Chất dinh dưỡng nuôi tế bào của chúng ta đến đích, các protein được nhúng trong màng tế bào thường phải vận chuyển những gì cần thiết qua ngưỡng. Khi hệ thống này bị hỏng và các chất chuyển hóa không đến được đích, tác động đối với sức khỏe con người có thể từ các bệnh hiếm gặp đến thoái hóa thần kinh đến ung thư. Do đó, hiểu rõ hơn về cách thức các chất chuyển hóa xâm nhập vào tế bào có thể mở ra cơ hội cho các liệu pháp điều trị các bệnh liên quan đến vận chuyển chất chuyển hóa.
Nhưng việc kết hợp protein nào vận chuyển chất dinh dưỡng nào đã được chứng minh là khó—cho đến nay, khoảng 30% protein vận chuyển vẫn chưa được ánh xạ trở lại chất dinh dưỡng của chúng. Giờ đây, một nghiên cứu mới cho thấy protein chịu trách nhiệm vận chuyển choline vào trong tế bào. Các phát hiện, được công bố trên tạp chí Cell Metabolism, có thể có ý nghĩa ngay lập tức đối với những người mắc chứng mất điều hòa cột sống sau với bệnh viêm võng mạc sắc tố (PCARP), một căn bệnh do đột biến protein vận chuyển này gây ra.
Timothy Kenny, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Kivanc Birsoy tại Rockefeller cho biết: “Bạn có thể mua choline bổ sung không cần kê đơn – nó dễ dàng được sử dụng và bệnh nhân có thể dung nạp được ở mức độ khá cao”. “Những phát hiện của chúng tôi có thể dễ dàng áp dụng vào phòng khám.”
Kết quả cũng có thể mở đường cho những khám phá tiếp theo giúp loại bỏ hoạt động bên trong của các protein vận chuyển khác và các bệnh có liên quan đến rối loạn chức năng của chúng. Birsoy nói: “Toàn bộ nghiên cứu là một bằng chứng về khái niệm. “Bằng cách xác định một cách có hệ thống cái gọi là protein vận chuyển ‘mồ côi’, chúng ta có thể giải quyết những bí ẩn không chỉ trong sinh học con người mà còn cả sức khỏe con người.”
Một chất chuyển hóa trong đống cỏ khô
Có khoảng 5.000 chất chuyển hóa khác nhau trong máu người và các nhà khoa học vẫn chưa biết có bao nhiêu trong số chúng xâm nhập vào tế bào. Quyết tâm thay đổi điều đó, Birsoy, Kenny và các đồng nghiệp bắt đầu điều tra các protein vận chuyển. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một cách tiếp cận rộng rãi độc đáo cho vấn đề và tìm kiếm rất nhiều nghiên cứu về mối liên hệ lập bản đồ giữa các chất vận chuyển và chất chuyển hóa trên toàn bộ bộ gen của con người. Tạo ra một loại quả có lỗ lưới rộng, và một chất chuyển hóa—choline—được chứng minh là có liên kết rất mạnh với một loại protein vận chuyển qua màng được gọi là FLVCR1.
Birsoy cho biết: “Trong dữ liệu của chúng tôi, người ta thực sự có thể rút ra nhiều protein vận chuyển được liên kết với các chất chuyển hóa cụ thể. “Chúng tôi chọn tập trung vào choline vì nó có tín hiệu mạnh nhất.”
Choline cũng là một lựa chọn hấp dẫn vì có rất nhiều bệnh liên quan đến sự thiếu hụt của nó. Birsoy nói: “Choline là thành phần chính của màng tế bào và chất dẫn truyền thần kinh, vì vậy nó rất quan trọng về mặt sinh học và sự thiếu hụt choline cũng liên quan đến rối loạn phổ rượu ở thai nhi, thoái hóa thần kinh, bệnh gan và một số bệnh ung thư.
Thực tế là các nghiên cứu trước đây đã ghi nhận mối liên hệ giữa các đột biến FLVCR1 và PCARP (dẫn đến các vấn đề về thị lực, yếu cơ và khó định hướng trong không gian) chỉ làm cho nhóm cảm thấy rằng họ đã đạt được khả năng ghép đôi có ý nghĩa quan trọng.
Xác nhận chất cholin
Birsoy và các đồng nghiệp sau đó đã tiến hành một loạt thí nghiệm để chứng minh chắc chắn rằng FLVCR1 thực sự là chất vận chuyển đang được đề cập. Họ phát hiện ra rằng những con chuột không có FLVCR1 chết trong tử cung (nhưng sống lâu hơn nếu được choline bổ sung) và tế bào người thiếu gen tạo ra FLVCR1 không chỉ thiếu choline mà còn có thể điều chỉnh quá trình trao đổi chất của chúng bằng gen tương đương ở ruồi—a chứng minh mức độ cơ bản của gen đối với sự sống.
Hơn nữa, thí nghiệm với phôi chuột đã cung cấp bằng chứng rằng đột biến FLVCR1 có thể được điều trị bằng choline bổ sung. Nếu điều đó xảy ra ở người, điều đó có nghĩa là việc cung cấp choline bị thiếu cho bệnh nhân PCARP thông qua một chất bổ sung chế độ ăn uống có thể hợp lý hơn là cố gắng sửa chữa chất vận chuyển lẽ ra phải đưa choline vào tế bào của họ.
Kenny nói: “Các nhà khoa học biết rằng PCARP được liên kết với FLVCR1, nhưng họ không biết rằng FLVCR1 được liên kết với choline, vì vậy việc cung cấp choline bổ sung cho bệnh nhân PCARP thậm chí còn không được xem xét. “Đây là một ví dụ về cách sinh học cơ bản cho phép chúng ta thiết kế các liệu pháp hợp lý.” Trong khi đó, phòng thí nghiệm Birsoy dự định sử dụng phương pháp được mô tả trong nghiên cứu này để xác định các mối liên hệ bí ẩn hơn giữa các chất chuyển hóa và chất vận chuyển.
Birsoy nói: “Do nhiều người vận chuyển có liên quan đến bệnh tật và mục tiêu ma túy, việc xác định những người vận chuyển này là ưu tiên hàng đầu. “Bây giờ chúng tôi đã nghĩ ra một chiến lược quan trọng để thực hiện điều này.”
Xem thêm:
Những điều cần biết về Arcturus, một biến thể mới của coronavirus mà WHO đang theo dõi