1.3. Liên quan giữa stress oxi hóa và bệnh ung thƣ
1.3.2. ROS ảnh hưởng đến một số con đường tín hiệu trong ung thư
Stress oxi hóa đã được chứng minh là có liên quan đến đến ung thư thông qua tác động của ROS lên các protein có vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận và dẫn truyền tín hiệu tế bào - tế bào hay khoảng gian bào - tế bào trong các con đường tín hiệu trong ung thư như: tác động lên các tín hiệu sinh trưởng, tín hiệu phân chia tế bào, tín hiệu tự chết theo chương trình… Cụ thể ROS tác động lên yếu tố NIK trong con đường NF-KB (nuclear factor κB) [24]; tác động lên ASK1 (Apoptosis Signalregulated Kinase 1), ASK2 (Apoptosis Signalregulated Kinase 2) trong con đường tín hiệu protein kinase hoạt hóa phân bào MAPK (mitogen activated protein kinase) [62,68];…
a) ROS tham gia điều hòa con đường MAPK bằng cách hoạt hóa ASK1, ASK2
Trong chu trình MAPK, các tín hiệu được chuyển đến nhân tế bào và qua một loạt các phản ứng dây chuyền để tác động lên quá trình sao chép DNA, qua đó tham gia điều hoà sự tăng sinh và biệt hóa tế bào.
Một thành viên trong họ protein MAPK là tín hiệu điều hòa apoptosis ASK1, được kích hoạt trong điều kiện stress oxi hóa [35]. Sự hoạt hóa MAPK dẫn đến phosphoril hóa nhiều protein khác nhau, bao gồm cả các yếu tố phiên mã tham gia điều hòa sự biểu hiện gen.
13
Bình thường ASK1 bị bất hoạt nhờ gắn với Thioreducxin (TRX), nhưng khi có mặt của ROS với nồng độ cao, chúng sẽ oxi hóa TRX và điều này tạo ra cầu liên kết giữa Cys-32 và Cys-35, khiến cho TRX không còn khả năng liên kết với ASK1.
Lúc này, 2 phân tử ASK1 liên kết với nhau sau đó được phosphoryl hóa threonine thứ 838 nhờ protein phosphatase 5 (PP5) [81]. Quá trình này giúp phân tử ASK1 được hoạt hóa (hình 1.4A).
Hình 1.4. Cơ chế kích hoạt của ROS trong con đường MAPK [73]
A. ROS hoạt hóa tín hiệu điều hòa apoptosis ASK1 B. ROS hoạt hóa tín hiệu điều hòa apoptosis ASK2
Ngoài ra ASK1 còn có thể bắt cặp với ASK2. Hai phân tử kép này sau khi được hoạt hóa sẽ liên kết với thụ thể hoại tử khối u TRAF (tumor receptor associated factors). Cùng với các protein khác trong các con đường tín hiệu, chúng sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình apoptosis của tế bào (hình 1.4B) [73]
b) ROS tham gia vào chu trình phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)
Con đường PI3K/AKT thường được kích hoạt trong các bệnh ung thư của con người và được công nhận như là một đích tiềm năng cho liệu pháp chống ung thư [15]. PI3K xúc tác cho quá trình tổng hợp phosphatidylinositol 3,4,5 triphosphate (PIP3) từ phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PIP2). PIP3 được xem như một phân tử tín hiệu kích hoạt con đường tổng hợp các protein như:
Phosphoinositide-dependent protein kinase (PDK), AKT (protein kinase B), serine/threonine kinases,... chúng là các chất trung gian của các con đường truyền tín hiệu khác nhau trong cơ thể [25]. Ngoài ra PIP2 còn được chuyển hóa ngược lại
14
thành PIP3 nhờ vào phân tử PTEN (phosphatase tensin). PTEN bình thường bị bất hoạt bởi peroxiredoxin. Khi có tín hiệu bởi ROS (nhiều chứng minh cho thấy là H2O2), peroxiredoxin bị oxy hóa tạo ra liên kết giữa Cys 124 – Cys 71 làm kích hoạt con đường PI3K [46]. Nói cách khác con đường PI3K chịu sự tác động của ROS giống như con đường ASK1.
c) ROS điều hòa con đường NF-κB (nuclear factor κB)
Ở nhiều loại ung thư, việc biến đổi yếu tố phiên mã NF-κB từ dạng bình thường có thể làm tăng hoạt độ của nó. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh chức năng quan trọng của NF-κB đối với khả năng sống của tế bào, điều hòa chu trình tế bào và phân bào [36]. Con đường NF-κB được điều hòa bằng phản ứng oxi hóa khử và hoạt hóa bằng một lượng nhỏ hydrogen peroxide. Ở trạng thái bất hoạt, NF-κB liên kết rất chặt với chất bất hoạt của nó là IκB. Theo đúng trình tự, để hoạt hóa được NF-κB cần thông qua sự có mặt của phức hợp NF-κB- inducing kinase (NIK) và IκB kinase (IKK), bao gồm IKKα, IKKβ. Sự hoạt hóa này thông qua các cytokine như TNFα hay IL-1, NIK-phosphoryl hóa và tác động đến các phân tử đích, các kinase IKKα và IKKβ. Phân tử IKK sau khi được hoạt hóa sẽ phosphoryl hóa IκB và thường kéo theo phản ứng ubuquitin hóa và phân hủy proteosome. Sự phân hủy IκB cũng làm chuyển NF-κB vào nhân, nơi mà phân tử này sẽ hoạt động như một yếu tố phiên mã, kích thích sự biểu hiện của các gen kháng apoptosis và kháng viêm (hình 1.5) [36].
Hình 1. 5. ROS kích hoạt các con đường truyền tín hiệu của tế bào qua các chất trung gian [10].
15
d) Ảnh hưởng của ROS trong quá trình apoptosis
Mối tương quan giữa lượng cao ROS và apoptosis đã được các nghiên cứu khẳng định.
Sự gia tăng lượng ROS ty thể đã giúp hoạt hóa NF-κB, dẫn đến sự điều hòa dương của các protein chống oxi hóa như MnSOD và các protein kháng apoptosis như A20. Một protein kháng apoptosis khác được hoạt hóa bằng ROS là protein kinaza B (PKB), còn được gọi là Akt - một serine/threonine kinase có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình tế bào như apoptosis, tăng sinh và phân chia tế bào [36]. Sự sản sinh H2O2 và NO của ty thế dẫn đến sự hoạt hóa c- Jun N-terminal kinase (JNK). Như một đáp ứng với ROS, JNK xúc tác phản ứng phosphoryl hóa và điều hòa các protein kháng apoptosis như Bcl-2 và Bcl-XL. Cả hai protein này đều có thể trung hòa sự hình thành ROS và bảo vệ tế bào khỏi quá trình apoptosis do ROS. JNK còn làm thay đổi cấu hình của phức hệ Bax/Bcl-2. P38, một thành viên khác của họ MAPK được xem là một tín hiệu apoptosis của tế bào khi lượng ROS tăng lên khác thường. Cả p38 và JNK đều được hoạt hóa thông qua ASK-1, hoạt động của phân tử này được điều hòa bằng các tương tác của nó với thioredoxin. Khi bị khử, nó liên kết và ức chế ASK-1 (hình 1.5). Hơn nữa, các protein tín hiệu khác như p53 cũng được chứng minh là kích thích apoptosis đáp ứng với ROS [36].