Chuỗi peptit trong nọc bọ cạp có thể chữa bệnh liên quan đến hệ bài tiết

Các nhà khoa học mới đây đã phát hiện một chuỗi peptit có trong nọc độc bọ cạp nắm giữ bí mật để tìm hiểu và kiểm soát bệnh xơ nang cũng như các bệnh liên quan đến hệ bài tiết khác.

Trên số ra ngày 28/12/2007 trên tờ Journal of Biological Chemistry, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã mô tả cách thức loại peptit lạ thường này được gọi là GaTx1 kiểm soát chuyển động của các ion và nước bên ngoài tế bào bằng cách tương tác với một ống clorua quan trọng. Nghiên cứu được Viện y tế quốc gia, Quỹ khoa học quốc gia và Quỹ xơ nang tài trợ.

Nael A. McCarty – phó giáo sư thuộc đại học sinh học viện công nghệ Georgia giải thích: “Độc tố trong nọc bọ cạp, rắn, ốc sên và nhện khiến con mồi tê liệt do ức chế hoạt động của dây thần kinh hoặc ống ion trong cơ khiến con mồi không thể trốn chạy. Những chất độc đó cực kì có ích trong nghiên cứu về các ống kali, canxi, natri mà chúng tương tác. Nhưng đây là chất độc đầu tiên được phát hiện có thể kết hợp và ức chế có chọn lọc mang tính 2 chiều một ống clorua của phân tử đồng nhất đã được biết đến”.

Trên ảnh là chất độc GaTx1 dưới dạng dải ruy băng nổi bật trên thể tích bề mặt chuỗi lề của nó. GaTx1 có thể kiểm soát chuyển động của các ion và nước bên ngoài tế bào bằng cách tương tác với một ống clorua quan trọng mà bệnh nhân bị xơ nang không có. (Ảnh: Christopher Thompson)

Các ống clorua rất quan trọng trong quá trình bài tiết ở nhiều biểu mô. Nhưng chúng ta mới chỉ biết rất ít về cấu trúc và cơ chế của nó. Các nhà nghiên cứu biết rằng khi ống clorua mở ra, nó cho phép hàng triệu ion clorua đi vào bên trong và thoát ra ngoài biểu mô. Sự lưu chuyển này tạo ra građien thẩm thấu giúp nước chảy qua.

Có trên 70.000 người trên toàn thế giới mắc bệnh xơ hóa nang. Thiếu nước trong các tế bào ống dẫn khí hình thành nên lớp nhầy dính và dày bất thường gây ra tắc nghẽn, cản trở các ống và tuyến dẫn khí. Thiếu nước bắt nguồn từ vấn đề trong ống clorua được gọi là protein điều hành độ dẫn xuyên màng xơ nang (CFTR).

Ở những bệnh nhân bị xơ nang, protein CFTR bị đột biến (thường bị mất 1 axit amino hoặc nhiều hơn); kết quả là protein bị sai lệch cấu trúc xoắn. Hầu hết những đột biến CFTR phổ biến nhất đều dẫn đến bệnh xơ nang. Tại những điểm bị mất axit amino tạo ra protein chaperone chịu trách nhiệm bảo đảm chất lượng trong tế bào. Protein chaperone sẽ kết hợp với những protein sai lệch cấu trúc xoắn rồi loại chúng ra khỏi tế bào. Sự thiếu hụt protein CFTR ngăn cản nước lưu thông qua tế bào; từ đó biến đổi tình trạng trong ống khí gây ra xơ nang.

Đối với những căn bệnh khác, các ống CFTR hoạt động quá chức năng cũng gây ra bệnh. Trong đó bao gồm bệnh tiêu chảy (mối lo toàn cầu gây ra hàng ngàn ca tử vong mỗi năm), bệnh viêm ruột tiêu chảy, bệnh thận đa nang nhiễm sắc thể trội, căn bệnh nghiêm trọng thứ 4 tại Mỹ là bệnh thận giai đoạn cuối.

Cùng với các cộng tác từ Học viện khoa học Hungary, đại học Emory và đại học Calgary, các nhà khoa học đã sử dụng phép ghi sắc chất lỏng hiệu suất cao để chiết chuỗi peptit GaTx1 từ nọc độc của loài bọ cạp khổng lồ Israel (Leiurus quinquestriatus hebraeus).

Julia Kubanek – phó giáo sư tại đại học sinh học công nghệ Georgia và đại học hóa sinh – giải thích: “Chúng tôi chọn kỹ thuật này do mỗi một chuỗi peptit lại có độ tan trong nước cũng như đặc tính không ưa nước khác nhau giúp chúng phân rã."

Cựu nghiên cứu sinh của đại học Emory - Matthew Fuller, cùng với nghiên cứu sinh của đại học công nghệ Georgia - Christopher Thompson, đã thu thập các chuỗi peptit riêng lẻ được tách ra nhờ hệ thống HPLC sau đó đưa vào mỗi ống clorua một chuỗi nhằm xác định chuỗi peptit nào chịu trách nhiệm đối với hiệu quả chung của nọc độc. Họ đã phát hiện một chuỗi peptit lạ đã gắn kết với protein CFTR, nặng khoảng 3,7 kilodalton. Họ gọi nó là GaTx1.

Các nhà nghiên cứu dự định sử dụng GaTx1 làm phân tử dò tìm để hiểu thêm về cách thức các ống clorua được cấu thành và điều khiển. Họ cũng dự định nghiên cứu bằng cách nào phân tử peptit này lại có ích trong điều trị các bệnh về bài tiết. Theo McCarty, với những người mắc những bệnh như tiêu chảy, GaTx1 có thể được sử dụng để ngăn không cho các ống mở ra; từ đó giảm dịch tiêu chảy thường gây ra tử vong ở những bệnh nhân bị tả hoặc những bệnh tiêu chảy khác.

Để điều trị cho những bệnh nhân bị xơ nang, GaTx1 có thể được dùng để tăng lượng nước bằng cách gắn kết với những điểm kết hợp protein chaperone trên ống clorua. Nhờ ức chế chaperone kết hợp, protein CFTR sẽ không bị loại bỏ. Các ion và nước sẽ lưu thông trong tế bào, làm mỏng bớt lớp nhầy trong ống khí.

McCarty cho biết: “Mặc dù các ống sẽ bị sai lệch cấu trúc xoắn và chỉ có khả năng hoạt động 50%, nhưng ion clorua và nước sẽ được vận chuyển qua tế bào. Phương pháp này còn tốt hơn là để protein chaperone loại bỏ tất cả protein CFTR”.

McCarty đã nghiên cứu CFTR trong suốt sự nghiệp của mình. Mặc dù hiện ông đang giữ cương vị mới là một phó giáo sư nhi khoa và là một nhà khoa học nghiên cứu xơ nang tại đại học Emory, ông vẫn sẽ tiếp tục công việc trước của mình với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu tại đại học công nghệ Georgia.

McCarty cho biết thêm: “GaTx1 có thể được sử dụng làm thuốc dành cho các bệnh nhân bị xơ nang và các bệnh liên quan đến hệ bài tiết. Vai trò mới của tôi ở đại học Emory cho phép tôi tiến hành các nghiên cứu khởi đầu nhằm khám phá các lựa chọn điều trị sử dụng thuốc đối với chất độc này”.