Dấu hiệu cho thấy sự khác biệt giữa tế bào gốc “trẻ” và “già”

0
817

Trong một nghiên cứu công bố ngày 27 tháng 6 năm 2013 trên tạp chí Cell Reports, nhóm nghiên cứu của GS.TS.BS thần kinh học Thomas Rando đã xác định được sự khác biệt đặc trưng trong “chữ kí histone” (histone – signatures) giữa tế bào gốc từ mô cơ của những con chuột trẻ và chuột già. Nhóm nghiên cứu cũng phân biệt được sự khác nhau giữa histone – signatures của tế bào gốc hoạt động và không hoạt động trong mô cơ chuột trẻ. Theo lời GS.TS.BS Rando, họ đang cố gắng để hiểu bằng cách nào một tế bào có thể tự xác định được nó trong những giai đoạn khác nhau thông qua các dấu hiệu trên protein histone bao quanh phân tử DNA, từ đó hướng đến xác định được “tuổi” của tế bào một cách khách quan.

Trong khi tất cả các tế bào trong cơ thể hầu như có bộ gen giống nhau thì tế bào gốc lại có tiềm năng biến đổi từ tế bào này thành tế bào khác, chẳng hạn tế bào thần kinh lại có thể biến đổi thành tế bào mỡ. Điều này được lí giải là do chỉ một phần của bộ gen được “mở” – những gen này tham gia tích cực vào quá trình sản xuất một hoặc vài phân tử protein. Tế bào cơ thì sản xuất ra các protein được sử dụng trong các tế bào cơ, tế bào gan thì sản xuất những protein sử dụng trong tế bào gan. Nhóm nghiên cứu này cho rằng sự khác biệt trong quá trình “đóng/mở” một số gen có thể giúp phân biệt những tế bào gốc già so với tế bào gốc trẻ.

Trong tế bào người, DNA được xoắn chặt xung quanh lõi là phân tử protein histone, do vậy những tín hiệu hóa học trên histone cũng đóng vai trò giúp quyết định gen nào được hoạt động trong từng giai đoạn cụ thể. Năm 2005, Rando và cộng sự đã công bố một nghiên cứu trên tạp chí Nature cho thấy tế bào gốc ở một số mô như mô cơ ở những con chuột già dường như “trẻ lại” khi chúng được tiếp xúc với máu của các con chuột trẻ. Khả năng phân chia, khả năng biệt hóa và phục hồi lại các mô của chúng (điều sẽ suy giảm theo thời gian sống) khi này tương tự những tế bào gốc cùng loại ở những con chuột trẻ hơn. Điều này dẫn đến sự tò mò rằng việc gì thực sự xảy ra bên trong tế bào giúp trẻ hóa nó, và câu trả lời có thể liên quan đến phân tử histone cùng những tín hiệu hóa học gắn trên nó làm thay đổi một số quá trình ở mức độ tế bào.

Để chứng minh được điều này, nhóm nghiên cứu của Rando đã quan sát những tế bào vệ tinh, một nhóm tế bào gốc quan trọng có vai trò dự trữ cho việc hình thành mô cơ mới. Trong điều kiện bình thường, những tế bào này thường không hoạt động và ở vị trí bên cạnh các sợi cơ. Nhưng khi có một vài tín hiệu được giải phóng bởi sự tổn thương hay thoái hóa cơ thì những tế bào này bắt đầu phân chia và sát nhập vào những vùng cơ tổn thương giúp sửa chữa và tái tạo mô cơ. Họ đã thu nhận tế bào vệ tinh từ mô cơ bình thường lẫn tổn thương ở các con chuột trẻ và  mô cơ bình thường ở những con chuột già, tách DNA vẫn còn gắn cùng phân tử histone, sau đó sử dụng kháng thể cụ thể cho từng tín hiệu khác nhau để xác định những điểm nào trên phân tử histone đang có những tín hiệu cho phép “đóng” hoặc  “mở” gen.

Theo GS.TS.BS. Rando, tuy các tế bào vệ tinh có thể giữ trạng thái yên lặng trong suốt quá trình sống của chúng, nhưng chúng sẽ chuyển ngay sang ở dạng hoạt động khi được kích hoạt bởi những tín hiệu từ các mô cần sửa chữa. Như vậy, có thể giả thuyết rằng tế bào vệ tinh đã được lập trình sẵn để chúng có thể trở thành các tế bào cơ, và trong những tế bào gốc đang ở trạng thái yên lặng này thì các gen cụ thể cho việc phát triển thành các loại tế bào khác như da, não đang được đánh dấu bởi các tín hiệu “dừng”. Trong khi đó, ở các tế bào vệ tinh được thu nhận từ những con chuột trẻ hơn thì histone lân cận với các vùng gen hoạt động để giúp tế bào biệt hóa thành các dạng tế bào cụ thể khác thì được đánh dấu với cả những tín hiệu “dừng” và “hoạt động”, như trường hợp các gen liên quan đến quá trình phát triển thành tế bào cơ.

20-8

Sự khác biệt “đóng” và “mở” gen giữa tế bào gốc trẻ và già

“Chúng tôi không tìm kiếm điều này, và chắc chắn chúng tôi không mong đợi điều này”, Rando nói. “Chúng tôi đã trông đợi rằng tất cả các gen đang hoạt động thì được đánh dấu bởi các tín hiệu “mở”, hoặc sẵn sàng hoạt động cho việc hình thành tế bào cơ thì được đánh dấu với tín hiệu “mở” lẫn “đóng”, và tất cả các gen khác thì ở trạng thái “đóng”. Tuy nhiên, khi quan sát các tế bào vệ tinh này thì chúng lại dường như sẵn sàng trở thành tất cả các dạng tế bào khác nhau không chỉ riêng tế bào cơ. Điều này thật kì diệu. Có lẽ số phận của tế bào này không bị gắn chặt để hình thành một tế bào cụ thể nào đó vĩnh viễn. Cánh cửa hiện tại đang đóng chặt, nhưng chuyện gì sẽ xảy ra nếu chúng được kích hoạt bởi những tín hiệu phù hợp?”

Một điều thú vị khác là những tế bào vệ tinh đã được hoạt hóa từ mô cơ tổn thương thì lại có các gen được đánh dấu với tín hiệu “dừng” nhiều hơn so với các tế bào ở trạng thái im lặng. Các nhà nghiên cứu cho rằng khi tế bào chuyển từ trạng thái im lặng sang trạng thái hoạt động thì sẽ có nhiều gen được đánh dấu “mở”, tuy nhiên thực tế thì ngược lại, có sự gia tăng đáng kể các tín hiệu ức chế trên bộ gen khi tế bào chuyển sang trạng thái hoạt hóa. Nhóm nghiên cứu này đã tìm thấy sự khác biệt giữa những tế bào im lặng và những tế bào hoạt động cũng tương tự sự khác biệt giữa các tế bào vệ tinh im lặng ở giai đoạn trẻ và giai đoạn già. Những tế bào có thời gian sống càng lâu thì càng có sự gia tăng các tín hiệu ức chế và một lượng lớn các gen ở trạng thái “tắt”.

Các ghi nhận về sự khác biệt tín hiệu trên histone giữa những tế bào trẻ và tế bào già giúp hình thành một thước đo mới và quan trọng trong việc xác định tiến trình lão hóa cũng như trẻ hóa của tế bào. Và có thể ứng dụng những tín hiệu này cho việc làm trẻ hóa tế bào, như trường hợp mô của một số chuột già được trẻ hóa khi tiếp xúc với máu cúa chuột trẻ đã được đề cập phía trên.

 

Tham khảo:
Ling Liu, Tom H. Cheung, Gregory W. Charville, Bernadette Marie Ceniza Hurgo, Tripp Leavitt, Johnathan Shih, Anne Brunet, Thomas A. Rando. Chromatin Modifications as Determinants of Muscle Stem Cell Quiescence and Chronological AgingCell Reports, 2013.

Trịnh Ngọc Lê Vân
Theo ScienceDaily