Biochemistry and Cell Biology

Bài báo này tổng hợp kiến thức hiện tại của chúng tôi về cấu trúc và chức năng của protein gắn sắt lactoferrin. Đặc biệt, nó cố gắng liên hệ các chức năng sinh lý đề xuất khác nhau của lactoferrin với các đặc tính sinh hóa đặc trưng nhất của nó, tức là khả năng gắn sắt và tính chất kiềm cao của nó. Mức độ mà các chức năng sinh lý khác nhau có thể được coi là đã được xác định một cách chắc chắn được đánh giá một cách nghiêm túc, và các gợi ý cho nghiên cứu trong tương lai được đưa ra. Từ khóa: lactoferrin, sắt, dinh dưỡng, miễn dịch học, nhiễm trùng, viêm.

Phenylalanine ammonia lyase (PAL; E.C.4.3.1.5), xúc tác cho quá trình chuyển hóa l-phenylalanine thành acid trans-cinnamic và amonia, lần đầu tiên được mô tả vào năm 1961 bởi Koukol và Conn. Kể từ khi phát hiện ra nó, nhiều kiến thức đã được thu thập liên quan đến vai trò thoái hóa của enzyme trong vi sinh vật và tầm quan trọng của nó trong con đường phenyl propanoid của thực vật. Cấu trúc ba chiều của enzyme đã được xác định bằng kỹ thuật tinh thể X-ray. Điều này đã dẫn đến việc hiểu biết sâu sắc hơn về cơ chế của các phản ứng được xúc tác bởi PAL, bao gồm cả việc phát hiện ra một nhân tố đồng hoạt động gần đây được mô tả, 3,5-dihydro-5-methyldiene-4H-imidazol-4-one. Trong ba thập kỷ qua, PAL đã trở nên quan trọng trong nhiều ứng dụng lâm sàng, công nghiệp và công nghệ sinh học. Phản ứng đảo ngược của phản ứng sinh lý bình thường có thể được sử dụng hiệu quả trong sản xuất l-phenylalanine tinh khiết quang học, là tiền chất của chất tạo ngọt không calo aspartame (l-phenylalanyl-l-aspartyl methyl ester). Khả năng tự nhiên của enzyme trong việc phân hủy l-phenylalanine làm cho PAL trở thành một phương pháp điều trị đáng tin cậy cho tình trạng di truyền phenylketonuria. Trong bài tổng quan ngắn này, chúng tôi thảo luận về những chi tiết nổi bật liên quan đến vai trò sinh lý của PAL, cơ chế xúc tác, phương pháp xác định và tinh chế, động học enzyme và hoạt động enzyme trong môi trường không nước. Hai chủ đề nghiên cứu hiện tại về PAL, sinh học phân tử và cấu trúc tinh thể, cũng được thảo luận.

Các protein histone đóng vai trò cấu trúc và chức năng trong tất cả các quá trình hạt nhân. Chúng trải qua nhiều loại sửa đổi cộng hóa trị khác nhau, được xác định trong toàn bộ chúng là hiện tượng di truyền biểu sinh bởi vì không có sự thay đổi trong các trình tự DNA. Acetyl hóa histone nổi lên như một công tắc trung tâm cho phép chuyển đổi giữa các miền cromatin cho phép và ức chế về khả năng phiên mã. Các cơ chế nằm dưới sự kiểm soát của acetyl hóa histone đối với biểu hiện gen bao gồm ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của các dãy nucleosome và việc tạo ra các vị trí neo cho sự liên kết của các protein điều hòa. Các enzyme acetyltransferase histone và deacetylase histone lần lượt là các enzyme đảm nhiệm việc thêm và loại bỏ các nhóm acetyl từ các axit amin lysine trên các đuôi N-terminus của histone. Các enzyme này đóng vai trò cơ bản trong các quá trình phát triển và sự điều tiết sai lệch của chúng đã được liên kết với sự tiến triển của nhiều rối loạn ở người, bao gồm cả ung thư.

Các nguyên bào xương là các tế bào trong hệ xương có trách nhiệm tổng hợp, lắng đọng và khoáng hóa ma trận ngoại bào của xương. Thông qua các cơ chế mà chỉ mới bắt đầu được hiểu rõ, các tế bào gốc và các tế bào tiền nguyên bào xương nguyên thủy cũng như các tiền thân trung mô liên quan xuất hiện trong phôi và ít nhất một số trong số chúng dường như vẫn tồn tại trong cơ thể trưởng thành, nơi chúng đóng góp vào việc thay thế nguyên bào xương trong quá trình chuyển hóa xương và trong quá trình lành xương sau gãy. Trong bài tổng quan này, chúng tôi mô tả các tiêu chí hình thái học, phân tử và sinh hóa mà qua đó các nguyên bào xương được định nghĩa và các phương pháp nuôi cấy tế bào đã giúp làm rõ các giai đoạn chuyển tiếp trong quá trình phân hóa nguyên bào xương. Hiểu biết hiện tại về sự biểu hiện di truyền phân biệt của các gen liên quan đến nguyên bào xương trong quá trình tăng sinh và phân hóa nguyên bào xương thành các nguyên bào xương trưởng thành có khả năng tổng hợp ma trận được tóm tắt. Bằng chứng được cung cấp để hỗ trợ giả thuyết rằng kiểu hình nguyên bào xương trưởng thành là không đồng nhất với các phân nhóm nguyên bào xương chỉ thể hiện một phần các dấu ấn nguyên bào xương đã biết. Trong toàn bài viết, những điều không chắc chắn nổi bật và những lĩnh vực cần điều tra trong tương lai cũng được xác định.

Peptide kháng khuẩn được sản xuất phổ biến trong tự nhiên. Nhiều peptide ngắn (6-50 amino acid) này có khả năng tiêu diệt vi khuẩn và nấm, tuy nhiên chúng thể hiện độc tính tối thiểu đối với tế bào động vật có vú. Tất cả peptide đều mang điện tích dương cao và có tính ưa nước thấp. Người ta tin rằng chúng hoạt động thông qua việc gắn kết không chuyên biệt với màng sinh học, mặc dù bản chất chính xác của những tương tác này hiện vẫn chưa rõ ràng. Cộng hưởng từ hạt nhân độ phân giải cao (NMR) đã đóng góp rất lớn vào kiến thức trong lĩnh vực này, cung cấp cái nhìn về cấu trúc peptide trong dung dịch nước, trong các dung môi hữu cơ và trong hệ vi cầu (micelle). NMR trong trạng thái rắn có thể cung cấp thông tin bổ sung về quá trình gắn peptide với màng. Ở đây, chúng tôi xem xét kiến thức hiện tại của chúng tôi về cấu trúc của peptide kháng khuẩn. Chúng tôi cũng thảo luận về các nghiên cứu liên quan đến cơ chế tác động. Mặc dù các lớp peptide khác nhau có động thái cấu trúc ba chiều khác nhau, tất cả đều có bề mặt ưa nước và kỵ nước tương tự, rất phù hợp cho việc gắn kết với màng. Nhiều peptide kháng khuẩn gắn theo chiều ngang của màng, chỉ tương tác với một mặt của lớp lipid kép. Điều này có thể đủ cho hành động kháng khuẩn. Ở nồng độ cao hơn, peptide và phospholipid sẽ di chuyển để hình thành các kênh xuyên màng đa phân tử có vẻ như góp phần vào hoạt động huyết tán của peptide. Sự hiểu biết về các đặc điểm chính của cấu trúc thứ cấp và thứ ba của các peptide kháng khuẩn và tác động của chúng lên hoạt động sát khuẩn và huyết tán có thể hỗ trợ cho việc thiết kế hợp lý các đồng phân cải tiến phục vụ cho việc sử dụng lâm sàng. Từ khóa: cấu trúc, peptide kháng khuẩn, NMR, màng, huyết tán.

Các yếu tố điều hòa cơ (MRFs) hình thành một họ các yếu tố phiên mã helix-loop-helix cơ bản, bao gồm Myf-5, MyoD, myogenin và MRF4. Các MRF đóng vai trò điều chỉnh quan trọng trong sự phát triển của cơ xương trong quá trình phát triển phôi. Sự đồng nhất chuỗi, các mẫu biểu hiện và các thí nghiệm nhắm mục tiêu gen đã tiết lộ một phân loại phụ hai cấp trong họ MRF. Myf-5 và MyoD có sự đồng nhất cao hơn với nhau hơn là với các yếu tố khác, được biểu hiện trong các tế bào cơ trước khi phân hóa, và cần thiết cho sự quyết định hoặc sự sống của các tế bào tiền thân cơ. Ngược lại, myogenin và MRF4 có sự đồng nhất cao hơn với nhau hơn là với các yếu tố khác và được biểu hiện khi phân hóa, và myogenin là cần thiết in vivo như một yếu tố phân hóa trong khi vai trò của MRF4 vẫn chưa rõ ràng. Dựa trên điều này, MyoD và Myf-5 được phân loại là các MRF chính, vì chúng là cần thiết cho sự quyết định của các tế bào cơ; và myogenin và MRF4 được phân loại là các MRF thứ cấp, vì chúng có thể hoạt động trong quá trình phân hóa cuối cùng. Từ khóa: MyoD, Myf-5, myogenin, MRF4, cơ xương.

Các tế bào trophoblast của nhau thai ở nhiều loài đã phát triển các cơ chế để xâm nhập vào tử cung, bao gồm cả các mạch máu, nhằm thiết lập một quá trình trao đổi phân tử giữa mẹ và thai nhi hiệu quả. Quá trình xâm nhập này được kiểm soát một cách nghiêm ngặt về mặt không gian và thời gian, và ở người, thường kéo dài đến giữa thai kỳ. Các cơ chế chính nằm dưới các bước khác nhau trong quá trình xâm nhập của trophoblast bao gồm (i) sự gắn kết với màng đáy, có khả năng là do liên kết với laminin; (ii) sự tách rời khỏi ma trận màng đáy, một quá trình cần sự có mặt của các oligomere phức hợp trên bề mặt tế bào; và (iii) sự phân hủy các thành phần của màng đáy, do sự tiết ra của các metalloprotease (như collagenase type IV) và protease serine (activator plasminogen). Sự hoạt hóa của các metalloprotease có nguồn gốc từ trophoblast dường như phụ thuộc vào plasmin. Sự xâm nhập của trophoblast tại chỗ được kiểm soát bởi vi môi trường, nhờ vào sự sản xuất cục bộ các yếu tố chống xâm nhập bởi mô quyết định của tử cung. Một trong những yếu tố này là TIMP (chất ức chế mô của metalloprotease), trung hòa các metalloprotease với tỷ lệ mol bằng nhau. Một yếu tố khác là TGF-β (yếu tố tăng trưởng biến đổi-β), có tác dụng kép: nó kích thích sự tiết TIMP-1 bởi trophoblast và các tế bào quyết định, đồng thời thúc đẩy sự phân hóa của các tế bào trophoblast xâm nhập thành các tế bào khổng lồ đa nhân, mà có lẽ là không xâm nhập. Do đó, TGF-β cung cấp sự kiểm soát chính về tính xâm nhập của trophoblast tại chỗ. Sự kiểm soát này bị mất trong một số dạng choriocarcinoma nhất định. Ngược lại với phản ứng của trophoblast bình thường, độ xâm nhập của các tế bào choriocarcinoma JAR và JEG-3 dường như không bị ức chế bởi TGF-β. Thực tế, trong các nghiên cứu ban đầu, các tế bào JAR phản ứng với TGF-β bằng cách tăng cường độ xâm nhập. Nguyên nhân của các hiệu ứng khác biệt của TGF-β lên độ xâm nhập của các tế bào trophoblast bình thường so với ác tính hiện đang được nghiên cứu. Từ khóa: trophoblast, xâm nhập, kiểm soát, choriocarcinoma, yếu tố tăng trưởng biến đổi-β.

Kích thích của con đường dẫn truyền tín hiệu Ras-mitogen-activated protein kinase (MAPK) dẫn đến nhiều sự kiện bao gồm sự biểu hiện của các gen ngay từ giai đoạn đầu, c-fos và c-myc. Các mục tiêu ở hạ nguồn của con đường này là các protein kinase mitogen và stress-activated (MSK) 1 và 2, mà là các kinase histone H3. Trong các thử nghiệm preciptitation miễn dịch chromatin, đã chỉ ra rằng phosphorylated H3 do mitogen kích thích liên kết với các gen ngay từ giai đoạn đầu và rằng hoạt động của MSK1/2 và phosphoryl hóa H3 có vai trò trong việc tái cấu trúc nhiễm sắc thể và sao chép các gen này. Trong những tế bào fibroblast biến đổi gen ung thư mà con đường Ras-MAPK hoạt động liên tục, quá trình phosphoryl hóa histone H1 và H3 gia tăng và cấu trúc nhiễm sắc thể của những tế bào này có cấu trúc lỏng lẻo hơn so với các tế bào mẹ. Trong bài tổng quan này, chúng tôi khám phá sự rối loạn điều tiết của con đường Ras-MAPK trong ung thư, với trọng tâm là ung thư vú. Chúng tôi thảo luận về các đặc điểm của MSK1 và 2 và tác động của một con đường Ras-MAPK hoạt động liên tục lên tái cấu trúc nhiễm sắc thể và biểu hiện gen.

Matrigen ngoại bào (ECM) là một yếu tố quyết định trong việc phát triển mô và duy trì sự ổn định của nó. "Môi trường vi mô được thiết kế" trong các mô hình nuôi cấy và in vivo đã chỉ ra rằng ECM kiểm soát sự tăng trưởng, biệt hóa và apoptosis ở các tế bào biểu mô vú (MEC) của chuột và người thông qua một hệ thống thứ bậc các sự kiện phiên mã có liên quan đến sự tương tác phức tạp giữa các con đường tín hiệu hòa tan và vật lý. Hơn nữa, các nghiên cứu này đã chỉ ra rằng các con đường này chỉ đạo và bị ảnh hưởng bởi cấu trúc mô. Cấu trúc mô được điều hướng bởi các tương tác hợp tác giữa các tế bào và có thể được điều chỉnh bởi các yếu tố mô đệm. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi sự mất cấu trúc mô và các thay đổi trong các thành phần ECM liên quan đến sự xuất hiện và phát tán của các khối u vú, và sự ác tính liên quan đến những rối loạn trong sự kết dính tế bào, sự thay đổi của các phân tử kết dính và phản ứng mô đệm. Một số bằng chứng hiện nay hỗ trợ giả thuyết rằng quá trình bệnh sinh của ung thư vú được xác định (ít nhất một phần) bởi sự tương tác động lực giữa các tế bào biểu mô ống dẫn, môi trường vi mô và cấu trúc mô (acini). Do đó, để hiểu rõ các cơ chế liên quan đến sự hình thành ung thư, vai trò của môi trường vi mô (ECM cùng với các tế bào mô đệm) đối với cấu trúc mô cần phải được xem xét và nghiên cứu. Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi đã thiết lập một mô hình MEC người độc đáo về quá trình hình thành khối u, mô hình này kết hợp với một xét nghiệm nuôi cấy ba chiều, tái hiện nhiều thay đổi di truyền và hình thái quan sát được ở ung thư vú in vivo. Hiện tại, chúng tôi đang sử dụng hệ thống này để hiểu vai trò của môi trường vi mô và cấu trúc mô trong sự tiến triển của ung thư vú.

Các yếu tố tăng trưởng fibroblast (FGFs) đại diện cho một nhóm các yếu tố mitogen polypeptide gây ra nhiều phản ứng khác nhau tùy thuộc vào loại tế bào mục tiêu. Kiến thức về các thụ thể bề mặt tế bào trung gian trong các tác động của FGFs gần đây đã mở rộng đáng kể. Sự phức tạp của họ FGF và các phản ứng gây ra bởi FGF được phản ánh trong sự đa dạng và sự dư thừa của các thụ thể FGF. Trong bài đánh giá này, một số đặc điểm sinh hóa và thuộc tính sinh học của họ FGF và các thụ thể của nó được mô tả và sự biểu hiện của chúng cả trong mô bình thường và trong khối u được thảo luận. Cuối cùng, chúng tôi suy đoán về việc hướng mục tiêu của các tác nhân ức chế sự tăng trưởng đến các khối u thông qua các thụ thể FGF. Từ khóa: yếu tố tăng trưởng fibroblast, thụ thể FGF, proteoglycan heparan sulfate, thụ thể kinase tyrosine, FGF trong chẩn đoán khối u.