Phát hiện bí ẩn của tế bào gốc

Các nhà thần kinh học tìm ra một số bước đầu trong quá trình tế bào gốc biệt hóa thành tế bào khác

Bằng cách nào tế bào thần kinh trở thành tế bào thần kinh? Chúng bắt đầu từ những tế bào gốc và với tính vạn năng mang trong mình chúng có thể trở thành bất cứ tế bào nào trong cơ thể.

Cho đến nay, một số bí ẩn khoa học đã hé lộ về những sự kiện đó diễn ra như thế nào. Một nghiên cứu mới được tiến hành bởi nhà thần kinh học Đại Học California Santa Barbara (UCSB) đã giải mã một vài thay đổi sớm xảy ra trước khi tế bào gốc biến đổi thành tế bào thần kinh cũng như những kiểu tế bào khác.

Khi nghiên cứu về tế bào gốc phôi người trong đĩa petri, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Jiwon Jang phát hiện ra một con đường mới giữ vai trò then chốt trong biệt hóa tế bào. Những phát hiện này được đăng trên tạp chí Cell.

Theo lời tiến sĩ Kenneth S. Kosik, đồng thời là giáo sư của Harriman nghiên cứu khoa học thần kinh của Bộ môn Phân tử, Tế bào và Sinh học phát triển – UC Santa Barbara: “Khám phá của Jiwon là rất quan trọng bởi vì nó mang đến cho chúng ta sự hiểu biết cơ bản về cách thức mà tế bào gốc hoạt động và con đường mà chúng trải qua quá trình biệt hóa.  Đây là một mảnh ghép rất cơ bản về những điều còn thiếu trong kiến thức của chúng ta về lĩnh vực này.”

Khi các tế bào gốc bắt đầu biệt hóa, chúng hình thành các tế bào tiền thân như: neuroectodems (ngoại bì thần kinh) sẽ hình thành các tế bào não như tế bào thần kinh; hoặc mesendoderm (sẽ phân hóa thành trung bì và nội bì trong quá trình hình thành phôi) sẽ biệt hóa cuối cùng thành các tế bào cơ quan: cơ, máu, và xương

Jang phát hiện một số bước theo những gì mà ông và Kosik đã đánh dấu trên trục PAN (Primary cilium, Autophagy, Nrf2 – lông mao sơ cấp, Autophagy, Nrf2). Con đường mới được xác định này dường như để quyết định kiểu hình cuối cùng của tế bào gốc.

 Jang giải thích rằng: “Trục PAN đóng vai trò quan trọng trong quyết định số phận tế bào. Sự kéo dài của giai đoạn G1 cảm ứng hình thành và duỗi dài các lông mao, như là những ăng-ten của tế bào, chúng giúp tiếp xúc với nhiều tín hiệu môi trường hơn.”

Trong một khoảng thời gian, các nhà khoa học đã biết về Gap 1 (G1), là giai đoạn đầu tiên trong 4 giai đoạn của chu kỳ tế bào, nhưng họ không biết rõ vai trò của nó trong sự biệt hóa tế bào gốc. Nghiên cứu của Jang chứng minh rằng các tế bào gốc đã được định trước để trở thành tế bào thần kinh và sự kéo dài của giai đoạn G1 gây ra nhiều ảnh hưởng khác nhau làm tế bào gốc thành neuroectoderms.

Trong suốt khoảng thời gian G1 kéo dài này, các tế bào phát triển các lông mao sơ cấp, lông mao nhô ra như những ăng-ten giúp chúng cảm nhận môi trường xung quanh. Lông mao kích hoạt quá trình xử lý “rác thải” của tế bào gọi là quá trình Autophagy.

Một yếu tố quan trọng khác là Nrf2, chúng kiểm soát những phân tử nguy hiểm có ở tế bào như các gốc tự do, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tạo ra một tế bào khỏe mạnh.

Kosik, đồng giám đốc của Viện Nghiên Cứu Khoa Học Thần Kinh đã nói: “Nrf2 như một nhân tố bảo vệ cho tế bào và đảm bảo tế bào hoạt động đúng. Mức độ Nrf2 có mặt rất cao trong tế bào gốc vì tế bào gốc chính là tương lai. Nếu không có Nrf2 theo dõi sự toàn vẹn của bộ gen thì sẽ gây ra những khó khăn sau này.”

Công trình của Jang cho thấy mức độ của Nrf2 đã giảm dần trong khoảng thời gian kéo dài ở giai đoạn G1. Kosik lưu ý đặc biệt rằng điều này rất có ý nghĩa vì Nrf2 thường không giảm cho đến khi các tế bào đã bắt đầu quá trình biệt hóa.

“Chúng tôi nghĩ rằng, trong cùng điều kiện nếu các tế bào giống hệt nhau, cả hai sẽ biệt hóa theo cùng một cách, nhưng đó không phải là những gì chúng tôi tìm thấy”, Jang nói. “Số phận của tế bào được điều khiển bởi sự kéo dài G1, sự duỗi dài của các lông mao giúp chúng tiếp xúc với các tín hiệu từ môi trường xung quanh. Đó là một trong những khái niệm khá mới mẻ”

IBSG – Stem Cell Group (chuyển ngữ)

Bài báo:

1. University of California – Santa Barbara. (2016, March 24). Unraveling the mystery of stem cells: Neuroscientists document some of the first steps in the process by which a stem cell transforms into different cell types. ScienceDaily.
2. Jiwon Jang, Yidi Wang, Matthew A. Lalli, Elmer Guzman, Sirie E. Godshalk, Hongjun Zhou, Kenneth S. Kosik. Primary Cilium-Autophagy-Nrf2 (PAN) Axis Activation Commits Human Embryonic Stem Cells to a Neuroectoderm Fate.Cell, 2016; DOI: 10.1016/j.cell.2016.02.014

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả.