Bước đột phá trong việc tìm hiểu tế bào gốc biệt hóa như thế nào

Yếu tố vạn năng định hướng các gen liên quan đến quá trình biệt hóa

Các nhà khoa học tại Viện Nghiên Cứu Y Học Sanford Burnham Prebys (SBP) đã tạo ra một bước tiến lớn trong việc tìm hiểu bằng cách nào các tế bào của sinh vật chứa thông tin di truyền giống nhau lại trở nên rất đa dạng. Một nghiên cứu được công bố trong Molecular Cell cho thấy rằng một loại protein gọi là OCT4 thu hẹp phạm vi biệt hóa của các loại tế bào tế bào gốc. Những phát hiện này có thể tác động đến những nỗ lực nhằm sản xuất các loại tế bào chuyên biệt cho các liệu pháp điều trị trong tương lai để điều trị nhiều bệnh, cũng như hỗ trợ tìm hiểu những tác động của các loại thuốc đến quá trình biệt hóa của tế bào.

Laszlo Nagy, MD, Ph.D., giáo sư và giám đốc của Chương Trình Kiểm Soát Bộ Gen Trong Biến Dưỡng và là tác giả chính của nghiên cứu này cho biết: “Chúng tôi thấy rằng một protein đặc trưng – OCT4 – của tế bào gốc kích hoạt một số gen nhất định nào đó khi chúng bị hoạt hóa dẫn đến tế bào biệt hóa hoặc trở nên chuyên hóa hơn. Sự kích hoạt này tùy chỉnh các đáp ứng của tế bào gốc với các tín hiệu cảm ứng biệt hóa và tạo ra quá trình xử lý thông tin di truyền cơ bản hiệu quả hơn”.

Các vấn đề của sự biệt hóa

Khi sinh vật nói chung và con người nói riêng đều phát triển từ một cấu trúc đơn giản nhất và sớm nhất đến khi trưởng thành, các tế bào ở trạng thái ban đầu với tính linh động cao nhất (tế bào gốc) chuyển thành các loại tế bào chuyên hóa hơn để hình thành nên các mô cơ quan. Nhiều phòng thí nghiệm đang cố gắng tóm tắt lại quá trình này với mong muốn tạo ra loại tế bào chuyên biệt có thể dùng để cấy ghép điều trị bệnh. Ví dụ, tạo ra các tế bào beta ở tuyến tụy để điều trị bệnh tiểu đường, và tạo ra các tế bào thần kinh sản xuất dopamine để điều trị Parkinson.

Vai trò của OCT4 là gì?

OCT4 là một yếu tố phiên mã – một protein điều hòa hoạt động của gen – duy trì tính gốc của tế bào để có thể tạo nên bất kỳ mô nào trong cơ thể. OCT4 hoạt động bằng cách bám vào DNA và huy động các yếu tố khác nhằm khởi động hoặc kìm hãm quá trình phiên mã các gen cụ thể.

Nghiên cứu mới cho thấy rằng, ở một số gen nhất định, OCT4 cũng kết hợp với các yếu tố phiên mã khác, mà các nhân tố này được kích hoạt bởi các tín hiệu từ bên ngoài gồm những tác nhân như: axit retinoic (vitamin A), thụ thể (RAR) và beta-catenin có thể làm “bật” các gen tương ứng: Vitamin A gây chuyển đổi tế bào gốc thành tế bào tiền thân thần kinh và sự hoạt hóa của beta-catenin bởi Wnt có thể giúp duy trì tính toàn năng hoặc cũng có thể thúc đẩy sự biệt hóa thành những tế bào không thuộc thần kinh, điều này còn tùy thuộc vào sự có mặt của các tín hiệu khác. Việc huy động một nhóm các yếu tố có vài trò là “mồi” của các gen sẽ giúp các yếu tố đáp ứng với tín hiệu có thể được hoạt hóa.

Bức tranh lớn

“Những phát hiện của chúng tôi cho thấy một nguyên tắc chung về cách các tín hiệu biệt hóa giống nhau gây ra quá trình chuyển đổi riêng biệt ở các loại tế bào khác nhau” Nagy nói thêm. “Trong khi ở các tế bào gốc, OCT4 chiêu mộ RAR đến những gene liên quan tới thần kinh, thì ở tế bào tủy xương một yếu tố phiên mã khác sẽ chiêu mộ RAR đến những gene liên quan tới chương trình của bạch cầu hạt. Yếu tố quyết định tác động của tín hiệu biệt hóa trong các tế bào tủy xương cũng như các tế bào khác  vẫn đang được tiến hành nghiên cứu.

Những bước tiếp theo

“Về khía cạnh nào đó, chúng tôi đã tìm thấy “mã” cho các tế bào gốc, chúng liên kết với tín hiệu đầu vào như vitamin A và Wnt – kết quả đầu ra  sẽ tạo ra các loại tế bào khác nhau”: Nagy nói. “Hiện tại chúng tôi đang có kế hoạch để tìm hiểu xem liệu các yếu tố phiên mã khác có hoạt động tương tự như OCT4 hay không,  nghĩa là, chúng tôi tìm các “mã” trong các loại tế bào chuyên hóa hơn.

“Nếu các yếu tố khác cũng có chức năng kép này – việc duy trì cả trạng thái hiện tại của tế bào và những gene “mồi” nào đó sẽ đáp ứng với các tín hiệu từ bên ngoài – đó sẽ trả lời cho một câu hỏi quan trọng trong sinh học phát triển và thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu tế bào gốc.”

Nghiên cứu này được thực hiện nhờ vào sự hợp tác giữa các nhà khoa học tại Đại Học Debrecen Hungary, Đại Học Leicester ở Anh, Viện Max Planck về Di Truyền Sinh Học Phân Tử, Đại Học Würzburg và Trung Tâm Delbrück Max về Y Học Phân Tử tại Đức, Viện de Génomique ở Pháp và trường Y Khoa Weill. Nghiên cứu được nhận được sự hỗ trợ bởi các khoản tài trợ từ Quỹ Nghiên Cứu Khoa Học Hungary, Chương Trình Nghiên Cứu Não của Dân Cư Hungary, và Viện Sức Khỏe Hoa Kỳ.

IBSG Stem Cell (chuyển ngữ)

Bài báo:

1. Sanford-Burnham Prebys Medical Discovery Institute. (2016, August 4). Breakthrough in understanding how stem cells become specialized: Pluripotency factor primes genes involved in differentiation. ScienceDaily.
   
2. Tham khảo tại tạp chí: Zoltan Simandi, Attila Horvath, Lyndsey C. Wright, Ixchelt Cuaranta-Monroy, Isabella De Luca, Katalin Karolyi, Sascha Sauer, Jean-Francois Deleuze, Lorraine J. Gudas, Shaun M. Cowley, Laszlo Nagy. OCT4 Acts as an Integrator of Pluripotency and Signal-Induced Differentiation.Molecular Cell, 2016; DOI: 10.1016/j.molcel.2016.06.039

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.