2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tà
1.4.1.Vị trí, cấu trúc, chức năng của gen Lpin
Gen Lpin1 nằm trên nhiễm sắc thể số 3 (3q21->3q27). Nghiên cứu hiện nay về gen Lpin1: một trình tự cDNA 5.559 bp thu được bằng phương pháp RT-PCR và 3’ RACE [Genbank mã số 164.847 EU]. Chuỗi này bao gồm 5’- UTR (untranslated region)- là vùng không dịch mã có kích thước 111 bp; vùng dịch mã quy định mã hóa 1 protein của 894 aminoacid với phân tử lượng 98,83 kDa; một đoạn 3’-UTR có kích thước 2,763 bp.
(http://www.ebi.ac.uk/InterProScan/) [30, 37].
Gen Lpin1 là một nhân tố ảnh hưởng đến sự tích trữ mỡ ở trong thịt lợn nên nó quy định chất lượng thịt lợn. Gen Lpin1 được biểu hiện trong: mô mỡ, mô cơ, mô gan, lá lách, cơ xương, có tỷ lệ thấp trong mô tim, mô phổi, mô thận...[43].
Trên nhiễm sắc thể gen Lpin1 nằm ở vị trí SW 717 (LOD = 7,55, Dics = 50cR) trên nhiễm sắc thể số 3, tương ứng với gen Lpin1 của con người ở vị trí 2p55.1 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) [29].
Một nghiên cứu về phân tích đa hình đơn: 1 đoạn C93T trong Exon 2 được xác định và không gây ra một sự thay đổi của aa trong gen Lpin1. Một đoạn có kích thước 316 bp được khuyếch đại bằng phương pháp PCR-RFLP, gồm: 316 bp cho T alen; 256 bp và 60 bp cho C alen [42].
Hình 1.4. Vị trí gen Lpin1 của lợn trên nhiễm sắc thể số 3 Chức năng của gen Lpin1
*Lpin1: chức năng như enzyme trong tổng hợp Triacylglycerol (TAG) và sinh tổng hợp phospholipid.
Gen Lpin1 hoạt động như một enzyme phosphatidate phosphatase (PAP), chuyển đổi phosphatidate để hình thành chất béo trung tính diacylglycerol, phosphatidylcholine, và sinh tổng hợp
phosphatidylethanolamine [13]. Mặc dù hoạt động của enzyme PAP đã được nghiên cứu trong hơn 50 năm qua, cho đến khi Han, Wu, và Carman (2006)
thu được chuỗi peptide. Các hoạt động của enzyme này đòi hỏi có một motif DxDxT nằm ở miền C-Lip của gen (hình 1.6).
Gen Lpin1 như là một enzyme trong tổng hợp TAG và sinh tổng hợp phospholipid; thứ hai là hoạt động như một coactivator phiên mã quy định biểu hiện việc sử dụng acid béo và lipid tổng hợp (Hình1.5).
Hình 1.5. Chức năng phân tử của gen Lipin 1, 2, 3
Lpins (gia đình gen Lpin) hoạt động như phosphatidate phosphatase, đóng một vai trò trong sinh tổng hợp chất béo trung tính và phospholipid.
Lpin1 cũng đã được thể hiện hoạt động như một coactivator phiên mã trong gan, trực tiếp tương tác với các thụ thể hạt nhân như: Peroxisome proliferator (PPARα) và coactivator-1α (PGC-1α).
Trong hầu hết các loại tế bào động vật có vú, nghiên cứu adipocytes thì TAG được tổng hợp qua đường glycerol phosphate. (Hình 1.5) [16]. Các enzyme tạo chất xúc tác ở các bước trong sinh tổng hợp TAG đã được xác định, phân tử phosphatidate-1 phosphatase (PAP1), chuyển đổi xúc tác phosphatidate để tạo thành diacylglycerol (Dag). Dag là tiền thân cho photpholipids, triacylglycerol, phosphatidylcholine,
phosphatidylethanolamine [55], thông qua hoạt động của các enzyme diacylglycerol acyltransferase (DGAT).
Biểu hiện của mỗi thành viên trong gia đình gen Lpin (Lpin-1A, Lpin- 1B, Lpin-2, và Lpin-3) hoạt động như enzyme PAP1, không có hoạt động chống lại lipid khác bao gồm acid lysophosphatidic phosphate, Ceramide-1- phosphate, hoặc sphingosine-1-phosphate [18].
Nghiên cứu gần đây có liên quan đến gen Lpin1 trong tổng hợp phospholipid để mở rộng mạng lưới nội chất màng lưới xảy ra như tế bào lympho B biệt hóa thành các tế bào kháng thể trong huyết tương tiết ra và gen
Lpin1 có khả bổ sung và mở rộng màng tế bào [60].
* Lpin1 là một coactivator phiên mã cảm ứng.
Gen Lpin1 có mặt cả trong tế bào chất và trong nhân tế bào động vật có vú. Nghiên cứu cũng cho rằng Lpin1 có một chức năng cụ thể trong nhân tế bào.
Gen Lpin1 ở động vật có vú cũng có thể có một vai trò trong biểu hiện gen. Gần đây, Finck và cs (2006) [61], cho thấy ở động vật có vú gen Lpin1 hoạt động như coactivator phiên mã. Trong các nghiên cứu các nhà điều tra phát hiện một vai trò của gen Lpin1 kích hoạt các gen trong quá trình oxy hóa acid béo trong ăn chay. Điều này xảy ra thông qua sự tương tác trực tiếp của
trong vùng C-Lip của gen Lpin1 (Hình 1.6). Tăng cường biểu hiện gen Lpin1
trong tế bào gan khuếch đại sự biểu hiện của gen mục tiêu tham gia vào quá trình oxy hóa PGC-1α/PPARα acid béo (ví dụ, acyl CoA oxidase, PPARα, carnitine palmitoyl transferase-1, chuỗi acyl CoA dehydrogenas trung bình và rất dài), ức chế biểu hiện gen tham gia vào lipogenesis (ví dụ, sterol phản ứng yếu tố ràng buộc protein-1, synthase axit béo, và desaturase CoA stearoyl). Ngoài PPARα, Lpin1 được hiển thị để tương tác với HNF4α, PPARβ, PPARγ, glucocorticoid [61].
Vai trò sinh lý, chức năng phiên mã của các thành viên gen Lpin trong các mô khác ngoài gan vẫn được xác định bao gồm các mô mỡ, cơ xương, gan, và thần kinh ngoại vi (hình 1.7).
* Lpin1 là cần thiết cho sự phát triển của adipocytes trưởng thành
Nghiên cứu trên chuột thiếu gen Lpin1, đã chỉ ra rằng Lpin1 là cần thiết cho sự phát triển khác nhau của các adipocyte. Sự khác biệt xảy ra thông qua một chuyển đổi preadipocytes thành adipocytes hay lipid dự trữ [51, 59].
Lpin1 thiếu hụt và các mô không gây ra biểu hiện của hai nhân tố phiên mã chủ chốt: Peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) và Enhancer CAAT-binding protein α (C/EBPα) [44].
Ngoài biểu hiện của gen Lpin1 làm ảnh hưởng đến sự phát triển khác nhau của adipocytes, phức tạp hơn nữa là sự biểu hiện của protein Lipin-1A (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
và Lipin-1B (isoform). Các isoform xuất hiện để phục vụ các chức năng riêng biệt trong adipocytes, với động thái biểu hiện độc đáo, nội địa hoá subcellular, và các hiệu ứng về biểu hiện gen [48]. Các cấp Lpin-1A giảm và Lpin-1B tăng cấp độ. Kết quả là, Lpin-1B là hình thức nổi bật ở adipocytes trưởng thành. Cả hai isoform có thể nằm ở tế bào chất hoặc hạt nhân. Tuy nhiên, trong adipocytes trưởng thành, Lpin-1A được tìm thấy chủ yếu trong hạt nhân, trong khi Lpin-1B có xu hướng ở trong tế bào chất.
Lpin-1A và Lpin-1B cũng có hiệu ứng khác biệt về biểu hiện gen trong adipocytes. Khi các vector biểu hiện retrovirut đã được sử dụng để bổ sung cho nguyên bào sợi mà thiếu Lpin-1A. Dẫn đến Lpin-1A cảm ứng các gen adipogenic, như PPARγ và C/EBPα [48]. Ngược lại, Lpin-1B gây ra lipogenic, như acid béo synthase, stearoyl CoA desaturase-1, và acyltransferase diacylglycerol (DGAT). Lpin-1A cũng tác động các gen lipogenic, nhưng đến một mức độ thấp hơn. Như vậy, hai isoform xuất hiện để đóng vai trò bổ sung trong thời gian chuyển đổi preadipocytes trưởng thành để tạo nên adipocytes dự trữ lipid.
* Tăng cường biểu hiện Lpin1 ở chuột biến đổi gen gây béo phì.
Lpin1 điều khiển, quy định các yếu tố: acid béo, adipocytes hoặc cơ creatine kinase... nhờ vào yếu tố này, các nhà khoa học đã tạo ra những con chuột biến đổi gen với biểu hiện cao Lpin1 trong mô mỡ hoặc cơ xương tương ứng [49]. Trên một chế độ ăn uống nhiều chất béo, chuột biến đổi gen tăng cân nhanh hơn nhiều so với chuột không chuyển gen, mặc dù lượng thức ăn tương đương. Tăng hàm lượng chất béo triglyceride trong tế bào làm tăng biểu hiện của gen lipogenic, bao gồm acid béo synthase, acetyl-CoA carboxylase, và enzyme DGAT [48].
Những con chuột không chuyển gen có mức glucose và insulin thấp hơn so với chuột chuyển gen, trên cả hai chế độ ăn nhiều chất béo. Ví dụ chỉ sau 6 tuần trên cùng một chế độ ăn uống, các cơ bắp của những con chuột biến đổi gen đã tăng 70 % trọng lượng cơ thể [49]. Chuột biến đổi gen có thể kháng insulin để tích lũy chất béo trung tính và sự trao đổi chất bị thay đổi trong cơ bắp. Các nghiên cứu khác về Lpin1 trong chuyển hóa cơ bắp. Như
Lpin1 trong cơ tăng lên là điều kiện gây teo cơ (ví dụ, tiểu đường, cachexia, nhiễm độc niệu, và ăn chay kéo dài) [33].
* Lpin1 trong mô mỡ ảnh hưởng tới độ nhạy cảm insulin và biểu hiện cytokine giảm viêm ở người.
Trong nghiên cứu về người Phần Lan, gen Lpin1 trong mô mỡ đã tương quan nghịch với glucose, insulin và kháng insulin được đo bằng các mô hình đánh giá hằng định nội môi của các chỉ số kháng insulin. Những nghiên cứu này chứng minh rằng đa hình gen Lpin1 liên quan đến mức insulin và chỉ số khối lượng cơ thể dyslipidemic của người Phần Lan [45]. Trong nghiên cứu của các đối tượng người Mỹ, độ nhạy cảm insulin được đo thường xuyên và xác nhận rằng gen Lpin1 trong mô mỡ là nghịch tương quan với kháng insulin [57]. Lpin1 trong adipocytes của con người dẫn đến biểu hiện tăng cường vận chuyển glucose 4 (GLUT4) và làm tăng sự hấp thu glucose adipocyte [23].
Lpin1 biểu hiện đã được đánh giá trong mô mỡ từ bệnh nhân HIV- lipodystrophy [34]. Lpin1 cũng nghịch tương quan với biểu mô mỡ của cytokine viêm làm tăng trong lipodystrophy-HIV, chẳng hạn như interleukin (IL) -6, IL-8, và IL-18.
* Lpin1 là cần thiết cho trao đổi chất bình thường giữa các mô mỡ và gan
Các đặc tính của sự trao đổi chất trong các mô mỡ, gan và cơ xương của chuột sẽ giải thích về cơ chế và vai trò của Lpin1 trong việc phối hợp glucose ngoại vi và lưu trữ acid béo [35]. Trong thời gian cho ăn, chuột có lượng glycogen trong gan và cơ gấp đôi. Trong thời gian đó sinh tổng hợp acid béo được tăng cường trong gan để cung cấp năng lượng đến các mô ngoại vi, do đó glucose được lưu trữ.
Những phát hiện này giải thích làm thế nào tồn tại chuột ăn chay mà không lưu trữ chất béo trung tính trong mô mỡ và tại sao chất béo trung tính không tích tụ trong gan. Lpin1 đóng một vai trò trong việc chỉ đạo các chất dinh dưỡng được lưu trữ năng lượng hoặc sử dụng [25].
Hình 1.6. Các loại gen Lpins: Lpin-1A, Lpin-1B, Lpin-2, Lpin-3. *Lpin1 và chức năng thần kinh ngoại vi
Các rối loạn chuyển hóa mỡ ở chuột do thiếu gen Lpin1 đi kèm với đau thần kinh ngoại vi nặng. Hiện nay rõ ràng là thiếu Lpin1 là nguyên nhân ảnh hưởng đến dây thần kinh epineurium ở người lớn, cũng như trong các tế bào Schwann. Một số tế bào Schwann, ở chuột thiếu gen Lpin1 gây ra đau thần kinh ngoại vi kết hợp với suy thoái myelin và dẫn truyền thần kinh bị suy yếu [38]. Hơn nữa, việc tích lũy phosphatidate liên quan đến phát triển của các tế bào Schwann. Các kết quả này là nguy cơ gây nên những triệu chứng khác của thiếu Lpin1, có liên quan không chỉ đến mất chức năng enzyme PAP mà còn ảnh hưởng tích tụ trong tế bào phosphatidate [13].