CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về ung thư Ung thư vẫn luôn là mối quan tâm trên toàn cầu. Theo thống kê của GLOBOCAN năm 2020, tình hình mắc và tử vong do ung thư trên toàn thế giới đều có xu hướng tăng. Tại Việt Nam, ước tính có 182.563 ca mắc mới và 122.690 ca tử vong do ung thư.000 người thì có 159 người chẩn đoán mắc mới ung thư và 106 người tử vong do ung thư. Hiện nay, chỉ có 185/204 quốc gia có báo cáo thống kê về tình hình bệnh ung thư theo GLOBOCAN.
Năm 2020, Việt Nam xếp thứ 91/185 về tỷ suất mắc mới và thứ 50/185 về tỷ suất tử vong trên 100. Thứ hạng này tương ứng của năm 2018 là 99/185 và 56/185. Như vậy, có thể thấy là tình hình mắc mới và tử vong do ung thư ở Việt Nam đều đang tăng nhanh. Tình hình này cũng tương tự với nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có các quốc gia phát triển như Anh, Pháp, Ý, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thái Lan, Hoa Kỳ.
Tuy nhiên, tỷ lệ tử vong do ung thư tại các quốc gia này lại giảm. Trong thời đại ngày nay mặc dù khoa học đã có những tiến bộ vượt bậc đặc biệt là trong lĩnh vực sinh học phân tử, tuy nhiên để định nghĩa bệnh ung thư là gì vẫn không dễ dàng. Tuy nhiên chúng ta có thể định nghĩa ung thư như là quá trình bệnh lý trong đó một số tế bào thoát ra khỏi sự kiểm soát, sự biệt hóa sinh lý của tế bào và tiếp tục nhân lên. Những tế bào này có khả năng xâm lấn và phá hủy các tổ chức chung quanh.
Đồng thời chúng di trú và đến phát triển ở nhiều cơ quan khác nhau và hình thành nên di căn, uối cùng ung thư gây tử vong do: Các biến chứng cấp tính như: xuất huyết ồ ạt, chèn ép não, ngạt thở. Tiến triển nặng dần tiến đến rối loạn chức năng của các cơ quan do khối di căn như thiểu năng hô hấp, suy chức năng gan thận. Sự thoái triển dần dần, kéo dài dẫn đến suy kiệt và cuối cùng bệnh nhân tử vong. Ung thư là do các tế bào bình thường bị đột biến khiến chúng sinh sôi nảy nở và cuối cùng di căn, lan rộng khắp cơ thể và gây cái chết đối với bệnh nhân.
Các phân tử nhỏ gây độc chọn lọc đối với các tế bào ung thư có tiềm năng làm thuốc chống ung thư, bằng cách tiêu diệt các tế bào khối u nhưng không ảnh hưởng đến các tế bào lành của cơ thể [2]. Khối u lành tính: Các khối u không phải ung thư. Chúng thường có thể được loại bỏ và trong hầu hết các trường hợp, chúng không quay trở lại. Các tế bào trong khối u lành tính không lây lan sang các bộ phận khác của cơ thể.
Các khối u ác tính: Khối u là ung 3 thư. Các tế bào trong những khối u này có thể xâm lấn các mô lân cận và lây lan sang các bộ phận khác của cơ thể. Sự lây lan của ung thư từ bộ phận này sang bộ phận khác của cơ thể được gọi là di căn.1 Các giai đoạn phát triển của ung thư 1.1 Giới thiệu về Tubulin Tubulin được đề cập như là một siêu họ protein. Siêu họ này bao gồm các protein tubulin khác nhau, nhưng nổi tiếng nhất là α-tubulin và β-tubulin [4].
Có sáu protein được biết đến tạo nên siêu họ tubulin trong sinh vật nhân chuẩn, tuy nhiên, không phải cả sáu đều có mặt nhất quán trên các loài sinh vật nhân chuẩn. Ngoài ra, nhiều protein prokaryotic đã được xác định là có liên quan đến tubulin. Trong một thời gian dài, tubulin được coi là đặc hiệu cho sinh vật nhân chuẩn, nhưng những phát triển gần đây đã chứng minh điều này là không đúng sự thật. Ở người, có năm phân nhóm tubulin: α-Tubulin, β- Tubulin, γ-Tubulin, δ-Tubulin và ε-Tubulin, và ζ-Tubulin.
β-Tubulin được quan tâm đặc biệt vì nó tạo thành một loại vi ống được biểu hiện độc quyền trong các tế bào thần kinh [5]. Ngoài ra, tất cả các loại thuốc liên kết với tubulin của con người cũng liên kết với β-tubulin, làm cho nó được quan tâm như một mục tiêu điều trị. Mặt khác, γ-Tubulin được biết là chịu trách nhiệm cho sự tạo mầm và định hướng cực của các vi ống. 𝛼-tubulin và β-tubulin polymer hóa thành các vi ống, một thành phần không thể thiếu cho tế bào phân chia và phát triển.
Các vi ống đóng vai trò như “những đường cao tốc năng động” bên trong tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình như hỗ trợ cấu 4 trúc, vận chuyển nội bào và phân tách DNA trong quá trình nguyên phân. 𝛼 và β-tubulin trọng lượng khoảng 55.000 Dalton tương ứng với 450 amino acid.2 Cấu trúc của α-Tubulin và và β-Tubulin Các monome α và β của tubulin tồn tại dưới dạng các isotype (kiểu hình) khác nhau về trình tự amino acid được mã hóa bởi các gen khác nhau. Sự biểu hiện của các kiểu hình cụ thể của tubulin có liên quan đến ung thư, nhưng cơ chế phân tử đằng sau hiệu ứng này vẫn chưa được biết rõ. Đột biến của tubulin các kiểu hình biểu hiện ở các khối u xâm lấn ảnh hưởng đến sự gắn kết của thuốc chống ung thư và có thể góp phần gây ra kháng thuốc.
Vì vậy, hiểu được cơ chế phân tử đằng sau những tác động này sẽ giúp phát triển các mục tiêu phân tử để thiết kế các loại thuốc chống vi ống mới. Hơn nữa, α/β-tubulin được biến đổi sau dịch mã và chu trình tế bào hoặc các đường truyền tín hiệu do căng thẳng điều khiển cũng điều chỉnh động học vi ống thông qua tương tác với các protein liên kết với vi ống (MAP) bao gồm động cơ phân tử [6].1 Sự hình thành vi ống của Tubulin Microtubule – là thành phần chính của bộ khung tế bào - là polymer protein hình ống dài, dạng sợi, được tìm thấy trong tất cả các tế bào nhân chuẩn. Chúng có vai trò rất quan trọng trong việc phát triển và duy trì hình dạng tế bào, trong tín hiệu tế bào, vận 5 chuyển các túi, ty thể và các thành phần khác trong tế bào, sự di động của tế bào, trong sự phân chia tế bào, sự nguyên phân và sự phân cực của tế bào. Tất cả các tế bào nhân chuẩn đều sản xuất protein tubulin theo cách thông thường là phiên mã các gen mã hóa tubulin để tạo ra RNA thông tin, sau đó là dịch mã mRNA bởi các ribosome để tạo ra protein.
Các tế bào duy trì ít nhất hai loại tubulin mà chúng ta gọi là α-tubulin và β-tubulin (Hình 1. Tuy nhiên, người ta nghi ngờ rằng hai loại này có thể được tìm thấy trong tế bào dưới dạng protein riêng lẻ [7].3 Khối xây dựng của vi ống. 𝛼 và β-tubulin liên kết với nhau một cách tự nhiên không cộng hóa trị để tạo thành một tiểu đơn vị chức năng mà chúng ta gọi là heterodimer. Heterodimer là một protein bao gồm hai sản phẩm gen khác nhau.
Thuật ngữ này hoàn toàn mang tính mô tả - tiền tố heter có nghĩa là "khác nhau", tiền tố di- có nghĩa là "hai" và hậu tố -mer đề cập đến một đơn vị, trong trường hợp này là một polypeptide đơn. Khi các điều kiện nội bào thuận lợi cho sự lắp ráp, các dị vòng tubulin sẽ tập hợp thành các sợi nguyên sinh (Hình 1. Các sợi nguyên sinh lần lượt tập hợp lại thành các vi ống. Tất cả sự lắp ráp như vậy đều phải chịu sự điều chỉnh của tế bào [7].
Hành vi động của vi ống Đặc tính động học của vi ống được hiểu là sự thay đổi cấu trúc theo thời gian. Các microtubule cấu tạo nên các sợi siêu vi, nơi bám của các chromosome (nhiễm sắc thể) trong quá trình phân bào. Các sợi siêu vi microtubule này có tính động học rất lớn, khoảng 4 đến 100 lần so với sự thay đổi cấu trúc của các microtubule thông thường. Có 6 2 kiểu động học trong cấu trúc là: (a) “dynamic instability” cấu trúc của microtubule có thể dài ngắn tuỳ theo chu kỳ; (b) “treadmilling” đầu (+) dài ra, sau đó đầu (-) ngắn lại, nhưng chiều dài tổng thể không đổi [8].4 Cấu trúc vi ống là mục tiêu của các thuốc chống ung thư Kiểu động học thứ nhất, “Dynamic instability” được đặc trưng bởi bốn yếu tố chính: tốc độ tăng trưởng microtubule, tốc độ rút ngắn, tần suất chuyển đổi từ trạng thái tăng trưởng hoặc tạm dừng sang rút ngắn (quá trình chuyển đổi này được gọi là “catastrophe”) và tần suất chuyển đổi từ rút ngắn sang tăng trưởng hoặc tạm dừng (gọi là “rescue”).
Kiểu động học thứ hai, được gọi là “treadmilling”, là sự tăng trưởng ở đầu của một đầu microtubule và sự rút ngắn ở đầu đối diện [9]. Tính chất này xảy ra trong các tế bào cũng như trong in vitro và có thể đặc biệt quan trọng trong sự phân bào. “Treadmilling” và “dynamic instability” là những tính chất tương thích và một tập hợp microtubule đặc trưng có thể thấy chủ yếu là tính chất “treadmilling”, tính “dynamic instability” hoặc hỗn hợp cả hai. Các cơ chế kiểm soát mức độ mà một tập hợp 6 microtubule biểu hiện một hoặc một tính chất khác được hiểu một cách không rõ ràng nhưng có thể liên quan đến thành phần tubulin của quần thể vi thể, mức độ biến đổi sau dịch mã của tubulin và đặc biệt, các hoạt động của các protein điều hòa.5 Sự bất ổn định của vi ống Hình 1.6 Sự tăng trưởng ở đầu của một đầu microtubule và sự rút ngắn ở đầu đối diện 1.
Ứng dụng của Tubulin trong điều trị các bệnh ung thư Ung thư là quá trình tăng sinh tế bào không kiểm soát ở gan. Việc tăng sinh tế bào thông qua quá trình nguyên phân. Trong quá trình nguyên phân, mạng lưới vi ống tu sửa để tạo thành trục phân bào và bản chất động của các sợi vi ống cho phép phân tách chính xác các nhiễm sắc thể. Việc không gắn hoặc phân tách chính xác các nhiễm sắc thể sẽ 8 bắt đầu ngừng chu kỳ tế bào tại điểm kiểm soát phân bào và có thể dẫn đến sự khởi đầu của quá trình apoptosis (quá trình chết tế bào) [10].
Các chất liên kết tubulin bao gồm taxane, vinca alkaloids và epothilone, nhắm mục tiêu trực tiếp vào β-tubulin để ức chế động lực học của các vi ống trục chính, do đó phá vỡ sự phân tách nhiễm sắc thể để gây ngừng chu kỳ tế bào và chết tế bào.3 ATP citrate lyase (ACLY) 1.1 Giới thiệu về enzyme ACLY 6O0H ACLY là một enzyme đồng nhất phổ biến, được định vị trong tế bào và nhân.