Tuy “nhỏ” nhưng thực tế là “lớn”

Trong khoa học, những khám phá đi sau có thể góp phần thay đổi nhiều khái niệm được hình thành từ những nghiên cứu trước trong quá khứ. Và một trong những khám phá mới được công bố trên tạp chí Nature Plants, của một nhóm nghiên cứu gồm ba phòng thí nghiệm tại Pháp (IBMP, IJPB và IECB) về cấu trúc ribosome ty thể đã đưa ra những bằng chứng mới góp phần thay đổi khái niệm cũ đã được hình thành từ lâu trong quá khứ về cấu trúc ribosome. Các ribosome là những cỗ máy phức hợp rRNA-protein có vai trò quan trọng trong quá trình dịch mã của tế bào, tổng hợp các chuỗi protein từ thông tin di truyền trên mRNA. Tiểu phần nhỏ của ribosome đóng vai trò gắn mRNA, dịch mã di truyền trên mRNA trong khi tiểu phần lớn của ribosome có vai trò gắn tRNA, xúc tác quá trình tổng hợp chuỗi protein. Thuật ngữ tiểu phần nhỏ (small subunit) và tiểu phần lớn (large subunit) bắt nguồn từ các nghiên cứu tiên phong trong khám phá các cấu trúc ribosome trong vi khuẩn, nấm men, và động vật như người, do kích thước của tiểu phần nhỏ thông thường trong tự nhiên sẽ bé hơn so với kích thước của tiểu phần lớn. Tuy nhiên, lần đầu tiên chúng ta quan sát được sự ngoại lệ cho khái niệm đó. Ribosome ty thể của thực vật, cụ thể là ty thể ở loài Arabidopsis thaliana, được quan sát dưới kính hiển vi nhiệt độ thấp (Cryo-electron microscopy – CryoEM), cho thấy ribosome này có kích thước lớn hơn so với ribosome của vi khuẩn, ribosome ty thể của nấm men và ở người. Điều này là do tiểu phần “nhỏ” của ribosome ty thể có chứa một vùng đầu kéo dài đóng gói rRNA domain và những PPR protein bao quanh, nên khiến kích thước của tiểu phần “nhỏ” to hơn so với tiểu phần “lớn,” và khiến cho kích thước của ribosome thực vật to hơn so với các ribosome khác.

PPR protein là một họ protein có khả năng gắn vào RNA mạch đơn. Họ protein PPR này có vai trò rất quan trọng trong nhiều bước điều hoà biểu hiện gene cực kỳ phức tạp trong các bào quan ở thực vật, và ở người. Nhóm đã kết hợp quá trình phân tách ribosome ty thể thực vật bằng CoIP và kỹ thuật phân tích nano-LC-ESI-MS/MS để phát hiện thành phần cấu tạo của ribosome ty thể và khá ngạc nhiên về sự xuất hiện của các PPR protein trong thành phần cấu tạo nên ribosome ty thể của thực vật. Các PPR protein này trong nghiên cứu đã được đặt cho một tên mới là ribosomal PPR (rPPR). Các PPR protein này có vai trò như thế nào trong quá trình dịch mã bên cạnh việc bao quanh bảo vệ vùng đầu của tiểu phần nhỏ chứa rRNA domian vẫn là một câu hỏi lớn. Vai trò của protein rPPR1 đã được xác định trong cùng nghiên cứu này. Bằng kỹ thuật Riboseq (kỹ thuật phân tách ribosome footprint kết hợp với Giải trình tự thế hệ mới NGS) đã phát hiện được quá trình dịch mã bị ảnh hưởng và hiệu suất dịch mã bị suy giảm khi thiếu vắng protein rPPR1 này trong ribosome của ty thể thực vật, rất có thể rPPR1 có vai trò trong việc hỗ trợ quá trình dịch mã khi tương tác với các mRNA. Tuy nhiên đó vẫn là một giả thiết khi cấu trúc độ phân giải cao của ribosome ty thể thực vật trong nghiên cứu vẫn chưa đạt được. Cho đến nay, ribosome ty thể của thực vật được xem là có cấu tạo phức tạp nhất và cấu trúc lớn nhất so với các mô hình cấu trúc ribosome được khám phá hiện nay, nghiên cứu này mở ra rất nhiều câu hỏi lớn phức tạp về cấu trúc và thành phần độc nhất của ribosome này đã tiến hoá như thế nào để phù hợp cho quá trình dịch mã của ty thể.

Dr. Nguyễn Tấn Trung

Bài báo:

Waltz, Florent, Tan-Trung Nguyen, Mathilde Arrivé, Anthony Bochler, Johana Chicher, Philippe Hammann, Lauriane Kuhn et al. “Small is big in Arabidopsis mitochondrial ribosome.” Nature Plants 5, no. 1 (2019): 106.