Nghiên cứu mô phỏng tiết lộ cơ chế tập hợp và ngưng tụ của protein không cấu trúc

Protein không cấu trúc nội tại (intrinsically disordered proteins - IDPs) là những protein không duy trì cấu trúc ba chiều ổn định mà luôn linh hoạt, có khả năng biến đổi dạng, và tương tác với nhiều loại phân tử khác nhau. Quan điểm truyền thống từng cho rằng protein cần một cấu trúc cố định để thực hiện chức năng sinh học, tuy nhiên nhiều IDPs đóng vai trò quan trọng trong các quá trình tế bào.

Cụ thể, một số IDPs có thể tập hợp lại để hình thành các ngưng tụ phân tử sinh học – những vùng cô đặc không có màng giới hạn bên ngoài – hỗ trợ tổ chức các chức năng như biểu hiện gen và phản ứng với stress tế bào.

Nhiều IDPs sở hữu những vùng đặc biệt gọi là domains phức hợp có độ phức tạp thấp tương tự prion (prion-like low complexity domains – PLCDs), được đặc trưng bằng những "ngữ pháp phân tử" riêng biệt trong trình tự axit amin. Các IDPs này có khả năng tương tác đa giá trị, tạo ra các mạng lưới tương tác phức tạp và đa cấp.

Mạng lưới đó thúc đẩy quá trình tập hợp các phân tử protein, dẫn tới hiện tượng tách pha trong điều kiện thích hợp – tách thành pha đậm đặc giàu protein và pha loãng bao quanh. Sự mất kiểm soát trong hình thành các ngưng tụ này liên quan đến một số bệnh lý.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Washington ở St. Louis đã tiến hành mô phỏng chi tiết PLCD có tên A1-LCD, nhằm xác định điểm giới hạn pha tách, vẽ bản đồ toàn bộ sơ đồ pha, đồng thời đánh giá độ chính xác của các phương pháp đo nhiệt độ theta (Tθ) - một chỉ số liên quan tới chất lượng dung môi và sự tương tác protein.

Kết quả mô phỏng chỉ ra ba chế độ tách pha khác nhau: pha loãng với chủ yếu protein đơn lẻ; pha trung gian có sự hình thành các cụm nhỏ trước khi xuất hiện các ngưng tụ lớn; và chế độ gần điểm tới hạn với mạng lưới kết nối toàn hệ thống. Đồng thời, các ngưng tụ được nhận diện là mạng liên kết protein có khả năng lan truyền các tương tác.

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu phát hiện các phương pháp truyền thống để ước tính nhiệt độ theta không hoàn toàn chính xác với các hệ protein này, gợi ý cần phát triển phương pháp đánh giá mới tin cậy hơn.

Công trình mở ra góc nhìn mới về hành vi pha của các protein hình thành ngưng tụ, từ đó hướng tới hiểu rõ cơ chế vận hành trong tế bào và vai trò trong các rối loạn liên quan. Theo giáo sư Rohit V. Pappu, việc xác định điểm tới hạn đặc thù của IDPs bằng các phương pháp quy mô hữu hạn tiên tiến giúp phân biệt rõ các trạng thái pha và hỗ trợ đánh giá chính xác các lực tương tác. Phân tích hệ số tương tác hai thành phần cũng được đề xuất như một phương pháp hiệu quả để so sánh khả năng tách pha theo trình tự axit amin.

Những phát hiện này có thể cải thiện các nghiên cứu về ngưng tụ phân tử sinh học, đóng góp vào phát triển phương pháp chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan.

Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.