Blockdit Logo (Mobile)
สงสัยสิ
•
เมื่อวาน เวลา 03:37 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

พับผิด ชีวิตเปลี่ยน : เมื่อโรคร้ายบางชนิด เริ่มจากโปรตีนที่พับผิดเพียงตัวเดียว

ลองจินตนาการว่าในร่างกายของเรา มี “เครื่องจักรจิ๋ว” นับล้านล้านตัวกำลังทำงานอยู่ตลอดเวลา เครื่องจักรเหล่านี้เรียกว่า โปรตีน (protein) และแต่ละตัวมีรูปร่างเฉพาะตัว เพื่อทำหน้าที่ของมัน แต่ถ้าเครื่องจักรเหล่านี้ ประกอบผิดรูป ผลลัพธ์อาจไม่ใช่แค่ทำงานผิดพลาด แต่อาจนำไปสู่โรคร้ายแรงอย่าง โรคสมองเสื่อม อัลไซเมอร์ หรือพาร์กินสัน ได้ด้วย
โปรตีน: จากเส้นตรงสู่เครื่องจักรสามมิติ
โปรตีนเริ่มต้นจากการเป็น สายยาวของกรดอะมิโน (amino acids) ที่เรียงต่อกันตามข้อมูลพันธุกรรมใน DNA
หลังจากถูกสร้างขึ้นในเซลล์ สายกรดอะมิโนนี้จะพับตัวเป็นโครงสร้างสามมิติ (protein folding) ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญที่ทำให้โปรตีนสามารถทำหน้าที่ทางชีวภาพได้
ตัวอย่างหน้าที่ของโปรตีน เช่น
  • ●
    ​เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาเคมี
  • ●
    ​ตัวรับสัญญาณของเซลล์
  • ●
    ​โครงสร้างของเนื้อเยื่อ
  • ●
    ​ตัวขนส่งสารในร่างกาย
หากโปรตีน พับตัวถูกต้อง → ทำงานได้ตามปกติ
แต่ถ้า พับผิด → อาจสูญเสียหน้าที่หรือกลายเป็นพิษต่อเซลล์
1
แล้วโปรตีนพับผิดได้อย่างไร?
แม้ในเซลล์จะมีระบบควบคุมการพับโปรตีน แต่ก็ยังเกิดความผิดพลาดได้จากหลายปัจจัย
1. การกลายพันธุ์ของยีน
โปรตีนถูกสร้างขึ้นจากคำสั่งใน ยีน (genes) หากยีนเกิดการเปลี่ยนแปลงแม้เพียงเล็กน้อย เช่น การเปลี่ยนกรดอะมิโนเพียงตัวเดียว ก็สามารถทำให้โครงสร้างของโปรตีนเปลี่ยนไปและพับตัวผิดได้
ตัวอย่างโรคที่เกี่ยวข้องกับการพับผิดของโปรตีน เช่น
  • ●
    ​Huntington's disease
  • ●
    ​Cystic fibrosis
ซึ่งเกิดจากโปรตีนที่มีโครงสร้างผิดปกติและทำงานไม่ได้ตามปกติ
2. ความผิดพลาดระหว่างการสร้างโปรตีน
โปรตีนถูกสร้างโดยเครื่องจักรของเซลล์ที่เรียกว่า ไรโบโซม (ribosome) ระหว่างกระบวนการสร้างโปรตีน อาจเกิดปัญหา เช่น
  • ●
    ​การสร้างโปรตีนผิดพลาด
  • ●
    ​สภาพแวดล้อมในเซลล์ไม่เหมาะสม
  • ●
    ​การพับตัวเร็วหรือช้าเกินไป
ปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้โปรตีน พับตัวผิดตั้งแต่แรกเริ่ม
3. โปรตีนพับผิดสามารถรวมตัวเป็นก้อน
โปรตีนที่พับผิดมักมีพื้นผิวที่ทำให้มัน เกาะกันได้ง่าย
เมื่อโปรตีนเหล่านี้รวมตัวกัน จะเกิด ก้อนโปรตีน (protein aggregates) ซึ่งสามารถสะสมในเซลล์และรบกวนการทำงานของเซลล์ โดยเฉพาะเซลล์ประสาทในสมอง
ตัวอย่างโรคที่เกี่ยวข้อง เช่น
  • ●
    ​โรค Alzheimer’s disease เกิดจากการสะสมของก้อนโปรตีน Amyloid-β
  • ●
    ​โรค Parkinson’s disease เกิดจากการสะสมของก้อนโปรตีน α-synuclein
  • ●
    ​โรค Prion diseases เกิดจากการสะสมของก้อนโปรตีน Prion protein
ภาพแสดงความแตกต่างระหว่างสมองปกติกับสมองที่เป็น Alzheimer’s disease Image credit :  HOMED Medical Clinic
การสะสมของก้อนโปรตีนเหล่านี้สามารถทำลายเซลล์ประสาทและนำไปสู่โรคสมองเสื่อมได้
4. โปรตีนพับผิดสามารถ “แพร่ต่อ” ได้
ในบางโรค โปรตีนที่พับผิดสามารถ กระตุ้นให้โปรตีนปกติพับผิดตาม เกิดเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่
ปรากฏการณ์นี้พบใน โรคพรีออน (prion diseases) เช่น
  • 1.
    ​Mad Cow disease
  • 2.
    ​Creutzfeldt-Jakob disease
โปรตีนที่พับผิดจึงสามารถเพิ่มจำนวนและทำลายเนื้อสมองได้อย่างรวดเร็ว
ถ้าถามว่าร่างกายเรามีระบบป้องกันอะไรพวกนี้ไหม จริงๆ แล้ว เซลล์มีระบบควบคุมคุณภาพโปรตีน เช่น
  • ●
    ​Molecular chaperones -ช่วยให้โปรตีนพับตัวอย่างถูกต้อง
  • ●
    ​Proteasome system - ทำหน้าที่กำจัดโปรตีนที่พับผิดหรือเสียหาย
แต่อย่างไรก็ตาม เมื่ออายุมากขึ้น หรือเมื่อโปรตีนพับผิดเกิดขึ้นมากเกินไป ระบบเหล่านี้อาจไม่สามารถกำจัดโปรตีนผิดรูปได้ทั้งหมด ทำให้เกิดการสะสมและก่อโรคในที่สุด
แล้ววิทยาศาสตร์แก้ปัญหานี้ยังไง?
นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาวิธีจัดการกับโปรตีนพับผิด เช่น
  • ●
    ​ยาที่ช่วย ป้องกันการรวมตัวของโปรตีน
  • ●
    ​โมเลกุลที่ช่วย เสถียรโครงสร้างโปรตีน
  • ●
    ​การใช้ ปัญญาประดิษฐ์ทำนายโครงสร้างโปรตีน เช่น AlphaFold เพื่อเข้าใจการพับโปรตีนได้แม่นยำขึ้น
ความเข้าใจเรื่องโปรตีนพับผิดจึงอาจนำไปสู่การรักษาโรคทางสมองในอนาคต
สรุปแบบเข้าใจง่ายๆนะคะ
1. โปรตีนต้องพับตัวเป็นโครงสร้างสามมิติที่ถูกต้องจึงจะทำงานได้
2. แต่โปรตีนบางชนิดพับผิด เนื่องจาก การกลายพันธุ์ของยีน, ความผิดพลาดในการสร้างโปรตีน, การรวมตัวเป็นก้อนของโปรตีน, การแพร่ของโปรตีนพรีออน
3. เมื่อโปรตีนผิดรูปสะสม โดยเฉพาะในสมอง สามารถนำไปสู่โรคได้ เช่น อัลไซเมอร์ พาร์กินสัน และโรคพรีออน
พูดง่าย ๆ คือ
โรคร้ายบางชนิดเริ่มต้นจากการที่ “โปรตีนพับผิดตัวเดียว”
เรื่องราวของโปรตีนพับผิดจึงเป็นเครื่องเตือนว่า ความผิดพลาดเล็กที่สุดในระดับโมเลกุล อาจส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์อย่างมหาศาล
เอกสารอ้างอิง
1. Alberts, B. et al. (2022). Molecular Biology of the Cell. Garland Science.
2. Dobson, C. M. (2003). Protein folding and misfolding. Nature, 426, 884–890.
3. Hartl, F. U., Bracher, A., & Hayer-Hartl, M. (2011). Molecular chaperones in protein folding and proteostasis. Nature.
4. National Institute on Aging (NIH). Protein Misfolding and Neurodegenerative Disease.
https://www.nia.nih.gov
5. Jumper, J. et al. (2021). Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature.
โฆษณา