Một nhóm nghiên cứu gồm 46 người do Trường Đại học Y - Đại học Utah dẫn đầu đã báo cáo một phương pháp cải tiến mới phân tích 33 enzym từ quá trình chuyển hóa carbohydrate của con người và xác định 830 tương tác giữa protein và chất chuyển hóa, bao gồm các chất điều chỉnh, chất nền và sản phẩm đã biết, và các tương tác không được báo cáo trước đây.

Các nhà nghiên cứu đã cung cấp những phát hiện của họ và phương pháp mới mà họ đã sử dụng để điều tra các tương tác giữa chất chuyển hóa và protein trong một bài báo đăng trên tạp chí Science.

Trong mọi tế bào sống, protein và các phân tử nhỏ (chất chuyển hóa) phối hợp với nhau để duy trì hoạt động cho tế bào. Hệ tương tác protein-chất chuyển hóa đề cập đến mạng lưới tương tác phức tạp giữa các chất chuyển hóa và protein.

Hệ tương tác này điều chỉnh nhiều quá trình quan trọng và duy trì cân bằng nội môi tế bào, nhưng vẫn là một khía cạnh sinh học chưa được nghiên cứu kỹ. Những tiến bộ công nghệ gần đây đang dần khám phá ra sự phức tạp của hệ tương tác protein-chất chuyển hóa, mặc dù thường thông qua việc quan sát các tỷ lệ và nồng độ chung của protein đối với các chất chuyển hóa chứ không phải tương tác trực tiếp của nó

Một lý do khiến các tương tác trực tiếp khó phát hiện là do các tương tác protein-chất chuyển hóa thường có lực hút thấp-chúng không kết dính với nhau đủ tốt để vượt qua quy trình trong phòng thí nghiệm nhằm phát hiện ra chúng. Do đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một quy trình phân tích tốt hơn-khối phổ tích hợp với thẩm tách trạng thái cân bằng để phát hiện ra sự phân bổ một cách có hệ thống (MIDAS). Sau đó, họ đưa MIDAS vào hoạt động, tìm kiếm các tương tác protein-chất chuyển hóa.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một tập hợp gồm 401 hợp chất đại diện cho một phần lớn các thành phần hòa tan trong nước, ổn định về mặt hóa học và có sẵn trên thị trường trong hệ thống chuyển hóa của con người. Thực hiện đo lường sự thay đổi về số lượng giữa thời điểm bắt đầu và kết thúc thí nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể xác định các tương tác của chất chuyển hóa protein và lực liên kết của các tương tác đó.

Các tác giả cho biết: "Protein tinh khiết được tách ra khỏi tập hợp các chất chuyển hóa xác định bằng màng thẩm tách bán thấm, cho phép khuếch tán các chất chuyển hóa chứ không phải protein. Sau khi ủ, hệ thống đạt được trạng thái cân bằng tương đối, nồng độ của các chất chuyển hóa tự do tương tự như trong các buồng protein và chất chuyển hóa. Tuy nhiên, tổng nồng độ của các chất chuyển hóa tương tác với protein lại cao hơn hoặc thấp hơn trong khoang protein so với khoang chất chuyển hóa phụ thuộc vào lực liên kết và phương thức tương tác. Protein sau đó bị biến tính và loại bỏ khỏi khoang protein, và tất cả các chất chuyển hóa từ cả hai buồng được định lượng bằng phương pháp phân tích dòng chảy thông lượng cao - phương pháp khối phổ (mass spectrometry)”.

Nhóm đã triển khai MIDAS cho các enzyme chuyển hóa carbohydrate và xác nhận các chất nền, sản phẩm và tương tác điều tiết đã biết trước đó. MIDAS cũng phát hiện ra nhiều tương tác ẩn trước đó từ các con đường trao đổi chất đa dạng. Do đó, theo các nhà nghiên cứu, "MIDAS đóng vai trò như một đường dẫn để xác định, hiểu và khai thác các chế độ điều hòa trao đổi chất chưa từng được biết đến trước đây trên hệ tương tác protein-chất chuyển hóa".

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2023-03-hidden-metaboliteprotein-interactions-captured-midas.html, 14/3/2023