Cơ chế phân tử của duy trì telomere
Chúng tôi nghiên cứu cấu trúc và cơ chế của các phức hợp đại phân tử tham gia vào việc duy trì telomere ở sinh vật nhân thực. Chúng tôi sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm sinh hóa học, kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-EM), tinh thể học tia X và các nghiên cứu chức năng in vivo.
Nghiên cứu
Đầu mút của nhiễm sắc thể tuyến tính ở sinh vật nhân thực gồm các trình tự giàu G (TTAGGG ở người), liên kết với các protein đặc hiệu để tạo thành các cấu trúc nucleoprotein lớn gọi là telomere. Telomere đóng vai trò thiết yếu trong việc ngăn chặn đầu mút nhiễm sắc thể bị nhận diện như các điểm gãy DNA, từ đó duy trì tính toàn vẹn của bộ gen. Tuy nhiên, telomere sẽ ngắn lại sau mỗi chu kỳ phân chia tế bào do vấn đề sao chép đầu mút (end-replication problem). Khi telomere trở nên quá ngắn, tế bào sẽ ngừng tăng trưởng và trải qua quá trình chết theo chương trình (apoptosis) do mất ổn định bộ gen. Việc duy trì telomere không đúng cách đã được chứng minh là dẫn đến nhiều bệnh ở người, lão hóa và ung thư.
Trong các tế bào ung thư, tế bào gốc và tế bào dòng mầm, enzyme telomerase được tăng cường biểu hiện. Đây là một phức hợp protein–RNA lớn có khả năng tổng hợp các đoạn lặp telomere nhằm bù đắp sự mất mát do vấn đề sao chép đầu mút. Nhờ đó, các tế bào này có thể duy trì khả năng tăng sinh lâu dài. Vì vậy, telomerase thường được xem là “enzyme bất tử” và là một mục tiêu hấp dẫn trong phát triển thuốc chống ung thư và chống lão hóa. Chúng tôi đã xác định được một số cấu trúc cryo-EM độ phân giải cao của telomerase người. Các cấu trúc này không chỉ xác nhận thành phần của telomerase người mà còn cung cấp cái nhìn chưa từng có về cách 13 tiểu đơn vị của phức hợp này được tổ chức. Điều này mở ra cơ hội nghiên cứu sâu hơn về cơ chế điều hòa telomerase tại telomere.
Phòng thí nghiệm của chúng tôi sử dụng sinh học cấu trúc để nghiên cứu sinh học telomere ở nấm men và người. Chúng tôi phát triển các phương pháp sinh hóa để thu nhận các phức hợp protein–acid nucleic tham gia vào các con đường duy trì telomere, từ cả nguồn nội sinh và hệ biểu hiện quá mức. Chúng tôi sử dụng nhiều phép thử sinh hóa và sinh lý học phân tử để đặc trưng các phức hợp, sau đó tiến hành nghiên cứu cấu trúc bằng nhiều kỹ thuật như cryo-EM, tinh thể học tia X và NMR. Trong tương lai, chúng tôi cũng dự định sử dụng cryo-ET. Ngoài ra, chúng tôi thực hiện các nghiên cứu in vivo trên nấm men và các dòng tế bào người mô hình để hỗ trợ dữ liệu cấu trúc. Các nghiên cứu cấu trúc của chúng tôi có thể được ứng dụng cuối cùng trong phát triển liệu pháp điều trị nhắm vào ung thư và lão hóa.
Trao đổi với Kelly Nguyễn:
