Tạo ra ceramide trong tế bào

BÀI LÀM Thế giới các loài gây bệnh thực vật rất phong phú, từ virus thực vật, vi khuẩn gây bệnh cây đến nấm gây bệnh cây, chúng sử dụng mọi thủ đoạn để tấn công vào cơ thể cây trồng. Không giống như động vật, cây cối nói chung đều không có những tế bào bảo vệ linh hoạt và một hệ thống miễn dịch thích ứng nhạy cảm. Vì vậy, nhìn chung, cây trồng chống lại tác nhân gây bệnh nhờ kết hợp giữa: các rào cản vật lý ngăn cản tác nhân gây bệnh xâm nhập và phát triển trong cây; và các phản ứng sinh hóa xảy ra trong tế bào, mô của cơ thể thực vật ức chế sự sinh trưởng và phát triển của tác nhân gây bệnh. Xét về góc độ y sinh học, một trong những phản ứng tỏ ra hiệu quả hơn cả là quá trình Apotosis. Đặc biệt chú ý trong quá trình apotosis là đường hướng dẫn truyền tín hiệu dựa vào ceramide. Nghiên cứu, tìm hiểu ceramide, tức là đang nghiên cứu, tìm hiểu đúng hướng về quá trình Apotosis, từ đó hiểu được cơ chế chống lại tác nhân gây bệnh của thực vật nói chung. Apotosis là một dạng PCD, được hiểu như là một quá trình chết sinh lý nhằm loại bỏ có chọn lọc các tế bào không mong muốn. Apotosis diễn ra có liên quan mật thiết với sự sinh tổng hợp ceramide. Ceramide được cấu tạo từ sphingosine và phân tử acid béo. Ceramide được tìm thấy với lượng tập trung gắn trên màng tế bào. Nó là một trong những thành phần lipid mà cấu tạo nên SM, một trong những dạng lipid thiết yếu của lipid cấu trúc màng tế bào. Tuy nhiên, một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của ceramide là nó đóng vai trò như một tín hiệu phân tử cho quá trình sinh trưởng, đặc biệt là quá trình PCD và apotosis của tế bào. Có ba phương thức chính để tạo ra ceramide trong tế bào. Đầu tiên, đó là sự thủy phân của các phân tử SM. SM được thủy phân dưới sự xúc tác của các enzyme sphingomyelinase. Do chúng được thủy phân ở màng tế bào nên các ceramides được tạo ra sẽ trực tiếp tham gia vào quá trình apotosis như những tín hiệu dẫn truyền. Con đường thứ hai và có lẽ là quan trọng nhất để tổng hợp ceramide trong tế bào là con đường de novo. Quá trình này diễn ra trên bề mặt của mạng lưới nội chất – nơi đính của các enzymes đặc hiệu cho quá trình sinh tổng hợp ceramide. Khởi đầu là phản ứng giữa Ser với Palm – CoA dưới sự xúc tác của SPT tạo thành Keto. Phản ứng này diễn ra rất nhanh chóng, các keto ngay sao đó sẽ bị bẻ gãy thành DHS. Sau đó, DHS được biến đổi thành DH – Cer – được biết đến như là một tiền chất của ceramide. Sự biến đổi từ DHS thành DH – Cer trong tế bào có sự tham gia của SPP1. SPP1 và quá trình tổng hợp SPP1 trong tế bào hiện còn đang là ẩn số với các nhà khoa học hiện nay. Chúng ta chỉ biết rằng, SPP1 được sinh ra theo 2 đường hướng. Thứ nhất, SPP1 được tạo ra từ biến đổi từ tiền thân của nó trong tế bào – Đó là Dihidro – S1P. Thứ hai, đó là một chuỗi phản ứng diễn ra ở bào quan Endosome trong tế bào. Sph được phosphoryn hóa liên tục tạo bằng SphK để tạo thành S1P. S1P tiếp tục bị phosphoryn hóa tạo thành SPP1 (SPP1 sẽ tiếp tục bị đề phosphoryn hóa tạo Sph quay trở lại quá trình tái tạo ceramide). Trở lại quá trình sinh tổng hợp ceramide, sau khi tạo ra tiền chất của ceramide – là DH – Cer, chất này sẽ đi theo hai đường hướng, hoặc loại đi muối trong phân tử để tạo ra ceramide hoặc được vận chuyển đến bộ máy Golgi để tham gia vào quá trình tổng hợp GSLs và SM. Ceramide được tạo ra sẽ được huy động theo 2 con đường. Thứ nhất, chúng được vận chuyển ngược lên bộ máy Golgi để tham gia quá trình tổng hợp GSLs và SM cùng với chính tiền chất của nó là DH – Cer. DH – Cer biến đổi thành DH – SM hoặc biến đổi ngược thành DH – GlcCer – sẽ tiếp tục biến đổi xuôi tạo thành DH – SM. Tương tự như DH – Cer, ceramide được biến đổi thành SM hoặc GlcCer – tiếp tục được biến đổi xuôi thành SM. Quá trình này diễn ra ở mặt cis của bộ máy Golgi. Sản phẩm của chúng được chuyển lên mặt trans của bộ máy Golgi, biến thành sản phẩm cuối cùng là GSLs và SM đóng gói chuyển ra màng sinh chất. Trước khi quay trở lại Endosome để tham gia quá trình tổng hợp SPP1 thứ 2, GSLs và SM sẽ gây hiệu ứng làm cho màng tế bào bắt đầu có hiện tượng bị nhăn lại, gây mất tiếp xúc với các tế bào xung quanh. Ngoài ra, ceramide sẽ được vận chuyển đến ty thể cùng với Sph tạo thành tiền chất của quá trình apotosis là C16 – ceramide. Quá trình biến đổi này đến nay vẫn là một dấu hỏi lớn đối với các nhà khoa học. Tiền chất C16 – ceramide tạo ra trong ty thể sẽ là chìa khóa làm tăng hàm lượng ion Ca2+. Như vậy, ngoài việc làm tăng luồng ion Ca2+ trong tế bào, C16 – ceramide còn gián tiếp hoạt hóa các enzymes đặc biệt và giải phóng cytochrome c ra khỏi ty thể, chính thức tạo ra quá trình apotosis trong tế bào. Cho đến nay, quá trình tổng hợp ceramide cũng như những tương tác phân tử tạo ra các hiệu ứng gây apotosis cho tế bào vẫn còn nhiều dấu hỏi lớn đang đặt ra cho các nhà nghiên cứu. Và chúng ta chỉ biết chắc chắn được một điều rằng, phản ứng apotosis là một trong những dạng PCD hiệu quả nhất, và ceramide - đó là trung tâm của phản ứng apotosis trong tế bào thực vật . PHỤ LỤC General chemical structure of sphingolipids. Different substituents (R) give: H - ceramide, phosphocholine - sphingomyelin, sugar(s) - glycosphingolipid(s). Ceramide Generation of ceramide in endothelial cells TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Giáo trình Miễn dịch học thực vật – TS. Hà Viết Cường biên soạn – 2008. Giáo trình Năng lượng Sinh học – Nguyễn Quốc Khang biên soạn – NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội. Giáo trình Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ – PGS. TS. Thái Doãn Tĩnh chủ biên – NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội. Sách tra cứu Hóa Sinh – tập I – NXB Khoa học & Kỹ thuật HN – 1978. Giáo trình Sinh học tế bào – PGS. TS. Nguyễn Như Hiền biên soạn – NXB Giáo Dục. Sách Tế bào học – Nguyễn Như Hiền, Trịnh Xuân Hậu – NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội. Sách Sinh học phân tử - Hồ Huỳnh Thùy Dương chủ biên – NXB Giáo Dục. Giáo trình Miễn dịch học cơ sở - Đỗ Ngọc Liên – NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội. Tài liệu Tiếng Anh Haimovitz-Friedman A, Kan CC, Ehleiter D, et al. (1994). "Ionizing radiation acts on cellular membranes to generate ceramide and initiate apoptosis". Hannun, Y.A. and Obeid, L.M. (2008). "Principles of bioactive lipid signalling: lessons from sphingolipids". Kitatani, K., Idkowiak-Baldys, J., and Hannun, Y.A. (2008). "The sphingolipid salvage pathway in ceramide metabolism and signaling". Zeidan, Y.H., and Hannun, Y.A. (2007): "Translational aspects of sphingolipid metabolism". Dbaibo, G.S., Pushkareva, M.Y., Rachid, R.A., Alter, N., Smyth, M.J., Obeid, L.M., and Hannun, Y.A. (1998). "p53-dependent ceramide response to genotoxic stress". Rotolo, J.A., Zhang, J., Donipui, M., Lee, H., Fuks, Z., and Kolesnick, R.N. (2005). "Caspase-dependent and -independent activation of acid sphingomyelinase signaling”. Dbaibo, G.S., El-Assad, W., Krikorian, A., Liu, B., Diab, K., Idriss, N.Z., El-Sabban, M., Driscoll, T.A., Perry, D.K., and Hannun, Y.A. (2001). "Ceramide generation by two distinct pathways in tumor necrosis factor alpha-induced cell death". Taha, T.A., Mullen, T.D. and Obeid, L.M. (2006). "A house divided: ceramide, sphingosine, and sphingosine-1-phosphate in programmed cell death”. Hallahan DE (1996). "Radiation-mediated gene expression in the pathogenesis of the clinical radiation response". Siskind LJ, Kolesnick RN, Colombini M (2002). "Ceramide channels increase the permeability of the mitochondrial outer membrane to small proteins". Stiban J, Fistere D, Colombini M (2006). "Dihydroceramide hinders ceramide channel formation: Implications on apoptosis". Siskind LJ, Kolesnick RN, Colombini M (2006). "Ceramide forms channels in mitochondrial outer membranes at physiologically relevant concentrations". Tài liệu trên Internet Báo Nature, chuyên mục Molecular cell biology: www.nature.com Ngân hàng kiến thức lipid: www.lipidlibrary.co.uk Bách khoa toàn thư Wikipedia: www.en.wikipedia.org Annual Reviews – A Nonprofit Scientific Publisher: www.arjournals.annualreviews.org Báo Khoa học & Đời sống: www.khoahoc.net Báo Khoa học phổ thông: www.khoahocphothong.com.vn MỤC LỤC TRANG BÀI LÀM 01 PHỤ LỤC 03 TÀI LIỆU THAM KHẢO 05 MỤC LỤC 07