Các nhà khoa học khám phá ra bí mật để điều chỉnh đồng hồ sinh học của người, hi vọng chấm dứt tình trạng lệch múi giờ (Jet lag)

Các nhà khoa học từ Trường Y khoa Duke-NUS và Đại học California, Santa Cruz đã khám phá ra bí mật để điều chỉnh đồng hồ sinh học bên trong của chúng ta. Họ xác định rằng bộ điều chỉnh này nằm ngay tại phần cuối của Casein Kinase 1 delta (CK1δ), một loại protein đóng vai trò là bộ điều chỉnh nhịp độ cho đồng hồ sinh học bên trong của chúng ta hoặc chu kỳ 24 giờ tự nhiên kiểm soát các kiểu ngủ-thức và các chức năng hàng ngày khác, được gọi là nhịp sinh học.

Được công bố trên tạp chí PNAS , những phát hiện của họ có thể mở đường cho những phương pháp tiếp cận mới để điều trị các rối loạn liên quan đến đồng hồ sinh học của chúng ta.

CK1δ điều chỉnh nhịp sinh học bằng cách gắn thẻ các protein khác liên quan đến đồng hồ sinh học của chúng ta để tinh chỉnh thời gian của các nhịp này. Ngoài việc sửa đổi các protein khác, bản thân CK1δ có thể được gắn thẻ, do đó thay đổi khả năng điều chỉnh các protein liên quan đến việc chạy đồng hồ bên trong cơ thể.

Nghiên cứu trước đây đã xác định được hai phiên bản riêng biệt của CK1δ, được gọi là isoform δ1 và δ2, chỉ khác nhau ở 16 khối xây dựng hoặc axit amin ngay tại phần cuối của protein trong một phần được gọi là đuôi C. Tuy nhiên, những khác biệt nhỏ này ảnh hưởng đáng kể đến chức năng của CK1δ. Mặc dù người ta biết rằng khi các protein này được gắn thẻ, khả năng điều chỉnh đồng hồ sinh học của chúng sẽ giảm đi, nhưng không ai biết chính xác điều này xảy ra như thế nào.

Sử dụng các kỹ thuật quang phổ và phép đo quang phổ tiên tiến để phóng to các đuôi, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cách gắn thẻ protein được xác định bởi trình tự đuôi riêng biệt của chúng.

Giáo sư Carrie Partch, nhà nghiên cứu của Viện Y khoa Howard Hughes thuộc Khoa Hóa học và Hóa sinh tại Đại học California, Santa Cruz và là tác giả liên hệ của nghiên cứu giải thích:

“Những phát hiện của chúng tôi xác định chính xác ba vị trí cụ thể trên đuôi của CK1δ, nơi các nhóm phosphate có thể bám vào, và những vị trí này rất quan trọng để kiểm soát hoạt động của protein. Khi những điểm này được gắn nhãn bằng một nhóm phosphate, CK1δ trở nên ít hoạt động hơn, điều đó có nghĩa là nó không ảnh hưởng đến nhịp sinh học của chúng ta một cách hiệu quả. Sử dụng phân tích độ phân giải cao, chúng tôi có thể xác định chính xác các vị trí liên quan — và điều đó thực sự thú vị.”

Lần đầu tiên nghiên cứu loại protein này cách đây hơn 30 năm khi điều tra vai trò của nó trong quá trình phân chia tế bào, Giáo sư David Virshup, giám đốc Chương trình Sinh học tế bào gốc và ung thư tại Duke-NUS và là đồng tác giả liên hệ của nghiên cứu, đã giải thích thêm:

“Với công nghệ chúng tôi có hiện nay, cuối cùng chúng tôi đã có thể đi đến tận cùng của một câu hỏi đã không có lời giải đáp trong hơn 25 năm. Chúng tôi phát hiện ra rằng đuôi δ1 tương tác rộng rãi hơn với phần chính của protein, dẫn đến sự tự ức chế lớn hơn so với δ2. Điều này có nghĩa là δ1 được điều chỉnh chặt chẽ hơn bởi đuôi của nó so với δ2. Khi các vị trí này bị đột biến hoặc bị loại bỏ, δ1 trở nên hoạt động mạnh hơn, dẫn đến những thay đổi trong nhịp sinh học. Ngược lại, δ2 không có cùng tác dụng điều chỉnh từ vùng đuôi của nó.”

Phát hiện này làm nổi bật cách một phần nhỏ của CK1δ có thể ảnh hưởng lớn đến hoạt động tổng thể của nó. Sự tự điều chỉnh này rất quan trọng để duy trì hoạt động của CK1δ cân bằng, từ đó giúp điều chỉnh nhịp sinh học của chúng ta.

Nghiên cứu cũng đề cập đến những hàm ý rộng hơn của những phát hiện này. CK1δ đóng vai trò trong một số quá trình quan trọng ngoài nhịp sinh học, bao gồm phân chia tế bào, phát triển ung thư và một số bệnh thoái hóa thần kinh. Bằng cách hiểu rõ hơn về cách hoạt động của CK1δ được điều chỉnh, các nhà khoa học có thể mở ra những hướng đi mới để điều trị không chỉ các rối loạn nhịp sinh học mà còn nhiều tình trạng bệnh khác.

Giáo sư Patrick Tan, Phó Trưởng khoa Nghiên cứu tại Duke-NUS, nhận xét:

“Điều chỉnh đồng hồ sinh học bên trong không chỉ giúp chữa chứng lệch múi giờ mà còn cải thiện chất lượng giấc ngủ, quá trình trao đổi chất và sức khỏe tổng thể. Khám phá quan trọng này có khả năng mở ra cánh cửa mới cho các phương pháp điều trị có thể thay đổi cách chúng ta quản lý những khía cạnh thiết yếu này trong cuộc sống hàng ngày.”

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục điều tra cách các yếu tố thực tế, chẳng hạn như chế độ ăn uống và thay đổi môi trường, ảnh hưởng đến các vị trí gắn thẻ trên CK1δ. Điều này có thể cung cấp thông tin chi tiết về cách các yếu tố này ảnh hưởng đến nhịp sinh học và có thể dẫn đến các giải pháp thực tế để quản lý sự gián đoạn.

Journal Reference:

1. Rachel L. Harold, Nikhil K. Tulsian, Rajesh Narasimamurthy, Noelle Yaitanes, Maria G. Ayala Hernandez, Hsiau-Wei Lee, Priya Crosby, Sarvind M. Tripathi, David M. Virshup, Carrie L. Partch. Isoform-specific C-terminal phosphorylation drives autoinhibition of Casein kinase 1. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (41) DOI: 10.1073/pnas.2415567121