Dioxin receptor Dioxin receptor Bởi: Nguyễn Bá Tiếp Dioxin receptor Dioxin receptor có tên khác Aryl hydrocarbon receptor (AhR hay AHR) thành viên nhóm protein có cấu trúc gồm hai đoạn xoắn nối với phần quai (helix-loop-helix) đóng vai trò yếu tố dịch mã nằm tế bào chất (cytosolic transcription factor) Mô hình cấu trúc helix-loop-helix: Hai đoạn xoắn (màu xanh) nối với qua phần quai (màu đỏ) Bình thường, AhR trạng thái không hoạt động gắn với số co-chaperone (những protein có vai trò trợ giúp trình hình thành dạng cấu trúc đại phân tử) Khi kết hợp với chất dioxin, phức hợp gắn AhR với chất giải phóng, di chuyển vào tế bào chất kết hợp với yếu tố vận chuyển có tên gọi AhR nuclear translocator (AhR nuclear translocator), tác động đến gene đích làm thay đổi biểu gene Chính chế mà AhR xếp vào nhóm quan thụ cảm nhân Các vùng cấu trúc Cũng hầu hết thụ quan khác, protein AhR gồm vùng cấu trúc đảm nhiệm chức khác để (1) gắn với chất, (2) gắn với protein vận chuyển DNA Kiểu xoắn nằm đầu N phân tử proten(1) AhR bao gồm hai vùng chức chính: Vùng (basic region) tham gia vào trình kết gắn với DNA vùng quai xoắn tham gia vào trình tác động phân tử protein Các vùng cấu trúc dioxin receptor AhR mang hai đoạn PAS-A PAS-B với kích thước khoảng 200-350 axit amin có độ tương đồng cao với protein tìm thấy ruồi dấm (Drosophila genes period: Per), single minded (Sim) protein vận chuyển AhR (ARNT)(2) Vùng PAS-A PAS-B hỗ trợ trình tương tác AhR với protein mang cấu trúc tương tự PAS (vì chúng thể vai trò trình tương tác AhR- ARNT 1/4 Dioxin receptor để hình thành phức hợp hai protein Vị trí kết hợp với chất (ligand bonding site) nằm vùng PAS-B với thành phần đặc hiệu cho trình kết hợp (3,4) Phần cấu tạo lại (Q-rich domain) nằm phía đầu C đảm nhận chức nhận biết "tranh thủ" yếu tố tác dụng hiệp đồng(5) Cơ chất Cơ chất AhR phân làm hai nhóm: Nhóm gồm chất tổng hợp nhóm gồm chất có sẵn tự nhiên Các chất thuộc nhóm bao gồm halogenated aromatic hydrocarbon dibenzo-dioxins, dibenzofurans and biphenyls polycyclic aromatic hydrocarbons 3-methylcholanthrene, benzo(a)pyrene, benzanthracenes and benzoflavones (xem thêm) Nhiều nghiên cứu tiến hành để xác định chất nội sinh (được sinh thể sinh vật) Các chất tự nhiên bao gồm dẫn chất tryptophan(6), tetrapyrole (7), dẫn chất axit arachidonic lipoxin A4 and prostaglandin G (8), chất biến đổi cấu trúc từ lipoprotein mật độ thấp (LDL)(9) số carotinoid thực phẩm (10) Các chất tác động theo chiều hướng tăng chức AhR (agonist) giảm chức AhR (antagonist) Cơ chế hoạt hóa tác động đến gene AhR tự trạng thái không hoạt động gắn với Hsp90 protein tương tác AhR có tên gọi XAP2 protein hoạt hóa AhR (ARA9) Phức hợp giữ cho AhR không bị phân hủy đồng thời xúc tác cho trình nhận biết kết hợp với chất ngăn cản AhR kết hợp sớm với ARNT phức hợp AhR-cơ chất chưa hình thành XAP2 tương tác với đầu cacboxyl Hsp90, kết hợp với chuỗi định vị AhR nhân (NLS) giúp định hướng AhR di chuyển vào nhân tế bào Sau AhR kết hợp với chất, XAP2 giải phóng tiếp nhận NLS vùng quai xoắn làm phức hợp AhR-cơ chất di chuyển vào nhân Hsp90 giải phóng PAS kết hợp với ARNT Phức hợp hoạt hóa AhR/ARNT kết hợp với DNA sau "nhận ra" trình tự thích hợp gene đáp ứng với dioxin Vị trí nhận biết, kết hợp phản ứng với phức hợp AhR/ARNT gọi yếu tố phản ứng với dioxin (dioxin responsive element, DRE) hay yếu tố phản ứng với chất ngoại lai (xenobiotic- responsive element, XRE) chứa đoạn 5’-GCGTG-3’ nằm trình tự 5’-T/GNGCGTGA/CG/CA-3’ vùng khởi động gene đáp ứng với AhR (AhR responsive genes) Biểu gene đích đáp ứng với dioxin dẫn đến nhiều phản ứng khác tế bào Số lượng biểu gene chịu tác động dioxin tiếp tục nghiên cứu 2/4 Dioxin receptor Vai trò Tiến hóa phát triển: AhR có vai trò trình phát triển Từ động vật không xương sống, AhR biết đến thụ quan phụ thuộc chất đóng vai trò quan trọng trình phát triển bình thường động vật (11) Ở ruồi giấm, protein tương tự AhR yếu tố cần thiết cho trình phát triển chân râu (12) Protein tương đồng với yếu tố dịch chuyển Arnt có khả xúc tác cho trình mã Ở động vật có xương sống, AhR "tiến hóa" có khả kết hợp với chất Với động vật có xương sống giai đoạn phát triển, AhR cho đóng vai trò trình phân chia biệt hóa tế bào (13) Đáp ứng thích nghi: Đáp ứng với chất thực phức hợp AhR-cơ chất kết hợp với yếu tố đáp ứng dioxin (dioxin response element) DNA dẫn đến trình mã, dịch mã gene đích Nhóm gene đích bao gồm gene mã hóa enzyme tham gia vào trình biến đổi chất ngoại lai (xenochemicals, có dioxin) Nhóm enzym biết đến sớm cytochrom 450 (enzym xác định Cyp1a1 - mã hóa gene CYP1A1) Các gene khác nhóm xác định CYP1A2, CYP1B1, NQO1, ALHD3A1, UGT1A2 GSTA1 Sự phong phú chất enzym biến đổi chất Ahr điều phối chứng tỏ vai trò quan trọng Ahr trình đáp ứng với hóa chất bên Đáp ứng với chất có tính độc: Đáp ứng với chất độc có dioxin coi "phần mở rộng" đáp ứng thích nghi Ahr hoạt hóa: (1) đáp ứng thích nghi dẫn đến hình thành enzym trao đổi chất ngoại lai làm sản sinh sản phẩm trao đổi có tính độc; (2) tác động đến gene đích thông qua pin Ahr (Ahr gene battery) gây biến đổi trình diễn tế bào thay đổi chức tế bào Dioxin receptor knockout mouse Ứng dụng dioxin receptor knockout 3/4 Dioxin receptor Tài liệu tham khảo Jones S (2004) An overview of the basic helix-loop-helix proteins Genome Biol (6): 226 Ema M, Sogawa K, Watanabe N, Chujoh Y, Matsushita N, Gotoh O, Funae Y, Fujii-Kuriyama Y (1992) cDNA cloning and structure of mouse putative Ah receptor Biochem Biophys Res Commun 184 (1): 246–53 Coumailleau P, Poellinger L, Gustafsson JA, Whitelaw ML (1995) Definition of a minimal domain of the dioxin receptor that is associated with Hsp90 and maintains wild type ligand binding affinity and specificity J Biol Chem 270 (42): 25291–300 Goryo K, Suzuki A, Del Carpio CA, Siizaki K, Kuriyama E, Mikami Y, Kinoshita K, Yasumoto K, Rannug A, Miyamoto A, Fujii-Kuriyama Y, Sogawa K (2007) Identification of amino acid residues in the Ah receptor involved in ligand binding" Biochem Biophys Res Commun 354 (2): 396–402 Kumar MB, Ramadoss P, Reen RK, Vanden Heuvel JP, Perdew GH (2001) The Qrich subdomain of the human Ah receptor transactivation domain is required for dioxinmediated transcriptional activity J Biol Chem 276 (45): 42302–10 Adachi J, Mori Y, Matsui S, et al (2001) Indirubin and indigo are potent aryl hydrocarbon receptor ligands present in human urine J Biol Chem 276 (34): 31475–8 Sinal CJ, Bend JR (1997) Aryl hydrocarbon receptor-dependent induction of cyp1a1 by bilirubin in mouse hepatoma hepa 1c1c7 cells Mol Pharmacol 52 (4): 590–9 Seidel SD, Winters GM, Rogers WJ, et al (2001) Activation of the Ah receptor signaling pathway by prostaglandins J Biochem Mol Toxicol 15 (4): 187–96 McMillan BJ, Bradfield CA (2007).The aryl hydrocarbon receptor is activated by modified low-density lipoprotein Proc Natl Acad Sci U.S.A 104 (4): 1412–7 10 Denison MS, Nagy SR (2003) Activation of the aryl hydrocarbon receptor by structurally diverse exogenous and endogenous chemicals Annu Rev Pharmacol Toxicol 43: 309–34 4/4 ... battery) gây biến đổi trình diễn tế bào thay đổi chức tế bào Dioxin receptor knockout mouse Ứng dụng dioxin receptor knockout 3/4 Dioxin receptor Tài liệu tham khảo Jones S (2004) An overview of... responsive genes) Biểu gene đích đáp ứng với dioxin dẫn đến nhiều phản ứng khác tế bào Số lượng biểu gene chịu tác động dioxin tiếp tục nghiên cứu 2/4 Dioxin receptor Vai trò Tiến hóa phát triển: AhR... đáp ứng dioxin (dioxin response element) DNA dẫn đến trình mã, dịch mã gene đích Nhóm gene đích bao gồm gene mã hóa enzyme tham gia vào trình biến đổi chất ngoại lai (xenochemicals, có dioxin)