Category Archives: Dược lý học

BẢN ĐỒ LIPID CỦA TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

CHÚNG TA ĐANG Ở ĐÂU TRONG HIỂU BIẾT VỀ SINH GIỚI?

Hình 20.1: Sự “tiến hóa” từ “genomics” đến lipidomics xuyên suốt qua proteomics và metabolomics. Genomics: Bản đồ hóa toàn bộ DNA và RNA. Proteomics: Xác định, giải trình tự và phân loại chức năng của protein.Metabolomics: Phân tích toàn bộ các quá trình chuyển hóa ở các điều kiện cho sẵn. Lipidomics: Phân tích một cách có hệ thống và sự phân loại của toàn thể lipid trong cơ thể và sự tương tác của nó. TLC: thin-layer chromatography; HPLC: High-performance liquid chromatography; GC: Gas chromatography; ESI-tandem MS: Electrospray ionization-tandem mass spectroscopy; MALDI-TOF: Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-light mass spectroscopy; NMR: Nuclear magnetic resonance.

Ngày nay, khi mà công nghệ phát triển (đặc biệt là ứng dụng phổ khối và khả năng mô hình hóa của tin sinh học) người ta đã phát hiện trong tế bào sống hàng nghìn loại lipid khác nhau. Để trả lời cho câu hỏi các loại lipid này có vai trò như thế nào đối với sự sống của tế bào, người ta đã xây dựng thành một hệ thống tiếp cận hoàn chỉnh, gọi là lipid học tế bào (cellular lipidomics). Nhằm xác định được cân bằng nội môi của lipid và quá trình nhiệt động học của nó, chúng ta phải  hiểu rõ sự chuyển hóa lipid, quá trình vận chuyển chúng xuyên qua các loại màng khác nhau, các phân tử đóng vai trò sensor hay effector,… Và để đạt được tất cả những điều đó, chúng ta còn cần phải hiểu rõ tính chất vật lí của các hỗn hợp lipid, hiệu ứng hóa học của nó đến các protein lân cận cả về cấu trúc lẫn chức năng. Cuối cùng, quan trọng hơn cả là xác định cho được chuyển hóa lipid đóng vai trò quan trọng như thế nào trong hệ thống tín hiệu của tế bào, hiểu được tổng hòa các mối quan hệ giữa chúng và các thụ thể, các protein đặc biệt trên màng tế bào, các túi tiết có bản chất lipid,… Đây là cách tiếp cận sinh học một cách căn bản, lập luận từ những bằng chứng có thật và định lượng hóa chúng – nhằm mục đích cuối cùng là nhất quán với quan niệm hiện nay về sinh học: Sinh học hệ thống (systems biology).

SƠ LƯỢC VỀ SỰ HÌNH THÀNH BÀO QUAN

Hầu hết các bào quan không thể được tạo mới hoàn toàn không có kế thừa: Chúng cần thông tin trong chính bào quan.

Hình 20.2: Tỉ lệ phân bố một số lipid trong các bào quan.

Khi tế bào phân chia, nó phải sao chép các bào quan. Nói chung, tế bào thực hiện điều này bằng cách kết hợp những phân tử mới vào bào quan có sẵn, sau đó làm tăng kích thước bào quan, tiếp đến, bào quan phân chia và phân phối cho hai tế bào con. Vì vậy, mỗi tế bào con thừa hưởng 1 hệ thống màng nội bào hoàn chỉnh từ tế bào mẹ. Sự thừa hưởng này là cần thiết vì 1 tế bào không thể tạo những cấu trúc màng nội bào từ hư vô. Nếu lưới nội chất bị xóa bỏ hoàn toàn khỏi 1 tế bào, làm thế nào tế bào có thể tái tạo lại được? Những protein màng tạo nên màng của lưới nội chất và thực hiện những chức năng của lưới nội chất thực chất cũng do lưới nội chất tạo ra. Lưới nội chất mới không thể tạo ra mà không có một lưới nội chất sẵn có, hay ít nhất là một màng đặc thù chứa các bơm chuyển vị protein cần để đưa protein từ tế bào chất đi vào lưới nội chất (các protein này bao gồm cả các bơm chuyển vị đặc hiệu.) Điều này cũng đúng với ty thể và lạp thể.

Hình 20.3: Cấu trúc của các glycero-phosphate lipid.

Do đó, có lẽ thông tin cần cho việc tạo một bào quan không chỉ nằm trên đoạn DNA mã hóa protein đặc trưng của bào quan. Thông tin ít nhất ở dạng 1 phân tử protein đặc trưng tồn tại trước đó trên màng bào quan cũng rất cần thiết, và thông tin này được chuyển từ tế bào ban đầu đến các thế hệ sau dưới hình thức bào quan. Có lẽ, thông tin đó cần cho việc truyền thừa các cấu trúc dưới tế bào, trong khi những thông tin trên DNA cần cho việc truyền lại cho đời sau trình tự nucleotide và trình tự amino acid.

Tuy nhiên, như những gì được bàn luận kỹ ở chương khác, lưới nội chất hình thành một dòng các bóng màng liên tiếp được kết hợp với một bộ phận của tập hợp các protein màng lưới nội chất và nhờ đó có thành phần khác với bản thân lưới nội chất. Tương tự, màng sinh chất liên tục tạo ra vô số những loại bóng màng nhập bào chuyên biệt khác nhau. Vì thế, có 1 số bào quan có thể được tạo thành từ bào quan khác và không được truyền lại cho đời sau trong phân bào.( VD: lysosome, phức hợp Golgi, peroxisome, endosome…).

Hình 20.4: Sự đa hình và cấu dạng phân tử của một số lipids.

SỰ TỰ SẮP XẾP LIPID VÀ SỰ PHÂN PHỐI Ở CẤP ĐỘ DƯỚI TẾ BÀO

Từ vi khuẩn đến các tế bào eukaryotes đều sử dụng glycerol làm bộ khung (backbone) cho hầu hết các lipid của chúng. Những phospholipids chính của vi khuẩn là phosphatidylserine (PS), phosphatidylethanolamine (PE), phosphatidylglycerol (PG) và cardiolipin (CL) (các tế bào eukaryote cũng có các phospholipids này). PG và CL được tổng hợp và giữ lại trong ti thể. Ngoài ra, ti thể cũng có enzyme PS-decarboxylase (PSD) có chức năng tổng hợp một nữa lượng PE của tế bào. PC và PI (phosphatidylinositol) là hai loại phospholipid chính ở tế bào eukaryote.

Hình 20.5: Sự phân bố các loại lipid chính ở động vật có vú nói chung.

PC có chứa hai chuỗi acyl béo (một no và một không no) và một đầu phân cực lớn do vậy nó có cấu trúc không gian hình trụ (cylindrical shape). Như ta đã biết, entropy cao nhất khi đuôi lipid càng xa đầu ưa nước hay các phân tử nước được giải phóng tối đa khỏi thành phần này (hiệu ứng kị nước), ta cũng tìm thấy điều này ở PC. Do những thuộc tính trên, PC có tính chất linh động cao và do vậy nó tạo nên tính chất sinh học của màng sinh học. Tuy nhiêu, màng sinh học cũng có từ 5 đến 10 loại lipid khác để có thể thực hiện tốt chức năng dẫn truyền lộ trình tín hiệu và giữ cho màng luôn có tính linh động.

Hình 20.6: Dạng ion hóa của CL tại pH sinh lý. CL chỉ được ion hóa một phần ở pH này (pK2 > 8.5) và do vậy có thể “nhốt” một proton bởi khả năng tạo liên kết hydrogen với gốc sn-2 hydroxyl của khung glycerol, kết quả là gắn kết được 2 PA trong cấu trúc của CL.

Hình 20.7: Điều hòa tổng hợp cholesterol

Hầu hết PE được tìm thấy ở màng sinh học đều có hình nón (cone shaped) và do vậy không thể tự nó tạo nên cấu trúc màng lipid kép được. Tính chất này khiến PE có khả năng gắn vào các protein màng để thực hiện các quá trình hợp nhất và phân đôi tế bào (fusion – fission). Khi xảy ra các điều kiện trung hòa điện tích, (charge neutralization – điện tích của một cation bị loại bỏ bởi hiện tượng adsorption – tạo lớp chất lỏng hoặc khí trên bề mặt chất rắn) mitochondrial phospholipid cardiolipin (CL) cũng có hiện tượng tạo kết cấu lớp lipid khác kết cấu kép.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÀNG TẾ BÀO ĐỘNG VẬT NHÂN THỰC

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Lê Phi Hùng – Lê Minh Châu

Chúng ta đã nói các tri thức cơ sở về cấu trúc màng tế bào xuyên suốt nội dung các chương trước. Do vậy, chương này sẽ đi sâu, đề cập một cách hoàn chỉnh và hệ thống hóa những tri thức về màng tế bào.

Giới thiệu về màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipid, protein và các carbohydrate bán rắn. Màng sinh học có cấu trúc khảm động, luôn thay đổi thành phần cấu tạo trong suốt cuộc đời của tế bào, bao quanh tế bào và  có vai trò điều hoà các hoạt động của tế bào. Các màng bên ngoài tế bào tạo nên màng bào tương còn các màng bên trong tế bào tạo nên các màng trong của các bào quan đặc biệt như nhân và ti thể

Thành phần và cấu trúc của màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipids, protein và carbohydrates.

Carbohydrates liên kết với lipid tạoglycolipid và liên kết với protein tạo nên glycoprotein. Các loại tế bào khác nhau có thành phần protein và lipid khác nhau. Protein chiếm từ 20% đến 70% khối lượng màng.

Hình 22.1: Cấu trúc lớp lipid kép và tính chất khảm động

Có 3 loại lipid màng chính là: glycerophospholipids, sphingolipids, và cholesterol. Các loại lipid này sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần lipids, tổng hợp lipid, sphingolipid và cholesterol. Sphingolipids và glycerolphospholipid chiếm phần lớn khối lượng lipid màng. Các phân tử của 2 loại lipid này với đặc điểm cấu trúc một đầu phân cực (đầu ưa nước) và một đầu không phân cực (đầu kị nước) tạo thành một lớp lipid kép (lipid bilayer) với 2 đầu kị nước quay vào nhau (xem hình dưới) . Lớp lipid kép này có thể khuếch tán bên (lateral diffusion – các phân tử của lớp có thể di chuyển dễ dàng giữa 2 lớp và thay đổi chỗ cho nhau) cũng như có thể khuếch tán ngang (transvere diffusion, flip-flop – các phân tử lipid khuếch tán từ mặt này sang mặt khác của màng). Tuy nhiên các phân tử muốn qua màng theo kiểu flip-flop này cần tạo nên cấu trúc có các đầu phân cực bao bên ngoài để qua lõi hydrocacbon của lớp kép lipid nên việc vận chuyển chất theo kiểu này là rất khó nếu không có enzyme flipase hỗ trợ quá trình này.

Hình 22.2: Cấu trúc điển hình của một phosphate-lipid (phospholipid)

Màng sinh học cũng chứa protein, glycoprotein và lipoprotein. Có 2 dạng protein thường gặp trên màng là: protein xuyên màng (integral protein) và protein ngoại vi (peripheral protein). Các protein xuyên màng hay còn gọi là protein nội màng (intrinsic protein) bám chặt vào màng và nằm trong lớp lipid kép nhờ vào các liên kết kị nước còn protein ngoại vi còn được gọi là protein ngoại màng (extrinsic protein) liên kết với màng bằng các liên kết lỏng lẻo với các đầu phân cực (mặt trong hay mặt ngoài của lớp lipid kép) hay với protein xuyên màng. Các protein ngoại vi thường nằm ở mặt bào tưởng của màng sinh học hay mặt trong của các màng bào quan.

Bảng 22.1: CTHH một số acid béo không no

Các protein liên kết màng sinh học được gọi là lipoprotein, phần lipid của lipoprotein giúp phân tử protein này bám vào màng sinh học bằng liên kết trực tiếp với lớp lipid kép hay gián tiếp thông qua protein xuyên màng. Phần lipid này là các isoprenoid như farnesyl và geranyl – các acid béo như myristic, acid palimitic, glycoslphosphatidylinositol, GPI (còn được gọi là glipiated protein).

Hoạt động của lớp màng sinh học

Hình 22.3: Màng bào tương là vị trí thích hợp của nhiều protein bề mặt: Thụ thể, kênh ion, transporter và phân tử kết dính.

Protein và lipid phân bố trên màng không giống nhau. Ví dụ: mặt trong của lớp lipid kép có nhiều phosphatidylethanolamine còn mặt ngoài thì nhiều phosphatidyl choline. Các carbohydrate bám vào lipid hay protein được tìm thấy nhiều nhất ở mặt ngoài của màng. Sự phân bố không giống nhau giữa protein và lipid đã tạo ra các tiểu vùng (sub-domain) chuyên biệt cao trong màng và các cấu trúc có màng chuyên biệt cao (như lưới nội bào tương (ER), bộ máy golgi và các túi tiết). Các túi tiết tổng hợp các yếu tố tế bào trong ER rồi sau đó được đưa đến bộ máy Golgi và cuối cùng đến màng sinh học để hoạt hóa các protein xuyên màng như thụ thể của yếu tố tăng trưởng (growth factor receptor). Trong quá trình vận chuyển từ nang đến màng sinh học các protein tiết này đã trải qua nhiều sự biến đổi trong đó có cả hiện tượng glycosyl hóa.

Hình 22.4: Cấu trúc bất đối xứng của lớp phospholipid màng

Các túi tiết được bộ máy golgi xuất ra được gọi là túi tiết trưởng thành  (coated vesicle). Màng của các nang này được tạo bởi các protein giá đỡ chuyên biệt có khả năng tương tác với môi trường ngoại bào. Dựa vào protein tạo thành lớp bao của túi tiết, người ta phân các túi tiết này thành 3 loại chính: (1) túi clathrin (Clathrin-coated vesicle) bao gồm protein gian màng, GPI-linked protein và protein tiết để đưa đến màng sinh học. Các túi tiết này còn tồn tại trong quá trình nhập bào (như trong quá trình hấp thu LDL bào tương của gan thông qua thụ thể của LDL); (2) COPI (COP = coat protein) tạo nên bề mặt cho các túi vận chuyển giữa các khoang của bộ máy golgi. (3) COPII tạo nên bề mặt các túi tiết được chuyển tử ER sang bộ máy golgi.

Cấu tạo bề mặt màng của mỗi tế bào phụ thuộc vào các tế bào lân cận mà nó tiếp xúc. Bề mặt màng của tế bào tương tác với các thành phần ống còn được gọi là mặt đỉnh (apical surface), mặt còn lại được gọi là mặt đáy bên (basolateral surface). Hai bề mặt này có thành phần lipid và protein cấu tạo tương đối khác nhau.

Hình 22.5: Mô tả mặt đỉnh và mặt đáy bên của màng tế bào.

Hầu hết các tế bào nhân thực đều tiếp xúc với các tế bào kế cận và đây là cơ sở để tạo nên các hệ cơ quan. Các tế bào nằm kế cận nhau trao đổi chất với nhau thông qua các liên kết khe (gap junction). Liên kết khe là các kênh liên tế bào và được cấu tạo từ các connexin có nhiệm vụ chính là dinh dưỡng cho các tế bào của cơ quan không tiếp xúc trực tiếp với dòng máu.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

SINH LÝ HỌC TẾ BÀO THẦN KINH

Phùng Trung Hùng – Đào Nguyễn Phương Linh – Nguyễn Phước Long

Mục tiêu

–       Trình bày cấu tạo của một neuron và chức năng của chúng.

–       Trình bày các loại khác nhau của TB đệm (TB gian TK) và chức năng của chúng.

–       Mô tả tính chất hóa học của myelin, tóm tắt những cách thức khác biệt mà các neuron có myelin  hay không có myelin dẫn truyền xung động.

–       Định nghĩa sự vận chuyển thuộc trục thuận chiều hay ngược chiều (orthograde and retrogade axonal transport), và các vận động phân tử liên quan đến mỗi hình thức đó.

–       Mô tả sự thay đổi của các kênh ion trong điện thế trương điện, điện thế động, và sự tái cực.

–       Liệt kê các loại sợi thần kinh được tìm thấy ở hệ TK của ĐV có vú.

–       Mô tả các chức năng của neurotrophins.

Các thành phần trong TB TK trung ương

Giới thiệu

Hình 26.1: Các bào quan trong neuron

Hệ thần kinh trung ương của con người (CNS) chứa khoảng 1011 (100.000.000.000) neuron (TBTK). Các TBTK đệm gấp 10-50 lần số lượng này. CNS là một cơ quan phức tạp; người ta tính toán được rằng trong sự hình thành của nó, có ít nhất 40% các gene của con người tham gia. Các neuron, là các khối xây dựng cơ bản của hệ thần kinh, đã tiến hóa từ các neuron hạch (cơ) nguyên thủy, phản ứng với các kích thích khác nhau bằng cách co lại. Trong các loài động vật phức tạp hơn, sự co lại đã trở thành chức năng chuyên biệt của các tế bào cơ, trong khi điều phối và truyền xung thần kinh đã trở thành các chức năng chuyên biệt của neuron. Chương này mô tả các thành phần tế bào của CNS và khả năng kích thích của các neuron, liên quan đến nguồn gốc của các tín hiệu điện cho phép neuron điều phối và truyền xung động (điện thế động, điện thế thụ thể, và điện thế xi-náp).

Các yếu tố trong TB TK trung ương

TB đệm(TB gian TK)

Sau rất nhiều năm nghiên cứu, các TBTK đệm (gliacyte) được xem như là mô liên kết thần kinh trung ương. Thật ra, “glia” trong tiếng Hy Lạp là keo. Tuy nhiên, ngày nay các tế bào này đã được công nhận vai trò thông tin liên lạc của chúng trong CNS khi hợp tác với các neuron. Không giống như các neuron, các TBTK đệm tiếp tục trải qua phân chia tế bào ở tuổi trưởng thành và khả năng sinh sản nhanh, đặc biệt đáng chú ý sau khi chấn thương não (ví dụ như một cơn đột quỵ).

Có hai loại tế bào thần kinh đệm chính trong hệ thống thần kinh động vật có xương sống: microglia và macroglia. Microglia là những tế bào tiêu hóa tương tự như các đại thực bào, loại bỏ các mảnh vỡ do chấn thương, nhiễm trùng, và bệnh tật (ví dụ như đa xơ cứng, mất trí nhớ liên quan đến AIDS, bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer). Microglia phát sinh từ các đại thực bào nằm ở  ngoài hệ thần kinh; theo sinh lý học và mô phôi thì không liên quan đến các loại tế bào thần kinh khác.

Có ba loại macroglia: tế bào ít nhánh (oligodendrocyte), các tế bào Schwann, và astrocyte. Tế bào ít nhánh và các tế bào Schwann tham gia vào việc hình thành myelin quanh sợi trục thần kinh trung ương và ngoại biên tương ứng. Astrocyte, được tìm thấy trong não, có hai phân nhóm. Astrocyte xơ, chứa nhiều sợi trung gian, được tìm thấy chủ yếu trong chất trắng. Astrocyte nguyên sinh được tìm thấy trong chất xám và có tế bào chất dạng hạt. Cả hai loại này đều có nhánh đến các mạch máu tạo ra các mao mạch để tạo các mối nối chặt chẽ tạo thành vòng tuần hoàn mạch máu não. Chúng cũng có các nhánh đến vỏ synapsesevà bề mặt của neuron. Astrocyte nguyên sinh có một điện thế màng thay đổi theo nồng độ K­+ bên ngoài nhưng không tạo ra điện thế lan truyền. Chúng sản xuất các chất cung cấp cho neuron, và giúp duy trì nồng độ thích hợp của các ion, các chất dẫn truyền thần kinh bằng cách tăng K+ và các dẫn truyền thần kinh như glutamate và aminobutyrate (GABA).

Hình 26.2: Các loại TBTK đệm chủ yếu trong hệ thần kinh.

A) Các tế bào ít nhánh nhỏ với số lượng nhánh tương đối ít. Các TB này trong chất trắng cung cấp myelin, và  trong chất xám thì nâng đỡ các neuron. B) Các tế bào Schwann cung cấp myelin cho hệ thần kinh ngoại biên. Mỗi tế bào hình thành một phân đoạn của vỏ myelin dài khoảng 1 mm; vỏ đảm đương hình dạng của nó như cái lưỡi bên trong của tế bào Schwann bao xung quanh trục vài lần, gói trong các lớp đồng tâm. Khoảng cách giữa các phân đoạn của myelin là các eo Ranvier. C) Astrocyte là những TBTK đệm phổ biến nhất trong thần kinh trung ương và đặc trưng bởi hình dạng ngôi sao. Chúng liên lạc với cả mao mạch và neuron, được cho là có chức năng dinh dưỡng. Chúng cũng tham gia vào việc hình thành vòng tuần hoàn mạch máu não.

Bao myelin

Hình 26.3: Bao myelin ở hệ thần kinh ngoại biên có chứa tế bào Schawann. Không phải tất cả sợi thần kinh đều được myelin hóa nhưng hầu hết sợi chủ ý đều được myelin hóa.

Myelin ở hệ thần kinh trung ương và hệ thần kinh ngoại biên đều có các thành phần cấu tạo là protein và lipid; nhưng myelin hệ thần kinh ngoại biên có nhiều sphingomyelin và các glycoprotein hơn. Có 3 loại protein quan trọng là MBP (myelin basic protein), PLP (proteolipid protein) và MPZ (myelin protein zero).

MBP là protein bào tương gắn vào màng tế bào, có cả ở hai hệ thần kinh. PLP là tetraspanin protein chỉ có ở hệ thần kinh trung ương, có vai trò trong sự hình thành neuron và là thành phần cấu tạo myelin. Đột biến gene PLP và yếu tố phiên mã của nó (protein DM20) gây ra bệnh Pelizaeus-Mebacher di truyền liên kết giới tính X thoái hóa myelin, bệnh nhân nam bị thiếu chất trắng và tế bào ít nhánh. Biểu hiện chính của bệnh là bệnh nhân hay chớp mắt và chậm phát triển vận động thần kinh.

Protein chính của myelin ở hệ thần kinh ngoại biên là MPZ, có vai trò giống PLP ở hệ thần kinh trung ương. Vùng ngoại bào của 2 MPZ tương tác với 2 MPZ ở màng phía đối diện. Cấu trúc đồng tetramer tạo sự kết dính chặt chẽ các màng, làm đặc myelin. Vùng nội bào của MPZ có vai trò tạo tín hiệu điều hòa sự tạo myelin. Ở hệ thần kinh trung ương, các PLP màng tế bào tương tác với nhau giúp ổn định cấu trúc.

Điều cầu hết sức lưu ý là các protein tạo myelin là kháng nguyên quan trọng ở các bệnh tự miễn như bệnh đa xơ hóa có thoái hóa myelin lan tỏa ở hệ thần kinh trung ương ở hội chứng Guillain-Barré có thoái hóa myelin ở hệ thần kinh ngoại biên.

Vai trò của bao myelin:

–       Nó tạo nên một vùng cách điện để ngăn chặn việc phát các xung thần kinh ngắn giữa các sợi thần kinh.

–       Nhờ có bao myelin mà sự dẫn truyền xung động thần kinh được nhanh hơn.

–       Bao myelin giúp tái tạo các sợi thần kinh ngoại biên. Tế bào Schwann giúp duy trì môi trường của sợi trục và các kênh của nó, do vậy cho phép tái liên kết với một thụ thể hay một chất tác hiệu. Sợi thần kinh trung ương không có khả năng này.

Synapse

Synapse là một khớp nối đặc biệt (specialized junctions), qua đó tín hiệu từ tế bào thần kinh sẽ truyền qua một tế bào thần kinh khác cũng như qua một loại tế bào không phải là tế bào thần kinh (như tế bào cơ hoặc tế bào tuyến).

Synapse được phân loại theo vị trí tiếp xúc với neuron hậu synapse:

–       Synapse trục – gai, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với gai sợi nhánh.

–       Synapse trục – nhánh, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với sợi nhánh.

–       Synapse trục – thân, nút tiền synapse tiếp xúc với thân neuron.

–       Synapse trục – trục, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với synapse sợi trục neuron hậu synapse.

Neurotransmitter được tải vào túi synapse (synaptic vesicles) bởi H+– linked antiport proteins

Có rất nhiều các phân tử nhỏ hoạt động như là một neurotransmitter tại các synapse khác nhau, ngoại lệ là acetylcholine, một loại neurotransmitter có bản chất là một dẫn xuất của amino acid. Các nucleotide, như ATP chẳng hạn và những nucleoside tương ứng (không gắn gốc phosphate) cũng đóng vai trò là neurotransmitter. Mỗi neuron có khả năng sản xuất chỉ một loại neurotransmitter mà thôi.

Tất cả các neurotransmitter cổ điển (classic neurotransmitter) đều được tổng hợp trong tế bào chất và được vận chuyển ra các túi synapse bám màng tại đầu tận của sợi trục và được dự trữ ở đó. Những túi synapse này có đường kính khoảng 40-50 nm, và có tính acid, được tổng hợp bởi sự hoạt động của nhóm V bơm H+ (V-class proton pump) tại màng tế bào của túi.

Ví dụ, acetylcholine được tổng hợp từ acetyl coenzyme A (chất trung gian trong quá trình thoái hóa glucose và acid béo) và choline với sự xúc tác của choline acetyltransferase:

Hình26.4: Phản ứng tạo thành acetylcholine

Túi synapse thu giữ acetylcholine từ bào tương thông qua quá trình vận chuyển ngược với radient nồng độ bằng cách sử dụng H+/acetylcholine antiporter tại màng tế bào. Có điều lạ là gene mã hóa cho cái antiporter này có vị trí tại vùng intron đầu tiên của gene mã hóa cho choline acetyltransferase, cách sắp đặt này là nguyên nhân bảo tồn được cơ chế điều hòa tương tác rất chặt chẽ biểu hiện của cả hai protein này. Ngoài ra còn có những protein H+/neurotransmitter antiport khác được sử dụng để đưa các loại neurotransmitter khác vào trong túi synapse.

Dòng Ca2+ nhập bào thông qua kênh cổng điện thế  Ca2+ (Voltage-gated Ca2+ channels) kích thích tiết neurotransmitter

Neurotransmitter được giải phóng qua quá trình xuất bào. Quá trình này có sự hỗ trợ của các tải nội bào chế tiết và các protein xuyên màng. Có 2 điều làm cho sự xuất bào ở  synapse khác với những tế bào chế tiết khác:

–          Sự tiết liên quan chặt chẽ đến hoạt động điện thế màng tại đầu tận của sợi trục.

–          Túi synapse được tái cấu trúc tại khu vực hoạt động của nó, ngoại trừ acetylcholine.

Sự khử cực của màng tế bào không thể tự gây ra sự hòa màng của các túi synapse. Để có sự hòa màng xảy ra, một hoạt động điện nhất thiết phải được biến đổi thành một tín hiệu hóa học – sự gia tăng nồng độ Ca2+ trong tế bào chất. Kênh cổng điện thế Ca2+ sẽ mở ra để dòng Ca2+ nhập bào khi sự khử cực xảy ra. Dòng Ca2+ nhập bào này làm gia tăng nồng độ Ca2+ trong tế bào chất của các túi synapse kế cận từ <0.1μM ở điện thế nghỉ lên đến từ 1-100μM. Ion Ca2+ sẽ bám vào protein nối kết với túi synapse và màng tế bào, đưa neurotransmitter xuất bào. Bơm Ca2+ sau đó sẽ nhanh chóng đưa Ca2+ xuất bào thông qua quá trình vận chuyển tiêu tốn ATP, đưa điện thế nội bào về lại trạng thái nghỉ (resting state), giúp cho đầu tận sợi trục sẵn sàng đáp ứng với các kích thích điện thế khác.

Có một thí nghiệm đã chứng tỏ được tầm quan trọng của kênh cổng điện thế Ca2+ trong quá trình giải phóng neurotransmitter. Bằng cách khóa kênh này bằng tetrodotoxin (thuốc ức chế kênh cổng điện thế Na+) để ngăn chặn sự thay đổi điện thế hoạt động của tế bào, người ta thấy rằng không có sự chế tiết neurotransmitter. Nếu màng tế bào của sợi trục sau đó được khử cực bằng cách sử dụng 100mM KCl, neurotransmitter lại tiếp tục được giải phóng bởi vì dòng Ca2+ lại vào được tế bào thông qua kênh cổng điện thế Ca2+, tương tự như quá trình khử cực bằng kênh cổng điện thế Na+.

Luồng tín hiệu tại synapse thường kết thúc bởi sự thoái giáng hoặc tái hấp thu neurotransmitter

Hình 26.5: Minh họa quá trình tiết neurotransmitter, sự tái tạo synapse vesicle và sự tái hấp thu neurotransmitter.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

SINH LÝ HỌC TẾ BÀO CƠ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Nguyễn Thị Huyền Trang

Giới thiệu

Hiện tại, sự hiểu biết về các sự kiện phân tử trong quá trình co cơ cơ bản được thể hiện trong mô hình sợi trượt. Mô hình này được áp dụng cho cơ trơn, cơ vân, cơ tim, và các hoạt động co thắt khác, bao gồm các sự kiện hoá-cơ học (mechanochemical) như vận động tế bào và sự nhập bào của thụ thể (receptor endocytosis). Các hoạt động hóa sinh này được hiểu rõ nhất ở cơ vân, bài viết này tập trung vào cơ vân (chú ý, nó cũng thích hợp hoặc khác biệt ở những loại cơ khác). Các đặc điểm sinh hóa phân biệt phản ứng tế bào nhanh và chậm trong mô cơ và là cơ sở sinh hóa của một số trạng thái sinh lý bệnh phổ biến của cơ bắp, bao gồm cả cơn uốn ván, mệt mỏi, và tình trạng co cơ tạm thời sau tử vong (rigor mortis).

Cơ vân chiếm khoảng 40% khối lượng của cơ thể người bình thường và được hình thành từ các tế bào đa nhân, hình trụ dài được gọi là các sợi cơ. Sợi cơ vân chia thành hai loại, co rút chậm (loại I) và co rút nhanh (loại II). Loại sợi II được chia thành loại sợi IIa và IIb. Loại sợi IIa là sợi trung gian co rút nhanh và có thể sử dụng cả hai quá trình trao đổi chất hiếu khí và kỵ khí cho việc sản xuất ATP. Loại sợi IIb là sợi co rút nhanh cổ điển. Các sợi cơ co rút chậm chủ yếu sử dụng quá trình oxy hóa axit béo và chứa một lượng ty thể và mức myoglobin cao. Hai  yếu tố này là lý do khiến sợi co rút chậm có màu đỏ. Sợi co rút nhanh chủ yếu sử dụng quá trình oxy hóa glucose thành pyruvate để sản xuất ATP, chứa ít ty thể và myoglobin hơn sợi co giật chậm và do đó, các sợi này có màu trắng. Vì sợi co rút chậm oxy hóa acid béo nên được gọi là sợi oxy hóa trong khi đó, sợi co rút nhanh sử dụng glucose được gọi là sợi glycolytic. Sợi co rút chậm có khả năng co bóp mở rộng liên tục, do đó chúng không nhanh mỏi. Sợi co rút nhanh sử dụng năng lượng rất ngắn và nhanh nên dễ bị mỏi một cách nhanh chóng hơn so với các sợi co rút chậm.

Hình 27.1: Cấu trúc mao mạch cơ vân

Các màng plasma của các sợi cơ gọi là sarcolemma. Mỗi cơ được tạo thành từ những bó sợi, hay tế bào,gắn kết với nhau bởihệ thống mô liên kết gọi là endomysium (bao gồm mô liên kết, mao mạch, mạch bạch huyết và thần kinh). Các bó sợi với endomysium của chúng được bao quanh bởi một vỏ bọc mô liên kết sợi gọi là perimysium. Tập hợp các perimysium (là các mô liên kết) và bên trong nó được gọi là một fasciculus. Một cơ hoàn chỉnh bao gồm nhiều fasciculi bao quanh bởi một lớp mô liên kết dày bên ngoài gọi là vách ngăn perimysial. Hoạt động co của mỗi sợi cơ trong chuyển động giải phẫu diễn ra thông qua một hệ thống liên tục các mô liên kết và vỏ bọc, mà cuối cùng kếthợp vào các gân.

Trong màng bao cơ sarcolemma là cơ tương (sarcoplasm), có chứa tất cả các phân tử dưới tế bào (subcellular) thông thường cộng với sợi nguyên cơ (myofibrils) dài lồi lên. Mỗi sợi nguyên cơ (myofibril) bao gồm bó sợi protein co, một số kéo dài từ đầu đến cuối trong tế bào. Myofibrils là yếu tố dễ thấy nhất trong các sợi cơ bám xương ghép nên khoảng 60% sợi cơ protein. Một myofibril bao gồm nhiều đơn vị cấu trúc ngắn, được gọi là sarcomeres, sắp xếp từ đầu đến cuối. Các protein tại nơi tiếp giáp giữa các sarcomeres tạo nên vạch Z, và do đó mỗi sarcomere kéo dài dọc theo sợi myofibril từ vạch Z này đến vạch Z kế tiếp.Sarcomeres được cấu tạo chủ yếu bởi các sợi mỏng actin và sợi dày myosin.Sarcomeres là đơn vị co cơ nhỏ nhất. Sự co cơ là sự phối hợp co và kéo dài của hàng triệu sarcomeres trong một cơ cung cấp cho hoạt động cơ học.Mối quan hệ giữa các protein cơ và cơ được tóm tắt trong bảng ở trên.

Tổ chức của Sarcomere

Hình 27.2: Cấu trúc một sarcomere

Tổ chức các sợi đơn protein co ghép lại tạo thành sarcomere là một đặc tính quan trọng trong mô hình sợi trượt co cơ. Mỗi Sarcomere bao gồm tập hợp hàng trăm protein dạng sợi, gọi là myofilament. Hai loại myofilaments được nhận biết dựa vào đường kính cơ bản và thành phần protein (xem hình trên). Myofilaments dày bao gồm vài trăm phân tử protein sợi được gọi là myosin. Myofilaments mỏng gồm hai chuỗi polymer dài cuộn lại với nhau hình xoắn ốc của một protein hình cầu gọi là actin. Sợi mỏng và dày cũng có chứa các protein phụ, được mô tả dưới đây.Protein của vạch Z, bao gồm α-actinin, có chức nănggắn vào chất nền hay neo vào một đầu sợi mỏng, nơi mở rộng về phía trung tâm sarcomeres ở phía còn lại của vạch Z. Các protein vạch Z thường xuất hiện liên tục trên toàn chiều rộng của một sợi cơ và hoạt động để giữ myofibrils trong myofiber trong register. Mỗi sợi mỏng kết thúc tự do ởngoại biên trong cơ tương (sarcoplasm) và bị giới hạn với một protein được gọi là β-actinin.

Cũng được mô tả trong hình trên là tập hợp các protein hình đĩa thứ 2: vạch M nằm ở trung tâm sarcomeres. Giống như protein vạch Z, tập hợp các protein vạch Mgắn vào chất nền, trong trường hợp này là các sợi dày myosin. Sợi dày mở rộng từ điểm gắn trên hai phía của vạch M đến 2 vạch Z là nơi xác định một sarcomere.

Trong sarcomere, các sợi dày và mỏng đan vào nhauvì vậy trong mặt cắt ngang, chúng tạo thành một mạng lưới hình lục giác, trong đó có 6 sợi mỏng sắp xếp bao xung quanh mỗi sợi dày. Các sợi dày cũng được sắp xếp theo hình lục giác với nhau. Trong quá trình co và giãn, khoảng cách giữa các vạch Z khác nhau, giảm khi co thắt và tăng khi giãn. Vạch M, gắn với những sợi dày, vẫn nằm ở trung tâm sarcomere. Các sợi mỏng và dày giữ lại cấu trúc dài mở rộng của chúng ngoại trừ các tình huống đặc biệt. Chiều dài sarcomere thay đổi bởi các sợi mỏng được kéo dọc theo các sợi dày theo hướng của vạch M.

Hình 27.3: (a) Toàn thể tế bào cơ vân. (b) Perimysium. (c) Endomysium.

Protein của các Myofilaments

Hình 27.4: Mô phỏng cấu trúc sợi dày (b) và sợi mỏng (a).

Cơ sở sinh hóa của hoạt động cơ có liên quan đến các tính chất enzyme và tính chất vật lý của actin, myosin, và các protein phụtạo thành các sợi mỏng và dày. Bài viết dưới đây tóm tắt các thành phần protein chính của myofilaments và tương tác ATP-phụ thuộc là nơi phát sinh hoạt động co cơ.

Các protein của các sợi mỏng và dày có thể được chia thành actin, myosin, và 6 protein phụ. Các protein phụ là α-actinin, β-actinin, tropomyosin, troponin, protein C và protein vạch M. Các phân tử hòa tan myosin là các protein dài mỏng (sợi) với trọng lượng phân tử khoảng 500.000 dalton.

Mỗi phân tử được tạo thành 6 tiểu đơn vị, 2 chuỗi rất lớn và nặng (HC), và 4 chuỗi nhỏ hơn và nhẹ (LC).Trong một sợi cơ, 2 tiểu đơn vị lớn là giống hệt nhau, mặc dù có HC đồng dạng khác nhau trong các loại sợi cơ khác nhau.Chuỗi nặngchứa miền xoắn- α thẳng dàiở đầu C(1300 axit amin) và một miền hình cầu đầu Nkhoảng 800 axit amin. Hai HC, miền xoắn ốc-α cuộn vào nhau hình xoắn ốc, các phân tử cấu trúc dài, bền siêu xoắn với 2 phần đầu hình cầu. Một phân tử myosin hoàn chỉnh cũng chứa 4 protein tương đối nhỏ có liên quan với phần đầu hình cầu. Những protein nhỏ, trọng lượng phân tử 16,000-24,000 dalton, được gọi là chuỗi kiềm nhẹ (LC1 hay LC3) và chuỗinhẹ DTNB(LC2). Mỗi phân tử myosin có 2 tiểu đơn vị của LC2, 1 kết hợp với từng miền HC hình cầu.Mỗi miền hình cầu có chứa một tiểu đơn vị của LC1 hoặc LC3, tỷ lệ LC1 và LC3 trong các phân tử myosin khác nhau trong myosins cơ tim, cơ vân, phôi thai, và cơ trơn. Tất cả các chuỗi nhẹ liên kết Ca2+với ái lực cao, được phosphoryl hóa bởi myosin kinase chuỗi nhẹ(myosin light chain kinase) (MLCK), và có chức năng điều hoà chung các hoạt động của myosin ATPase và lắp ráp vào các sợi dày.

Tổ chức myofilaments

Một số điểm mốc có chức năng quan trọng tồn tại trên các phân tử myosin. Gần trung điểm của khu vực siêu xoắn thẳng dài là một vùng được xác định bởi tính mẫn cảm sẵn sàng để tiêu hóa trypsin bằng protein phân giải. Trypsin tách myosin thành 2 phần: 1 có chứa cả phần đầu hình cầu và một số khu vực siêu xoắn, và phần còn lại bao gồm các phần siêu xoắnở đầu carboxy.Phần có chứa phần đầu được gọi là meromyosin nặng (heavy meromyosin (HMM); trọng lượng phân tử 350,000). Mảnh ở đầu C gọi là meromyosin nhẹ (light meromyosin (LMM); trọng lượng phân tử 125,000).

Sự mẫn cảm đối với hoạt động protease của trypsin đóng vai trò quan trọng phản ánh sự gián đoạn ngoài sự siêu xoắn bền ra, còn cho phép vùng nàyhoạt động như là một trong những khớp nối liên quan đến việc chuyển đổi năng lượng hóa học ATP vào các sự kiện cơ học co và giãn. Một mốc thứ hai dễ mẫn cảm với sự thủy phân protein thành papain có cũng được coi là một khớp nối. Papain tách ra 1 vùng rất gần với các phần đầu hình cầu, những sau đó tách để hình thành 2 tiểu mảnh,  mỗi cái gọi là SF-1 (cho tiểu mảnh 1). Phần siêu xoắn còn lại của phân tử được gọi là SF-2. Hoạt động ATPase của myosin liên quan với các đơn vị SF-1.

Một sợi dày bao gồm khoảng 400 phân tử myosin, 200 phân tửphân bố ở mỗi bên vạch M. Các phân tử này được duy trì trong bó protein C (kẹp protein), protein vạch M và sự tương tác kỵ nước của phân tử myosin. Các phân tử myosin gắn chặt lại trong vùng đại diện bởi phần LMM của các phân tử.

Tại điểm bản lề trypsin, meromyosin chuỗi nặng đẩy góc nhọn ra ngoài từ trục chính của sợi dày. Đây là phần mở rộng của meromyosin nặng đi từ trục chính của sợi dày giúp mang phần đầu vào gần các sợi actin mỏng nằm giữa các sợi dày.Các sự kiện phân tử cơ bản trong quá trình co cơ điều hoà sự liên kết phần đầu myosin với sợi actin mỏng, kéo theo bởi sự thay đổi nhanh chóng hình thể myosin về các khớp nối của chúng với phạm vi actin di chuyển đến vạch M.

Tổ chức sợi mỏng Actin

Hình 27.5: Cơ chế co cơ tim bởi kích thích β-adrenergic.

Các sợi mỏng được bao gồm nhiều tiểu đơn vị protein hình cầu G-actin (42 kD) và một số protein phụ. Trong sợi mỏng, G-Actin sắp xếp ngay ngắn tạo thành sợi polyme dài gọi là F-actin. Một cặp sợi F-actin cuộn vào nhau hình xoắn ốc hình thành trục chính của 1 sợi mỏng hoàn chỉnh.

Mỗi tiểu đơn vị G-actin có 1 vùng liên kết ADP/ATP, được cho là có tham gia trong việc hình thành chuỗi polyme ở sợi mỏng. Sau khi polymer hóa, actin bị giới hạn và sợi mỏng ổn định bởi một protein gọi là β-actinin. Ngoài vùng liên kết nucleotide ra, phân tử G-actin chứa một vùng liên kết ở phần đầu myosin có ái lực cao. Trong cơ vân và cơ tim, protein phụ của sợi mỏng (được mô tả dưới đây) điều hoà một cách tự nhiên vùng sẵn có này cho việc liên kết myosin. Vì vậy, các protein phụ điều khiển các sự kiện co thắt.

Protein phụ chính của sợi mỏng là tropomyosin và troponin. Tropomyosin là một heterodimer cuộn vào nhau theo kiểu xoắn αβ như một sợi dây dài mở rộng chiều dài của 7 chuỗi  G-actin dư lượng. Một cặp phân tử tropomyosin có liên quan với mỗi 7 cặp G-actin dư lượng dọc theo một sợi mỏng, 1 phân tử tropomyosin trong mỗi rãnh xoắn F-actin. Khi giãn cơ, mỗi phân tử tropomyosin bao phủ vùng liên kết myosin của 7 chuỗi G-actin dư lượng, ngăn chặn sự tương tác giữa actin và myosin, do đó duy trì trạng thái giãn cơ. Thời gian bắt đầu hoạt động co liên quan đến việc hoạt hoá troponin, protein phụ thứ hai của sợi mỏng. Troponin là một heterotrimer gắn liền với một đầu của mỗi phân tử tropomyosin và actin, gắn kết tropomyosin với actin.

Sự thay đổi hình dạng trong phân tử cầu nối, troponin, chịu trách nhiệm cho việc di chuyển tropomyosin và ngừng các vùng liên kết myosin của actin và do đó điều chỉnh quá trình co cơ. Một trong các tiểu đơn vị troponin, troponin-C (TN-C), là một protein liên kết calci giống như calmodulin.Khi Tn-C liên kết với Calci, toàn bộ phân tử troponin trải qua sự thay đổi hình dạngđể di chuyển gắn với tropomyosin ở vùng liên kết myosin của actin. Việc này cho phép myosin đứng đầu tương tác với vùng liên kết myosin, và hoạt động co cơ diễn ra sau đó.

Các sự kiện xảy ra trên sợi mỏng có thể được tóm tắt như sau: Trước khi xuất hiện Calci tự do trong cơ tương (sarcoplasm), tropomyosin bao phủ vùng liên kết myosin trên actin. Sự xuất hiện của Calci trong cơ tương (sarcoplasm) dẫn đến Calciliên kếttrên Tn-C. Kết quả thay đổi hình dạng troponin dẫn đến các phân tử tropomyosin gắn sâu hơn vào các rãnh xoắn của F-actin, không bao phủ vùng liên kết myosintrên tiểu đơn vị G-actin. Các vùng tiếp xúc sau đó sẵn sàng tương tác với phần đầu myosin. Loại bỏ Calci từ cơ tương khôi phục lại trạng thái cấu trúcban đầu của troponin và tropomyosin, ngăn chặn sự tương tác giữa actin và myosin và kéo theo giai đoạn giãn cơ.

Myosin và sự tương tác các phân tử trong quá trình co cơ

Khi cơ nghỉ ngơi, không co giãn, vùng liên kết myosin trên actin bị che khuất và myosin tồn tạitrong trạng thái cấu trúc năng lượng cao (M *), sẵn sàng để thực hiện một chu kỳ co cơ. Năng lượng của việc thủy phânATP được sử dụng để đưa myosin từ trạng thái cấu trúc năng lượng thấp lên trạng thái năng lượng cao, như mô tả trong phương trình sau đây:

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

GIỚI THIỆU VỀ MÔ MỠ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Nguyễn Thị Huyền Trang

Mô mỡ không chỉ đơn thuần là một cơ quan được thiết kế để dự trữ thụ động carbon dư thừa dưới dạng các acid béo glycerol ester (triacylglycerol). Những tế bào mỡ trưởng thành tổng hợp và tiết ra một số enzyme, các yếu tố tăng trưởng (growth factors), các cytokine và hormone có liên quan đến tổng cân bằng năng lượng nội môi. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo mỡ (adipogenesis) cũng liên quan đến các quá trình khác như cân bằng lipid nội môi và điều hòa phản ứng viêm. Ngoài ra, một lượng protein được tiết ra từ tế bào mỡ đóng vai trò quan trọng trong những quá trình tương tự. Thật vậy, những bằng chứng gần đây đã chứng minh rằng nhiều yếu tố được tiết ra từ tế bào mỡ là tiền chất trung gian của phản ứng viêm (pro-inflamlatory mediators) và những protein này được gọi là adipocytokines hay adipokines. Hiện có trên 50 adipokines khác nhau được  tiết ra từ mô mỡ. Những adipokines này liên quan đến sự điều khiển hàng loạt các phản ứng sinh lý bao gồm kiểm soát việc thèm ăn và cân bằng năng lượng. Quá trình trao đổi chất đặc biệt của mô mỡ bao gồm trao đổi lipid, cân bằng glucose nội môi , viêm nhiễm, hình thành mạch, cầm máu (theo quy định của đông máu) và huyết áp.

Hình 29.1: Tế bào mỡ và tình trạng bệnh lý

Dạng chủ yếu của mô mỡ ở động vật có vú (thường gọi là “mỡ”) là mỡ trắng, WAT (white adipose tissues). Mô mỡ biệt hóa có nhiệm vụ sinh nhiệt (thermogenesis), đặc biệt ở trẻ sơ sinh, là mỡ nâu, BAT (brown adipose tissues). BAT  được gọi như thế vì có màu đậm do mật độ ty thể cao trong cytochromes. BAT chuyên sản xuất nhiệt và oxy hóa lipid. WAT bao gồm các tế bào mỡ liên kết lỏng lẻo với nhau tập trung nhiều mạch máu vàcác dây thần kinh. Ngoài ra, WAT chứa các đại thực bào, bạch cầu, nguyên bào sợi, tế bào mầm của mô mỡ  (adipocyte progenitor cells), và tế bào nội mô. Các nguyên bào sợi, các đại thực bào, bạch cầu hiện diện cùng với các tế bào mỡ, có rất nhiều loại protein được tiết ra từ WAT trong các điều kiện khác nhau. Nơi tích lũy WAT cao nhất ​​là các vùng dưới da của cơ thể, xung quanh các nội tạng (nội tạng của ngực và bụng).

Hình 29.2: Sự hình thành mô mỡ

WAT có thể được tìm thấy ở một số cơ quan, nó không chỉ có vai tròcách nhiệt mà còn là một kho dự trữ để sản xuất năng lượng mà còn có nhiều chức năng khác. Tùy thuộc vào vị trí của nó, WAT có chức năng chuyên biệt. WAT ở các cơ quan bụng và ngực (không bao gồm tim), gọi là mỡ nội tạng, tiết cytokine viêm và do đó liên quan đến các quá trình viêm khu trú và viêm hệ thống. WAT ở cơ xương tiết ra acid béo tự do, interleukin-6 (IL-6) và yếu tố hoại tửu-α (tumor necrosis factor-α)(TNFα), đóng vai trò quan trọng trong sự đề kháng insulin.WAT ở mô tim tiết nhiều cytokine trong các phản ứng viêm khu trú và hóa hướng viêm, điều này có thể phát triển xơ vữa động mạch và tăng huyết áp tâm thu. WAT ở thận đóng vai trò trong việc tái hấp thu natri và do đó có thể ảnh hưởng đến thể tích máu nội mạch và cao huyết áp.

Trọng tâm chính của bài viết này tập trung vào các hoạt động sinh học liên quan đến WAT, tuy nhiên, BAT cũng sẽ được đề cập. WAT có nhiều chức năng bao gồm cách nhiệt, dự trữ năng lượng carbon dư thừa dưới dạng triacylglycerol và là trung gian cân bằng glucose nội môi. WAT cũng đóng vai trò quan trọng như một cơ quan nội tiết/miễn dịch bằng cách tiết adipokines như các cytokine viêm, yếu tố bổ trợ, chemokine, và protein giai đoạn cấp tính. Chức năng nội tiết của WAT ​​điều khiển sự thèm ăn, chuyển hóa năng lượng, chuyển hóa glucose và lipid, quá trình viêm, hình thành mạch, và các chức năng sinh sản.

Hình 29.3: Cơ chế dự trữ và huy động lipid của tế bào mỡ. Triglycerides được vận chuyển trong máu và bạch huyết từ ruột non về gan nhờ chylomicrons và VLDLs. Ở tế bào nội mô mao mạch của mô mỡ, các phức hợp lipoprotein trên sẽ được phân hủy bởi tác dụng của lipoprotein lipase, giải phóng acid béo và glycerol. Acid béo tự do khuếch tán từ mao mạch vào tế bào mỡ. Sau đó, acid béo sẽ được gắn trở lại vào glycerol phosphate để tạo thành triglyceride. Norepinephrine từ đầu tận của dây thần kinh sẽ hoạt hóa hệ thống tín hiệu cAMP (thụ thể β3) và hoạt hóa lipase nhạy cảm hormone để thủy phân các triglyceride dự trữ trở lại thành acid béo và glycerol. Các phân tử này sẽ khuếch tán trở lại vào mao mạch và tại đó, acid béo tự do sẽ gắn kết với albumin để chuyển tới các vị trí cần sử dụng năng lượng.

Điều hoà sự tạo mỡ

Các quá trình biệt hoá tế bào mỡ từ các tiền tế bào (precursor preadipocyte) thành tế bào mỡ hoàn toàn trưởng thành là một loạt các trật tự chính xác các sự kiện sắp xảy ra. Các tiền tế bào mỡ xuất hiện từ tế bào gốc trung mô (MSCs) có nguồn gốc từ lớp trung bì của phôi thai. MSCs toàn năng (pluripotent) nhận được tín hiệu ngoại bào dẫn đến các thông tin chắc chắn đối với dòng preadipocyte. Những tiền tế bào mỡ không được phân biệt về mặt hình thái từ các MSCs tiền thân của chúng, nhưng chúng đã mất khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác. Sự biệt hoá hay sự xác định các tế bào mỡlà bước đầu tiên và dẫn đến sự tăng về số lượng nhưng ngừng tăng trưởng các tiền tế bào mỡ. Sự ngừng tăng trưởng ban đầu xảy ra trùng khớp với các biểu hiện của hai nhân tố sao chép chính, CCAAT / protein liên kết tăng cường α (C/EBPα) và thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ (Peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ). Kế tiếp sự cảm ứng của hai yếu tố phiên mã quan trọng đó là giai đoạn ngừng tăng trưởng, tiếp theo là biểu hiện của kiểu hình biệt hoá hoàn toàn tế bào mỡ. Giai đoạn sau của sự  tạo mỡ này là sự biệt hoá cuối cùng.

Mặc dù PPARγ và C / EBPα là những yếu tố quan trọng nhất điều hoà sự tạo mỡnhưng  yếu tố phiên mã bổ sung khác cũng được biết là có ảnh hưởng đến quá trình này. Những yếu tố bổ sung này bao gồm sterol-regulated element binding protein 1c (SREBP1c, còn được gọi là ADD1 for adipocyte differentiation -1), đầu dò tín hiệu,chất kích hoạt phiên mã 5 (STAT5), AP-1 và các thành phần giống như yếu tố Krüppel (Krüppel-like factor) (Klf4, KLF5, KLF15), C / EBPβ và C / EBPδ.  Mặc dù những yếu tố phiên mã này đã được chứng minh ảnh hưởng đến sự tạo mỡ, cách tích cực hay tiêu cực, PPARγ là yếu tố duy nhất cần thiết cho sự tạo mỡ diễn ra. Trong thực tế, nếu vắng mặt của PPARγ thì sự biệt hoá tế bào mỡ khôngxảy ra và không có yếu tố nào xác định có thể thay thế sự tạo mỡ trong sự vắng mặt của PPARγ. Mặc dù vậy nhưng PPARγ khôngphải là yếu tốbiểu hiện đầu tiên trong quá trình kích hoạt biệt hoá tế bào mỡ ,nó chỉ xảy ra sau khi đáp ứng bởisự tác dụng của STAT5, Klf4, KLF5, AP-1, SREBP1c, và C / EBPβ và C / EBPδ .

PPARγ ban đầu biểu hiện trong sự biệt hoá tế bào mỡ và bây giờ công nhận là hệ thống điều chỉnh sự tạo mỡ tổng thể. PPARγ được xác định là mục tiêu của các thiazolidinedione (TZD) lớp thuốc nhạy cảm insulin. Cơ chế hoạt động của các TZDs là kích hoạt các PPARγ và khởi phát chuyển kết quả cho các gen cần thiết cho sự biệt hoá tế bào mỡ. Gen PPARγ của người (biểu tượng PPARG) nằm trên nhiễm sắc thể 3p25 kéo dài hơn 100kb và bao gồm 9 exon mã hóa hai đồng dạng sinh học hoạt động như mRNA thay thế và sử dụng như một codon bắt đầu quá trình dịch mã. Các sản phẩm protein chủ yếu của gen PPARG được xác định là PPARγ1 và PPARγ2. PPARγ1 mã hóa bởi exon A1 và A2 exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2mã hóa bởi exon B và exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2 hầu như đặc biệt dành riêng cho các tế bào mỡ. Giống như tất cả các thụ thểnhân,các protein PPARγ chứa một DBD và LBD. Ngoài ra, như PPARα, các protein PPARγ chứa ligand-dependent activation function domain (được xác định là AF-2) và ligand-independent activation function domain (được xác định là AF-1). Vùng AF-2 nằm trong LBD và vùng AF-1 ở khu vực N-terminal của protein PPARγ.PPARγ2 protein chứa 30 acid amin ở N-terminal liên quan đến PPARγ1 và các acid amin bổ sung này tăng 5-6 lần trong quá trìnhkích hoạt sao mã (transcription-stimulating activity) của AF-1 khi so sánh với vùng tương tự trong protein PPARγ1. PPARγ1 hiện diện ở khắp nơi. PPARγ2 gần như dành riêng cho  mỡ trắng (WAT), liên quan đến dự trữ lipid và mỡ nâu (BAT), liên quan đến tiêu hao năng lượng.

Hình 29.4:  Minh họa một số quá trình tạo thành mô mỡ

Như đã nói ở trên, trong quá trình biệt hoá tế bào mỡ một số gen ngược dòng (upstream genes)  được yêu cầu để kích hoạt các gen PPARG. Chúng bao gồm C / EBPβ và C / EBPδ, SREBP-1c, KLF5, KLF15, proteinzinc-finger 423 (Zfp423), và các yếu tố tế bào B sớm (early B-cell factor)  (Ebf1). PPARγ kích hoạt hầu hết các gen cần thiết cho quá trình biệt hoá tế bào mỡ. Những gen này bao gồm aP2-cần thiết để vận chuyển các acid béo tự do (FFAs) và perilipin-một loại protein bao phủ bề mặt của các giọt lipid trưởng thành trong tế bào mỡ. Các gen quy định cho PPARγ có liên quan đến chuyển hóa lipid hay cân bằng glucose nội môi bao gồm lipoprotein lipase (LPL), acyl-CoA synthase (ACS), acetyl-CoA acetyltransferase (ACAT), vài gen phospholipase A  (PLA) , adiponectin, enzyme gluconeogenic PEPCK, và glycerol-3 phosphate dehydrogenase (GPDH). PPARγ cũng có chức năng trong quá trình chuyển hóa lipid ở đại thực bào bằng cách gây ra sự biểu hiện của các macrophage scavenger receptor, CD36. Thụ thể CD36 cũng được gọi là translocase acid béo (FAT) và nó là một trong các thụ thể chịu trách nhiệm cho sự hấp thu các acid béo của tế bào.

Vai trò của SREBP-1c trong việc kích thích sự biệt hoá tế bào mỡ được cho là kết quả của yếu tố phiên mã này bắt đầu biểu hiện của gen đó, như là một phần hoạt động của mình, tạo ra các chất gắn PPARγ. Thực tế, sự biểu hiện của SREBP trước PPARγ là cần thiết. Mặc dù vậy, người ta chứng minh rằng những con chuột thiếu SREBP-1 không cho thấy việc giảm đáng kể WAT. Tuy nhiên, mức SREBP-2 tăng lên ở những động vật chỉ ra rằng điều này có thể là một cơ chế đền bù. Mặc dù mất SREBP-1 không dẫn đến một mức  thiếu hụt đáng kể trong phát triển mô mỡ, sự biểu hiện quá mức của SREBP-1c tăng cường hoạt động adipogenic của PPARγ.

Các yếu tố phiên mã họ C/EBP đóng vai trò đầu tiên trong sự biệt hoá tế bào mỡ. Ba thành viên của họ (C / EBPα, C / EBPβ và C / EBPδ) được bảo tồn các yếu tố leucine-cơ bản nơi chứa các yếu tố phiên mã. Tầm quan trọng của các yếu tố này trong sự tạo mỡ đã được chứng minh trong các con chuột biến đổi gen. Ví dụ như toàn bộ cơ thể gián đoạn sự biểu hiện của C / EBPα trong toàn bộ cơ thể bị gián đoạn dẫn đến cái chết ngay sau khi sinh do khiếm khuyết gan, hạ đường huyết, và không tích luỹ WAT ​​hoặc BAT. Sử dụng chuột biến đổi gen, người ta xác định vai trò của C / EBPβ và C / EBPδ tác dụng sớm trong quá trình biệt hoá tế bào mỡtrong khi C / EBPα tác dụng sau. Trong thực tế,  C / EBPα biểu hiện trễ hơn trong sự tạo mỡ và phong phú nhất trong các tế bào mỡ trưởng thành. Biểu hiện của  C / EBPα và PPARγ một phần được điều hoà bởi nhữnghoạt động của C / EBPβ và C / EBPδ. Một trong những tác động chủ yếu của sự biểu hiện C / EBPα trong tế bào mỡ là tăng cường độ nhạy cảm insulin của các mô mỡ. Thực tế này sau đó được chứng minh rằng biến đổi gen C / EBPα không phá huỷ sự tạo mỡ nhưng WAT không nhạy cảm với các hoạt động của insulin.

Mô hình chung của yếu tố phiên mã hoạt hoá sự tạo mỡ cho thấy rằng AP-1, STAT5, Klf4, và KLF5 được kích hoạt sớm và dẫn đếnviệc tăng sự biểu hiện gen trung gian qua phiên mã (transactivation) của C / EBPβ và C / EBPδ. Hai yếu tố này lần lượt hoạt hoá sự biểu hiện của SREPB-1 và KLF15 dẫn đến hoạt hoá PPARγ và C / EBPα. Điều quan trọng là phải giữ quan điểm rằng nó không chỉ là yếu tố sao chép kích hoạt các tiền tế bào mỡ điều khiển sự tạo mỡ. Ngoài ra còn có một sự cân bằng tác dụng ở mức độ ức chế yếu tố sao chép trung gian của sự tạo mỡ. Một số trong những yếu tố đang chống tạo mỡ (anti-adipogeneic) bao gồm các thành viên của họ yếu tố giống Krüppel (Krüppel-like factor family) như, KLF2 và KLF3.GATA2 và GATA3 cũng tác động chống tạo mỡ. Gọi là yếu tố GATA bởi vì chúng kết hợp các phân tử DNA có chứa một chuỗi GATA cốt lõi. Hai yếu tố sao chép của họ yếu tố điều hoà interferon, IRF3 và IRF4, chống lại quá trình tạo mỡ.

Những thay đổi trong biểu hiện của các yếu tố phiên mã điều khiển quá trình tạo mỡ tổng thể liên quan với những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc. Những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc liên quan đến việcmethyl hóa protein histone và methyl hóa DNA. Nhiễm sắc thể trong tế bào gốc đa năng hiển thị một tính chất rất năng động với một mức độ cao của DNA linh động “DNA decondensed”. Sự biệt hoá được cảm ứng là do có sự thay đổi trong mô hình tổng thể của gen methyl hóa. Các gen Lineage chuyên biệt được demethylated trong khi các gen đa năng bị methyl hóa dẫn đến kích hoạt phiên mã và im lặng tương ứng. Khi quá trình biệt hoá mỡ tiến hành mã hóa gen PPARγ và C / EBPα được quan sát thay đổi vị trí vào bên trong hạt nhân trùng với tỷ lệ tăng phiên mã. Kể từ khi MSCs có thể được cảm ứng để biệt hóa thành xương và cơ bắp, cũng nhưmỡ,các gen biệt hoá mỡ như PPARγ và C / EBPα không cần thiết biểu hiện  nếu con đường gây ra là xương hay cơ bắp.

Liên quan với không biểu hiện phiên mã là phức hợp protein gọi là đồng kìm hãm (co-repressors) và phức hợp kích hoạt phiên mã được gọi là đồng-kích hoạt (co-activators). Khi MSCs là do xương dòng  protein histone3 trong khu vực promoter PPARγ là methyl hóa lysine 9 (xác định là H3K9) bởi một phức tạp đồng kìm hãm bao gồm SETDB1 histone methyltransferase và các protein liên quan NLK (Nemo-kinase) và CHD7 (chromodomain helicase DNA gắn protein-7). Ngoài việc không biểu hiện của các promoter PPARg, hoạt động của protein PPARγ về gen đích của nó cũng bị hạn chế bởi liên kết với các phức hợp đồng kìm hãm. Trongtiền tế bào mỡ, hoạt động của PPARγ được ngăn chặn bởi liên kết với PRB và HDAC3 (histone deacetylase 3). Sự cảm ứng của quá trình biệt hoá kéo theo phản ứng phosphoryl hóa PRB giải phóng từ phức hợp ức chế. Điều này dẫn đếntăng hoạt động acetyltransferases histone (HATs) và đồng hoạt hóa protein CBP/p300 (CBP CREB gắn protein, CREB là cAMP- response element-binding protein) đến phức hợp PPARγ kết quả làhoạt hoá phiên mãgen mục tiêu PPARγ.

Nhiều thí nghiệm đã bắt đầu xác định các mảng lớn của việc sửa đổi histone điều hoà sự biểu hiện của gen liên quan đến tổng thể sự tạo mỡ đặc biệt là biểu hiện của PPARγ. Những thay đổi phức histone bao gồm HATs, HDACs, methyltransferases histone (HMTs), và demethylases histone (HDMs). Hậu quả chung sự hoạt hóa của HATs và HMTs là kích hoạt PPARγ biểu hiện và / hoặc tăng cường các hoạt động PPARγ trong chất hoạt hoá gen mục tiêu của nó. Ngược lại, như mong đợi, hoạt hoá HDAC dẫn đến ức chế hoạt động PPARγ tại chất ức chế gen mục tiêu  của nó.

Điều hoà trao đổi lipid trong tế bào mỡ

Các triacylglycerol (TAG) được tìm thấy trong WAT là nguồn dự trữ năng lượng chính của cơ thể. Vùng chứa TAG là một vùng ổn định được điều hoà bởi lượng thức ăn vào, nhanh và bởi hậu quả của chế độ ăn uống trên mức hormon tuyến tuỵ. Ngoài ra, hồ chứa chất béo của mô mỡ thay đổi là kết quả của biến động hormon khác, quá trình viêm, và sinh lý bệnh. tổng thể quá trình hóa sinh trong  trao đổi chất củaTAG của được trình bày trong trang tổng hợp lipid và trang oxy hóa acid béo. Mục đích của phần này là để thảo luận chi tiết hơn về các hoạt động enzyme điều hoà tổng cân bằng TAG nội môi của mô mỡ cũng như sự điều hoà hormon và các quá trình sinh lý

Ban đầu người ta tin rằng việc giải phóng các acid béo từ nơi dự trữ TAG của mô mỡ được kích hoạt riêng biệt thông qua hoạt hoá hormone nhạy cảm lipase (hormone-sensitive lipase) (HSL). Tuy nhiên, khi HSL-null của chuột được tạo ra người ta đã phát hiện ra rằng quá trình này liên quan đến việc thêm adipocyte HSL-independent TAG lipase. Nghiên cứu sau đó đã dẫn đến việc xác định ít nhất là năm lipases TAG của mô mỡ ngoài HSL ra. HSL là chất xúc tác hoạt động đa dạng bao gồm TAG, diacylglycerols (DAG), và este cholesterol (CES). Khi khảo nghiệm  in vitro hoạt động của HSL ít nhất là 10 lần cao hơn so với DAG hơn TAG. Khi tác động trên TAG hoặc DAG, HSL có hoạt động mạnh nhất chống lại các acid béo có trong vị trí sn-1 hoặc sn-3 của xương sống glycerol. Cho đến khi những thí nghiệm trên chuột biến đổi gen gần đây đã chứng minh rằng, HSL được cho là enzyme cơ bản liên quan đến TAG mỡvà thủy phân DAG cũng như hoạt động chính của  neutral cholesteryl ester hydrolase (NCEH) .

Mặc dù chuột HSL-null vẫn còn biểu hiện hoạt động hydrolase TAG, kết quả từ các nghiên cứu ở những con chuột này cho thấy rằng sự phân giải lipid qua trung gian HSL có đóng góp đáng kể cho tổng thể giải phóng acid béo từ các tế bào mỡ. Ở những con chuột thiếu HSL có thấy giảm mức độ lưu thông acid béo tự do và TAG cũng như giảm lưu trữ TAG trong gan. Những kết quả này chỉ ra rằng nếu thiếu HSL thì sẽ không đủ phân giải lipid từ  mô mỡ để hỗ trợ các nhu cầu năng lượng của tế bào từ các acid béo và cũng không để tổng hợp VLDL đầy đủ trong gan. Kết quả các nghiên cứu về vai trò của HSL trong phân giải lipid tổng thể ở mô mỡ chứng minh rằng nó không hoàn toàn cần thiết cho sự thủy phân TAG như suy nghĩ ban đầu. Tuy nhiên, những con chuột HSL-null có tích luỹ DAG chỉ ra rằng vai trò quan trọng đối với HSL là giải phóng acid béo từ DAG lần lượt tạo ra monoacylglycerols (MAGs). Tỷ lệ giải phóng acid béo từ DAG là khoảng 10 – 30 lần so với tỷ lệ giải phóng từ TAG. Cho đến nay chỉ DAG lipase được xác định trong mô mỡ là HSL.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

SINH LÝ HỌC MẠCH MÁU

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tổng quan

 Mạch máu tham gia điều hòa cân bằng nội môi một cách nhanh chóng (moment-to-moment) và góp phần vào các rối loạn sinh lý bệnh của tất cả các cơ quan trong cơ thể. Do vậy, việc tìm hiểu các  hoạt tính sinh học nền tảng của mạch máu sẽ giúp chúng ta hiểu được các hoạt động bình thường của các hệ cơ quan trong cơ thể, kể cả các rối loạn bệnh lý nói chung.

Hình 32.1: Cấu trúc mao mạch và tĩnh mạch. Mao mạch có lớp pericyte không liên tục và tĩnh mạch có lớp ngoài dày.

Mao mạch là mạch máu nhỏ nhất, có một lớp tế bào biểu mô và có cấu trúc phân cực với một màng đáy, sát bên các tế bào giống cơ trơn (smooth-muscle-like cell) hay còn gọi là pericytes. Không giống như các mạch máu lớn, pericytes không bao lấy toàn bộ lớp vi mạch để tạo thành vỏ bao liên tục (continuous sheath).

Tĩnh mạch và động mạch có cấu trúc gồm 3 lớp: (1) Lớp màng trong (intima) có một lớp tế bào biểu mô liên tục với các mao mạch. (2) Lớp giữa (tunica media) có một lớp tế bào cơ trơn. Lưu ý; trong tĩnh mạch, lớp giữa chỉ có một vài lớp tế bào cơ trơn. (3) Lớp ngoài (adventitia) bao gồm các chất dịch ngoại bào lỏng cùng nhiều nguyên bào sợi, dưỡng bào và các đầu tận thần kinh. Các động mạch lớn hơn có các mạng mạch riêng (vasculature); cấu trúc vasa vasorum nuôi dưỡng phần mặt ngoài của lớp giữa. Lớp ngoài của tĩnh mạch dày hơn lớp trong.

Hình 32.2: Các động mạch nhỏ có lớp giữa đáng chú ý. Động mạch lớn có lớp giữa và lớp cơ trơn bao lấy dịch ngoại bào.

Sinh học tế bào của mạch máu

Tế bào nội mô

Là loại tế bào chính của lớp trong mạch máu. Chúng có nhiều chức năng quan trọng trong sức khỏe và bệnh tật. Trong hầu hết các trường hợp, lớp nội mô là nơi tiếp xúc giữa mô và các thành phần có trong máu. Do vậy, nó điều hòa dòng phân tử và tế bào vào mô một cách có chọn lọc. Tế bào biểu mô có các kênh bán thấm chọn lọc và nó sẽ bị hủy hoại trong các trường hợp bệnh lý như xơ vữa động mạch và cao huyết áp. Tình trạng rối loạn điều hòa (dysregulation) tính bán thấm cũng có thể xảy ra trong trường hợp phù phổi và các tình trạng rò mao mạch (capillary leak).

Bảng 32.1: Chức năng của nội mô trong sức khỏe và bệnh tật. (Harrison’s principles of internal medicine 18th)

Lớp nội mô cũng tham gia các quá trình điều hòa cục bộ của dòng máu và kích thước mạch. Các chất nội sinh được tổng hợp bởi tế bào biểu mô như prostacyclin, endothelium-derived hyperpolarizing factor (yếu tố quá phân cực có nguồn gốc nội mô), NO và H2O2 có chức năng gây giãn mạch trong điều kiện sinh lý của cơ thể. Rối loạn tiết NO (chất giãn mạc phụ thuộc nội mô) sẽ gây ra hiện tượng co mạch quá mức trong nhiều tình trạng bệnh lý. Ngược lại, tế bào nội mô cũng có thể sản xuất các chất co mạch mạnh như endothelin như một “lực đối kháng” lại với các chất gây giãn mạch. Sự sản xuất quá mức ROS (các gốc oxygen tự do hoạt động) như anion O2 bởi tế bào nội mô hay tế bào cơ trơn trong bệnh lý có thể bất hoạt NO và tạo nên tình trạng stress oxi hóa.

Lớp nội mô góp phần quan trọng vào các quá trình viêm trong các cơ chế tự vệ bình thường và trong tình trạng bệnh lý. Bình thường lớp nội mô hạn chế bớt sự tiếp xúc với tế bào bạch cầu. Tuy nhiên, khi được hoạt hóa bởi các sinh vật ngoại lai, nội độc tố hay là các cytokines tiền viêm do nhiễm trùng hoặc tổn thương, tế bào nội mô sẽ“trình diện” các phân tử kết dính tế bào bạch cầu. Tùy tình trạng bệnh lý mà tế bào nội mô sẽ có ái lực với các loại bạch cầu khác nhau.

Toàn bộ các phân tử kết dính và các chemokines được tạo ra trong quá trình nhiễm khuẩn cấp huy động ưu thế các bạch cầu hạt. Tuy nhiên, trong các trường hợp bệnh lý viêm mạn tính như lao hay xơ vữa động mạch, tế bào nội mô có các phân tử kết dính ưu thế với việc huy động các bạch cầu đơn nhân hơn.

Tế bào nội mô còn điều hòa sự hình thành huyết khối (thrombosis) và cầm máu (hemostasis). Ngoài chức năng giãn mạch, NO còn có thể giới hạn quá trình hoạt hóa và kết tụ tiểu cầu. Cũng giống như NO, prostacyclin trong điều kiện bình thường không chỉ kích hoạt giãn mạch mà còn là một antagonist, ngăn cản hoạt hóa và kết tụ tiểu cầu. Thrombomodulin hiện diện ở bề mặt tế bào biểu mô có khả năng gắn với thrombin ở nồng độ thấp và ức chế quá trình đông (coagulation) bằng cách kích hoạt lộ trình tín hiệu của protein C. Do vậy, nó bất hoạt các yếu tố đông máu Va, VIIIa và chống lại sự hình thành huyết khối.

Hình 32.3: Mặt cắt ngang của thành động mạch lớn đàn hồi (large elastic artery)

Bề mặt tế bào biểu mô có chứa heparan sulfate glycosaminoglycans – một lớp chống đông máu nội sinh (endogenous antithrombotic coating) cho các mạng mạch (vasculature). Và các tế bào này cũng tham gia quá trình phân giải fibrin (fibrinolysis) và sự điều hòa của nó. Chúng trình diện các thụ thể cho plasminogen, chất hoạt hóa plasminogen (plasminogen activators) và tổng hợp các chất hoạt hóa plasminogen thuộc týp mô. Thông qua sự sản sinh các plasmin cục bộ này, tế bào nội mô có thể kiểm soát quá trình tiêu các cục máu đông mới hình thành.

Khi được hoạt hóa bởi các cytokines phản ứng viêm, nội độc tố hay angiotensin II, các tế bào nội mô tạo ra các chất ức chế chính của quá trình phân giải fibrin, plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1). Do vậy, trong tình trạng bệnh lý, tế bào nội mô có thể tạo huyết khối thay vì chống lại quá trình đó. Các yếu tố kích thích trong đáp ứng viêm cũng trình diện các yếu tố tiền đông máu mô mạnh, gây ra tình trạng đông máu nội mạch lan tỏa (disseminated intravascular coagulation) trong trường hợp nhiễm trùng máu (sepsis).

Tế bào nội mô cũng có vai trò trong các bệnh lý liên quan miễn dịch (immune-mediated disease), như sự phân giải tế bào nội mô chẳng hạn. Sự hiện diện của các phức hợp tương hợp mô (histocompatibility complex) ngoại lai trong kháng nguyên của tế bào nội mô ở trường hợp cấy ghép mô rắn (solid-organ allografts) có thể gây ra phản ứng đào thải. Do vậy ta thấy là tế bào nội mô cũng tham gia vào các đáp ứng miễn dịch bẩm sinh.

Các tế bào nội mô điều hòa sự tăng trưởng (growth) của các tế bào cơ trơn bên dưới. Heparan sulfate glycosaminoglycans được tạo ra bởi tế bào nội mô có thể kiểm soát quá trìnhphát triển (proliferation) của tế bào cơ trơn. Ngược lại, khi bị tổn thương, các tế bào biểu mô có thể sản sinh ra các yếu tố tăng trưởng và hóa hướng động như platelet-derived growth factor chẳng hạn để kiểm soát sự di trú và phát triển của các tế bào cơ trơn mạch máu. Các rối loạn điều hòa trong việc tạo ra các phân tử kích thích tăng trưởng này có thể khiến hình thành các mảng xơ vữa.

Tế bào cơ trơn mạch máu

Hình 32.4: Các lộ trình tín hiệu gây co cơ trơn mạch máu. Lưu ý là các agonist co mạch tương tác với GPCRs, liên quan đến lộ trình của PLC, PLD, DAG, IP3, Ca2+, PKC, p38MAPK, JNK và ERK 1/2.

Là loại tế bào chính trong mạch máu, liên quan nhiều đến các bệnh lý mạch máu. Sự co và giãn tế bào cơ trơn kiểm soát huyết áp, lưu lượng máu và áp lực hậu tải (afterload experienced) ở tâm thất trái.Trương lực vận mạch của tĩnh mạch thì bị chi phối bởi trương lực cơ trơn, nó điều hòa dung tích (capacitance) của mạng tĩnh mạch và áp lực tiền tải (preload experienced) ở cả hai tâm thất. Điều đặc biệt là, tế bào cơ trơn ở mạch máu người trưởng thành ít khi được tái tạo. Trạng thái “ngủ đông” (homeostatic quiescence) của các tếbào cơ trơn thay đổi trong các tổn thương động mạch hay hoạt hóa phản ứng viêm. Sự phát triển và di cư của các tế bào cơ trơn mạch máu có liên quan tới sự phân hóa kiểu hình (phenotype) do giảm hàm lượng protein co và tăng sản xuất các đại phân tử trong chất nền ngoại bào. Điều này gây ra hẹp động mạch (arterial stenoses) trong xơ vữa động mạch, tái cấu trúc động mạch trong cao huyết áp và đáp ứng tăng sản của động mạch bị tổn thương khi đặt stent.

Trong tuần hoàn phổi, sự di cư và phát triển của tế bào cơ trơn liên quan chặt chẽ với các bệnh mạch máu phổi xảy từ từ trong đáp ứng chống đỡ (sustained) trạng thái lưu lượng máu cao, như trong trường hợp shunts trái phải chẳng hạn. Các bệnh mạch máu phổi này là chướng ngại lớn nhất trong việc kiểm soát các bệnh nhân bị bệnh tim bẩm sinh.Hiểu biết của nhân loại về các lộ trình tín hiệu điều hòa giai đoạn “quá độ” (transition) của việc tái cấu trúc kiểu hình các tế bào cơ trơn mạch máu đang được tiếp tục tập trung nghiên cứu. Tuy nhiên, người ta đã xác định được microRNA là phân tử điều hòa mạnh mẽ quá trình này.

Cũng giống như các tế bào nội mô, tế bào cơ trơn mạch máu không chỉ đơn thuần đáp ứng lại các kích thích vận mạch hay đáp ứng viêm của các loại tế bào khác mà còn tự mình đóng vai trò đó. Ví dụ, khi nhiễm nội độc tố hoặc các kích thích tiền viêm, tế bào cơ trơn có thể sinh ra cytokines và các chất sinh viêm khác. Trong quá trình hoạt hóa phản ứng viêm, tế bào cơ trơn động mạch có thể tạo ra các mediator của prothrombotin như yếu tố mô, antifibrinolytic protein PAI-1 và các phân tử khác để điều biến sự đông máu và phân giải fibrin. Các tế bào cơ trơn cũng có thể sinh ra các yếu tố tăng trưởng theo hình thức tự tiết để “khuếch đại” các đáp ứng tăng sản trong thương tổn động mạch.

Chức năng của tế bào cơ trơn mạch máu

Tế bào cơ trơn mạch máu chi phối trương lực cơ. Những tế bào này co lại khi được kích thích bởi sự gia tăng nồng độ calcium nội bào từ dòng Calcium nhập bào (influx) và từ nguồn calcium được giải phóng trong các nguồn dự trữ nội bào.

Trong tế bào cơ trơn mạch máu, kênh calcium phụ thuộc điện thế týp L mở ra khi màng tế bào bị khử cực, nó được điều hòa bởi bơm Na+-K+-ATPase và các kênh ion như kênh Knhạy cảm với Ca2+. Sự thay đổi cục bộ nồng độ Ca2+ nội bào được gọi là Calcium sparks, có được bởi dòng Ca2+ nhập bào thông qua các kênh Ca2+ phụ thuộc điện thế và sự hoạt hóa hiệp đồng của các kênh Ca2+nhạy cảm với ryanodine trên màng SR. Calcium sparks trực tiếp làm tăng nồng độ Ca2+ nội bào và gián tiếp tăng nồng độ Ca2+ nội bào thông qua việc hoạt hóa các kênh Cl. Hơn nữa, calcium sparks làm giảm lực co cơ trơn vì hoạt hóa một lượng lớn các kênh K+ nhạy cảm với Ca2+, quá khử cực màng tế bào và do vậy giới hạn sự gia tăng nồng độ Ca2+ phụ thuộc điện thế.

Hình 32.5: Quá trình điều hòa nồng độ Ca2+ trong tế bào cơ trơn mạch máu và cơ chế co cơ phụ thuộc ATP của actomyosin (phức hợp actin, myosin và ATP)

Các agonist cũng làm tăng nồng độ Ca2+ nội bào thông qua hoạt động của phospholipase C. Lộ trình này xảy ra bởi sự thủy phân của PtdIns4,5P2, sinh ra DAG và IP3, sau đó hoạt hóa PKC kết quả là tăng nồng độ Ca2+nhập bào. Hơn nữa, IP3 vào các thụ thể đặc hiệu trên màng SR để tăng dòng Ca2+ đi vào tế bào chất từ các “vũng dự trữ Ca2+” (calcium storage pool).

Sự co các tế bào cơ trơn mạch máu được kiểm soát cơ bản bởi sự phosphoryl hóa myosin sợi nhỏ, một quá trình được điều hòa chặt chẽ bởi sự cân bằng trong hoạt động của myosin light chain kinase và myosin light chain phosphatase. Ca2+ hoạt hóa MLCK thông qua phức hợp calcium-calmodulin. Sự phosphoryl hóa MLC bởi kinase này làm tăng hoạt tính của myosin ATPase và tăng co cơ. Ngược lại, MLC phosphatase dephosphoryl hóa MLC, làm giảm hoạt tính của ATPase và lực co cơ. Sự phosphoryl hóa tiểu đơn vị gắn myosin (Thr695) của MLCP bởi Rho kinase sẽ ức chế hoạt tính của phosphatase và giảm sự nhạy cảm với Ca2+ của các thành phần co cơ. Rho kinase tự hoạt hóa nó bởi GTPase RhoA nhỏ (phân tử này được hoạt hóa bởi các yếu tố chuyển đổi guanosine và bị bất hoạt bởi các protein hoạt hóa GTPase).

Cả cAMP và cGMP đều “giải phóng” tế bào cơ trơn bởi các cơ chế phức tạp. β agonist hoạt động thông qua GPCR hoạt hóa AC để chuyển ATP thành cAMP; NO hoạt động trực tiếp còn các peptide lợi niệu nhĩ hoạt độngn thông qua GPCR để hoạt hóa GC và chuyển GTP thành cGMP. Những tác nhân này sau đó sẽ hoạt hóa PKA và PKG để bất hoạt MLCK và làm giảm trương lực cơ. Hơn nữa, PKG có thể tương tác trực tiếp với các tiểu đơn vị cơ chất gắn myosin của MLCP, tăng hoạt tính phosphatase và giảm trương lực cơ. Còn một số cơ chế điều hòa liên quan đến hoạt động của RhoA, cGMP kinase, IP3, phospholamban,… sẽ được đề cập ở chương lộ trình tín hiệu.

Sự kiểm soát trương lực cơ trơn mạch máu

Hình 32.6: Sự kiểm soát trương lực cơ của tế bào nội mô. Tế bào nội mô tổng hợp sau đó tiết NO, EDHF, PGI2 (các yếu tố giãn cơ) và Angiotensin II, ET-1 (các yếu tố co cơ)

Trương lực cơ trơn mạch máu được kiểm soát bởi hệ thần kinh tự động và bởi tế bào nội mô. Các neuron tự động đi vào lớp giữa của mạch máu từ lớp ngoài và điều biến (modulate) trương lực tế bào cơ trơn thông qua các thụ cảm áp suất (baroreceptor) và thụ cảm hóa(chemoreceptor) ở cung động mạch chủ, thân động mạch cảnh và các thụ cảm nhiệt ở da. Các thành phần điều hòa bao gồm các cung phản xạ nhanh được điều hòa bởi các đáp ứng với tín hiệu cảm giác và xúc cảm. 3 loại điều hòa thần kinh tự động của trương lực cơ là:

–          Trực giao cảm (sympathetic): Các neurotransmitter như epinephrine và norepinephrine.

–          Đối giao cảm (parasympathetic): Các neurotransmitter như acetylcholine.

–          Nhóm phân tử nonadrenergic/noncholinergic bao gồm hai phân nhóm:

o   Nitrergic: Neurotransmitter là NO.

o   Peptidergic: Neurotransmitter là chất P, vasoactive intestinal peptide, calcitoningene-related peptide và ATP.

Mỗi neurotransmitter hoạt động thông qua thụ thể đặc hiệu của nó trên tế bào cơ trơn để điều biến dòng Ca2+ nội bào và trương lực cơ.

Norepinephrine hoạt hóa thụ thể α, epinephrine hoạt hóa thụ thể α và β; trong hầu hết mạch máu, norepinephrine hoạt hóa thụ thể α1 hậu khớp nối (postjuntion) ở các động mạch lớn và α2 trong các động mạch nhỏ và tiểu động mạch, gây co cơ.

Hầu hết các mạch máu đều có thụ thể β2 trên tế bào cơ trơn và đáp ứng với các β agonist gây giãn mạch phụ thuộc cAMP.

Acetylcholine được giải phóng từ các neuron trực giao cảm gắn kết với các thụ thể hướng chuyển hóa (có 5 týp M1 – M5) trên tế bào cơ trơn mạch máu để gây ra sự giãn mạch. Hơn nữa, NO hoạt hóa các thụ thể tiền synapse để giải phóng acetylcholine, sau đó Ach hoạt hóa việc giải phóng NO từ các tế bào nội mô.

Các neuron nitrergic giải phóng NO bởi nNOS gây giãn cơ thông qua lộ trình cGMP và một số cơ chế khác. Các peptidergic neurotransmitter đều là các chất giãn mạch, hoạt động trực tiếp hay gián tiếp thông qua NO để làm giảm trương lực cơ.

Tế bào nội mô điều biến trương lực cơ trơn mạch máu bằng các chất tác hiệu trực tiếp như NO, prostacyclin, H2S và các yếu tố quá phân cực có nguồn gốc nội mô. Tất cả các chất tác hiệu này đều là chất giãn mạch và endothelin, angiotensin II có chức năng gây co mạch. Tế bào nội mô phóng thích các chất tác hiệu này khi bị kích hoạt bởi các yếu tố cơ học (đứt mạch máu, căng thẳng kéo dài,…) và các mediator hóa sinh học (purinergic agonist, muscarinic agonist, peptidergic agonist). Các mediator này hoạt động thông qua các thụ thể đặc hiệu trên tế bào nội mô.

Sự tái tạo mạch máu

Hình 32.7: Sơ đồ mô tả quá trình hình thành mạch máu phôi thai (vasculogenesis) và sự tái tạo mạch máu (angiogenesis). Các yếu tố tái tạo mạch của từng giai đoạn cũng được mô tả.

Sự tăng trưởng của các mạch máu mới đáp ứng lại các tình trạng thiếu oxy máu mạn (chronic hypoxemia) và thiếu máu mô. Các yếu tố tăng trưởng như VEGF và FGF (fibroblast growth factor) hoạt hóa các lộ trình tín hiệu để kích hoạt sự tăng sinh mạch máu và sự hình thành cấu trúc ống. Sự phát triển của hệ thống mạch bàng hệ (collateral vascular networks) trong tình trạng thiếu máu cục bộ cơ tim (ischemic myocardium) cho thấy quá trình này có thể là kết quả của hiện tượng hoạt hóa có chọn lọc các tế bào gốc của tế bào nội mô (endothelial progenitor cell). Sự tái tạo mạch máu thật sự phải tạo các mạch máu có đủ 3 lớp thường không xảy ra ở hệ tim mạch của người trưởng thành.

Hình 32.8: Cơ chế khác nhau của HIF-1α và HIF-2α trong sự phát triển của mạch máu.

Sự kiện tăng sinh mạch máu hay tái cấu trúc ở người trưởng thành không bao giờ có đủ 3 lớp như trạng thái ban đầu cho thấy tái cấu trúc hay tăng sinh không thể tái tạo mạch máu hoàn hảo và luôn là tiền đề của mọi sự rối loạn ở mô tân tạo. Các phần mạch máu tân tạo cũng không có sự biểu hiện bình thường của các protein thiết yếu như thụ thể và kênh ion điều này cho thấy sác lộ trình tín hiệu bình thường cũng như đáp ứng với thuốc có thể hoàn toàn sai lạc. Trong điều kiện đó lực ma sát (shear force) tác động lên thành mạch thường không có tác động dãn mạch vì sự biểu hiện kém của eNOS (endothelial nitric oxide synthetase) & iNOS (inducible Nitric Oxide Synthetase) cũng như EDHF (endothelial derived hyperpolarization factor), lực ma sát lúc đó thành một yếu tố phá hoại. Mặt khác, Angiotensin II có thể hoạt hóa men MAPK (mitogen activating protein kinase) tạo ra những protein bất thường như Fibronectin, Tenescin xâm lấn vào tổ chức cơ trơn tạo nên sự tái cấu trúc sai lạc, điều này giúp giải thích vai trò tối ưu của các thuốc ức chế ACE trong tác dộng chống tái cấu trúc sai lệch, ưu điểm mà các nhóm thuốc khác không thể có được kể cả thuốc ức chế thụ thể AT1.

Thiếu máu cục bộ mãn tính hoạt hóa HIF1α & HIF2α (hypoxia induced factor) cục bộ gây ra sự tập hợp và biệt hóa của EPC (endothelial progenitor cell)cũng như tế bào myeloid CD45+ hình thành mạng lưới mạch máu sơ cấp để hình thành vascular bedcũng bị khiếm khuyết do đó ở cấp độ vascular bed sự tái tạo cũng không hoàn hảo đưa đến tắc mạch điều này giải thích vì sao sự tái cấu trúc hay kèm theo với hiện tượng đông máu cục bộ.

Có thể tóm tắt 2 điểm quan trọng mà người ta biết được từ khảo sát sinh học mạch máu:

1.      Mạch máu của phần thân trên có diện tích rộng tiếp xúc với các tế bào di trú có nguồn gốc từ neural crest (mào thần kinh), mạch máu tại phần thân trên có tác động như một rào chắn sự di trú của các tế bào của mào thần kinh (neural crest – barriers to crest cell migration) do đó có sự biểu hiện protein tích hợp màng tương đối khác với mạch máu phần thân dưới; sự di trú của tế bào từ neural crest lên phía nội sọ không có khoảng không gian đủ và nhất là không tiếp xúc với môi trường chất nền ngoại bào (extracellular matrix) đặc biệt là ở mô thần kinh nên có sự biệt hóa khác biệt với mạch máu phần thân dưới. Chính sự tiếp xúc với ECM đã làm cho mạch máu nội sọ và mạch máu ngoại sọ phản ứng hoàn toàn khác nhau với những thuốc “giãn mạch máu não”, thật vậy những thuốc giãn mạch máu mà người ta đã tưởng chỉ làm giãn mạch máu ngoại sọ. Mạch máu phần thân dưới đáp ứng mạnh và ưu thế với hệ thần kinh tự động trong khi mạch máu phần thân trên nhất là mạch máu nội sọ đáp ứng với nhiều yếu tố vận mạch hơn đặc biệt là phản ứng với pCO2 cao. Hệ thống mạch máu của thận vị là hệ thống đáp ứng đa dạng nhất với các yếu tố điều chỉnh gần như là một ngoại lệ của toàn thể hệ thống mạch máu.

2.      Những mạch máu tân tạo không bao giờ hoàn chỉnh và luôn là tiền đề cho những rối loạn chức năng phức tạp tỷ lệ tái cấu trúc mạch máu càng cao thì sự đáp ứng với thuốc càng không thể tiên liệu được tác động.

Xem bài viết gốc tại đây.

Tìm hiểu về thụ thể Gq (GPCR)

Cùng tìm hiểu về thụ thể Gq (GPCR) – Calcium ion qua bài giảng sau nhé các bạn!

Xem thêm các video khác tại đây:

http://www.youtube.com/biomedera

Nếu thấy hữu ích cho việc học của mình, bạn hãy like và subcribe để theo dõi những video mới nhất nhé ♥

ĐẠI CƯƠNG TĂNG TRƯỞNG TẾ BÀO BẤT THƯỜNG

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tổng quan

Tế bào thường bị phân giải bởi apoptosis hoặc tử hoại (necrosis). Biểu hiện đại thể như sự bong tróc (sloughing) gặp trong tế bào ống tiêu hóa và da; các thương tổn gây chảy máu,… Sự chết và sống xen kẽ nhau, tế bào mới sẽ thay thế tế bào chết cùng mức độ nhờ các cơ chế cân bằng nội môi của cơ thể. Nếu các cơ chế điều hòa tế bào bình thường bị rối loạn, sự phân chia tế bào không kiểm soát sẽ xảy ra, hiện tượng nặng nề nhất là ung thư.

Hình 33.1: Một số hoạt động của protooncogene đã đề cập.

Ta cần biết rằng các protooncogene điều hòa hoặc sản sinh ra protein kiểm soát sự tăng trưởng và phát triển của tế bào. Các đột biến xảy ra khiến protooncogene chuyển thành oncogene (nguyên nhân gây ung thư). Hơn nữa, các đột biến có thể gây mất chức năng các gene có vai trò ức chế gene sinh ung và do vậy cũng góp phần gây ung thư.

Hầu hết mọi thay đổi di truyền xảy ra trong quá sinh ung thư hóa (carcinogenesis) là đột biến bản thể (somatic mutation). Mỗi lần phân bào là mỗi lần đột biến có cơ hội xảy ra, do vậy mà bất kì ai trong chúng ta đều có một nguy cơ nền (background risk) mắc phải ung thư. Các quá trình này không nằm ngoài sự chi phối của môi trường (ta đã khảo sát lần lượt qua các chương trong quyển sách này).

Gene và ung thư

Quá trình điều hòa chu kì tế bào được kiểm soát bởi các protooncogene – tác động vào cả giai đoạn thúc đẩy phân bào và tác động vào các gene ức chế sinh ung.

Hình 33.2: Các cơ chế chuyển protooncogene thành oncogene.

Protooncogene và oncogene

Sự phân bào được kiểm soát bởi nhiều protein trong tế bào (đã thảo luận kĩ ở chương chu kì tế bào). Tất cả các protein này là sản phẩm của gene, do vậy đột biến gene có thể làm rối loạn sự tăng trưởng của tế bào.

Protooncogene là các gene mà sản phẩm protein của nó kiểm soát sự tăng trưởng và biệt hóa của tế bào.  Khi các gene này bị đột biến nó sẽ gây ra các thay đổi cả về chất (qualitative) và lượng (quantitative), lúc này nó trở thành oncogene. Các protooncogene kích thích chu kì tế bào và thay đổi chuỗi truyền tín hiệu quyết định sự tăng trưởng, tăng sinh và biệt hóa tế bào. Một số quá trình được thể hiện ở hình ở trên.

Một số con đường hoạt hóa quá trình chuyển protooncogene thành oncogene là: Đột biến điểm, đột biến chèn thêm, khuếch đại gene, chuyển vị chromosome và có thể là sự biểu hiện của các oncoprotein (tác động ngược lại vào gene).

Gene ức chế sinh ung

Các gene ức chế sinh ung rất quan trọng trong việc giữ vững sự tăng trưởng bình thường của tế bào bằng cách loại bỏ các tiến trình không được điều hòa (unregulated progression) trong chu kì tế bào. Khi các gene này lộn xộn, nó gây ra các hậu quả sau:

Hình 33.3: Minh họa cơ chế hoạt động của p53

–          Mất chức năng – Mất/mất chức năng gene ức chế sinh ung sẽ dẫn tế bào đến ung thư.

–           p53 – đây là gene ức chế sinh ung “nổi tiếng” nhất (nó được gọi tên như vậy bởi vì nó mã hóa cho các protein có trọng lượng 53kD). Nhiều hơn một nữa ung thư ở người đều có kèm sự đột biến của p53. Mất chức năng của gene này sẽ gây mất ổn định toàn bộ hệ thống di truyền trong tế bào vì:

  • Nó điều hòa biểu hiện gene và kiểm soát một vài gene điều hòa tăng trưởng.
  • Giúp quá trình sửa chứa DNA xảy ra. Khi DNA bị tổn thương, p53 cảm ứng tổn thương và gây dừng chu kì tế bào ở G1 cho đến khi tổn thương đó được khắc phục.
  • Hoạt hóa apoptosis của tế bào bị tổn thương. Cơ chế này xảy ra nếu thương tổn của DNA vượt quá khả năng sửa chữa.

Hình 33.4: Cơ chế hình thành và thực hiện chức năng của miRNA

Đặc tính “trội” (dominant) – “lặn” (recessive) của oncogene và gene ức chế sinh ung

Một vài đột biến gene hoạt hóa quá trình chuyển đổi protooncogene thành oncogene nhưng lại bất hoạt và xóa bỏ các gene ức chế sinh ung. Đây là 2 điều kiện hoạt hóa ung thư “hiệu quả”.

Hình 33.5: Oncogene có tính trội và gene ức chế sinh ung có tính lặn.

MicroRNA (miRNA) điều hòa biểu hiện gene ở mức độ sau phiên mã. Nó được mã hóa ở vùng không mã hóa (noncoding) và intron của nhiều gene khác nhau. Các RNA chuỗi dơn này có khoảng 21 – 23 nucleotide và được tạo ra theo trình tự pri-miRNA – pre-miRNA – miRNA. miRNA trưởng thành được bổ sung không hoàn toàn vào một hoặc một vài mRNA và giải nhạy cảm biểu hiện gene.

miRNA được cho là ảnh hưởng đến quá trình sản xuất cytokine, growth factor, transcription factor,… Thuộc tính biểu hiện của miRNA thường thay đổi trong các khối u. Quá biểu hiện miRNA có thể giảm nồng độ các protein được tạo ra bởi gene ức chế sinh ung. Ngược lại, khi miRNA bị mất chức năng tác dụng lên các oncogene thì sẽ tăng biểu hiện các gene đích. Do vậy, miRNA vừa đóng vai trò như một oncogene, vừa có thể được xem là một gene ức chế sinh ung. Các tiến bộ đạt được hiện nay về miRNA giúp chẩn đoán và điều trị ung thư hiệu quả hơn.

Cơ chế phân tử của ung thư

Trước hết cần phải xác định rằng ung thư là một quá trình diễn ra theo thứ bậc (stepwise). Thông thường một vài biến đổi gene phải xảy ra tại các vị trí đặc biệt trước khi các biến đổi ác tính biểu hiện ở hầu hết các ung thư ở người trưởng thành. Các loại ung thư ở trẻ em không đòi hỏi nhiều sự đột biến nhiều như vậy. Một vài đột biến di truyền hiếm gặp có thể gây ra ung thư ở một hay nhiều vị trí trên các cá thể đó. Và cuối cùng, chúng ta phải luôn ghi nhớ rằng các đột biến này có dạng bản thể.

Ở chương này chúng ta sẽ khảo sát qua tổng quan các giả thuyết và bằng chứng ghi nhận được của các nhà khoa học trong giải thích cơ chế ung thư.

Điều hòa tăng trưởng

Tế bào bình thường đáp ứng với các tín hiệu hóa sinh phức tạp để có thể tăng trưởng, phát triển, biệt hóa và chết. Ung thư xảy ra khi một tế bào nào đó được “giải phóng” khỏi hệ thống kiểm soát trên và do vậy tăng sinh không ngừng. Cơ chế chính liên quan tới mTOR.

Đọc chi tiết bài viết tại đây.

Chuyển hóa Calcium và Phosphate

(Nguyễn Văn Tiến trình bày)

Chuyển hóa Calcium và Phosphate
– 98-99% Calcium được tái hấp thu ở thận với khoảng 60% ở ống lượn gần và lượng còn lại hấp thu ở nhánh lên quai Henle và DCT, ống lượn xa hấp thu Ca++ qua TRPV6 (trước đây gọi là CaT1 hay ECaC2) biểu hiện bởi PTH hoặc dependent vitamin D.
1.png
– Phosphorus: Pi được lọc ở cầu thận và 85-90% được tái hấp thu. Sự hấp thu của Pi là chủ động thứ phát phụ thuộc Na+(Na+/Pi cotransporter) như NaPi-IIa và NaPi-IIc(tái hấp thu ở ruột non là NaPi-IIb). NaPi-IIb co-transport được ức chế mạnh mẽ bởi PTH→trực tiếp làm giảm tái hấp thu Pi
2.png
– Tia cực tím kích thích vận chuyển chủ động hấp thu Ca++ và PO43- từ ruột. 7-dehydrocholesterol→tiền vitamin D3 một cách nhanh chóng, sau đó previtamin D3 chuyển từ từ thành vitamin D3. Vitamin D3 và hydroxylated derivatives của nó gắn vào globulin huyết tương qua DBP(vitamin D-binding protein) và được hấp thu ở ruột. Sau đó vitamin D3 chuyển qua 25-hydroxycholecalciferol(calcidiol hay 25-OHD3) ở gan và sau đó 25-OHD3 chuyển thành dạng hoạt động hơn là 1,25-dihydroxycholecalciferol (calcitriol hay 1,25-(OH)3D3) ở tế bào ống lượn gần của thận. calcitriol tạo nên nhau thai (placenta), keratinocytes ở da và macrophages. Cuối cùng calcitriol chuyển thành 24,25-dihydroxycholecalciferol, là dạng có ít hoạt tính hơn.
3.png

– Điều hòa tạo calcidiol không nghiêm ngặt, tuy nhiên điều hòa tạo calcitriol ở thận xúc tác bởi 1α-dihydrocholecalciferol ở thận, là một kiểu phản hồi âm hoặc dương bởi Ca++ và PO4‑3- . Khi nồng độ Ca++ cao trong huyết tương, 1 ít calcitriol tạo ra và thận sản xuất chậm thụ động tương đối 24,25-dihydroxycholecalciferol thay thế. PTH tăng tiết khi nồng độ Ca++ thấp →1α-hydroxylase được kích thích→tăng tạo calcitriol. Sự tạo calcitriol được kích thích bởi nồng độ thấp Ca++ nhưng ức chế bởi nồng độ cao PO43-‑, do nó ức chế trực tiếp 1α-hydroxylase. Thêm vào đó, kiểm soát tạo calcitrol bởi phản hồi âm của 1α-hydroxylase và phản hồi dương của sự tạo 24,25-dihydroxycholecalciferol lên PTH tuyến cận giáp.
4.png

Xem thêm và thảo luận tại đây.

INCRETINS VÀ CHỨC NĂNG ĐIỀU HÒA ĐƯỜNG HUYẾT

INCRETINS VÀ CHỨC NĂNG ĐIỀU HÒA ĐƯỜNG HUYẾT

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Đại cương

Sự khám phá ra incretins rất ngẫu nhiên khi người ta thấy một số thổ dân và du khách ở vùng Tây Bắc Mexico thì bị thiệt mạng do bị một loại thằn lằn cắn. Giống thằn lằncó tên khoa học là Heloderma suspectum hay còn được gọi là quái vật Gila (Gila monster). Sau đó người ta biết rằng, chính glucagon-like peptide-1 (GLP-1) trong nước bọt của loại thằn lằn này là thủ phạm gây hạ đường huyết.

Hình 35.1: Một con quái vật Gila.

Người ta giải mã chuỗi peptide này và nhận thấy nó cũng được tiết ra trong cơ thể người từ niêm mạc của đường tiêu hóa. Điều này là minh chứng rõ rệt cho một quan điểm đã có từ trước đó: “Hệ tiêu hóa cũng là hệ nội tiết.” Cũng từ đây, một hi vọng mới về phương pháp chữa trị bệnh tiểu đường týp 2 cũng dần được phát triển và mở ra nhiều triển vọng trong tương lai.

Hình 35.2: Sự xuất tiết incretins trong cơ thể người. Đường, amino acid và cả acid béo đều có khả năng kích thích sự phóng thích incretins từ niêm mạc ruột. Incretins tác động kích thích lên tế bào β gây ra sự phóng thích inslin. Thứ nữa, incretins sẽ hoạt động trên sự dẫn truyền thần kinh, dẫn đến sự ức chế tế bào α giảm giải phóng glucagon. Cũng như thức ăn, có khả năng ức chế gián tiếp tế bào α thông qua tế bào δ.

Hình 35.3: Các thụ thể vị giác trên lưỡi và trên tế bào ruột có khả năng điều khiển sự phóng thích incretins xuyên qua thần kinh X để vào hệ tuần hoàn đi đến tế bào đích. Điều này xảy ra  ngay trước khi quá trình tiêu hóa bắt đầu.

Incretins là (những) hormone có chức năng làm tăng sự chế tiết insulin. Nó được biết đến và  được nghiên cứu từ khi người ta nhận thấy các đáp ứng tiết insulin tăng lên khi glucose được thu nhận từ đường miệng so với đường tĩnh mạch. Người ta đề ra giả thuyết rằng, glucose trong hệ thống tiêu hóa đã hoạt hóa một cơ chế điều hòa tiến tới để tăng tiết insulin, trước cả khi nồng độ glucose trong máu tăng lên.

Có hai hormone incretin chính ở người: GIP (glucose-dependent insulinotropic peptide, thường được biết tới như là một peptide ức chế dạ dày) và GLP-1 (glucagon-like peptide-1). Cả hai hormone này được tiết ra từ các tế bào nội tiết ở tế bào biểu mô hồi tràng và kết tràng. Cơ chế tiết incretins được điều hòa bởi nhiều hormone đường tiêu hóa khác, đáp ứng xảy ra khi có sự gia tăng nồng độ thức ăn trong lòng ống. Ngoài ra, một số tài liệu còn nhắc đến vai trò của CCK (cholecystokinin).

Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng đó không phải là cơ chế điều hòa duy nhất. Glucose trong ruột non kích hoạt sự chế tiết incretins, sau đó nó đi vào hệ tuần hoàn để đến các tế bào β tụy tạng. Incretins kích hoạt tế bào β và khiến chứng tiết ra nhiều insulin hơn so với đồng lượng glucose trong máu.

Hình 35.4: Minh họa Chức năng của incretins

Xem toàn bộ bài viết tại đây.