Nghiên cứu ảnh hưởng của đột biến lên cấu trúc và động học của chuỗi Peptide Amyloid Beta: Hướng đến ức chế bệnh Alzheimer - NCS. Trần Thị Minh Thư

TÊN LUẬN ÁN: Nghiên cứu ảnh hưởng của đột biến lên cấu trúc và động học của chuỗi Peptide Amyloid Beta: Hướng đến ức chế bệnh Alzheimer
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
Mã số chuyên ngành: 62520401
Họ và tên NCS: Trần Thị Minh Thư 
Tập thể hướng dẫn: GS. TSKH MAI XUÂN LÝ, TS. LÝ ANH TÚ
Tóm tắt luận án:
Bệnh Alzheimer (AD) là một chứng suy giảm não bộ và là nguyên nhân chính gây sa sút trí tuệ ở con người. AD được cho là có liên quan đến việc suy giảm các nơ ron và khớp nối (xi náp) thần kinh trong não. Kể từ thời điểm phát hiện ra AD đến nay, nguyên nhân gây bệnh vẫn chưa được xác định một cách cụ thể. Tuy vậy, có ba giả thuyết chính thể hiện các nguyên nhân này đó là giả thuyết cholinergic, giả thuyết protein tau và giả thuyết amyloid. Trong đó, giả thuyết amyloid được nghiên cứu rộng rãi với lượng thông tin dữ liệu lớn nhất so với hai giả thuyết còn lại. Giả thuyết này nhấn mạnh rằng sự tăng sinh của peptide amyloid beta (Aβ) dẫn tới tích tụ ngoại bào của Aβ trong não theo thời gian, kết quả hình thành nên các mảng amyloid gây viêm, kéo theo tổn thương xi náp, các đám rối sợi thần kinh và làm giảm số lượng nơ rôn.
Trong luận án này, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của các đột biến và đoạn cắt ngắn lên cấu trúc và động lực học của peptid Aβ40 và Aβ42. Cắt đi acid amin cuối cùng, chuỗi Aβ41được khảo sát để giải thích cho sự khác biệt về động học tích tụ và độc tố của Aβ40 và Aβ42. Từ đó, Ala42 được nhận định là đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến việc gia tăng vận tốc tạo sợi và độc tính của Aβ. Một nghiên cứu thực nghiệm khác cho thấy, đột biến ba điểm G33V-V36P-G38V (VPV) làm cho Aβ42-WT trở thành “siêu–Aβ42” và làm cho Aβ40-WT bị “Aβ42-hóa” bởi sự gia tăng tốc độ tạo sợi và khả năng gây độc. Bằng mô phỏng, chúng tôi khảo sát các cấu trúc Aβ thể tự nhiên và đột biến trên đoạn 31-40, 31-42 và chuỗi đầy đủ độ dài. Kết quả cho thấy sự tương đồng trong cách hành xử của Aβ40-VPV và Aβ42-WT không chỉ gây nên bởi sự gia tăng cấu trúc β-turn mà còn chịu ảnh hưởng bởi sự gia tăng của cấu trúc β trên toàn bộ chuỗi khi có đột biến. Sự thay đổi của Aβ42 khi chịu tác động của đột biến VPV dựa trên sự gia tăng cấu trúc β-turn và β-hairpin tại residues 36-37 ở đầu C của chuỗi. Phá vỡ cấu trúc mô típ Glycine G25G29G33G37 thông qua đột biến G37V bằng thực nghiệm và tính toán cho thấy đột biến này làm giảm mạnh độc tố của Aβ42 nhưng không thay đổi vận tốc tạo sợi và thành phần cấu trúc bậc hai. Các phân tích chụp ảnh TEM cho thấy đột biến G37V tạo thành các mảng tích tụ có hình dạng ê-lip hơn là các sợi lưới như Aβ-WT. Sự khác biệt trong hình thái tích tụ có thể là nguyên nhân dẫn tới sự suy giảm độc tố. Kết quả mô phỏng cho thấy G37V làm tăng thành phần β-turn và β-hairpin tại các residue 36-37 và có phân bố khoảng cách cầu muối Asp23-Lys28 linh hoạt hơn so với thể tự nhiên. Những đặc tính cấu trúc này có thể là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi hình thái sợi của Aβ chuyển từ dạng lưới sang dạng ê-lip. 
Các nghiên cứu trước đây cho rằng ảnh hưởng của môi trường ( nồng độ pH, nồng độ muối, nhiệt độ…) và từ cấu trúc nội tại của protein (độ kị nước, điện tích, xu hướng tạo sợi ở trạng thái monomer, độ bền cơ học…) là các yếu tố kiểm soát vận tốc tạo sợi của protein. Cấu trúc tìm được từ thực nghiệm cho thấy trạng thái sợi của protein giàu thành phần β. Do đó, những monomer có thành phần nhiều β được cho rằng sẽ tạo sợi nhanh hơn những monomer có thành phần ít β hơn. Tuy nhiên yếu tố quan trọng này chưa được minh chứng một cách rõ ràng. Trong luận án này, chúng tôi khẳng định thành phần cấu trúc β trong trạng thái monomer kiểm soát tốc độ tạo sợi của Aβ42. Hàm phụ thuộc của vận tốc tạo sợi vào thành phần β được thể hiện dưới dạng tuyến tính và hàm mũ exp. Nếu tỉ lệ phần trăm β càng lớn, vận tốc tạo sợi sẽ càng nhanh. Các kết quả giúp đưa ra được công thức cho phép xác định tốc độ tạo sợi của protein trong thực nghiệm dựa trên thành phần β trong cấu trúc monomer, và giá trị này được tính bằng mô phỏng máy tính. 
Đóng góp khoa học của luận án:
Luận án này có một số đóng góp khoa học chính như sau:
- Trong Ile41 và Ala 42 thì Ala42 có vai trò chủ chốt trong việc quyết định sự khác biệt giữa Aβ40 và Aβ42.
- Đột biến ba điểm G33V-V36P-G38V làm Aβ40 có cấu trúc và động học tích tụ giống Aβ42 và làm Aβ42 có cấu trúc trật tự hơn, tăng vận tốc tạo sợi và độc tố.
- Đột biến G37V phá vỡ cấu trúc mô típ glycine tại đầu C của chuỗi Aβ42, làm thay đổi hình thái tích tụ của Aβ42 từ dạng lưới sang dạng ê-líp và giảm khả năng gây độc đối với tế bào.  
- Lần đầu tiên chứng minh một cách tường minh sự phụ thuộc của vận tốc tạo sợi lên thành phần β trong trạng thái monomer của protein. Dựa vào công thức phụ thuộc theo hàm mũ hoặc hàm tuyến tính, vận tốc tạo sợi của protein được suy luận từ công thức thông qua giá trị thành phần β được tính từ mô phỏng.