Luận văn Thạc sĩ Công nghệ sinh học: Tinh sạch và đánh giá ảnh hưởng của hợp chất prodigiosin từ chủng Serratia marcescens đến mạng lưới nội chất tế bào

BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Nguyễn Thị Lệ

TINH SẠCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỢP CHẤT
PRODIGIOSIN TỪ CHỦNG Serratia marcescens
ĐẾN MẠNG LƯỚI NỘI CHẤT TẾ BÀO

LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Hà Nội – 2020


BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

Nguyễn Thị Lệ

TINH SẠCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỢP CHẤT
PRODIGIOSIN TỪ CHỦNG Serratia marcescens
ĐẾN MẠNG LƯỚI NỘI CHẤT TẾ BÀO
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 8420114

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Nguyễn Sỹ Lê Thanh

Hà Nội – 2020


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn “Tinh sạch và đánh giá ảnh hƣởng của hợp chất prodigiosin
từ chủng Serratia marcescens đến mạng lƣới nội chất tế bào” là do tôi thực
hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Nguyễn Sỹ Lê Thanh. Tôi xincam đoan tất
cả các kết quả trong luận văn là hồn tồn chính xác, trung thực và chƣa
từng đƣợc cơng bố trên bất kì cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2021
Học viên

Nguyễn Thị Lệ

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành cơng trình nghiên cứu này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn
sâu sắc tới TS Nguyễn Sỹ Lê Thanh, cán bộ phịng Cơng nghệ sinh học
enzyme, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam - thầy hƣớng dẫn khoa học, ngƣời đã định hƣớng và tận tâm hƣớng
dẫn tôi trong suốt q trình nghiên cứu tại phịng.
Qua đây, tơi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể cán bộ
phịng Cơng nghệ sinh học enzyme, Viện Cơng nghệ sinh học, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tơi trong suốt
q trình thực hiện luận văn.
Đồng thời, tơi muốn gửi lời cảm ơn đến Chuyên viên Nguyễn Thị Minh
Tâm và các thầy cô, cán bộ Khoa Công nghệ sinh học – Học viện Khoa học
và Công nghệ đã tham gia giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt
hai năm học tập và nghiên cứu tại Học viện.Tôi cũng xin chân thành cảm ơn
Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
để tôi đƣợc học tập và nghiên cứu trong suốt hai năm học vừa qua.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn ở bên
cạnhchia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiên tốt nhất cho tôi học tập,
nghiên cứu và hồn thành khố luận của mình.
Hà Nội, ngày 05 tháng 01năm 2021
Học viên

Nguyễn Thị Lệ


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ATF6

Activating Transcription Factor – 6 (yếu tố dịch mã)

DTT

Dithiothreitol

ER

Endoplasmic Reticulum (Lƣới nội chất)

1

Proton Nuclear Magnetic Resonance (phổ cộng hƣởng từ hạt
nhân)

H – NRM

HPLC

High Performance Liquid Chromatography (phƣơng pháp sắc
ký lỏng hiệu năng cao)

IRE1

Inositol Requiring Enzyme 1

mTOR

mammakian Target Of Rapamycin

MTT

3 – (4 ,5 – dimethyl – 2 – thiazolyl) – 2,5 – diphenyl – 2H –
tetrazolium bromide

NA

Nutrient agar (môi trƣờng thạch dinh dƣỡng)

NB

Nutrient borth (môi trƣờng canh thang dinh dƣỡng)

Pg

Prodigiosin

PERK

PKR – like Endoplasmic Reticulum kinase (một loại protein
màng lƣới nội chất mang hoạt tính kinaza)

RNase

Endoribonuclease

ROS

Reactive oxygen species (các gốc oxy hóa tự do trong tế bào)

SD

Synthetic destrose

TLC

Thin Layer Chromatography (phƣơng pháp sắc ký lớp mỏng)


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Đặc điểm khuẩn lạc chủng Serratia marcescensVTCC 910027 ........ 3
Hình 1.2 Các gen tham gia sinh tổng hợp prodigiosin ở một số chủng vi
khuẩn. ................................................................................................................. 5
Hình 1.3 Cấu trúc phân tử prodigiosin gồm ba vịng pyrol đặc trƣng ............... 6
Hình 1.4 Các con đƣờng truyền tín hiệu của phản ứng cuộn gập protein ........ 16
Hình 2.1 Đồ thị đƣờng chuẩn Prodigiosin ........................................................ 24
Hình 3.1. Bình chiết tế bào bằng hệ dung môi ethyl acetate + 1% HCl (A) và
acetone (B) ........................................................................................................ 29
Hình 3.2 Bình rửa dịch chiết Pg trong acetone rửa bằng ethylacetate và nƣớc
lần 1 (A) và lần 3 (B) ........................................................................................ 30
Hình 3.3. Bản TLC mẫu dịch chiết chủng S. marcescens VTCC 910027 bằng
hai dung mơi acetone và acetate + 1% HCl ...................................................... 31
Hình 3.4 Kết quả TLC dịch chiết Pg bằng các hệ dung mơi khác nhau ........... 32
Hình 3.5 Kết quả TLC mẫu Pg tinh chế bằng hệ dung môi toluen và ethyl
acetate tỷ lệ lần lƣợt 9:1 (A), 4:1 (B) và 7:3 (C) với cùng thể tích ................... 34
Hình 3.6 Các phân đoạn đặc trƣng của mẫu tinh sạch từ S. marcescens VTCC
910027 lần 1 (A) và lần 2 (B) ........................................................................... 35
Hình 3.7. Kết quả TLC prodigiosin tinh sạch lần 1 (A): LC1 – Dịch lên cột; 1,
2, 3 – phân đoạn sau tinh sạch; và lần 2 (B), 1, 2 – phân đoạn tinh sạch; C –
Pg chuẩn. ........................................................................................................... 36

Hình 3.8 Kết quả chạy HPLC của dịch chiết Prodigiosin từ chủng Serratia
marcescensVTCC 910026 (A) Pg chuẩn (B).................................................... 36
Hình 3.9. Sắc ký đồ HPLC của mẫu Prodigiosin tinh sạch .............................. 37
Hình 3.10. Phổ 1H NMR ................................................................................... 38


Hình 3.11 Cơ chế kích hoạt stress lƣới nội chất của tế bào .............................. 39
Hình 3.12 Biểu đồ hoạt tính β – galactosidase.................................................. 40
Hình 3.13 Điện di đồ phân tích RNA tổng số của các mẫu thí nghiệm bổ sung
hàm lƣợng Pg khác nhau. Giếng 1: ĐC (-); Giếng 2: ĐC (+); Giếng 3: Hàm
lƣợng Pg 0.2 μg/ml ............................................................................................ 41
Hình 3.14Điện di đồ phân tích sự có mặt của mRNA Hac1s. 1 – maker; 2 , 3 ,
4 – hàm lƣợng Pg 0,1 g /ml, 0,15 g /ml và 0,2 g /ml; 5 ĐC (+) DTT; 6 ĐC
(-) knock out Ire1............................................................................................... 41
Hình 3.15. Hàm lƣợng Pg đo đƣợc bằng đếm mật độ điểm ảnh....................... 42


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN Serratia marcescens VÀ HỢP CHẤT
PRODIGIOSIN .................................................................................................. 3
1.1.1 Vi khuẩn Serratia marcescens .................................................................. 3
1.1.1.1 Đặc điểm ................................................................................................ 3
1.1.1.2 Sinh tổng hợp prodigiosin bởi Serratia marcescens .............................. 4
1.1.2 Nguồn gốc, đặc điểm của prodigiosin....................................................... 5
1.1.3 Tinh sạch và xác định cấu trúc của prodigiosin ........................................ 6
1.1.4 Hoạt tính sinh học của prodigiosin ........................................................... 7
1.1.4.1 Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm ....................................................... 7

1.1.4.2 Hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ của prodigiosin ................................. 8
1.1.5 Ứng dụng của prodigiosin ........................................................................ 10
1.1.5.1 Ứng dụng của prodigiosin trong công nghệ thực phẩm........................ 10
1.1.5.2 Ứng dụng của prodigiosin trong phát triển thuốc ................................. 11
1.1.6 Tình hình nghiên cứu prodigiosin từ Serratia marcescens ở Việt Nam . 12
1.1.7 Tình hình nghiên cứu prodigiosin từ Serratia marcescens trên thế giới . 12
1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA PRODIGIOSIN LÊN MẠNG LƢỚI NỘI CHẤT ... 14
1.2.1. Mạng lƣới nội chất và hiện tƣợng ER stress ........................................... 14
1.2.2 Stress lƣới nội chất ở tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae .......... 17
1.2.3. Ảnh hƣởng của Prodigiosin lên mạng lƣới nội chất ............................... 19
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 21
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU................................................................................ 21


2.1.1 Nguyên liệu .............................................................................................. 21
2.1.2 Hoá chất.................................................................................................... 21
2.1.3 Các loại môi trƣờng nuôi cấy và đệm ...................................................... 21
2.1.4 Trang thiết bị ............................................................................................ 22
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................................. 22
2.2.1. Hoạt hóa Serratia marcescens ................................................................ 22
2.2.2. Hoạt hóa chủng nấm men KMY 1516 .................................................... 23
2.2.3 Lựa chọn hệ dung môi tách chiết prodigiosin .......................................... 23
2.2.4 Xây dựng đƣờng chuẩn prodigiosin dựa trên mật độ quang.................... 24
2.2.5 Tinh chế prodigiosin bằng phƣơng pháp sắc ký ...................................... 25
2.2.5.1 Phƣơng pháp sắc ký cột ........................................................................ 25
2.2.5.2 Phƣơng pháp sắc ký lớp mỏng .............................................................. 25
2.2.5.3 Phƣơng pháp sắc ký lỏng cao áp ........................................................... 26
2.2.6 Phƣơng pháp đánh giá ảnh hƣởng của prodigiosin lên mạng lƣới nội
chất tế bào.......................................................................................................... 27
2.2.6.1 Phƣơng pháp xác định hoạt tính β – galactosidase ............................... 27

2.2.6.2 Phƣơng pháp tách chiết, tạo thƣ viện cDNA và đọc trình tự mRNA
tổng số ............................................................................................................... 28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 29
3.1 HỆ DUNG MƠI THÍCH HỢP ĐỂ TÁCH CHIẾT PRODIGIOSIN .......... 29
3.2 XÁC ĐỊNH HỆ DUNG MƠI THÍCH HỢP ĐỂ TINH SẠCH
PRODIGIOSIN ................................................................................................ 32
3.2.1 Lựa chọn hệ dung mơi thích hợp ............................................................. 32
3.2.2 Xác định tỷ lệ dung mơi thích hợp ........................................................... 33
3.3 TINH SẠCH PRODIGIOSIN QUA CỘT SILICAGEL ............................ 34


3.3.1 Tinh sạch .................................................................................................. 34
3.3.2 Xác định độ sạch của Pg bằng HPLC ...................................................... 36
3.3.3 Xác định độ sạch prodigiosin bằng phổ 1H .............................................. 37
3.4 XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA PRODIGIOSIN LÊN MẠNG LƢỚI
NỘI CHẤT TẾ BÀO ........................................................................................ 38
3.4.1 Ảnh hƣởng của Prodigiosin đến protein màng Ire1 ................................. 38
3.4.2 Xác định hàm lƣợng của Hac1 mRNA .................................................... 40
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 44
4.1. KẾT LUẬN ................................................................................................ 44
4.2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 45


1
MỞ ĐẦU
Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp điều trị ung thƣ đã và đang đƣợc sử
dụng trên thế giới nhƣ: phẫu thuật, hóa trị, xạ trị, liệu pháp nội tiết, liệu pháp
miễn dịch, liệu pháp tế bào gốc, điều trị cá thể hóa, điều trị hƣớng đích, Tuy
nhiên, mỗi phƣơng pháp đều tồn tại những tác dụng phụ nhất định. Để ngăn

chặn sự phát triển và lây lan của khối u, hóa trị là biện pháp hiệu quả cả ở giai
đoạn sớm và giai đoạn muộn của ung thƣ. Việc nghiên cứu phát triển các
thuốc chống ung thƣ mới với giá thành rẻ đang là mối quan tâm của nhiều nhà
khoa học.
Prodigiosin (Pg) là chất chuyển hóa thứ cấp có màu đỏ có tác dụng
kháng khuẩn, kháng nấm, chống sốt rét, ức chế miễn dịch và ngăn cản sự phát
triển của nhiều dòng tế bào ung thƣ ở ngƣời. Trên thế giới đã có nhiều nghiên
cứu về hoạt tính sinh học cũng nhƣ tiềm năng ứng dụng Prodigiosin từ
Serratia marcescens trong phát triển thuốc.Tuy nhiên, ở Việt Nam chƣa có
nghiên cứu chuyên sâu nào về ảnh hƣởng của Pg lên mạng lƣới nội chất trong
tế bào, cũng nhƣ sự đáp ứng của tế bào trong mơi trƣờng có chứa Pg.
Chính vì vậy tơi lựa chọn đề tài luận văn “Tinh sạch và đánh giá ảnh
hƣởng của hợp chất Prodigiosin từ chủng Serratia marcescens đến mạng
lƣới nội chất tế bào”.Nghiên cứu này đƣợc tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa
học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 106.022018.332. Đề tài luận văn này nhằm mục đích sản xuất, tinh sạch đƣợc
prodigiosin từ chủng vi khuẩn Serratia marcescens có độ tinh sạch cao, đánh
giá ảnh hƣởng của Pg này đến lƣới nội chất tế bào.
Trong các nghiên cứu trƣớc đây, chúng tơi đã đánh giá hoạt tính sinh
học của Pg tách chiết từ chủng Serratia marcescens, kết quả cho thấy Pg gây
độc dòng tế bào ung thƣ phổi LU – 1 với giá trị IC50 = 1,5 g/mL. Bằng cách
tiếp cận nghiên cứu cơ chế phân tử tác động của Pg đối với lƣới nội chất tế
bào nấm men chúng tơi sẽ tìm đƣợc cơ chế phân tử của Pg đối với tế bào ung
thƣ và tế bào thƣờng. Việc sử dụng sinh vật mơ hình là nấm men
Saccharomyces cerevisiae sẽ mang lại khả năng thành công cao hơn bởi hơn
40% trình tự gen bảo tồn ở nấm men đƣợc dự đốn là có mặt trong hệ gen


2
ngƣời, các cơ chế kiểm soát chu kỳ tế bào ở nấm men hoặc trong các tế bào
khối u tồn tại tƣơng tự với nhiều hơn hoặc ít hơn các chức năng trong tế bào

con ngƣời.Các kết quả nghiên cứu này sẽ góp phần hiểu rõ cơ chế tác động
của Pg đến tế bào nấm men, từ đó có cơ sở để nghiên cứu sâu hơn về cơ chế
ảnh hƣởng của Pg đến tế bào động vật.
Tồn bộ thí nghiệm đƣợc thực hiện tại phịng Cơng nghệ sinh học
Enzyme, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam.


3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN Serratia marcescens VÀ HỢP CHẤT
PRODIGIOSIN
1.1.1 Vi khuẩn Serratia marcescens
1.1.1.1 Đặc điểm
Serratia marcescens là trực khuẩn Gram âm thuộc họ
Enterobacteriaceae.“Chúng có mặt ở trong đất, nƣớc, thực vật và trong cơ thể
động vật.Trong các lồi vi khuẩn thì S. marcescens là lồi có khả năng sinh
tổng hợp Pg đƣợc biết đến sớm nhất và đƣợc tìm hiểu từ rất sớm. Trong mƣời
lồi Serratia thì chỉ có ba lồi có khả năng sinh tổng hợp Pg là S. plymuthica,
S. rubidaea và một số nhóm S. marcescens. S. marcescens hơ hấp tùy tiện, do
đó nó có thể sinh Pg cả trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí.Tuy nhiên, sắc tố
đỏ chỉ xuất hiện trong một phần nhỏ của dịch nuôi cấy riêng biệt của các
chủng S. marcescens. Mỗi chủng có khả năng sảnxuất sắc tố khác nhau và
phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ môi trƣờng nuôi cấy, thời gian nuôi cấy, pH,
cacbon, nitơ và các muối vô cơ.Chủng vi khuẩnSerratia marcescenskhi ni
cấy trên mơi trƣờng thạch dinh dƣỡng (NA)có màu đỏ, trịn, lồi, bề mặt bóng
(hình 1.1).

Hình 1.1 Đặc điểm khuẩn lạc chủng Serratia marcescensVTCC 910027

4
1.1.1.2 Sinh tổng hợp prodigiosin bởi Serratia marcescens
Khả năng sản xuất Pg của S. marcescens tùy thuộc vào điều kiện nuôi
cấy, nguồn cacbon, nguồn nitơ, pH, nhiệt độ. “Chủng S. marcescens sinh Pg
trong môi trƣờng pH axit ở nhiệt độ 28oC và làm mơi trƣờng chuyển sang
màu đỏ (Hình 1.1). Ở nhiệt độ 37oC,S. marcescens không sinh sắc tố đỏ.”
Sinh tổng hợp Pg bởi S. marcescens MSK1 đƣợc cảm ứng chỉ bởi
methionine hoặc cysteine với sự có mặt của glucose. “Sinh tổng hợp Pg đƣợc
tối ƣu đạt năng suất cao nhất trong môi trƣờng chứa 0,45 manose, 0,01%
methionine, 0,03% cysteine và 0,1% amonium chloride, pH 8 ở 28oC dƣới
điều kiện ni lắc 120 vịng/ phút trong 24 giờ [1].”
Shahitha và Poornima (2012)đã sử dụng các môi trƣờng khác nhau và
các nhiệt độ khác nhau để nghiên cứu sinh tổng hợp Pg từ S.
marcescens.“Sinh tổng hợp Pg cao nhất đƣợc quan sát thấy ở môi trƣờng bột
hạt lạc (37,6mg/ml) và môi trƣờng bột hạt vừng (16,5mg/ml)khi so sánh với
môi trƣờng canh thang dinh dƣỡng (NB) (0,51mg/ml) và môi trƣờng canh
thang dinh dƣỡng có bổ sung glycerol (0,3mg/ml) ở 28oC, mơi trƣờng canh
thang dinh dƣỡng có bổ sung maltose (1,82mg/ml). Trong số dầu khác nhau,
dầu lạc cho năng suất sắc tố cao (2,72mg/ml)[2].”
Mơi trƣờng canh thang dinh dƣỡng có bổ sung glycerol đƣợc chọn là
môi trƣờng tổng hợp tốt nhất.”Hiệu quả của các thành phần mơi trƣờng và các
thơng số q trình khác nhau nhƣ nguồn cacbon và nitơ, nhiệt độ, pH, thời
gian nuôi lắc và các chất bổ sung khác đã đƣợc khảo sát. Hàm lƣợng Pg lớn
nhất đƣợc sinh tổng hợp ở 25oC, pH 7 và thời gian nuôi lắc 48 giờ. Bổ sung
thêmmôi trƣờng với maltose và peptone cho năng suất Pg cao nhất. Ngoài ra,
việc bổ sung thêm các chất nhƣ muối sắt, phosphat vô cơ cũng cho các kết
quả khả quan”[3].”
ChủngS. marcescens sinh tổng hợp Pg tốt nhất ở nhiệt độ28oC hoặc
30oC,“thỉnh thoảng chúng sinh tổng hợp Pg ở nhiệt độ thấp hơn nhƣ ở 25oC

[3].”
Thời gian nuôi cấy các chủng S. marcescens sinh tổng hợp Pg tối ƣu
ngắn nhất “có thể là 24 giờ nhƣ S. marcescens MSK1[1], 48 giờ nhƣ S.


5
marcescens[3]; S. marcescens S11[4]; 36 giờ nhƣ S. marcescens MBB05[5];
dài hơn là 72 giờ nhƣ S. marcescens SU – 10 [6], S. marcescens[7], có thể tới
84 giờ nhƣ S. marcescens SR1[8].”
Với các thành phần môi trƣờng và các yếu tố nuôi cầy tối ƣu,“các
chủng S. marcescens đƣợc phân lập từ các nguồn khác nhau cho năng suất
sinh tổng hợp Pg khác nhau. Chẳng hạn chủng S. marcescens 1,84527 mg/l
[7], chủng S. marcescens SR1 là 0,7651g/l [8].”
Pg đƣợc tổng hợp thông qua hai con đƣờng bao gồm: MBC (4Methoxy-2,2'-bipyrrole-5-carboxaldehyde) và MAP (2 – methyl – 3 – n –
amylpyrrole) [9].Có hơn 30 gen liên quan đến sinh tổng hợp Pg ở vi khuẩn
Serratia sp. ATCC 39006,điều này cho thấy lợi thế sản xuất Pg của chúng so
với các vi sinh vật sản xuất Pg khác. Mỗi chủng vi khuẩn mang các gen tham
gia vào quá tình sinh tổng hợp Pg khác nhau (hình 1.2).

Hình 1.2 Các gen tham gia sinh tổng hợp prodigiosin ở một số chủng vi
khuẩn[10].
1.1.2 Nguồn gốc, đặc điểm của prodigiosin
Prodigiosin (Pg, PubChem CID: 5351169),“là chất chuyển hóa thứ cấp
có màu đỏ có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, chống sốt rét, ức chế miễn
dịch và chống ung thƣ[11,12]đƣợc sản xuất bởi vi khuẩn Serratia
marcescens, Rubidaea, Vibrio psychroerythrous, gazogenes, Pseudomonas
magneslorubra, Alteromonas rubra, Rugamonas rubra[13,14]. Trong đó S.
marcescens có hiệu suất sản xuất Pg cao nhất và đƣợc nghiên cứu rộng rãi tại

6
nhiều phịng thí nghiệm trên thế giới. Pg đóng vai trị nhƣ một chất chuyển
hóa thứ cấp của S. marcescens, chức năng của nó đối với vi khuẩn vẫn chƣa
đƣợc làm sáng tỏ. Một số nghiên cứu cho rằng Pg liên quan đến hoạt động
kháng khuẩn, kháng nấm, ảnh hƣởng đến quá trình trao đổi chất và tăng
cƣờng sự bám dính vi khuẩn lên các bề mặt dẫn tới tăng cƣờng phát tán vi
khuẩn.”
Ba thành viên của nhóm“prodiginine bao gồm prodigiosin,
undecylprodigiosin (UP) và cycloprodigiosin hydrochloride (cPrG HCl), có
đặc tính ức chế miễn dịch và tác động đến tự chết tế bào ung thƣin vitro và in
vivo. Hiệu ứng độc tế bào của chúng là do sự hiện diện của nhóm thế C – 6
methoxy. Vịng A – pyrolđóng một vai trò quan trọng trong cả hai hoạt động
nuclease và độc tế bào của Pg [15].”
Nhóm sắc tố prodiginine đƣợc đặc trƣng bởi cấu trúc ba vịng
pyrol[16]. Cấu trúc hóa học của Pg đã đƣợc làm sáng tỏ bởi nhóm nghiên cứu
của Wasserman (1960) và Hlden (1962)[10].”

Hình 1.3 Cấu trúc phân tử prodigiosin gồm ba vòng pyrol đặc trƣng[17].
Pg“đƣợc báo cáo là có đƣờng cong quang phổ khác nhau ở pH axit và
kiềm. Trong mơi trƣờng axit, Pg có màu đỏ, đƣờng cong quang phổ từ 510 535 nm(đỉnh phổ). Trong môi trƣờng kiềm Pg biểu hiện màu cam, đỉnh phổ
470 nm. Pg không tan trong nƣớc, tan trong alcohol, ete, methanol, acetone,
chloroform, DMSO và dễ bị phân hủy bởi ánh sáng.”
1.1.3 Tinh sạch và xác định cấu trúc của prodigiosin
Có nhiều phƣơng pháp chiết và tinh sạch prodigiosin khác nhau.“Song
và cộng sự (2006) đã chiết và tinh sạch Pg từ chủng S. marcescens sp. KH –


7
95 từ chất hấp phụ bên trong sử dụng methanol đã axit hóa và tách pha với
nƣớc và chloroform. Tiếp theo, chất đƣợc tinh sạch bằng sắc ký silica gel và

sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [18].Chất tinh khiết Pg đƣợc nhận dạng
cấu trúc bằng phân tích NMR.”
Ramina và Samira (2009) đã tinh sạch prodigiosin từ dịch chiết thô
chủng S. marcescens UCP1549 bằng phƣơng pháp sắc ký cột sử dụng hệ
dung môi chloroform :methanol tỷ lệ 9:1.“Pg đƣợc tinh chế qua cột sắc ký
(50x1cm) sử dụng silica gel làm chất hấp phụ. Sau đó đƣợc hịa vào
chloroform (100ml), rồi loại dung môi bằng cô quay. Sản phẩm đƣợc nhận
dạng bằng đo quang phổ UV ở bƣớc sóng 700 - 200nm trong 95% ethanol và
sau đó khối phổ sử dụng methanol. Kết quả đo khốiphổ cho thấy khối lƣợng
phân tử của Pg từ chủng S. marcescens đƣợc tách chiết bằng acetone và ethyl
acetate, tinh chế bằng dung môi hữu cơ và sắc ký lớp mỏng TLClà 324 Da
[19].”
Sắc“tố đỏ từ chủng S. marcescens SU – 10hòa tan trong nƣớc và
đƣợcchiết bằng ethanol và HCl (9,5:0,5) hay với acetone và ethyl acetate
(1:1). Pg đƣợc tiếp tục tinh sạch bằng dung môi hữu cơ và sắc ký lớp mỏng
TLC. Hệ dung môi ethanol: HCl đƣợc cho là có hiệu quả nhất để chiết Pg[6].
Pg đã đƣợc tinh sạch bằng sắc ký silica gel và đƣợc phân tích bằng H - NMR
quang phổ.”
1.1.4 Hoạt tính sinh học của prodigiosin
1.1.4.1 Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm
Hoạt tính kháng sinh của Pg đƣợc phát hiện lần đầu tiên vào năm
1946.“Pg có tác dụng kháng khuẩn kháng nấm mà khơng hề ảnh hƣởng đến tế
bào bình thƣờng khác [20, 21]. Năm 1969, Gerber cho rằng Pg khơng có hoạt
tính kháng các vi khuẩn Gram âm nhƣ Pseudomonas aeruginosa, Escherichia
coli, Proteus vulgaris và vi nấm Candida albicans, Trichoderma koningi,
Penicillium notatum [9].Tuy nhiên, sau này Pg đƣợc công bố là có có tác
dụng ức chế đối với Staphylococcus aureus, Staphylococcus saprophyticus,
Bacillus subtilus, Enterococcus avium, Echerichia coli, Pseudomonas
aeruginosa, Aeromonas hydrophila, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumonia

8
nhƣng hoạt tính kháng vi khuẩn gram dƣơng cao hơn vi khuẩn gram âm [22].
Trong khi tỉ lệ kháng kháng sinh thông thƣờng (aminoglycoside,
chloramphenicol, lincosamide, macrolide, quinolone, tetracycline) của
Staphylococcus aureus kháng oxacillin ngày càng tăng thì Pg đƣợc chứng
minh là có hiệu quả ức chế đối với chủng vi khuẩn gây bệnh này, hơn cả
kháng sinh tiêu chuẩn [16]. Do đó, Pg là một sản phẩm tự nhiên có tiềm năng
ứng dụng cao trong điều trị nhiễm khuẩn.”
Cơ chế kháng khuẩn của Pg đƣợc lý giải bằng khả năng chui qua màng,
xâm nhập vào trong tế bào và ức chế các enzyme DNA gygase, topoisomerase
I, II và IV, ức chế tổng hợp vật chất di truyền trong tế bào vi khuẩn chủ [9,
23].
1.1.4.2 Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của Prodigiosin
Pg đƣợc biết là gây ra apoptosis trong một loạt các dòng tế bào ung
thƣ.“Pg đã đƣợc thử nghiệm chống lại hơn 60 dòng tế bào ung thƣ với giá trị
IC50 trung bình là 2,1 μM. Chúng kích hoạt apoptosis trong các loại tế bào ác
tính khác nhau nhƣng có độc tính thấp trên các tế bào bình thƣờng[24]. Pggây
ratự thực bào mạnh mẽ trong các dòng tế bào ung thƣ ở ngƣời bao gồm ung
thƣ bạch cầu, ung thƣ máu, ung thƣ vú, ung thƣ đại trực tràng và ung thƣdạ
dày[25].Pg có thể ức chế tín hiệu Wnt/β-cateninvà kích hoạt hoạt động chống
ung thƣ trong tế bào ung thƣ vú và có thể kích hoạt lại hoạt động phiên mã
phụ thuộc họ p53 trong các tế bào ung thƣ ruột kết thiếu p53[14, 26].”
Khả năng“kháng ung thƣ của Pg đƣợc nghiên cứu trên tế bào ung thƣ
cổ tử cung bằng phân tích 3 – (4 ,5 – dimethyl – 2 – thiazolyl) – 2,5 –
diphenyl – 2H – tetrazolium bromide (MTT) và neutral red uptake (NRU) cho
thấy hàmlƣợng Pg càng tăng thì càng làm giảm tỷ lệ phát triển của dòng tế
bào HeLa – 299.Kết quả này cho thấy Pg có hoạt tính kháng ung thƣ biểu mô
cổ tử cung ở ngƣời [27].”
Yongze Liu“và cộng sự đã tiến hành điều trị tế bào ung thƣ biểu mơ

vịm họng ở ngƣời bằng Pg, kết quả cho thấy prodigiosin có thể ức chế sự
tăng sinh, di cƣ và xâm lấn của các tế bào ung thƣ biểu mơ vịm họng [23].Pg
cũng đã đƣợc xác định là một chất gây cảm ứng tự thực bào trong các tế bào


9
ung thƣ biểu mô khoang miệng [25]. Năm 2010, Kavitha và cộng sự đã cơng
bố Pg có hoạt tính chống ung thƣ và hoạt tính tự chết mạnh đối với các tế bào
ung thƣ biểu mô cổ tử cung HeLa – 299[28]. Pg tách chiết từ chủng S.
marcescens SER1 có khả năng ức chế tế bào ung thƣ kháng thuốc nhƣ
MDR1, BCRP và MRP2[29].”
Cơ chế gây apoptosis của Pg hiện nay vẫn đang đƣợc làm sáng tỏ.
Trong mơ hình in vivo Pg đã đƣợc chứng minh nhắm đích các tế bào ung thƣ
một cách độc lập với p53 trong khi p53ít hoặc khơng có tác dụng đối với tế
bào bình thƣờng. Ngồi ra, Pg có tác dụng ở các tế bào ung thƣ với kiểu hình
đa kháng thuốc và các khiếm khuyết trong con đƣờng tự chết tế bào [30].
Pg liên kết với miền BH3 trong một số họ protein BCL – 2đóng vai trị
quan trọng trong việc tự chết tế bào.“Đặc biệt, kết quả của Hosseini và cộng
sự năm 2013 cho thấy Pg có một ái lực lớn đối với MCL – 1, một thành phần
chống sự tự chết của họ protein BCL – 2. Trong các tế bào khối u ác tính, các
tác giả chứng minh rằng Pg kích hoạt con đƣờng tự chết ty thể bằng cách phá
vỡ phức hợp MCL – 1/BAK [31].”
Pg“từ chủng S. marcescens B – 1231 ức chế miễn dịch qua trung gian
tế bào lympho T nhƣ concanavalin – A, gây tăng sinh tế bào, đáp ứng tế bào
lympho hỗn hợp, gây ra đáp ứng kháng thể phụ thuộc T ở các nồng độ không
độc.Tuy nhiên, Pg không ảnh hƣởng đến chức năng miễn dịch qua trung gian
tế bào lympho B nhƣ tăng sinh tế bào và sản xuất kháng thể đa dòng ở các
nồng độ tƣơng tự. Prodiogiosin không gây chết đối với tế bào lympho trong
ống nghiệm ở nồng độ 10 và 30 mg/kg thể trọngvà cũng khơng cho thấy độc
tính với cơ quan bạch huyết trong cơ thể ở liều lƣợng trên[32].”

Những tác động của dịch nuôi chứa Pg từ chủng S. marcescens 2170
(CS – 2170) đến sự sống sót của các dòng tế bào ung thƣ máu khác nhau
(Jurkat, NSO, Hl-60 và Ramos) và các dịng lành tính (NIH 3T3 và MDCK)
đã đƣợc nghiên cứu.“Sử dụng thử nghiệm MTT cho thấy có sự giảm nhanh
chóng (4 giờ) về số lƣợng các tế bào sống. Kết luận từ mơ hình phân mảnh
DNA, nhuộm Hoechst và phân tích sự biểu hiện phosphatidylbởi FACS cho
thấy hiệu ứng độc tế bào này là do quá trình tự chết. Sự tự chết này bị chặn lại


10
khi sử dụng chất ức chế capase Z – VAD cho thấy có sự tham gia của capase.
Sự tham gia của Pg trong q trình tự chết này cịn đƣợc tác giả chứng minh
bằng thí nghiệm sử dụng chủng đột biến S. marcescens (OF, WF và 933)
không sinh tổng hợp Pg qua phân tích quang phổ của Pg phân lập từ S.
marcescens. Những kết quả này chỉ ra rằng Pg là một thể ức chế miễn dịch,
gây ra tự chết trong tế bào ung thƣ tạo máu và khơng có độc tính đáng kể đối
với tế bào lành tính. Do đó Pg có khả năng sử dụng để điều trị ung thƣ[33].”
Pg đã đƣợc chứng minh là gây ra các stress trong tế bào nhƣ tổn thƣơng
DNA bằng cách ức chế topoisomerase I và II, thay đổi pH nội bào bằng điều
chỉnh nồng độ H+/ Cl-, ức chế chu kỳ tế bào bằng cách điều chỉnh lại
p21WAF/CIP1và stress lƣới nội chất[22], tất cả điều này có thể dẫn tới apoptosis.
Sam M.R. và Pourpak R.S.cho rằng cơ chế làm chết tế bào ung thƣ của Pgbao
gồm: cảm ứng phụ thuộc caspase, kích hoạt các con đƣờng protein kinase và
khởi phát chu kỳ tế bào. Prodigiosin có nguồn gốc từ Serratia marcescens có
thể làm tăng nồng độ caspase – 3trong các tế bào ung thƣ bạch cầu cấp tính.Ở
tế bào ung thƣ gan HepG2, nồng độ caspase – 3có thể tăng đến 330% sau 48
giờ xử lý với Pg [14, 34].Shu –YuCheng và cộng sự đã tiến hành điều tra cơ
chế gây chết tế bào của Pg trong u nguyên bào thần kinh đệm (Glioblastoma
multiforme), kết quả cho thấy rõ ràng Pg làm giảm đáng kể khả năng sống sót
của tế bào và khả năng hình thành tế bào thần kinh của các dòng tế bào

glioblastoma ở ngƣời U87MG và GBM8401.Hơn nữa, Pg với tín hiệu huỳnh
quang đã đƣợc phát hiện trong mạng lƣới nội chất và đƣợc tìm thấy để gây ra
stress quá mức. Những phát hiện này đã đƣợc xác nhận bằng cách quan sát sự
hình thành punctaLC3 và nhuộm màu cam acridine. Pg gây ra cái chết tế bào
bằng cách kích hoạt con đƣờng JNK và giảm con đƣờng AKT/mTOR trong
các tế bào glioblastoma [22].
1.1.5 Ứng dụng của prodigiosin
1.1.5.1 Ứng dụng của prodigiosin trong công nghệ thực phẩm
Ngày nay, nhu cầu về chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên ngày
càng cao. Với ƣu điểm về tốc độ sinh trƣởng nhanh, thời gian thế hệ ngắn, vi
sinh vật là một trong các nguồn sản suất sắc tố nhanh và hiệu quả nhất. Trong


11
suốt những thập kỷ gần đây, ngƣời ta đã nghiên cứu lên men các chủng vi
sinh vật sản xuất prodigiosin phục vụ ngành công nghệ thực phẩm. Mặc dù
các sắc tố của vi sinh vật nói chung có một số hạn chế về độ nhạy với ánh
sáng, độ hòa tan, độ ổn định ngắn khi tiếp xúc với pH, nhiệt độ cao. Tuy
nhiên, các biện pháp nhƣ bao gói bằng kappa – carrageenanhay maltodextrin
đã đƣợc áp dụng nhằm mục đích bảo quản Pg đƣợc lâu hơn. Các nhà khoa
học chỉ ra rằng độ ẩm, kích thƣớc hạt và cƣờng độ màu của prodigiosin khơng
bị ảnh hƣởng nếu chúng đƣợc đóng gói bởi kappa – carrageenanvà
maltodextrin [9].Theo cách này, prodigiosin đã đƣợc ứng dụng thành công
làm chất màu cho sữa chua và đồ uống có ga.
1.1.5.2 Ứng dụng của prodigiosin trong phát triển thuốc
Với hoạt tính kháng sinh, gây độc tế bào và ức chế miễn dịch nổi bật,
từ lâu Pg và các dẫn xuất của chúng đã đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu và
phát triển thuốc. Năm 1997 Sang Bae Han và cộng sự tại Viện nghiên cứu
khoa học và công nghệ sinh học Hàn Quốc đã tiến hành thử nghiệm in vitro
so sánh tác dụng dƣợc lý của Pg với các thuốc ức chế miễn dịch đặc hiệu khác

nhau của tế bào lympho T nhƣ cyclosporin A và tacrolymus. Kết quả cho thấy
Pg có hiệu quả tƣơng đƣơng, thậm chí hơn cả cyclosporin A và tacrolymus
đối với tế bào T [32]. Nghiên cứu này là cơ sở cho các nghiên cứu sử dụng Pg
làm thuốc ức chế miễn dịch trong nghiên cứu lâm sàng và miễn dịch sau
này.Năm 2009, một loại thuốc có bản chất là dẫn xuất của Pg là obatoclax
(tên khác là GX15 – 070) đã đƣợc thử nghiệm lâm sàng pha I và II trong điều
trị ung thƣ tuyến tụy và cho kết quả quả rất khả quan [30].Hiện nay, Pg cũng
đang đƣợc thử nghiệm lâm sàng trong điều trị ung thƣ tuyến tụy ở Trung
Quốc dƣới sự giám sát của Aida Pharmaceuical [35].
Nhìn chung, tiềm năng ứng dụng của Pg trong nghiên cứu phát triển
thuốc điều trị ung thƣ hƣớng đích vẫn cịn đang bỏ ngỏ. Đây là một trong
những hƣớng đi mới đầy triển vọng cho ngành công nghiệp dƣợc phẩm trong
tƣơng lai.


12
1.1.6 Tình hình nghiên cứu prodigiosin từ Serratia marcescensở
Việt Nam
Ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu về Pg từ S. marcescens và thử nghiệm
hoạt tính apoptosis của Pgđối với các dịng tế bào ung thƣ.
Năm 2017, nhóm tác giả Nguyễn Thành Trung và cộng sự tại Viện
Kiểm nghiệm an tồn vệ sinh thực phẩm Quốc gia đã tìm thấy vi khuẩn S.
marcescens trong thịt, trứng cơm tại Hà Tĩnh, Nghệ An, Quảng Ngãi [36].
Mặc dù tác giả đã đánh giá đƣợc khả năng sinh sắc tố đỏ của chủng vi khuẩn
này, tuy nhiên, các thông tin về dịch tễ học của S. marcescens ở Việt Nam và
các hoạt tính kháng sinh, gây độc tế bào ung thƣ vẫn chƣa đƣợc cơng bố.
Kể từ năm 2014 đến nay, nhóm tác giả Nguyễn Sỹ Lê Thanh và cộng
sự đã phân lập đƣợc hai chủng S. marcescens sản xuất Pg với hiệu suất cao
làS. marcescensVTCC 910026 (cao nhất 645mg Pg/L), và chủng S.
marcescensM10 VTCC 910027 (cao nhất 485 mg Pg/L). Chế phẩm Pg thu

đƣợc có độ tinh khiết 98% với hệ dung môi n – hexan:toluen(1:1) kết hợp với
hệ dung môi toluen: ethyl acetate (9:1).Trong điều kiện in vitro chế phẩm Pg
này có khả năng ức chế mạnh dịng tế bào ung thƣ vú ngƣời MCF- 7(IC50 7,5
μM),dòng tế bào ung thƣ phổi LU – 1(4,6 μM), dòng tế bào ung thƣ vòm
họng KB (9,5 μM), tế bào ung thƣ thanh quản Hep2 (27 μM) và dòng tế bào
ung thƣ phổi (23 μM)[37].
Hiện tại Pg vẫn chƣa đƣợc thử nghiệm trong điều trị ung thƣ tiền lâm
sàng tại Việt Nam.
1.1.7 Tình hình nghiên cứu prodigiosin từ Serratia marcescenstrên
thế giới
Từ cuối thế kỷ XIX, Coley đã bắt đầu nghiên cứu về Pg và bệnh ung
thƣ[38]. Cho đến nay, rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về hoạt tính sinh
học cũng nhƣ ứng dụng Pg trong điều trị tiền lâm sàng và lâm sàng.
Năm 2002, Ruiz và cộng sự đã nghiên cứu về khả năng gây chết, sự
biến đổi hình thái biểu hiện của q trình tự chết trên dịng tế bào ung thƣ dạ
dày HTG – 1 bằng phƣơng pháp MTT (3-(4,5 – dimethylthiozol – 2-yl)-2,5diphenyl tetrezolium bromide), sự phân mảnh của DNA, nhuộm Hoechest


13
33342 và nghiên cứu về cấu trúc sợi actin. Các tế bào đƣợc xử lý với Pg đã
cho thấy có sự sụt giảm số lƣợng tế bào bởi quá trình apoptosis. Phân tích
hình thái tế bào xử lý bằng Pg cho thấy Pg gây ra co rút tế bào, ngƣng kết
nhiễm sắc thể, cấu trúc lại sợi actin, tách rời các tế bào từ chất nền nuôi
cấy.Từ các kết quả trên cho thấy Pg tác động tới quá trình apoptosis trong tế
bào ung thƣ dạ dày HTG – 1và Pg có khả năng đƣợc sử dụng nhƣ một loại
thuốc hóa trị liệu mới [15].
Năm 2009, Eric và cộng sự đã nghiên cứu đặc điểm, đặc tính dƣợc lý
của của Pg và các dẫn xuất của Pg, bao gồm các dẫn xuất Pg tổng hợp mới có
độc tính thấp hơn nhƣ GX15-070(Obatoclax)[39]. Cơ chế đích phân tử của
các hợp chất này đã cho thấy tiềm năng ứng dụng trong điều trị lâm sàng.

Năm 2012, Mu-Yun Pan và cộng sự tại Viện Khoa học y sinh Đài Loan
đã chỉ ra rằng Pg làm chết tế bào ung thƣ bằng cách gây ra stress lƣới nội chất
dẫn tới apoptosis [30]. Các con đƣờng kích hoạt phản ứng stress lƣới nội chất
đƣợc Renata Sano và John C. Reed thảo luận chi tiết trong “ER stress –
induced cell death mechanisms”[40].
Năm 2017, Yenkejeh và cộng sự đã thử nghiệm hoạt tính của Pg trên
dịng tế bào ung thƣ tế bào gan (HepG2) ở ngƣời và quan sát sự biến đổi hình
thái tế bào, số lƣợng tế bào, ức chế tăng trƣởng, biểu hiện sống sót, kích hoạt
caspase – 3, tỷ lệ apoptosis bằng kính hiển vi soi ngƣợc, buồng đếm tế bào,
phƣơng pháp MTT, Reverse Transcription – PCR, kiểm tra enzyme miễn dịch
huỳnh quang. Kết quả cho thấy sau prodigiosin đã làm biến dạng tế bào và
phá vỡ các kết nối tế bào. Đồng thời, hợp chất này ức chế tăng trƣởng và giảm
hoạt động trao đổi chất, ức chế tồn tại của mRNA, tăng kích hoạt caspase-3 ở
các tế bào HepG2. Từ đó có thể thấy sử dụng Pg là một hƣớng tiếp cận mới
trong điều trị hƣớng đích ung thƣ gan [34]. Cơ chế điều chỉnh capase-3 của
Pg cũng đƣợc làm sáng tỏ bởi Mohammad Reza Sam và Somayyeh Ghoreishi
năm 2018 [41].
Năm 2019, Chee – HooYip cũng đã thảo luận về triển vọng ứng dụng
Pg trong phát triển thuốc kháng sinh, chống sốt rét và chống ung thƣ trong
điều trị lâm sàng [24].


14
Hiện nay, các nghiên cứu về prodigosin ngày càng nhiều và tập trung
theo hƣớng: sàng lọc các chủng S. marcescens có hiệu suất sản xuất Pg cao;
tối ƣu hóa quy trình lên men, tách chiết và tinh sạch Pg; thử nghiệm hoạt tính
gây độc tế bào. Từ đó mở ra nhiều hƣớng thử nghiệm cơ chế đích phân tử của
Pg trên các dòng tế bào ung thƣ khác nhau.
1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA PRODIGIOSIN LÊN MẠNG LƢỚI NỘI CHẤT
1.2.1. Mạng lƣới nội chất và hiện tƣợng ER stress

Mạng lƣới nội chất (ER – Endoplasmic Reticulum) là hệ thống xoang
dẹt gắn liền với màng nhân, tổng diện tích lƣới nội chất chiếm hơn một nửa
tổng số màng nội bào trong tế bào nhân thực. Các xoang lƣới nội chất chứa
cacbohydrate, glycoprotein, enzyme khử độc… Dựa vào cấu tạo và chức
năng, lƣới nội chất đƣợc chia thành hai loại: lƣới nội chất trơn – màng không
gắn ribosome và lƣới nội chất hạt gắn các hạt ribosome. Trong đó, lƣới nội
chất hạt đóng vai trị quan trọng trong việc đóng gói các protein của tế bào.
Các ribosome trên bề mặt lƣới nội chất hạt tham gia vào quá trình xử lý
và phân loại protein. Trong quá trình dịch mã tại ribosome, một peptide tổng
hợp sẽ đƣợc định hƣớng đivào ER dựa trêntrình tự tín hiệu. Sau đó, chuỗi tín
hiệu đƣợc phân tách, và protein đƣợc giải phóng vào khoang của ER. Protein
sau khi đƣợc đƣa đếnER để hình thành cấu trúc có thể đƣợc tiết ra ngoại bào
hoặc tồn đọng trong ER. Bất kể đích đến cuối cùng của protein là ở đâu,
chúng cũng phải trải qua các quá trình khác nhau trong các xoang dẹt của lƣới
nội chất. Chúng liên quan đến việc cuộn xoắn tạo thành cấu trúc bạc cao, tập
hợp thành phức hợp đa đơn vị, hình thành liên kết disulfua, glycosyl hóa và
bổ sung glycolipid. Khoảng một phần ba số protein trong tế bào là protein tiết,
trong đó protein xuyên màng đƣợc trƣởng thành trong ER. Các chức năng của
nó địi hỏi mơi trƣờng trong ER phải có tính oxy hóa và giàu canxi và các
phân tử đóng vai trị cuộn xoắn protein khác. Nhu cầu về số lƣợng protein tiết
và tốc độ tổng hợp protein tiết khác nhau tùy thuộc vào loại tế bào. Đặc biệt là
các tế bào có chức năng bài tiết, chúng có cấu tạo giàu ER để đáp ứng nhu cầu
của cơ thể. Các protein tiết đƣợc cuộn xoắn bởi chaperones và các phân tử
chuyển động khác, giúp gấp lại chính xác cấu hình ban đầu của chúng khi đi


15
qua ER. Tuy nhiên, đơi khi các tế bào có thể gặp phải các điều kiện bất lợi
khiến việccuộn xoắn protein ER quá nhiều. Sau đó, các chức năng cuộn xoắn
protein ER sẽ bị ảnh hƣởng bởi các nhiễu loạn khác nhau nhƣ nhiễm virus,

ung thƣ, bệnh thối hóa thần kinh, tiểu đƣờng, viêm nhiễm, bệnh gấp protein
và các sai lệch khác ở cấp độ tế bào. Điều này dẫn đến sự tích tụ của các
protein khơng đƣợc cuộn xoắn hoặc cuộn xoắn sai trong lƣới nội chất, đƣợc
gọi là stress ER.
Hiện tƣợng stress lƣới nội chất đƣợc kích hoạt bởi nhiều yếu tố bao
gồm thiếu glucose, sai hỏng glycoprotein, thiếu ion Ca2+ từ ống dẫn của lƣới
nội chất, tồn đọngcác protein không đƣợc cuộn xoắn hoặc các protein cuộn
gập sai trong xoang ER [35, 42, 43].
Những sự kiện trong tế bào nhƣ thiếu oxy, thiếu glucose, thiếu hụt ion
Ca trong ER, stress oxy hóa, nhiễm virus và đột biến làm suy giảm protein
có liên quan đến sự khởi đầu của stressER. Tuy nhiên, tế bào đã phát triển
một cơ chế để phát hiện những thay đổi này và khôi phục cân bằng nội mơi
bằng cách kích hoạt các đƣờng dẫn truyền tín hiệu, đƣợc gọi là Unfolder
Protein Respone (UPR). Quá trình này đƣợc bảo tồn từ nấm men sang ngƣời.
Ban đầu, hệ thống UPR cố gắng khôi phục cân bằng nội môi bằng cách tạo ra
phiên mã của các enzyme cuộn gấp, chaperone, các chất oxy hóa và giảm quá
trình dịch mã protein. Trong trƣờng hợp thất bại của q trình thích ứng này
do stress kéo dài, UPR sẽ kích hoạt các con đƣờng chết theo chƣơng trình của
tế bào để loại bỏ các tế bào bị stress ER nhƣ một quá trình sinh lý bình
thƣờng. Nếu sự chết theo chƣơng trình này khơng kiểm sốt đƣợc sẽ trở thành
bệnh lý, dẫn đến mất tế bào ở các cơ quan thiết yếu [44]. Do đó, UPR là một
q trình cơ bản thiết yếu trong việc kiểm soát chất lƣợng của protein khơng
chỉ trong giai đoạn stress ER mà cịn trong điều kiện tăng trƣởng bình thƣờng.
2+

Tế bào động vật có vú phản ứng với stress ER bằng cách kích hoạt phản
ứngcuộn gập protein trong lòng lƣới nội chất. Phản ứngnày đƣợc cảm ứng bởi
hai loại proein: protein liên kết miễn dịch có tên là BiP (binding
immunoglobulin protein) và GRP78 (glucose regulated protein 78). Các protein
không đƣợc cuộn xoắn này khiến BiP tách khỏi các protein màng lƣới nội chất