Công nghệ Cryo-EM giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của vitamin K trong cơ thể, mở ra triển vọng phát triển các loại thuốc chống đông máu mới

Nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Nature, có thể mở đường cho việc phát triển các loại thuốc chống đông thế hệ mới, góp phần phòng ngừa và điều trị các bệnh như đột quỵ, đau tim, rung nhĩ và huyết khối tĩnh mạch sâu – một dạng cục máu đông thường xuất hiện ở chân.

Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho các liệu pháp chống đông tiên tiến bằng cách nhắm vào enzyme GGCX, một phương pháp có thể khắc phục những hạn chế của các chất đối kháng vitamin K như warfarin.

Theo tiến sĩ Xiaofeng Qi, phó giáo sư sinh học phân tử, thành viên của Trung tâm Ung thư Toàn diện Harold C. Simmons tại Tây Nam UT, phương pháp này có tiềm năng mang lại các lựa chọn an toàn và hiệu quả hơn cho bệnh nhân mắc rối loạn đông máu.

Vitamin K là một loại vitamin tan trong chất béo, có nhiều trong rau lá xanh, cà rốt và thịt nội tạng, có vai trò quan trọng trong việc kích hoạt các protein cần thiết cho quá trình đông máu, đồng thời hỗ trợ sức khỏe xương, tim mạch, chuyển hóa năng lượng, phát triển não bộ và khả năng sinh sản.

Vitamin K kích hoạt các protein này bằng cách tham gia vào phản ứng carboxyl hóa, một quá trình do enzyme gamma-glutamyl carboxylase (GGCX) xúc tác. Tuy nhiên, cơ chế cụ thể mà GGCX thực hiện phản ứng này vẫn chưa được hiểu rõ.

Để nghiên cứu vấn đề này, tiến sĩ Qi và các đồng nghiệp đã sử dụng kính hiển vi điện tử đông lạnh (cryo-EM). Phương pháp cryo-EM hoạt động bằng cách làm đông lạnh các phân tử ở nhiệt độ khoảng -196°C (-320°F), sau đó chiếu các luồng electron để tạo ra hình ảnh có độ phân giải nguyên tử, giúp quan sát cấu trúc ba chiều của các phân tử.

Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Qi đã hợp tác với Cơ sở Kính hiển vi điện tử Cryo của UTSW để phân tích GGCX – một enzyme quan trọng – trong các điều kiện khác nhau: khi nó liên kết với osteocalcin, một protein phụ thuộc vitamin K có vai trò thiết yếu trong quá trình chuyển hóa xương, và khi nó liên kết đồng thời với cả osteocalcin và vitamin K.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, GGCX có cấu trúc không ổn định khi không liên kết với phân tử khác, nhưng khi gắn với osteocalcin, nó hình thành một túi đặc biệt phù hợp với vitamin K. Phân tích cấu trúc của GGCX khi liên kết đồng thời với osteocalcin và vitamin K đã xác nhận rằng vitamin K được cố định trong túi này, tạo điều kiện cho phản ứng cacboxyl hóa diễn ra.

Điều gây ngạc nhiên là, các nhà khoa học còn phát hiện một phân tử cholesterol xuất hiện trong cả ba cấu trúc phân tích. Quan sát kỹ hơn cho thấy cholesterol có vai trò ổn định cấu trúc của GGCX, giúp tăng cường sự liên kết với osteocalcin và vitamin K.

Theo Tiến sĩ Qi, đây là lần đầu tiên vai trò của cholesterol trong các con đường phân tử liên quan đến vitamin K được xác định. Ông cũng nhấn mạnh rằng, nhờ hiểu rõ cấu trúc của GGCX và cơ chế tương tác của nó với vitamin K cũng như các protein liên quan, các nhà nghiên cứu có thể phát triển các loại thuốc nhắm vào quá trình này để can thiệp vào các bệnh liên quan.

Nghiên cứu của Tiến sĩ Qi và cộng sự đã làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của vitamin K và các protein phụ thuộc của nó bằng cách xác định cấu trúc liên kết với một enzyme quan trọng. Công trình này giúp hiểu rõ hơn về phản ứng hóa học kích hoạt các protein phụ thuộc vitamin K, mở ra tiềm năng ứng dụng trong y học và sinh học phân tử.

Nghiên cứu được phát triển từ công trình sau tiến sĩ trước đây của tiến sĩ Qi tại phòng thí nghiệm UTSW của tiến sĩ Xiaochun Li, với sự hợp tác cùng các nhà khoa học đoạt giải Nobel Michael S. Brown và Joseph L. Goldstein, cũng như tiến sĩ Russell DeBose-Boyd.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu của UTSW gồm các nhà khoa học Rong Wang, Baozhi Chen, Alyssa Ayala và Ning Zhou cũng đóng góp quan trọng vào dự án này.

Theo: vista.gov.vn