ tủy sống. Như các nhà khoa học đã phát hiện ra cách đây vài năm, căn bệnh này là do thiếu phức hợp SNM.

Nhóm nghiên cứu của Fischer hiện đã thành công trong việc trình bày mô hình 3D đầu tiên của toàn bộ phức hợp SNM. Khi đã biết cấu trúc của phức hợp, chúng ta có thể hiểu được cách thức hoạt động của phức hợp này và nguyên nhân chức năng của nó bị mất dẫn đến teo cơ. Các nhà khoa học đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nghiên cứu Axit Nucleic. Tạp chí coi đây là một "Bài báo đột phá".

Những phát hiện mới này nhờ một phương pháp tiếp cận cấu trúc-sinh học tích hợp kết hợp các công nghệ sinh hóa, di truyền và lý sinh.

Độ phân giải lên đến một phần triệu milimet

Fischer cho biết: “Có thể thực hiện việc phân tích cấu trúc của các phân tử lớn và phức tạp đến từng chi tiết nguyên tử nhờ 'cuộc cách mạng phân giải', chủ yếu do sự phát triển của kính hiển vi điện tử lạnh mang lại. Tuy nhiên, khó khăn duy nhất của công nghệ này là thực tế nó hoạt động tốt nhất trên các cấu trúc cứng không ít thì nhiều và ít phần linh hoạt.

Thật đáng tiếc, có nhiều thực thể phân tử không được hợp nhất như vậy, bao gồm cả phức hợp SMN. Fischer nói: “Phức hợp này vô cùng quan trọng đối với các tế bào của chúng ta vì nó hỗ trợ việc hình thành các cỗ máy phân tử cần thiết cho sự biểu hiện gen của chúng ta. Tuy nhiên, để phục vụ chức năng của nó trong tế bào, nó phải có tính linh hoạt và năng động cao. Do đó, cho đến nay việc phân tích cấu trúc bằng các phương pháp truyền thống là không thể. Sự kết hợp của các phương pháp khác nhau chính là chìa khóa thành công.

Vì vậy, Fischer và nhóm của ông đã chọn một phương pháp thay thế, ông giải thích: "Điểm khởi đầu của chúng tôi là hợp tác với nhóm của Tiến sĩ Rémy Bordonné từ Montpellier tại Pháp, cho phép chúng tôi xác định phức hợp SMN của nấm men Schizosaccharomyces pombe". Phức hợp này phù hợp một cách lý tưởng để phân tích cấu trúc tích hợp vì nó bao gồm ít thành phần riêng lẻ hơn so với bản đối chiếu của con người và có hành vi thể hiện tính năng động kém hơn.

Fischer nói về phương pháp tiếp cận của các nhà khoa học: “Trong bước đầu tiên, chúng tôi đã hình dung bằng phân tích nhiễu xạ tia X, các phần riêng lẻ quan trọng để giữ phức hợp lại với nhau. Trong bước thứ hai, chúng biểu thị đặc điểm toàn bộ phức hợp và các bộ phận của chúng bằng phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ. Phương pháp này cũng cung cấp thông tin về hành vi thể hiện tính năng động của các phần chưa mở ra của khối phức hợp. Song song đó, tái tạo các phần bị thiếu bằng phương pháp thông tin sinh học được gọi là mô hình tương đồng 3D.

Sự kết hợp giữa các phương pháp cấu trúc-sinh học khác nhau này sẽ trở nên quan trọng trong tương lai vì nó tạo ra những kết quả chưa từng đạt được trước đây — đó là hy vọng của Tiến sĩ Clemens Grimm. Ông là người dẫn dắt nhóm "Phân tích cấu trúc" thuộc bộ phận của Fischer, và đã đóng góp vào công trình nghiên cứu được công bố gần đây. Mô hình SMN giống như một con bạch tuộc với những xúc tu linh hoạt

Kết quả là mô hình của toàn bộ phức hợp SMN đã đưa ra một lời giải thích tuyệt vời về chức năng của nó. Tương tự như một con bạch tuộc, "cơ thể" trung tâm của phức hợp có một số "xúc tu" dài và rất linh hoạt, cho phép phức hợp nắm bắt các protein và lắp ráp chúng, cùng với các phân tử sinh học khác, thành những cỗ máy phân tử.

Mô hình cũng cung cấp cái nhìn sâu sắc về các quá trình dẫn đến teo cơ tủy sống. Nghiên cứu sinh tiến sĩ Jyotishman Veepaschit của nhóm Fischer, người đã thực hiện các thử nghiệm của nghiên cứu này cùng với đồng nghiệp Aravindan Viswanathan, giải thích: “Các đột biến gây ra bệnh này tập trung ở trung tâm cơ thể. Chúng ngăn cản sự phát triển đầy đủ của phức hợp, khiến nó không thể thực hiện chức năng của mình trong tế bào.

Trương Tố Quyên dịch     

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ