Đột biến di truyền tiềm ẩn trong tế bào gốc có thể làm giảm hiệu quả điều trị

Lần đầu tiên, giả thuyết cổ điển về việc tích lũy các đột biến gen trong ty thể theo độ tuổi đã được các nhà khoa học xác nhận. 

Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Tiến sĩ Shoukhrat Mitalipov – Giám đốc Trung Tâm Liệu Pháp Gen và Tế Bào Gốc Phôi thuộc Đại Học Khoa Học và Y Tế Oregon (OHSU) đã phát hiện ra tế bào gốc vạn năng cảm ứng iPS, là loại tế bào gốc có nguồn gốc từ tế bào da hoặc tế bào máu của bệnh nhân có chứa DNA ty thể bị sai hỏng.

Mitalipov cho biết: “Các đột biến gây bệnh trong DNA ty thể (mitochondrial DNA, mDNA) được xem là nguyên nhân dẫn đến sự lão hóa và nhiều bệnh liên quan đến tuổi tác mặc dù chưa có bằng chứng rõ ràng.  Với các bằng chứng hiện có, chúng tôi biết rằng chúng tôi cần phải sàng lọc các đột biến trong tế bào gốc hoặc thu nhận chúng từ khi còn trẻ để đảm bảo các gen trong ty thể bình thường. Kiến thức nền tảng này cho thấy sự hư hỏng của các tế bào trong quá trình lão hóa tự nhiên có thể giúp làm rõ vai trò của các đột biến trong ty thể ở các bệnh thoái hóa”.

Các gen ty thể tồn tại ngoài nhân thường có dễ bị tổn thương. Các đột biến trong DNA ty thể tăng lên ngẫu nhiên theo độ tuổi gây hạn chế khả năng tạo năng lượng, tạo ra các tín hiệu và thực hiện chức năng.

Liệu pháp tế bào gốc hứa hẹn có nhiều tiềm năng trong điều trị bệnh. Tuy nhiên, các sai hỏng trong ty thể có thể làm giảm khả năng phục hồi mô hoặc cơ quan bị tổn thương của tế bào iPS.  Để tránh làm giảm hiểu quả điều trị của iPS, Mitalipov và cộng sự đã đề xuất sàng lọc (screening) tế bào để phát hiện các đột biến DNA ty thể.

Tiến sĩ, bác sĩ Taosheng Huang, là một nhà di truyền y sinh và là giáo đốc Chương Trình Rối Loạn Ty Thể tại Trung Tâm Y Học của Bệnh Viện Nhi Cincinati nói rằng: “Nếu muốn sử dụng tế bào iPS thì phải kiểm tra các đột biến trong bộ gen ty thể.  Mỗi tế bào đơn đều có đặc điểm riêng biệt và hai tế bào cạnh nhau có thể có những đột biến hoặc tỷ lệ đột biến khác nhau.” 

Tiến sĩ bác sĩ Andre Terzi, đồng tác giả nghiên cứu cũng là Giám đốc của Trung Tâm Ứng Dụng Y Học Tái Tạo cho biết thêm: “Những nổ lực hợp tác đa ngành này xác định tính toàn vẹn bộ gen ti thể như một sự phục hồi những đặc điểm cần thiết để đánh giá hiểu quả của các sản phẩm tái tạo từ bệnh nhân  được đưa vào ứng dụng lâm sàng”

Mỗi cá thể có hàng tỷ tế bào và mỗi tế bào có hàng ngàn bản sao ty thể. Khi các tế bào lão hóa, trong mỗi bộ gen ty thể có thể tích lũy hàng ngàn đột biến khác nhau. Vì mỗi tế bào mang đột biến riêng nên khi các nhà nghiên cứu kiểm tra mẫu da và máu chứa hàng nghìn tế bào và kết quả là hầu hết đột biến trong ty thể đều “ẩn”. Đột biến chỉ có thể biểu hiện khi mỗi tế bào có đột biến tương tự nhau.

Tuy nhiên, những đột biến này có thể phát hiện ở các tế bào iPS. Trong quá trình tạo dòng tế bào iPS, các nhà nghiên cứu đã nhân dòng (clone) từ tế bào da và máu của bệnh nhân. Kết quả cho thấy mỗi tế bào iPS chứa các đột biến DNA ty thể giống nhau và giống với tế bào trưởng thành ban đầu.

Trong nghiên cứu này, thay vì nghiên cứu một dòng tế bào iPS, các nhà nghiên cứu đã thu nhận và giải trình từ 10 dòng tế bào iPS từ mẫu mô bệnh nhân để tìm hiểu rõ hơn về tần số đột biến DNA ty thể.

Họ đã thu nhận mẫu máu và da của người bình thường và người bệnh thoái hóa  có độ tuổi từ 24 đến 72. Khi họ kiểm tra đột biến ở tế bào máu và da thì thấy rằng mức độ đột biến xuất hiện thấp.

Sau đó họ tạo cơ sở dữ liệu 20 dòng iPS ở mỗi bệnh nhân bao gồm 10 dòng từ tế bào máu và 10 dòng từ tế bào da. Sau khi giải trình tự (sequence) các dòng này thì thấy rằng số lượng đột biến DNA ty thể cao hơn, đặc biệt là các tế bào từ những bệnh nhân trên 60 tuổi.  Họ đã phân tích 130 dòng iPS và phát hiện 80% xuất hiện đột biến. Họ cũng tìm thấy tỷ lệ ty thể mang đột biến trong tế bào cao hơn. Số lượng đột biến DNA ty thể trong một tế bào càng lớn thì chức năng của tế bào bị phá hủy càng mạnh.

Tác giả đề nghị sản xuất và sàng lọc nhiều dòng tế bào từ mỗi bệnh nhân và sau đó chọn lọc dòng ít sai hỏng nhất.

Tháng 5.2013 Mitalipov là nhà khoa học đầu tiên trên thế giới đã chứng minh việc chuyển nhân tế bào soma (somatic cell nuclear transfer – SCNT) thành công để tạo ra các tế bào gốc phôi người từ tế bào da. Bước đột phá này thành quả của một trong các nghiên cứu trong vòng 6 năm, bao gồm công trình năm 2007 đã giải thích phương pháp chuyển nhân để tạo tế bào gốc phôi từ bộ linh trưởng không phải con người. Các nhà khoa học OHSU cũng chứng minh rằng chuyển nhân tế bào soma cho phép thay thế các gen trong ty thể bị đột biến của người bệnh với ty thể bình thường từ trứng của người cho mà vẫn giữ nhân của tế bào từ người bệnh.

IBSG – Stem Cell Group (chuyển ngữ)

Nguồn:  Sciencedaily

Tham khảo từ tạp chí: 

1. Eunju Kang, Xinjian Wang, Rebecca Tippner-Hedges, Hong Ma, Clifford D.L. Folmes, Nuria Marti Gutierrez, Yeonmi Lee, Crystal Van Dyken, Riffat Ahmed, Ying Li, Amy Koski, Tomonari Hayama, Shiyu Luo, Cary O. Harding, Paula Amato, Jeffrey Jensen, David Battaglia, David Lee, Diana Wu, Andre Terzic, Don P. Wolf, Taosheng Huang, Shoukhrat Mitalipov. Age-Related Accumulation of Somatic Mitochondrial DNA Mutations in Adult-Derived Human iPSCs. Cell Stem Cell, 2016; DOI: 10.1016/j.stem.2016.02.005

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.