Tác giả Ross Douglas và các đồng nghiệp tại Trung tâm Bệnh truyền nhiễm, tại Bệnh viện Đại học Heidelberg, Trung tâm Sinh học phân tử tại Đại học Heidelberg (ZMBH) và Viện Nghiên cứu Lý thuyết Heidelberg (HITS) tìm ra lý do tại sao ký sinh trùng sốt rét (KSTSR) trượt khỏi nhanh hơn so với các tế bào hệ thống miễn dịch.

Ký sinh trùng sốt rét Plasmodium spp. di chuyển nhanh hơn gấp 10 lần so với các tế bào miễn dịch, do vậy ngay sau khi muỗi đốt các thoi trùng xuyên qua da di chuyển nhanh gấp nhiều lần so với các tế bào của hệ thống miễn dịch, dẫn đếnthoi trùng thoáthiện tượng thực bào của hệ thống miễn dịch, trước khi thoi trùng xâm nhập vào tế bào gan, nó đã làm được điều này bởi có sợi actin, một loại protein quan trọng đối với cấu trúc và chuyển động của tế bào. Sợi actin có trong ký sinh trùng sốt rét và tế bào động vật có vú. Những phát hiện của tác giả Ross Douglas và các đồng nghiệp tại Trung tâm Bệnh truyền nhiễm, tại Bệnh viện Đại học Heidelberg, Trung tâm Sinh học Phân tử tại Đại học Heidelberg (ZMBH) và Viện Nghiên cứu Lý thuyết Heidelberg (HITS) không chỉ thay đổi hiểu biết của chúng ta về một thành phần quan trọng của tất cả các tế bào sống, ngoài ra chúng còn cung cấp thông tin có thể giúp phát hiện ra các đích tác động của loại thuốc mới.

Cấu trúc, chức năng củaplasmodium actin

Nghiên cứu Juha Vahokoski và cộng sự (2014) cho thấy sợi actin KSTSR có cấu trúc hai sơi đồng phân: actin I và actin II là khác biệt nhất so với các actin protein ở tất cả tế bào nhân chuẩn. Sợi actin của Plasmodium spp. cần thiết cho chức năng trượt của KST và do đó có thể làm nên sự lây nhiễm của KSTSR. Tuy nhiên, sợi actin của KSTSR đã không được quan sát trên in vivo.Trên đây, các nhà nghiên cứu đã quan sát hình thái hai sợi actin của Plasmodium spp. khác nhau giữa đơn phân (monomeric) và dạng sợi (filamentous) và actin I không thể thay thế actin II trong giai đoạn hình thành giao bào đực.

Trong khi nhiều đồng phân actin I không thể tạo thành các sợi dài ổn định, thì trong giai đoạn KSTSR ở muỗi, sợi actin II dễ dàng xếp thành các sợi dài kích thước như các sợi actin tế bào nhân chuẩn. Trong khi hình thành giao bào KSTSR thiếu actin II, actin I hình thành đột biến cấu trúc tạo thành các sợi dài thay thế actin II. Cả hai actin của KSTSR nhanh chóng thủy phân ATP và hình thành các phản ứng hóa học nhanh trong sự hiện diện của ADP đó là một sự khác biệt cơ bản đối với tất cả các actin khác được biết cho đến nay.

Hình 1

KSTSR di chuyển nhanh như thế nào?

Giống như lego block, chúng có thể kết hợp cùng nhau tạo thành chuỗi dài,các chuỗi actin kết hợp tạo thành sợi, bó sợi giống như bện dây thừng, những sợi actin có chức năng quan trọng cho sự vận động của tế bào, như vận động tế bào cơ vân,làm nên chuyển động của chúng ta. Tuy nhiên, sợi actin giúp các tế bào hệ thống miễn dịch di chuyển đến các tác nhân gây bệnh để tiêu diệt tác nhân gây bệnh. Tương tự như vậy actin có chức năng quan trọng cho sự di chuyển của ký sinh trùng sốt rét

Hình 2

TS. Ross Douglas của Trung tâm Kiểm soát Bệnh truyền nhiễm của Đại học Heidelberg công bố trên tạp chí PLOS Biology rằng “Thật kỳ lạ, ký sinh trùng sốt rét di chuyển lanh lẹ và nhanh hơn so với các tế bào miễn dịch của chúng ta, chúng vượt qua sự bảo vệ của hệ thống miễn dịch của chúng ta. Nếu chúng ta hiểu sự chuyển động khác biệt quan trọng của KSTSR, chúng ta có thể góp phần mục tiêu loại trừ sốt rét".

Có sự khác biệt tỷ lệ sợi actin, cấu trúc của sợi actin của ký sinh trùng sốt rét và tế bào động vật có vú.

Muỗi (trái) đốt ký sinh trùng sốt rét vào da (trên giữa). Các ký sinh trùng di chuyển rất nhanh (ở giữa, bên trái, phía dưới) bằng cách sử dụng một protein rất giống với một tế bào của chúng ta (ở giữa bên phải, phía dưới ), cấu trúc protein actin (phải)

Chúng ta hiểu biết chính xát cấu trúc khác nhau sơi actin của KSTSR và sợi actin ở tế bào động vật có vú. Để tìm hiểu lý do đằng sau sự khác biệt về tốc độ, các nhà khoa học đã thay thế các phân tử của protein KSTSR bằng các phần protein tương ứng từ động vật có vú trong phòng thí nghiệm. Khi chúng tôi thực hiện những thay đổi này trong KSTSR, chúng tôi nhận thấy một số ký sinh trùng không thể tồn tại và một số khác còn lại đột nhiên khó khăn khi chúng di chuyển”.

Hình 3

Để nghiên cứu cấu tạo, cơ chế cơ bản thì các nhà khoa học tham gia thực hiện các thí nghiệm và mô phỏng trên máy tính mô hình ở cấp độ phân tử KST để quan sát ký sinh trùng sống trong cơ thể động vật. Tiến sĩ Ross Douglas phát biểu rằng phát hiện này có thể giúp trong việc tìm rathuốc mới tác động chọn lựa mục tiêu đích là actin của ký sinh trùng và tác động quá trình cấu tạo hoặc phá vỡ sợi actin, “bằng cách này, nó có thể có hiệu quả toàn bộ vòng đời kí sinh trùng.

Một ví dụ cho phương pháp thuốc tiếp cận tế bào đích gọi làmicrotubulin sử dụng trong lĩnh vực KST, tubulin protein tham gia xây dựng khung tế bào, đó là viên Mebendazole cản trở sự tạo thành vi ống tế bào ở ruột giun bằng cách kết hợp đặc hiệu vào vi ống và gây ra các thay đổi thoái hoá siêu cấu trúc ở ruột giun, đã được sử dụng thành công trong nhiều thập niên để điều trị cho con người và động vật nhiễm giun ký sinh.

1.Ross G. Douglas, Prajwal Nandekar, Julia-Elisabeth Aktories, Hirdesh Kumar, Rebekka Weber, Julia M. Sattler, Mirko Singer, Simone Lepper, S. Kashif Sadiq, Rebecca C. Wade, Friedrich Frischknecht. Inter-subunit interactions drive divergent dynamics in mammalian and Plasmodium actin filaments. PLOS Biology, 2018; 16 (7): e2005345 doi: 10.1371/journal.pbio.2005345

2.Juha Vahokoski, Saligram Prabhakar Bhargav, Ambroise Desfosses, Maria Andreadaki, Esa-Pekka Kumpula, Silvia Muñico Martinez, Alexander Ignatev,  Simone Lepper,  Friedrich Frischknecht, Inga Sidén-Kiamos, Carsten Sachse, Inari Kursula. Published o­nline 2014 Apr 17 Structural Differences Explain Diverse Functions of Plasmodium Actins

3.Structural Differences Explain Diverse Functions of Plasmodium Actins.

Các nội dung khác »

---