Các nhà khoa học từ bảy tổ chức nghiên cứu thuộc Đại học Oxford và Đại học Edinburgh đã sử dụng mô hình định dạng sinh học tiên phong để nghiên cứu các tương tác phân tử của protein p53 – loại protein có khả năng chống lại bệnh ung thư – ở voi và người.
Các tế bào được sao chép thường xuyên. Các tế bào mới thay thế các tế bào cũ và mỗi tế bào mới chứa các bản sao ADN mới. Các tế bào mới này phải là bản sao chính xác của các tế bào cũ, tuy nhiên, đột biến vẫn có thể xảy ra nếu các protein sao chép và phiên mã ADN sai. Hầu hết các lỗi này được các tế bào sửa ngay lập tức mặc dù số lượng đột biến và chất lượng sửa chữa bị ảnh hưởng bởi cả di truyền và hoàn cảnh sống bên ngoài. Các hợp chất độc hại, căng thẳng, điều kiện sống yếu kém và lão hóa đều có thể làm tăng tỷ lệ đột biến.
Các đột biến gen như vậy tích tụ thành khối u và có nguy cơ gia tăng theo tuổi tác. Nhưng không giống như con người, voi dường như đi ngược lại xu hướng này. Mặc dù có kích thước cơ thể lớn và tuổi thọ tương đương với con người, tỷ lệ tử vong do ung thư ở voi ước tính chỉ dưới 5% (thay vì lên đến 25% ở người). Các nhà khoa học liên kết khả năng chống ung thư cao của voi với 20 bản sao gen p53 của voi với gen p53 đơn lẻ ở các loài động vật có vú khác.
Giáo sư Fritz Vollrath, Đại học Oxford, thành viên Tổ chức Save The Elephants cho biết: “Nghiên cứu phức tạp và hấp dẫn này chứng minh rằng voi có nhiều điều thú vị hơn ngoài kích thước ấn tượng. Chúng ta không chỉ cần bảo tồn voi mà còn phải nghiên cứu kỹ hơn loài động vật đặc trưng này. Sau cùng thì di truyền và sinh lý học của loài voi đều được thúc đẩy bởi lịch sử tiến hóa cũng như hệ sinh thái, chế độ ăn uống và hành vi ngày nay.”
P53 đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các cơ chế sửa chữa của ADN và ngăn chặn sự phát triển không kiểm soát của tế bào. Protein sẽ kích hoạt khi ADN bị hư hỏng và giúp điều chỉnh phản ứng bằng cách làm ngừng quá trình sao chép và sửa chữa ADN của tế bào. Trong các tế bào sao chép có ADN không bị hư hại, hoạt động sửa chữa p53 là không cần thiết và bị dừng hoạt động bởi một protein khác – gen sinh ung thư MDM2 E3 ubiquitin ligase.
Sự tương tác được điều chỉnh giữa p53 và MDM2 giúp các tế bào khỏe mạnh phân chia và tái tạo, các tế bào bị hư hỏng được sửa chữa và tiêu hủy các tế bào không thể sửa chữa thành công hoặc bị tổn thương nặng.
Voi dường như được thừa hưởng về mặt di truyền với 40 alen hoặc các phiên bản từ 20 gen p53, nhưng mỗi gen có cấu trúc hơi khác nhau. Điều đó mở rộng tiềm năng chống ung thư phân tử ở voi cao hơn nhiều so với con người vì chỉ có 2 alen từ 1 gen đơn.
Sử dụng phân tích sinh hóa và mô phỏng máy tính, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy sự khác biệt trong chính tương tác giữa các đồng dạng p53 khác nhau của voi và MDM2.
Các biến thể nhỏ trong trình tự phân tử dẫn đến cấu trúc phân tử khác nhau cho mỗi phân tử p53. Những khác biệt nhỏ về cấu trúc biến đổi hình dạng ba chiều của đồng dạng và thay đổi đáng kể chức năng kết hợp giữa p53 và MDM2.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, do những thay đổi trong trình tự mã hóa và cấu trúc phân tử, một số p53 đã thoát khỏi sự tương tác với MDM2 mà thông thường sẽ dẫn đến bất hoạt p53. Những phát hiện này là kết quả đầu tiên cho thấy các đồng dạng p53 khác nhau được tìm thấy ở voi không bị MDM2 làm suy giảm hoặc bất hoạt như ở người.
Đồng tác giả nghiên cứu, Giáo sư Robin Fåhraeus – Viện Nghiên cứu Y tế và Y khoa Pháp cho biết: “Đây là một sự phát hiện thú vị về cách p53 góp phần ngăn ngừa sự phát triển ung thư. Ở người, cùng một loại protein p53 chịu trách nhiệm sẽ quyết định các tế bào nên ngừng tăng sinh hay chuyển sang giai đoạn chết tế bào theo chương trình (apoptosis). Tuy nhiên, vẫn còn rất khó giải thích cách p53 đưa ra quyết định này. Sự tồn tại của một số đồng dạng p53 ở voi với các khả năng khác nhau để tương tác với MDM2 cung cấp cách tiếp cận mới thú vị để làm sáng tỏ hoạt động ức chế khối u của p53.”
Hiểu thêm về phương thức kích hoạt các phân tử p53 ở voi và khi nào điều này có thể dẫn đến tăng độ nhạy và phản ứng chống lại các điều kiện gây ung thư là một triển vọng thú vị để nghiên cứu sâu hơn về việc kích hoạt p53 và các liệu pháp điều trị bằng thuốc dành cho con người.
Tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Konstantinos Karakostis, Đại học Tự trị Barcelona lưu ý thêm: “Về mặt khái niệm, sự tích tụ của các nhóm p53 được sửa đổi cấu trúc cùng điều chỉnh các phản ứng đối với các căng thẳng khác nhau trong tế bào và thiết lập một mô hình cơ học thay thế về quy định tế bào vô cùng quan trọng và tiềm năng với các ứng dụng y sinh. ”
Thùy Dung (Theo phys.org)
