Các tế bào được bao bọc bởi một màng lipid, màng này tạo cấu trúc cho tế bào và đóng vai trò như một rào cản giữa tế bào và môi trường xung quanh. Tuy nhiên, những bằng chứng gần đây cho thấy các màng này không chỉ đơn thuần là bảo vệ mà còn ảnh hưởng đến hoạt động của các thụ thể protein.

Một nghiên cứu mới từ các nhà hóa học tại MIT đã củng cố thêm ý tưởng đó. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc thay đổi thành phần của màng tế bào có thể làm thay đổi chức năng của thụ thể màng thúc đẩy sự tăng sinh.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) có thể bị khóa ở trạng thái hoạt động quá mức khi màng tế bào có nồng độ lipid mang điện tích âm cao hơn bình thường. Điều này có thể giúp giải thích tại sao các tế bào ung thư có nồng độ lipid cao lại bước vào trạng thái tăng sinh mạnh mẽ, cho phép chúng phân chia không kiểm soát.

“Quan niệm lâu đời về chức năng của màng tế bào là nó chỉ đóng vai trò như một khung đỡ, một cấu trúc tổ chức. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều quan sát cho thấy có lẽ các lipid màng này thực sự đóng vai trò trong chức năng của thụ thể”, Gabriela Schlau-Cohen, Giáo sư Hóa học Robert T. Haslam và Bradley Dewey tại MIT và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Bà cho biết thêm, những phát hiện này mở ra khả năng khám phá ra các phương pháp điều trị khối u mới bằng cách trung hòa điện tích âm, từ đó có thể làm giảm tín hiệu EGFR.

Shwetha Srinivasan, tiến sĩ năm 2022, là tác giả chính của bài báo, được đăng trên tạp chí eLife . Các tác giả khác bao gồm các cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của MIT, Xingcheng Lin và Raju Regmi, Xuyan Chen, tiến sĩ năm 2025, và Bin Zhang, phó giáo sư hóa học tại MIT.

Động lực thụ thể

Thụ thể EGF, được tìm thấy trên các tế bào lót bề mặt cơ thể và các cơ quan, là một trong nhiều thụ thể giúp kiểm soát sự phát triển của tế bào. Một số loại ung thư, đặc biệt là ung thư phổi và u nguyên bào thần kinh đệm, biểu hiện quá mức thụ thể EGF, có thể dẫn đến sự phát triển không kiểm soát.

Giống như hầu hết các protein thụ thể, EGFR trải dài toàn bộ màng tế bào. Cho đến gần đây, việc nghiên cứu cách tín hiệu được truyền qua toàn bộ thụ thể vẫn còn gặp nhiều khó khăn, do việc tạo ra các màng có protein xuyên suốt và sau đó nghiên cứu cả hai đầu của các protein đó rất phức tạp.

Để dễ dàng hơn trong việc nghiên cứu các quá trình truyền tín hiệu này, phòng thí nghiệm của Schlau-Cohen sử dụng nanodisc, một loại màng tự lắp ráp đặc biệt mô phỏng màng tế bào. Khi chế tạo các nanodisc này, các nhà nghiên cứu có thể nhúng các thụ thể vào bên trong, cho phép nhóm nghiên cứu chức năng của thụ thể hoàn chỉnh.

Sử dụng kỹ thuật gọi là FRET phân tử đơn (truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang), các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu sự thay đổi hình dạng của thụ thể trong các điều kiện khác nhau. FRET phân tử đơn cho phép họ đo khoảng cách giữa các phần khác nhau của protein bằng cách gắn nhãn huỳnh quang lên chúng, sau đó đo tốc độ truyền năng lượng giữa các nhãn này.

Trong  nghiên cứu trước đây , Schlau-Cohen và Zhang đã sử dụng phương pháp FRET phân tử đơn và mô phỏng động lực học phân tử để làm sáng tỏ những gì xảy ra khi EGFR liên kết với EGF. Họ phát hiện ra rằng sự liên kết này khiến phần xuyên màng của thụ thể thay đổi hình dạng, và sự thay đổi hình dạng đó kích hoạt phần thụ thể kéo dài vào bên trong tế bào để kích hoạt bộ máy tế bào kích thích sự tăng trưởng.

Mắc kẹt trong trạng thái hoạt động quá mức

Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp tương tự để điều tra xem việc thay đổi thành phần của màng tế bào ảnh hưởng đến chức năng của thụ thể như thế nào. Đầu tiên, họ đã tìm hiểu xem nồng độ lipid mang điện tích âm tăng cao sẽ ảnh hưởng đến màng tế bào và chức năng của EGFR ra sao.

Thông thường, khoảng 15% màng tế bào được cấu tạo từ các lipid mang điện tích âm. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng màng tế bào có lipid mang điện tích âm trong khoảng từ 15 đến 30% hoạt động bình thường, nhưng nếu mức độ này đạt đến 60%, thì thụ thể EGFR sẽ bị khóa ở trạng thái hoạt động.

Ở trạng thái đó, con đường truyền tín hiệu thúc đẩy tăng trưởng luôn được kích hoạt, ngay cả khi không có EGF nào liên kết với thụ thể. Nhiều tế bào ung thư cho thấy mức độ lipid này tăng cao, và cơ chế này có thể giúp giải thích tại sao các tế bào đó có thể phát triển không kiểm soát, Schlau-Cohen nói.

“Nếu màng tế bào có hàm lượng lipid mang điện tích âm cao, thì nó luôn ở trạng thái mở. Cho dù phối tử có liên kết hay không thì cũng không quan trọng,” bà nói. “Nó luôn ở trạng thái báo hiệu cho tế bào phát triển, chứ không chỉ khi EGF liên kết.”

Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng hệ thống này để khám phá vai trò của cholesterol trong chức năng của EGFR. Khi các nhà nghiên cứu tạo ra các nanodisc với nồng độ cholesterol cao, họ phát hiện ra rằng màng tế bào trở nên cứng hơn, và độ cứng này ức chế tín hiệu EGFR.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện Y tế Quốc gia và Khoa Hóa học của MIT.