Cách mạng hóa Proteomics: Tiến bộ trong công nghệ, tích hợp AI và ứng dụng rộng hơn
11/03/2025
Lipid: Nhóm Phân Tử Đa Năng Trong Sinh Học và Công Nghệ
11/03/2025
Glycosyl hóa: Biến đổi sau dịch mã và tác động lên cấu trúc chức năng protein
Con đường đường phân glycosyl hóa (Glycosylation pathway) là một quá trình biến đổi sau dịch mã (PTM) quan trọng, trong đó các gốc glycan được gắn kết có kiểm soát lên chuỗi polypeptide của protein tạo thành glycoprotein, hoặc lên lipid tạo thành glycolipid. Quá trình này không chỉ là một phản ứng sinh hóa đơn thuần, mà còn là một cơ chế điều hòa phức tạp, chi phối nhiều quá trình sinh học cơ bản trong tế bào. Sự đa dạng về cấu trúc và chức năng của glycoprotein và glycolipid được tạo ra bởi việc gắn kết các loại glycan khác nhau, từ những monosaccharide đơn giản như glucose, mannose, galactose, fucose, N-acetylglucosamine (GlcNAc), N-acetylgalactosamine (GalNAc), axit sialic, đến các oligosaccharide phức tạp.
Các loại glycosyl hóa: N-glycosyl hóa, O-glycosyl hóa và C-glycosyl hóa. Mỗi loại có vai trò riêng biệt trong các quá trình sinh học.
Hình 1: Hai loại loại glycosyl hóa phổ biến nhất
From: Protein glycosylation alterations in hepatocellular carcinoma: function and clinical implications
N-glycosyl hóa:
Dạng glycosyl hóa phổ biến nhất ở tế bào nhân chuẩn (eukaryote). Trong quá trình này, một phân tử đường (glycan) được gắn vào nguyên tử nitơ (N) của gốc asparagine trong chuỗi polypeptide của protein. Sự gắn kết này xảy ra tại một trình tự đặc hiệu, được gọi là trình tự N-glycosyl hóa, có dạng asparagine-X-serine/threonine, trong đó X là bất kỳ axit amin nào trừ proline. Quá trình N-glycosyl hóa diễn ra trong hai bào quan chính của tế bào: lưới nội chất (ER) và bộ Golgi. Trong lưới nội chất, glycan ban đầu được gắn vào protein, sau đó được chỉnh sửa và hoàn thiện trong bộ Golgi. N-glycosyl hóa đóng vai trò thiết yếu trong nhiều chức năng quan trọng của protein, bao gồm giúp protein gấp nếp đúng cách, ổn định cấu trúc protein, kiểm soát chất lượng protein bằng cách nhận diện và loại bỏ các protein bị lỗi, và vận chuyển protein đến đúng vị trí hoạt động trong tế bào.
Ví dụ:
-
- Kháng thể (Immunoglobulin G): N-glycosyl hóa ở vùng Fc của kháng thể rất quan trọng cho chức năng miễn dịch. Nó ảnh hưởng đến khả năng liên kết của kháng thể với các thụ thể Fc trên tế bào miễn dịch, từ đó điều chỉnh phản ứng miễn dịch.
- Enzyme lysosomal: N-glycosyl hóa với mannose-6-phosphate là tín hiệu cho việc vận chuyển các enzyme lysosomal từ bộ Golgi đến lysosome.
O-glycosyl hóa:
Các phân tử đường (glycan) được gắn vào nguyên tử oxy (O) của các gốc serine hoặc threonine trong chuỗi polypeptide của protein. Quá trình này diễn ra chủ yếu trong bào quan Golgi, một hệ thống màng lưới bên trong tế bào chịu trách nhiệm vận chuyển và biến đổi protein. O-glycosyl hóa đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng sinh học, bao gồm tương tác tế bào-tế bào, nơi các glycan trên bề mặt tế bào giúp các tế bào nhận diện và gắn kết với nhau. Ngoài ra, nó cũng tham gia vào truyền tín hiệu, khi các glycan có thể thay đổi hoạt động của các protein truyền tín hiệu. O-glycosyl hóa cũng bảo vệ protein khỏi sự phân giải, kéo dài thời gian tồn tại của chúng trong tế bào. Cuối cùng, nó còn điều chỉnh hoạt động của protein, thay đổi cấu trúc và chức năng của chúng.
Ví dụ:
-
- Mucin: O-glycosyl hóa dày đặc của các protein mucin tạo ra chất nhầy, giúp bảo vệ các bề mặt biểu mô của cơ thể, chẳng hạn như đường tiêu hóa và đường hô hấp.
- Các yếu tố đông máu: O-glycosyl hóa của các yếu tố đông máu như yếu tố VII và yếu tố IX ảnh hưởng đến hoạt động và thời gian bán hủy của chúng trong máu.
C-glycosyl hóa:
Một phân tử đường (glycan) được gắn trực tiếp vào nguyên tử carbon (C) của gốc tryptophan trong chuỗi polypeptide của protein. Đây là một loại glycosyl hóa ít phổ biến hơn so với hai dạng glycosyl hóa thường gặp là N-glycosyl hóa và O-glycosyl hóa. Mặc dù ít phổ biến, C-glycosyl hóa lại đóng vai trò quan trọng trong một số chức năng sinh học đặc biệt. Ví dụ, nó có thể tham gia vào các tương tác protein-protein, giúp ổn định cấu trúc của protein, hoặc ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của protein.
Ví dụ:
-
- Thrombospondin-1: C-mannosylation của thrombospondin-1 ảnh hưởng đến khả năng liên kết của nó với các thụ thể trên tế bào.
Bảng 1: Vai trò của Glycosyl hóa (Dươn’gNg, Research Officer, Hoan Vu Biomolecules., JSC)
| Vai trò | Chức năng | Ví dụ |
| Cấu trúc và chức năng protein | ||
| Ổn định protein | Giúp protein đạt cấu trúc bậc ba chính xác và ổn định. | Kháng thể, enzyme. |
| Bảo vệ protein | Bảo vệ protein khỏi sự phân giải bởi protease. | Mucin, các yếu tố đông máu. |
| Tương tác protein-protein | Tạo vị trí nhận biết đặc hiệu, điều chỉnh quá trình sinh học. | Tương tác giữa các tế bào miễn dịch, tương tác thụ thể-ligand. |
| Tín hiệu tế bào | ||
| Nhận diện tế bào | Tương tác tế bào-tế bào, kết dính tế bào. | Nhóm máu ABO, tương tác tế bào miễn dịch. |
| Truyền tín hiệu | Điều chỉnh hoạt động thụ thể, ảnh hưởng đến con đường tín hiệu nội bào. | Tín hiệu tăng trưởng tế bào, tín hiệu miễn dịch. |
| Miễn dịch | ||
| Nhận diện kháng nguyên | Ảnh hưởng đến khả năng nhận diện kháng nguyên của kháng thể. | Kháng thể IgG. |
| Điều hòa viêm | Điều chỉnh hoạt động tế bào miễn dịch, ảnh hưởng đến quá trình viêm. | Tương tác giữa tế bào miễn dịch và tế bào nội mô. |
| Bệnh lý | ||
| Ung thư | Thúc đẩy sự phát triển và di căn của khối u. | Thay đổi glycosyl hóa trên bề mặt tế bào ung thư. |
| Bệnh tự miễn | Gây ra phản ứng tự miễn dịch. | Viêm khớp dạng thấp, lupus ban đỏ hệ thống. |
| Bệnh truyền nhiễm | Giúp tác nhân gây bệnh xâm nhập và lây nhiễm tế bào chủ. | Virus cúm, vi khuẩn Helicobacter pylori. |
| Bệnh tiểu đường | Liên quan đến bệnh tiểu đường loại 2. | Thay đổi glycosyl hóa trong insulin và các thụ thể insulin. |
| Bệnh thoái hóa thần kinh | Liên quan đến bệnh Alzheimer và Parkinson. | Tích tụ glycoprotein glycosyl hóa bất thường trong não. |
Phân tích Glycosyl hóa: Phương pháp và Ứng dụng
Khối phổ (MS) là một công cụ mạnh mẽ để phân tích glycosyl hóa, cung cấp thông tin chi tiết về khối lượng và cấu trúc của glycan. Tuy nhiên, để tối đa hóa tiềm năng của MS, đặc biệt là trong các mẫu phức tạp, việc kết hợp với sắc ký lỏng (LC) là rất cần thiết. Kỹ thuật LC-MS cho phép tách các glycan khác nhau trước khi phân tích MS, giúp giải quyết các thách thức do sự đa dạng cấu trúc và tính đồng phân của glycan. Bằng cách kết hợp khả năng phân tách của LC với độ nhạy và độ chính xác của MS, LC-MS trở thành một phương pháp phân tích glycosyl hóa không thể thiếu, cho phép xác định chính xác thành phần monosaccharide, cấu trúc nhánh, vị trí liên kết và định lượng của các glycan, từ đó mở ra những hiểu biết sâu sắc hơn về vai trò của glycosyl hóa trong các quá trình sinh học và bệnh lý.
Hình 2: Phân tích glycomics và glycoproteomics.
From: Glycomic and glycoproteomic analysis of glycoproteins—a tutorial
Bảng 2. Tổng hợp các phương pháp phân tích glycosyl hóa chính.
(Dươn’gNg, Research Officer, Hoan Vu Biomolecules., JSC)
| Phương pháp | Nguyên lý | Ứng dụng | Ưu điểm | Nhược điểm | |
| Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) | Tách glycan dựa trên kích thước, điện tích hoặc ái lực liên kết. | Xác định thành phần monosaccharide, phân tích oligosaccharide. | Độ phân giải cao, định lượng chính xác. | Đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, cần chuẩn bị mẫu kỹ lưỡng. | |
| Khối phổ (MS) | Xác định khối lượng và cấu trúc của glycan dựa trên tỷ lệ khối lượng trên điện tích (m/z). | Phân tích cấu trúc oligosaccharide, xác định vị trí glycosyl hóa. | Độ nhạy cao, cung cấp thông tin cấu trúc chi tiết. | Yêu cầu thiết bị đắt tiền, khó phân tích glycan phức tạp. | |
| Sắc ký ái lực lectin | Tách glycan dựa trên ái lực liên kết đặc hiệu với lectin. | Phân tích loại glycan, xác định sự thay đổi glycosyl hóa. | Độ đặc hiệu cao, đơn giản. | Chỉ phân tích được glycan có ái lực với lectin đã chọn. | |
| Phân tích enzyme | Sử dụng enzyme glycosidase để phân giải glycan thành các thành phần monosaccharide. | Xác định loại liên kết glycosidic, phân tích cấu trúc glycan. | Độ đặc hiệu cao, đơn giản. | Chỉ phân tích được glycan có thể bị phân giải bởi enzyme đã chọn. | |
| Phân tích hóa học | Sử dụng các phản ứng hóa học để xác định thành phần và cấu trúc glycan. | Xác định thành phần monosaccharide, phân tích liên kết glycosidic. | Cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc glycan. | Đòi hỏi nhiều bước chuẩn bị mẫu, có thể phá hủy mẫu. | |
| Phân tích NMR (Cộng hưởng từ hạt nhân) | Xác định cấu trúc glycan dựa trên tương tác của hạt nhân nguyên tử với từ trường. | Phân tích cấu trúc oligosaccharide, xác định cấu hình không gian. | Cung cấp thông tin cấu trúc chi tiết, không phá hủy mẫu. | Đòi hỏi lượng mẫu lớn, thời gian phân tích dài. |
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
Varki, A., Cummings, R. D., Aebi, M., Packer, N. H., Seeberger, P. H., Esko, J. D., … & Stanley, P. (2015). Essentials of glycobiology. Cold Spring Harbor laboratories press.
Glycoprotein – Wikipedia tiếng Việt: https://vi.wikipedia.org/wiki/Glycoprotein
Bennett, E. P., Mandel, U., Clausen, H., Gerken, T. A., Fritz, T. A., & Tabak, L. A. (2012). Control of mucin-type O-glycosylation: a classification of the polypeptide GalNAc-transferase gene family. Glycobiology, 22(6), 736–756. https://doi.org/10.1093/glycob/cwr182
Minakata, S., Manabe, S., Inai, Y., Ikezaki, M., Nishitsuji, K., Ito, Y., & Ihara, Y. (2021). Protein C-Mannosylation and C-Mannosyl Tryptophan in Chemical Biology and Medicine. Molecules (Basel, Switzerland), 26(17), 5258. https://doi.org/10.3390/molecules26175258
Furmanek, A., & Hofsteenge, J. (2000). Protein C-mannosylation: facts and questions. Acta biochimica Polonica, 47(3), 781–789.
Reily, C., Stewart, T. J., Renfrow, M. B., & Novak, J. (2019). Glycosylation in health and disease. Nature reviews. Nephrology, 15(6), 346–366. https://doi.org/10.1038/s41581-019-0129-4
- Các phương pháp phân tích định lượng, định tính
Các phương pháp phân tích định lượng, định tính Giá trên đã bao gồm thuế phí. - Các phương pháp phân tích Sinh Hóa Lý
- Tổng quan về ELISA
ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) là kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch sử dụng enzyme để phát hiện và định lượng kháng nguyên hoặc kháng thể. Có […] - Các phương pháp chiết tách protein trong nghiên cứu proteomics và ứng dụng
Các tiến bộ trong công nghệ proteomics không thể khắc phục được các vấn đề trong chuẩn bị mẫu. Các bước như đồng nhất hóa mô, […] - Sự hình thành cầu disulfide trong protein
Tầm quan trọng của cầu nối Disulfide Ổn định cấu trúc Protein: Cầu nối disulfide giúp ổn định cấu trúc bậc ba và bậc bốn của […] - TỔNG QUAN WESTERN BLOTTING
Western Blotting (WB) là kĩ thuật phân tích protein được sử dụng rộng rãi trong ngành sinh hoá, sinh học phân tử. Là một kĩ thuật […] - Palmitoyl và khử palmitoyl: Vai trò trong sinh học tế bào và ung thư
Palmitoyl hóa là quá trình gắn nhóm palmitate vào protein, giúp điều chỉnh vị trí và chức năng của chúng. Quá trình này có thể đảo […] - Phân tích trình tự kháng thể: Khám phá sự đa dạng và ứng dụng
Cấu trúc kháng thể Kháng thể, còn được gọi là immunoglobulin, là một cấu trúc hình chữ Y bao gồm bốn chuỗi polypeptide – hai chuỗi […] - Giải trình tự peptide: Công cụ cốt lõi trong nghiên cứu Proteomics
Giải trình tự peptide là quá trình xác định trình tự các axit amin trong một chuỗi peptide. Đây là kỹ thuật then chốt trong proteomics, […] - Phân tích axit amin trong dinh dưỡng và công nghiệp thực phẩm
Axit amin đóng vai trò then chốt trong việc làm sáng tỏ mối quan hệ phức tạp giữa dinh dưỡng và ngành công nghiệp thực phẩm. […] - Phân tích axit amin trong kiểm soát chất lượng protein tái tổ hợp
Dược phẩm sinh học protein tái tổ hợp Rối loạn chức năng của các protein có trình tự axit amin bất thường hoặc không có […] - TỔNG QUAN VỀ SDS-PAGE
SDS-PAGE là gì? Điện di trên gel polyacrylamide biến tính với sodium dodecyl sulfate (SDS-PAGE) là một kỹ thuật điện di protein phổ biến trong sinh […] - LIPID HÓA PROTEIN: CƠ CHẾ, PHÁT HIỆN VÀ CÁC BỆNH LÝ LIÊN QUAN
Protein lipid hóa là gì? Biến đổi sau dịch mã (PTMs) là những thay đổi hóa học xảy ra sau quá trình tổng hợp protein, liên […] - Lipid: Nhóm Phân Tử Đa Năng Trong Sinh Học và Công Nghệ
Lipid là một nhóm lớn các phân tử hữu cơ không phân cực, đặc trưng bởi tính kỵ nước (hydrophobic) và khả năng hòa tan trong […] - Glycosyl hóa: Biến đổi sau dịch mã và tác động lên cấu trúc chức năng protein
Con đường đường phân glycosyl hóa (Glycosylation pathway) là một quá trình biến đổi sau dịch mã (PTM) quan trọng, trong đó các gốc glycan được […] - Cách mạng hóa Proteomics: Tiến bộ trong công nghệ, tích hợp AI và ứng dụng rộng hơn
1. Sự phát triển của công nghệ Proteomics 1.1 Proteomics dựa trên khối phổ Proteomics dựa trên khối phổ là một lĩnh vực năng động và then […] - Phản ứng phân hủy Edman
Phản ứng phân hủy Edman là phương pháp giải trình tự protein được Pehr Edman công bố vào năm 1950. Phương pháp này giúp xác định […] - Applications of Tandem Mass Spectrometry (MS/MS) in Protein Analysis for Biomedical Research
Applications of Tandem Mass Spectrometry (MS/MS) in Protein Analysis for Biomedical Research 1. Giới thiệu Proteomics – nghiên cứu toàn bộ bộ protein của một hệ […] - Kỹ thuật định lượng không nhãn
Kỹ thuật định lượng không nhãn là gì? Ngày nay, các nghiên cứu về proteomics không còn chỉ tập trung vào việc xác định càng nhiều […] - Matrix effects and application of matrixeffect factor
Matrix effects and application of matrix effect factor 1. Thực trạng Hiện nay, LC-MS là một trong những kĩ thuật phân tích tối ưu nhất về […] - Mass spectrometry-based proteomics as an emerging tool in clinical laboratories
Mass spectrometry-based proteomics as an emerging tool in clinical laboratories Tổng quan Vai trò của Proteomics: Proteomics là lĩnh vực nghiên cứu tích hợp tập trung […] - Định lượng protein bằng TMT – Tổng quan và ứng dụngĐịnh lượng protein bằng TMT – Tổng quan và ứng dụng Giới thiệu Trong nghiên cứu protein, việc xác định và định lượng sự thay đổi […]
- Phương pháp xử lý dữ liệu Proteomics
Phương pháp xử lý dữ liệu Proteomics Phân tích dữ liệu proteomics là quá trình xử lý và diễn giải các tập dữ liệu lớn được […] - TỔNG QUAN VỀ PHOSPHOLIPID
TỔNG QUAN VỀ PHOSPHOLIPID Phospholipid là một loại chất béo đặc biệt có một đầu ưa nước (phân cực) và một đầu kỵ nước (không phân […] - Exosome và sự tiến triển của ung thưExosome và sự tiến triển của ung thư Uyen Nguyen (Research Officer, Hoan Vu Biomolecules., JSC.) Exosome Exosome là các túi ngoại bào có màng bao […]
- Liquid chromatography-high resolution mass spectrometry for the analysis of bioactive natural productsLiquid chromatography-high resolution mass spectrometry for the analysis of bioactive natural products Tầm quan trọng của phân tích BNPs Các hợp chất tự nhiên có hoạt […]
- Lựa chọn phương pháp phân giải protein tối ưu cho proteomics: Gel hay dung dịch?
Lựa chọn phương pháp phân giải protein tối ưu cho proteomics: Gel hay dung dịch? Phân giải protein là gì? Phân giải protein, hay còn gọi […] - Giải trình tự Peptide và Protein De Novo bằng phương pháp phổ khối
Giải trình tự Peptide và Protein De Novo bằng phương pháp phổ khối Phương pháp giải trình tự peptide và protein de novo bằng phương pháp […] - Phân tích axit amin: Khám phá bí mật về thành phần protein và quá trình trao đổi chất
Phân tích axit amin: Khám phá bí mật về thành phần protein và quá trình trao đổi chất Axit amin là gì? Axit amin là hợp […] - Ứng dụng của proteomisc trong nghiên cứu ung thư
Ứng dụng của proteomisc trong nghiên cứu ung thư Uyen Nguyen (Research Officer, Hoan Vu Biomolecules., JSC.) Trong lĩnh vực ung thư, proteomics đã giúp làm […]
