Đề tài Tin Sinh học: Hormone tăng trưởng

HORMONE TĂNG TRƯỞNGGiáo viên hướng dẫn: TS. Võ Văn ToànHọc viên : Võ Thị Minh PhươngLớp : Sinh học thực nghiệm K13Growth hormone (GH) là một protein có kích thước nhỏ với 191 a.a tạo thành chuỗi đơn có khối lượng phân tử 22005 HORMONE TĂNG TRƯỞNGCẤU TẠO HORMONE SINH TRƯỞNGCẤU TRÚC KHÔNG GIAN BA CHIỀU GHGH1 GH2ARN express patternIctalurus punctatusRattus norvegicusGallus gallusCanis lupus familiarisBos tarusEscherichia ColiSomatotropin isoform 3 (homosapiens)Somatotropin isoform 1 (homosapiens)Rattus norvegicusCanis lupus familiarisIctalurus punctatusSomatotropin isoform 5 (homosapiens)Escherichia ColiGallus gallusBos tarusMột dạng đột biến của hGH là G120R có tính chất đối kháng và chỉ kết hợp với 1 thụ thể. Các nhà khoa học đã xác định được cấu trúc tinh thể của phức hợp 1:1 giữa dạng đột biến và thụ thể ngoại vi ở độ phân giải 2.6 Ao. Kết quả trên được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và chức năng cơ bản của một thụ thểHORMONE TĂNG TRƯỞNGG120RCấu tạo thụ thể GH là một chuỗi polypeptid xuyên màng gồm 620aa HORMONE TĂNG TRƯỞNG- Cấu trúc tổng thể của phức hợp 1:1 tương tự như phức hợp 1:2 và sự hoạt động của phức hợp không ảnh hưởng đến hình thể. Tuy nhiên, một phân đoạn nhỏ lại ảnh hưởng đến sự tương tác giữa thụ thể với thụ thể trong phức hợp 1:2 và làm rối loạn cấu trúc phức hợp này nhưng lại ổn định hình thể nhờ vào sự trùng phân.- Tại vị trí liên kết giữa hormone và thụ thể có một trung tâm kỵ nước được điều hành bởi Trp 104 và Trp 109, bên ngoài được bao bọc bởi vùng ưa nước với các phân tử nước được sắp xếp theo một trật tự nhất định. HORMONE TĂNG TRƯỞNG- Kết quả nghiên cứu alanin cho thấy “hot spot” kỵ nước là nơi trao đổi hầu hết các liên kết năng lượng. Dựa vào các khảo sát gần đây kết hợp với phân tích liên kết và động năng của các dạng đột biến khác nhận thấy “hot spot” được hình thành nhờ vào sự tương tác trong quá trình lắp ráp và các yếu tố khác gián tiếp tạo ra liên kết với phần kỵ nước nhằm định hướng cho tryptophan. Lực tĩnh điện liên kết Arg 43 của hGH thì không mạnh bằng khi nó tham gia vào chuỗi ankyl ở Trp 169. - Chức năng chính của epitope là đóng góp các liên kết năng lượng trực tiếp với sự tham gia chủ yếu của gốc ankyl thơm. Ngoài chức năng là epitope, nhiều đột biến ở các vị trí của alanine sẽ làm tăng lực liên kết chẳng hạn lực liên kết tăng lên đến 10 lần nếu đột biến xảy ra tại vị trí hepta-alanin. Liên kết ở vùng ngoại vi của enpitope có thể làm giảm lực liên kết của “hot spot” và điều này có lẽ phản ánh vai trò của chúng trong việc trao đổi đặc trưng khi tương tácHORMONE TĂNG TRƯỞNG- GH khi kết hợp với hai thụ thể sẽ tạo ra sự trùng phân thụ thể có tác dụng dẫn truyền tín hiệu. Ở nồng độ cao, GH là chất đối kháng do sự khác biệt trong mối quan hệ tại vị trí liên kết tương ứng. Hoạt động đối kháng sẽ được tăng cường khi lực liên kết giảm trong các liên kết có mối quan hê thấp. Một dạng đột biến của hormone tăng trưởng đối kháng từ Gly 120  Arg đã kết tinh với thụ thể tương tự như phức hợp 1:1 và cũng được xác định ở độ phân giải 2.9Ao. Khi so sánh giữa hai phức hợp 1:1 và 1:2 nhận thấy chỉ có sự khác biệt rất nhỏ trong cấu tạo bao gồm góc giữa 2 globulin miễn dịch giống như thụ thể. Ngoài ra hai đối xứng liên quan đến phức hợp 1:1 và 2: 2 với vùng không dung môi giữa hai thụ thể. Try 104 trong thụ thể là một phần chìa khóa trong sự tương tác giữa hormone và thụ thể, đã thay đổi cấu tạo trong môi trường có lực liên kết thấp cho phép hình thành liên kết hydro thuận lợi hơn so với Asp 116HORMONE TĂNG TRƯỞNGKích thích tiết GHKích thích phân chia tế bào  tăng kích thước tế bào. Kích thích phát triển xương, cơ.Cơ thể phát triểnẢnh hưởng GH đến quá trình sinh trưởng A. Chuột bình thường nặng 264kgB. Chuột bị cắt bỏ tuyến yên nặng 80gSau 108 ngàyThí nghiệm chứng minh tác động GH đến quá trình sinh trưởng ở chuộtHORMONE TĂNG TRƯỞNGHORMONE TĂNG TRƯỞNG- GH là nhân tố chính điều chỉnh sự phát triển của cơ thể theo chiều dọc trước tuổi dậy thì và hormone tăng trưởng tái tổ hợp (rhGH) có thể làm tăng sức mạnh cơ bắp tuy nhiên cơ chế phân tử của quá trình này vẫn chưa rõ ràng. Nhiều tác động sinh lý của GH yêu cầu hormone nội tiết phải thay đổi về mặt biểu hiện gen. - Trong nỗ lực để có thể có cái nhìn toàn diện về cơ chế tác động của GH lên các tế bào cơ, các nhà khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của rhGH lên các tế bào cơ vân dòng C2C12 ở chuột. Mục đích của việc nghiên cứu là xác định sự thay đổi trong biểu hiện gen ở dòng TB thí nghiệm. TB cơ vân sẽ được nuôi cấy trong vòng 4 ngày và sau khi phát triển trong huyết thanh 16h ống cơ C2C12 sẽ được tác động bởi 500mg/ml rhGH trong 6h và tiến hành lấy mẫu xét nghiệm microarrayHORMONE TĂNG TRƯỞNGBốn bộ thí nghiệm được tiến hành độc lập nhằm xác định các gen quy định GH. Để xác định các gen có khả năng thay thế các nhà khoa học đã tiến hành phân tích định lượng phản ứng chuỗi polymerase và nhận thấy có khoảng 154 gen có khả năng thay thế. Bằng phương pháp PCR đã chứng minh ảnh hưởng của rGH lên 15 gen: Cish, Serpina3g, Socs2, Bmp4, Tnfrst11b, Rgs2,Tgfbr3, ugdh, Npy 1r, Gbp6, Tgfbi, Tgtp, Btc, Clec3b, Bc1. Nghiên cứu này đã chỉ ra sự biến đổi trong biểu hiện gen của dòng tế bào C2C12 sau khi tiếp xúc với rhGH. Việc phân tích chức năng của gen cũng cho thấy gen có liên quan đến sự phát triển của hệ thống tim mạch cũng như xương và cơ bắp. HORMONE TĂNG TRƯỞNG+ Làm tăng cường tổng hợp protein ở tất cả loại tế bào bằng cách làm tăng quá trình vận chuyển amino acid qua màng tế bào dẫn đến tăng nồng độ amino acid và tác động trực tiếp đến các ribosome hoặc tăng cường quá trình sao mã DNA tạo các RNA trong nhân TB.+ Tăng quá trình phân giải mô mỡ để giải phóng năng lượng: GH có tác dụng giải phóng fatty acid từ mô mỡ làm cho nồng độ của các fatty acid tăng trong các loại dịch thể. Trong các mô bào, GH tăng cường quá trình chuyển fatty acid thành acetyl CoA để sử dụng cho giải phóng năng lượng + Giảm sử dụng glucose: cơ chế dẫn đến ảnh hưởng này vẫn đang được nghiên cứu. Có thể GH làm tăng cường huy động fatty acid dẫn đến tổng hợp một lượng lớn acetyl-CoA sinh ra các tín hiệu phản hồi khóa quá trình biến đổi glucose và glycogen Ảnh hưởng GH đến trao đổi chấtGrowth Hormone Secretion and Regulation+ Tác động trực tiếp là kết quả của nội tiết tố tăng trưởng liên kết thụ thể của nó trên các tế bào mục tiêu . + Tác động gián tiếp qua trung gian chủ yếu là do tăng trưởng insulin-yếu tố I (IGF-I) - một hormone được tiết ra từ gan và các mô khác trong phản ứng với GH. Một phần lớn của sự phát triển phát huy tác dụng của GH thực sự là do IGF-I hoạt động trên các tế bào mục tiêu của nó.CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG GHRobert Pershing Wadlow ( 1918 -1940) là người cao nhất trong lịch sử loài người. Wadlow đạt 8 ft 11,1 (2,720 m) và cân nặng 439 lb (199 kg). Các nhà khoa học nhận thấy ở ông không hề có dấu hiệu kết thúc cho sự tăng trưởng ngay cả ở thời điểm cái chết của mình.Giantism (chứng khổng lồ): thường do các tế bào acildophil (các tế bào sản xuất GH) hoạt động quá mức. GH được sản xuất với một lượng lớn, tất cả các mô phát triển nhanh quá nhanh và cơ thể có thể trở thành người khổng lồ..Thiếu GH ở giai đoạn thiếu niên làm giảm q.trình phân chia tế bào, giảm số lượng và kích thước tế bào, xương dài không sinh trưởng  cơ thể ngừng lớn ( lùn cân đối)Dwarfism (nhỏ bé, còi cọc, tí hon): các phần của cơ thể vẫn có thể cân xứng với nhau nhưng toàn bộ cơ thể có kích thước nhỏ hơn bình thường. Một em bé 10 tuổi mắc hội chứng này có thể trông chỉ như một em bé 4-5 tuổi hay một thanh niên 20 tuổi trông chỉ như một em bé 7-10 tuổi Acromegaly: nếu khối u acildophil hình thành khi đã qua tuổi trưởng thành, cơ thể sẽ không tăng được về chiều cao nhưng các mô mềm và các xương nhỏ ở bàn chân, bàn tay tiếp tục phát triển và xương tăng về độ dày; các xương sơ cấp (hình thành do quá trình cốt hóa màng) như các xương vùng sọ, vùng mặt vẫn tiếp tục phát triển dẫn đến các hiện tượng như cằm dô, trán dô, bàn chân và bàn tay to, mũi to quá cỡ, lưng gù, các cơ quan như lưỡi, gan, thận...có kích thước quá cỡ.HORMONE TĂNG TRƯỞNGMột trong những mục tiêu của somatostatin (SSA) là giảm sự tiết GH bằng cách bằng cách hoạt hóa các thụ thể somatosatin (sst) 2 và 5 ở các bệnh nhân bị bệnh acromegalic. DG 3173 là một chất SSA mới nhằm kết hợp với sst 4 để làm giảm hoạt động insulin. Các nhà khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của DG 3173 trong mối quan hệ giữa các tính chất đăc trưng của một khối u và môi trường kích thích tuyến u sinh trưởng (hSA) đồng thời cũng so sánh với Octrotide. 27 hSA có đặc tính miễn dịch hóa học với các hormone và thụ thể của chúng. GH đã được xác định là nổi lên trên bề mặt hSA với DG 3173 hoặc Octrotide trong cùng thời gian. Phản ứng này cho thấy hàm lượng GH được tiết giảm dưới 80% và DG 3173 đã ngăn chặn được sự tiết GH mạnh hơn so với Octrotide HORMONE TĂNG TRƯỞNGViệc kiểm tra trước khi phẫu thuật và khảo sát hình thái khối u thì không ảnh hưởng đến hoạt động của GH tuy nhiên bằng phân tích bán định lượng nhận thấy có sự tương quan rất nhỏ nhưng lại mang ý nghĩa phủ nhận sự tương quan giữa GH và Octreotide với số phản ứng miễn dịch sst2. Tóm lại, DG 3173 và Octrotide đều ức chế tiết GH trong hSA. Từ khi phát hiện DG3173 có khả năng ức chế những tuyến u ko miễn dịch với Octreotide - đây chính là hiệu quả lâm sàng giá trị của thí nghiệm và sẽ có giá trị thay thế OctrotideOctrotide DG3173