Hình ảnh tốc độ cao ghi lại cơ chế kích hoạt gen do hormone điều khiển

Hình ảnh cận cảnh làm nổi bật dimer đang nằm trên sợi ADN – một bước quan trọng trong sự điều hòa gen do hormone điều khiển. Nguồn: Richard Wong

Các nhà khoa học tại Viện Khoa học sự sống nano (WPI-NanoLSI), Đại học Kanazawa, đã ghi lại được cảnh quay thời gian thực cho thấy một thụ thể hormone chủ chốt kích hoạt gen như thế nào, mang đến một cái nhìn rõ ràng hơn về một trong những quá trình cơ bản nhất trong sinh học.

Sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử tốc độ cao (HS-AFM), Richard Wong và các đồng nghiệp tại Đại học Kanazawa đã trực tiếp quan sát cách thụ thể estrogen alpha (ERα) liên kết với ADN và “bật” gen để đáp ứng với hormone estrogen. Những phát hiện của họ, được công bố trên tạp chí ACS Nano, tiết lộ những chi tiết phân tử mới về tín hiệu hormone, với những tác động quan trọng đối với các bệnh như ung thư vú.

Các thụ thể estrogen đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hoạt động gen ở nhiều mô. Khi estrogen liên kết với ERα, protein thay đổi hình dạng, tạo thành một dimer (một cặp phân tử), và gắn vào các vùng đặc hiệu của DNA được gọi là các yếu tố đáp ứng estrogen (EREs).

Mặc dù tầm quan trọng của quá trình này đã được biết đến trong nhiều thập kỷ, nhưng nó chưa bao giờ trước đây được quan sát ở cấp độ đơn phân tử trong thời gian thực.

Để ghi lại điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng HS-AFM để quét các phân tử ERα riêng lẻ tương tác với DNA. Họ đã so sánh hành vi của ERα khi có và không có estrogen. Các thí nghiệm của họ cho thấy ERα có thể liên kết với ADN khi không có estrogen nhưng đã làm điều đó kém chính xác và kém ổn định hơn. Khi estrogen hiện diện, các phân tử ERα dimer hóa hiệu quả hơn và thể hiện sự liên kết ổn định, có mục tiêu với các trình tự ERE.

“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy estrogen hoạt động giống như một người mai mối phân tử. Nó không chỉ kích hoạt ERα tìm đúng trình tự ADN mà còn ổn định sự bám víu của nó, đảm bảo sự kích hoạt gen chính xác”, Wong nói.

Dựa trên những quan sát này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một mô hình “dimer hóa do phối tử gây ra” (LID) mới, giải thích cách hormone tinh chỉnh hành vi động của các thụ thể ở cấp độ DNA.

Công trình này cung cấp bằng chứng trực quan trực tiếp về cách các tín hiệu phân tử từ hormone dẫn đến sự kiểm soát gen chính xác-một tiến bộ cơ bản có thể định hướng các chiến lược mới để điều trị các bệnh do hormone gây ra.

Cục TT,Tk