CÁC BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN TRONG PROTEOMICS

Tiểu luận
Tiểu luận
:
:




CÁC BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN
CÁC BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN
TRONG PROTEOMICS
TRONG PROTEOMICS




Giáo viên hướng dẫn: Ts.Trương Quốc Phong
Giáo viên hướng dẫn: Ts.Trương Quốc Phong


Mục Lục
Mục Lục
1. Giới thiệu (Đăng)
1. Giới thiệu (Đăng)
2. Phosphoproteomics (Thạch)
2. Phosphoproteomics (Thạch)
3. Glycoproteomics
3. Glycoproteomics
4. Ubiquitin hóa (Hương)
4. Ubiquitin hóa (Hương)
5. Reference

5. Reference
1. GIỚI THIỆU
1. GIỚI THIỆU
- Trong thập kỷ qua, proteomics đã trở thành một
lĩnh vực chuyên sâu của các nghiên cứu
giúp
giúp
chuẩn đoán và tăng hiệu quả điều trị bệnh.
chuẩn đoán và tăng hiệu quả điều trị bệnh.
- Sự phong phú của các dạng protein liên kết
cộng hóa trị đã vượt qua rất nhiều số lượng
protein dự đoán bởi DNA mã hóa do quá trình
biến đổi sau dịch mã.
- Các enzyme chuyên dụng để sửa đổi protein đó
bao gồm 500 kinase ở người, 150 phosphatases
và 500 protease.
Các biến đổi liên kết cộng hóa trị ở protein
Các biến đổi liên kết cộng hóa trị ở protein
có nhiều loại như :
có nhiều loại như :
+ Phosphoryl hóa.
+ Acetyl hóa.
+ Glycosyl hóa.
+ Metyl hóa.
+ Ubiquityl hóa.
- Có thể phân loại theo những dạng biến đổi của
chuỗi axit amin, các dạng biến đổi của enzyme,
và mức độ biến đổi.

- Các quá trình hóa học như : Nối protein, quá
- Các quá trình hóa học như : Nối protein, quá
trình trưởng thành của protein huỳnh quang và
trình trưởng thành của protein huỳnh quang và
tự động hoạt hóa proteasome cũng đại diện cho
tự động hoạt hóa proteasome cũng đại diện cho
quá trình biến đổi sau dịch mã.
quá trình biến đổi sau dịch mã.


- Những hiểu biết về phạm vi và mô hình của
- Những hiểu biết về phạm vi và mô hình của
những qúa trình biến đổi sau dịch mã trong tế
những qúa trình biến đổi sau dịch mã trong tế
bào eukaryot mang lại hiểu biết chuyên sâu về
bào eukaryot mang lại hiểu biết chuyên sâu về
chức năng và động học của các hệ protein
chức năng và động học của các hệ protein
2.
2.
PHOSPHOPROTEOMICS
PHOSPHOPROTEOMICS
-
Phosphoproteomics
(Phosphoryl hóa protein) là
quá trình gắn nhóm phosphate vào protein với
sự xúc tác của enzyme
kinase
.
2.1 Phân loại các phosphoamino axít

2.1 Phân loại các phosphoamino axít
Có bốn loại phosphoamino axít thường gặp:
Có bốn loại phosphoamino axít thường gặp:



- O-phosphate (O-phosphomonoester) được tạo ra trong quá trình
phosphoryl hoá các axít hydroxyamino như serine, threonine hay
tyrosine.
- N-phosphate (Phosphoamidate) được tạo ra trong quá trình
phosphoryl hoá các nhóm amin trong arginine, lysine hoặc histidine
- Acyl-phosphate (Phosphate anhydride) được tạo ra trong quá trình
phosphoryl hoá axít aspartic và axít glutamic
- S-phosphate (S-phosphothioester) được tạo ra trong quá trình
phosphoryl hoá cysteine.
2.1 Phân loại các phosphoamino axít
2.1 Phân loại các phosphoamino axít
Axít phosphoamino
Axít phosphoamino
Độ bền trong
Độ bền trong
Axít
Axít
Kiềm
Kiềm
Hydroxylamine
Hydroxylamine
Pyridine
Pyridine
O-

O-
phosphate
phosphate
Phosphoserine
Phosphoserine
+
+
-
-
+
+
+
+
Phosphothreonine
Phosphothreonine
+
+
±
±
+
+
+
+
Phosphotyrosine
Phosphotyrosine
+
+
+
+
+

+
+
+
N-
N-
phosphate
phosphate
Phosphoarginine
Phosphoarginine
-
-
-
-
-
-
-
-
Phosphohistidine
Phosphohistidine
-
-
+
+
-
-
-
-
Phospholysine
Phospholysine
-

-
+
+
-
-
-
-
Acyl-
Acyl-
phosphate
phosphate
Phosphoaspartate
Phosphoaspartate
-
-
-
-
-
-
-
-
Phosphoglutamate
Phosphoglutamate
-
-
-
-
-
-
-

-
S-
S-
phosphate
phosphate
Phosphocysteine
Phosphocysteine
+
+
+
+
+
+
+
+
Bảng so sánh độ bền trong các môi trường khác nhau của
các dẫn suất axít phosphoamino
2.2 Ứng dụng trong nghiên cứu về ung thư


- Những nghiên cứu thực tế đã chỉ ra rằng có sự
- Những nghiên cứu thực tế đã chỉ ra rằng có sự
khác biệt giữa các protein được phosphoryl hóa
khác biệt giữa các protein được phosphoryl hóa
ở tyrosine trong các tế bào ung thư vú và ung
ở tyrosine trong các tế bào ung thư vú và ung
thư gan, cũng có những bằng chứng cho rằng
thư gan, cũng có những bằng chứng cho rằng
quá trình phosphoryl hóa xảy ra mạnh ở các
quá trình phosphoryl hóa xảy ra mạnh ở các

tyrosine còn lại trong các mô ung thư vú trong
tyrosine còn lại trong các mô ung thư vú trong
khi trong các mô bình thường không xảy ra điều
khi trong các mô bình thường không xảy ra điều
này.
này.


- Những sai lệch trong quá trình phosphoryl hóa
- Những sai lệch trong quá trình phosphoryl hóa
của nhiều protein có liên quan đến ung thư đã
của nhiều protein có liên quan đến ung thư đã
được biết và mô tả.
được biết và mô tả.
2.2 Ứng dụng trong nghiên cứu về ung thư
- Hiện nay
Phosphoproteins
có thể là những “chỉ
thị ung thư” (cancer markers), được sử dụng
trong chuẩn đoán và điều trị bệnh ung thư.

- Đa số các marker chỉ thị khối u đang sử
dụng hiện nay được xác định từ những
nghiên cứu về protein.
2.2 Ứng dụng trong nghiên cứu về ung thư
Xác định các biomarker phục vụ chẩn đoán và
điều trị sớm ung thư
3.1. Glycoproteomics là gì ?
3.1. Glycoproteomics là gì ?

- Là ngành khoa học nghiên cứu glycosyl hóa
- Là ngành khoa học nghiên cứu glycosyl hóa
của protein.
của protein.


- Nghiên cứu sự thay đổi các gốc cacbohydrat
- Nghiên cứu sự thay đổi các gốc cacbohydrat
của protein, sự thay đổi về đặc tính lý hóa và
của protein, sự thay đổi về đặc tính lý hóa và
hoạt động chức năng trên các chuỗi protein
hoạt động chức năng trên các chuỗi protein
hậu dịch mã.
hậu dịch mã.
3. GLYCOPROTEOMICS
3. GLYCOPROTEOMICS
3. GLYCOPROTEOMICS
3. GLYCOPROTEOMICS
3.2. Các dạng glycosyl hóa protein
3.2. Các dạng glycosyl hóa protein




- Glycosyl hóa protein ở vị trí N.
- Glycosyl hóa protein ở vị trí N.

- Glycosyl hóa ở vị trí O.
- Glycosyl hóa ở vị trí O.
3.2. Các dạng glycosyl hóa protein
3.2. Các dạng glycosyl hóa protein
3.2.1 Glycosyl hóa protein ở vị trí N
- Là sự cắt bỏ bớt các phân tử đường diễn ra
trong Golgi bởi các enzyme mannosidase tạo
thành các chất để tổng hợp các oligosaccharide
phức tạp hoặc hình thành các oligomannoside.
- Sự chuyển thành dạng phức tạp xảy ra ở thuỳ
giữa của Golgi và trans-Golgi, có hoặc không có
đuôi sialic acid, và từ đó protein được tiết ra môi
trường ngoại bào.
3.2. Các dạng glycosyl hóa protein
3.2. Các dạng glycosyl hóa protein
3.2.2 Glycosyl hóa ở vị trí O
- Là việc tạo liên kết cộng hóa trị giữa một
monosaccharide với axit amin Serin hay
Threonin.
- Dạng phổ biến của hiện tượng glycosyl hoá ở vị
trí O ở sinh vật nhân chuẩn thường xảy ra ở
Golgi.
- Ở đây có sự chuyển hóa từ đường GalNAc sang
axit amin Serin hoặc Threonin thông qua hoạt
động của enzyme GalNAc transferase kéo theo
sự chuyển của hàng hoạt các phân tử đường
khác nhau như galactose, GalNAc, N-GlcNAc,
glucose, mannose…

3.3 Ý nghĩa của Glycoproteomics
3.3 Ý nghĩa của Glycoproteomics

- Phát hiện và tìm ra mục tiêu mới của điều trị.

- Kiểm tra bệnh thay đổi có liên quan đến sự thay
đổi của các glycoprotein.
- Tiềm năng như là mục tiêu cho chẩn đoán, điều
trị bệnh lý khác nhau di căn của khối u và viêm.


3.4 Triển vọng của glycoproteomics trong
3.4 Triển vọng của glycoproteomics trong
tương lai
tương lai

- Nghiên cứu sâu sắc sự phức tạp sinh học trong
phân tử của glycoprotein
.
.

- Hi vọng trong 20 năm tới hầu hết các phân tích
glycoproteomic sẽ được thực hiện có hiệu quả
và có thể thiết lập được cơ sở dữ liệu có liên
quan.
UBIQUITIN HÓA (Ubiquitination,
UBIQUITIN HÓA (Ubiquitination,
ubiquitylation)
ubiquitylation)

4. UBIQUITIN
4. UBIQUITIN
-
Ubiquitin
Ubiquitin
là một protein điều hòa nhỏ có 76
là một protein điều hòa nhỏ có 76
axit amin được bảo tồn tiến hóa trong các tế bào
axit amin được bảo tồn tiến hóa trong các tế bào
eukaryot. Sự ubiquitin hóa các protein cơ chất
eukaryot. Sự ubiquitin hóa các protein cơ chất
proteasome được tiến hành trong hệ thống phức
proteasome được tiến hành trong hệ thống phức
tạp gồm các enzym hoạt hóa (E1), enzym tiếp
tạp gồm các enzym hoạt hóa (E1), enzym tiếp
hợp ubiquitin (E2) và enzym nhận biết cơ chất
hợp ubiquitin (E2) và enzym nhận biết cơ chất
(các enzym E3)
(các enzym E3)
-
Ubiquitin có thể gắn với các protein và dán nhãn
Ubiquitin có thể gắn với các protein và dán nhãn
chúng để phá hủy.
chúng để phá hủy.
4.1. Ubiquitin hóa
4.1. Ubiquitin hóa

Ubiquitin hóa là quá trình biến đổi protein sau dịch mã
Ubiquitin hóa là quá trình biến đổi protein sau dịch mã
được xúc tác bởi enzym (PTM) trong đó axit cacboxylic

được xúc tác bởi enzym (PTM) trong đó axit cacboxylic
của glycine kết thúc từ motif di-glycine ở ubiquitin được
của glycine kết thúc từ motif di-glycine ở ubiquitin được
hoạt hóa tạo thành một liên kết amit với amin ở vị trí
hoạt hóa tạo thành một liên kết amit với amin ở vị trí
epsilon của lysine ở protein được biến đổi.
epsilon của lysine ở protein được biến đổi.

Các biến đổi sau dịch mã là phương pháp điều hòa sự
Các biến đổi sau dịch mã là phương pháp điều hòa sự
ubiquitin hóa. Sự biến đổi này gồm sự phosphoryl hóa,
ubiquitin hóa. Sự biến đổi này gồm sự phosphoryl hóa,
sự oxy hóa, sumoyl hóa, axetyl hóa, và neddyl hóa
sự oxy hóa, sumoyl hóa, axetyl hóa, và neddyl hóa
-> Ubiquitin hóa thực chất là quá trình đánh dấu
protein
Quá trình đánh dấu protein bằng ubiquitin
Quá trình đánh dấu protein bằng ubiquitin
(ubiquitin hóa) bao gồm một loạt các bước:
(ubiquitin hóa) bao gồm một loạt các bước:

Bước 1 (Bước hoạt hóa): Ubiquitin được hoạt hóa bằng
Bước 1 (Bước hoạt hóa): Ubiquitin được hoạt hóa bằng
một phản ứng hai bước nhờ enzym hoạt hóa ubiquitin
một phản ứng hai bước nhờ enzym hoạt hóa ubiquitin
E1 trong một quá trình cần đến ATP như một nguồn
E1 trong một quá trình cần đến ATP như một nguồn
năng lượng -> dẫn đến hình thành liên kết thioester
năng lượng -> dẫn đến hình thành liên kết thioester
giữa nhóm cacboxyl đầu C tận của ubiquitin và nhóm

giữa nhóm cacboxyl đầu C tận của ubiquitin và nhóm
sulfhydryl.
sulfhydryl.

Bước 2: Chuyển ubiquitin từ E1 đến cysteine của vùng
Bước 2: Chuyển ubiquitin từ E1 đến cysteine của vùng
hoạt động của enzym liên hợp ubiquitin E2 thông qua
hoạt động của enzym liên hợp ubiquitin E2 thông qua
một phản ứng chuyển (thio) ester hóa.
một phản ứng chuyển (thio) ester hóa.

Bước cuối cùng của tầng ubiquitin hóa tạo thành liên kết
Bước cuối cùng của tầng ubiquitin hóa tạo thành liên kết
isopeptide giữa một lysine của protein đích và glycine
isopeptide giữa một lysine của protein đích và glycine
đầu C tận của ubiquitin.
đầu C tận của ubiquitin.
Hình 2: Con đường ubiquitin hóa

Enzym hoạt
Enzym hoạt
hóa (E1)
hóa (E1)

Enzym tiếp
Enzym tiếp
hợp ubiquitin
hợp ubiquitin
(E2)
(E2)


Enzym nhận
Enzym nhận
biết cơ chất
biết cơ chất
(các enzym
(các enzym
E3)
E3)
Hình 3: Con đường ubiquitin hóa
4.2. Chức năng của các biến đổi
4.2. Chức năng của các biến đổi
ubiquitin
ubiquitin

Xử lý kháng nguyên
Xử lý kháng nguyên

Phát sinh sinh học trong các cơ quan tế bào
Phát sinh sinh học trong các cơ quan tế bào

Chu kỳ tế bào và sự phân chia
Chu kỳ tế bào và sự phân chia

Phiên mã và sửa chữa DNA
Phiên mã và sửa chữa DNA

Phân hóa và sự tiến triển
Phân hóa và sự tiến triển


Đáp ứng miễn dịch và chứng viêm
Đáp ứng miễn dịch và chứng viêm

Thoái hóa thần kinh và cơ
Thoái hóa thần kinh và cơ

Tạo hình hệ thống thần kinh
Tạo hình hệ thống thần kinh

Điều biến các thụ thể bề mặt tế bào, các kênh ion và
Điều biến các thụ thể bề mặt tế bào, các kênh ion và
con đường kích thích bài tiết
con đường kích thích bài tiết

Đáp ứng với stress và các điều biến ngoại bào
Đáp ứng với stress và các điều biến ngoại bào

Phát sinh sinh học ribosom
Phát sinh sinh học ribosom

Sự nhiễm virut
Sự nhiễm virut
4.3. Thử nghiệm ubiquitin hóa
4.3. Thử nghiệm ubiquitin hóa



Thử nghiệm ubiquitin hóa là thử nghiệm xác
Thử nghiệm ubiquitin hóa là thử nghiệm xác
định có bao nhiêu quy trình xảy ra trong tế bào.

định có bao nhiêu quy trình xảy ra trong tế bào.

Các thử nghiệm có thể được sử dụng để xác
Các thử nghiệm có thể được sử dụng để xác
định các điều kiện khác nhau ảnh hưởng như
định các điều kiện khác nhau ảnh hưởng như
thế nào đến liên kết protein, các bước và cấu
thế nào đến liên kết protein, các bước và cấu
trúc quan trọng trong con đường ubiquitin hóa,
trúc quan trọng trong con đường ubiquitin hóa,
và lượng protein trong tế bào. Sự không đủ hoặc
và lượng protein trong tế bào. Sự không đủ hoặc
dư thừa lượng được liên kết để phát triển nhiều
dư thừa lượng được liên kết để phát triển nhiều
bệnh khác nhau.
bệnh khác nhau.