Họ thụ thể bắt cặp với protein g và ứng dụng trong nghiên cứu phát triển thuốc mới

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRỊNH HOÀNG CƯỜNG HỌ THỤ THỂ BẮT CẶP VỚI PROTEIN G VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SỸ HÀ NỘI – 2013 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRỊNH HOÀNG CƯỜNG HỌ THỤ THỂ BẮT CẶP VỚI PROTEIN G VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SỸ Người hướng dẫn: 1. PGS.TSKH. Lê Thành Phước 2. Ths. Lê Đình Quang Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa Đại cương – Vô cơ HÀ NỘI – 2013 Page 0 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Phòng đào tạo, Bộ môn Hóa Đại cương – Vô cơ trường ĐH Dược Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận. Phó giáo sư- Tiến sĩ khoa học Lê Thành Phước, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Thạc sĩ Lê Đình Quang, người thầy đáng kính trong công việc cũng như trong cuộc sống. Thầy đã động viện giúp đỡ và chỉ bảo cho tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành được khóa luận này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm khóa luận đã cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh khóa luận này. Do thời gian có hạn nên khóa luận của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong có được sự góp ý quý báu và sự giúp đỡ của các thầy cô và các bạn sinh viên. Sinh viên Trịnh Hoàng Cường Page 1 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 0 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 3 DANH MỤC HÌNH 6 ĐẶT VẤN ĐỀ 8 Phần 1: Họ thụ thể bắt cặp với protein G 9 và các quá trình truyền tín hiệu trong tế bào 9 1.Protein G 9 1.1.Sự phát hiện ra protein G. 9 1.2.Cấu trúc của G-protein 11 1.3. Vai trò của protein G 13 2. Họ thụ thể bắt cặp với protein G ( GPCRs). 14 2.1. Tổng quan 14 2.2.Phân loại 18 2.3.Vai trò sinh lý. 20 2.4. Cấu trúc GPCR . 21 2.5. Tương quan giữa cấu trúc và chức năng. 24 3. Mô hình phức hệ ba thành phần. 27 3.1. Các phối tử. 28 3.2. Sự thay đổi trạng thái của GPCR 30 3.3. Trình tự các sự kiện xảy ra khi hormone kích hoạt tín hiệu cAMP: 33 3.4. Sự ngắt tín hiệu (turn off of the signal) và sự khuếch đại tín hiệu (signal amplification) : 33 3.5 Sự xáo trộn của chu trình G-Protein 36 Page 2 3.6. Sự điều hòa tín hiệu G-protein 38 4.Chi tiết 2 con đường truyền tín hiệu AMPc và PIP2 41 4.1. Con đường truyền tín hiệu AMPc 42  Lộ trình tín hiệu của AMPc 42  Sự hình thành AMPc 44  Adenylyl cycase ( AC) 45  Các chất tác hiệu thông qua AMPc 46  Protein kinase A (PKA) 47  Sự phân giải AMPc 50 4.2. Lộ trình tín hiệu Phosphoinositide 50  DAG 51  IP 3 52 Phần 3: Định hướng nghiên cứu thuốc mới 53 1. Ứng dụng trong sản xuất thuốc mới. 53 2. Trong điều trị ung thư 56 3. Trong điều trị bệnh tim 59 4. Trong điều trị bệnh do virut 60 5. Định hướng nghiên cứu ứng dụng thuốc tác động vào protein G. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Page 3 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT CHỮ ĐẦY ĐỦ GPCR Thụ thể bắt cặp với protein G GPCRs Họ thụ thể bắt cặp với protein G βAR Thụ thể beta adrenergic mGluRs Thụ thể glutamate Metabotropic Ser Serine Thr Threonin β-arr β-arrestins GEF Yếu tố trao đổi guanine nucleotide 7TM 7-transmembrane receptors SM Phân tử tín hiệu PKC Phospho kinase C PI3 Phosphatidyl inositol triphosphate PLC Phospholipase C AC Adenylate cyclase KLPT Khối lượng phân tử PKA Protein kinase A Gsα Protein G kích hoạt Page 4 Giα protein G bất hoạt NEM N-ethyl-maleimide PTx Độc tố của vi khuẩn Ho gà CTx Độc tố dịch tả GAPs Protein kích hoạt GTPase RGS Regulators of G protein signaling EPACs Exchange proteins activated by AMPc CGCS Cyclic nucleotide gated channels Cross-talk Sự chồng lấp Upstream Ngược dòng Downstream Xuôi dòng AKAPs A-kinase – anchoring protein CREB Respone element – binding protein GMPc PDE GMPc phosphodiesterase PLN Phospholamban SERCA sarco/endo-plasmic reticulum Ca 2+ - ATPase MC4Rs Thụ thể melanocortin 4 ABC ATP – binding cassette DAG 1, 2 diacyl glycerol Page 5 IP3 Inositol 1, 4, 5 triphosphat CAM Calmodulin Page 6 DANH MỤC HÌNH Tên hình Số trang Hình 1: Sự hoạt hóa protein G bởi GPCR ( bị kích hoạt bằng cách liên kết với phối tử) 9 Hình 2: Mô tả cấu trúc G-protein 11 Hình 3: Minh họa rút gọn quá trình hoạt động của G-protein 12 Hình 4: Cấu trúc của thụ thể liên kết với protein G 16 Hình 5 : Phân loại GPCRs 19 Hình 6: Cấu trúc βAR (GPCR) 23 Hình 7: Chi tiết cấu tạo chung của GPCR ở 2 phía so với màng tế bào 24 Hình 8: Sự phosphoryl hóa GPCR 26 Hình 9: Mô hình phức hệ ba thành phần 27 Hình 10: Mô hình mô tả sự biến đổi trạng thái cân bằng cấu dạng conformational của GPCR. 32 Hình 11: Mô tả sự ADP-ribosyl hóa 35 Hình 12: Minh họa một số cấu trúc 37 Hình 13: Minh họa một số vai trò của RGS protein 39 Hình 14: Mô phỏng sơ khai hoạt động thông qua AMPc. 42 Hình 15: AC từ 1 đến 9 được phân bố rộng rãi 44 44 Page 7 Hình 16: Cấu trúc domain của AC 45 Hình 17: Tổ chức và chức năng của lộ trình tín hiệu AMPc 46 Hình 18: Sơ lược sự hoạt hóa PKA 48 Hình 19: mô phỏng sơ khai hoạt động của 1, 4, 5-triphosphate và DAG 50 Hình 20: Tác dụng của các loại protein G 58 Hình 21: Vai trò của GPCR với điều hòa Ca 59 Hình 22: Cấu trúc tinh thể của receptor Beta- adrenergic (βAR) ở trạng thái hoạt động . 82 [...]... Lefkowitz và Brian K Kobilka được công bố Vì vậy, kiến thức về GPCRs là hết sức quan trọng giúp chúng ta vận dụng cho các công trình nghiên cứu sản xuất thuốc mới: các thuốc trị bệnh tim, Parkinson và chứng đau nửa đầu Luận văn tốt nghiệp của tôi thực hiện với hai mục tiêu sau đây: 1 Tổng quan kiến thức về GPCRs: cấu tạo, vai trò, cách thức hoạt động 2 Ứng dụng trong nghiên cứu phát triển thuốc mới Page... được g i là G -protein, do vậy nhóm thụ thể này còn được g i là GPage 16 Protein- Coupled Receptors (GPCR) Có khoảng 800 GPCR được tìm thấy ở người [59] GPCR được nhị hợp (dimerize) hoặc oligomer hóa để tạo thành một phức hợp nội màng Ligand bám vào thụ thể sẽ truyền tin đi vào cấu trúc này và sinh ra các tác động tương ứng đặc trưng cho từng loại thụ thể Có nhiều loại GPCR-interacting proteins (GIPs)... ligand Có 2 đặc tính cơ bản sau: [59] - Các ligand có thể g n kết với nhiều loại thụ thể khác nhau để sinh ra các đáp ứng thuộc các loại khác nhau Ví dụ: SM như NE có thể g n với thụ thể α1 để thực hiện phương thức cận tiết hoặc α2 để thực hiện phương thức tự tiết Page 28 - Nhiều ligand có thể g n kết với cùng một loại thụ thể để sinh ra các đáp ứng giống nhau Ví dụ ligand g n vào thụ thể α1, ET (thụ. .. là các thụ thể ở trên bề mặt tế bào Robert J Lefkowitz và Brian K Kobilka được trao giải thưởng Giải Nobel Hóa học 2012 vì đã giải thích được một họ các thụ thể liên kết với Protein G (GPCRs) hoạt động như thế nào Trong họ thụ thể này, có các thụ thể đáp ứng với adrenalin (còn được g i là epinephrine), dopamine, serotonin, ánh sáng, hương vị và mùi vị Phần lớn các quá trình sinh lý trong cơ thể phụ... Page 13 Trong một số bệnh phổ biến, số lượng protein G trong tế bào thay đổi Có thể có quá nhiều hoặc quá ít Như trong bệnh tiểu đường và nghiện rượu có một số triệu chứng là do thay đổi tín hiệu của protein G Người ta thấy rằng biểu hiện suy giảm protein G có thể làm ảnh hưởng tới sự phát triển và rối loạn chuyển hóa Ở những người đột biến và hoạt tính quá mức của protein G có thể là nguyên nhân của... Phần 1: Họ thụ thể bắt cặp với protein G và các quá trình truyền tín hiệu trong tế bào Protein G Hình 1: Sự hoạt hóa protein G bởi GPCR ( bị kích hoạt bằng cách liên kết với phối tử) 1.1.Sự phát hiện ra protein G G- protein được phát hiện nhờ vào thí nghiệm của Martin Rodbell năm 1971 về sự kích hoạt cAMP bởi glucagon Nhờ thí nghiệm này Martin Rodbell đã Page 9 phát hiện ra sự hiện diện của GTP là rất... nhất thông qua thụ thể đó là các protein có thể liên kết với GTP ở bên trong tế bào Bởi vì các chuỗi peptide của GPCR thường g p khúc 7 lần qua màng tế bào nên trong nhiều trường hợp GPCR cũng được g i là thụ thể 7 vùng xuyên màng (7transmembrane receptors, 7TM) ( hình 4) Hình 4: Cấu trúc của thụ thể liên kết với protein G Tín hiệu (signal) truyền từ thụ thể trên (7-helix receptor) đến một protein nội... các protein G không hoạt động Một khi các phối tử liên kết với thụ thể , GPCR sẽ thay đổi hình dạng, do đó kích hoạt các protein G, protein G sau khi bị kích hoạt sẽ tách ra từ các thụ thể Các thụ thể thể bây giờ có thể hoặc kích hoạt một protein G khác hoặc chuyển trở lại trạng thái ban đầu của nó Một phân tử thụ thể tồn tại trong một trạng thái cân bằng cấu dạng ( conformational ) giữa các trạng thái... α của G -protein nối kết với GDP và ba tiểu đơn vị α,β và γ thống nhất với nhau và 2 tiểu đơn vị β và γ ức chế G - Khi hormone bám dính vào thụ thể GPCR, sẽ có một sự biến đổi lập thể xảy ra và thông tin sẽ truyền tới G -protein Vùng kết nối nucleotide (nucleotidebinding site) ở tiểu đơn vị α trở nên nhạy cảm hơn với bào tương và vì nồng độ GTP của bào tương tao hơn hẳn GDP nên nó giải phóng GDP để... năng của thụ thể Những tác động này bao g m: - Thay đổi ái lực của ligand - Điều hòa sự nhị hợp hay oligomer hóa của thụ thể - Định vị vị trí của thụ thể, bao g m cả việc vận chuyển hay loại bỏ chúng từ màng tế bào - Kiểm soát sự tương giao của các protein thông tin khác Thụ thể bắt cặp protein G chỉ được tìm thấy trong các sinh vật nhân chuẩn, bao g m cả nấm men, trùng đuôi roi dạng phễu (choanoflagella), . TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRỊNH HOÀNG CƯỜNG HỌ THỤ THỂ BẮT CẶP VỚI PROTEIN G VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SỸ Người hướng dẫn:. 2. Ứng dụng trong nghiên cứu phát triển thuốc mới. Page 9 Phần 1: Họ thụ thể bắt cặp với protein G và các quá trình truyền tín hiệu trong tế bào Protein G Hình 1: Sự hoạt hóa protein. BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRỊNH HOÀNG CƯỜNG HỌ THỤ THỂ BẮT CẶP VỚI PROTEIN G VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SỸ