Sự phân chia của tế bào mầm được điều khiển bởi con đường microRNA

Một trong những đặc tính quan trọng bậc nhất của tế bào mầm là chúng có khả năng phân sinh trong suốt một thời gian dài trong một môi trường xác định trong khi các dòng tế bào khác thường có khả năng này ở mức hạn chế. Do đó một câu hỏi then chốt là tại sao tế bào mầm có khả năng lờ đi được những dấu hiệu dừng phân chia.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự phân chia của tế bào mầm được điều khiển bởi con đường microRNA Sự phân chia của tế bàomầm được điều khiểnbởi con đườngmicroRNA Một trong những đặc tính quan trọng bậc nhất của tế bào mầm là chúng có khả năng phân sinh trong suốtmột thời gian dài trong một môitrường xác định trong khi cácdòng tế bào khác thường có khảnăng này ở mức hạn chế. Do đómột câu hỏi then chốt là tại sao tếbào mầm có khả năng lờ đi đượcnhững dấu hiệu dừng phân chia.Công bố của nhóm Hatfield trêntờ Nature (Nature 435, 974-978(16 June 2005)) được coi là mộtđột phá cực kỳ quan trọng tronglĩnh vực nghiên cứu tế bào mầm.Theo đó, sự phân chia của tế bàomầm được điều khiển bởi conđường microRNA. Khám phánày không chỉ trả lời cho mộttrong những câu hỏi bí ẩn nhấtcủa tế bào mầm mà còn khiếncho các nhà nghiên cứu càngngạc nhiên hơn về những bí mậtchưa hiểu hết của thế giớiRNA.Cơ chế gây im lặng gene dựa trênRNA chủ yếu được thực hiện thôngqua microRNA và RNA gây nhiễusợi ngắn (sort interfering RNA –siRNA), hai thành phần này đượcxử lý trước đó bằng Rnase sợi độidạng III (gọi là Dicer). Hầu hết cácnghiên cứu trên động vật cho thấycác miRNA trấn áp sự biểu hiệngene chủ yếu thông qua việc làmgián đọan sự dịch mã từ sợi mRNAsang protein. Cụ thể là chúng tươngtác với đích ngắm bằng cách gắnlên vùng không dịch mã đầu 3´ (3´UTR) của sợi mRNA thông quacách bắt cặp base không có độtương thích cao. Các thí nghiệmtrước đó đã gợi ý rằng các sợi RNAnhỏ điều hòa sự họat động của tếbào mầm thực vật và động vật. Hơnnữa một số miRNA còn biểu hiệnvới nhiều mức độ khác nhau trongcác tế bào mầm. Điều này cho thấyrất có thể các miRNA đóng vai tròquan trọng trong việc điều hòa tếbào mầm. Tuy nhiên, cho đến khibài báo của Hatfield và cộng sựxuất hiện thì cơ chế phân tử nàyhòan tòan chưa được biết đến.Để xác lập vai trò của miRNAtrong họat động tế bào mấm, cáctác giả tìm cách lọai bỏ tòan bộhọat động của miRNA trong dòngtế bào mầm sinh dục (germlinestem cell – GSC) của ruồi giấmDrosophila melanogaster. Nhắc lạirằng trong bộ gene của ruồi giấmcó chứa hai enzyme đồng đẳng điềukhiển quá trình tạo thành miRNA làDicer-1 và Dicer-2. Dicer-1 có vaitrò quan trọng với miRNA cònDicer-2 đặc biệt cần thiết để tạosiRNA, và nếu lọai bỏ Dicer-1 thìhọat tính của miRNA bị ảnh hườngtòan phần, trong khi siRNA chỉ bịtác động nhẹ. Và để làm suy giảmDicer-1 và Dicer-2, Hatfield vàcộng sự đã sử dụng nhiều biến thể(đột biến) khác nhau của các genedicer-1 và dicer-2 này.Kết quả phân tích trên dòng ruồigiấm mang đột biến dicer-1 chothấy buồng trứng của ruồi giấm suygiảm sự phát triển rất đáng kể.Ngược lại, với dòng ruồi giấm độtbiến không mang gene dicer-2 thìhọat động sinh học của GSC trongbuồng trứng vẫn bình thường. Điềunày cho thấy Dicer-1 đóng vai tròthiết yếu cho quá trình tạo dòng tếbào mầm. Mặc dù đột biến dicer-1làm giảm số lượng giao tử rất đángkể, nhưng quan sát hình thái cácgiao tử này lại cho thấy chúng hòantòan bình thường và chỉ có quátrình phân cực là bị tác động nhẹ.Phân tích sâu hơn trên dòng ruồigiấm mang các dạng gene đột biếndicer-1 khác nhau, các tác giả lạinhận thấy đột biến dicer-1 khônglàm thay đổi các đặc tính vốn cócủa tế bào mầm GCS cả về sốlượng lẫn chất lượng nhưng độtbiến dicer-1 lại làm cho chu trình tếbào (biểu hiện qua tần xuất phânchia) của GSC bị ngừng lại ở trạmquá cảnh G1/S. Hơn nữa, các tácgiả còn chứng minh được GSC củaruồi đực cũng chịu cùng một kiểuđiều khiển như ở ruồi cái. Nghĩa làDicer-1 không có tính biệt hóa giớitính. Và để gia tăng tính thuyếtphục trong kết luận của mình, cáctác giả thử kiểm tra họat tính củaDicer-1 trên các dòng tế bào đangphân chia giảm nhiễm khác, kếtquả thực nghiệm khẳng định họattính của miRNA chỉ tác động lênsự phân chia ở dòng tế bào mầmGSC chứ không tác động lên cácdòng tế bào đang phân chia khác.Đến đây câu hỏi đặt ra là miRNAảnh hưởng lên sự phân chia GSCcụ thể là nó trấn áp yếu tố điềukhiển quá trình phân chia tế bàođang tham gia ở bước này. Và cáctác giả hướng sự chú ý đến Dap,một yếu tố điều hòa âm tính sựphân chia tế bào ở giai đọan G1/S.Thông thường protein Dap sẽ gắnlên phức hợp CycE/CDK2 ở trạngthái khá bền nhưng lại không họatđộng, chỉ khi mức độ của Dap tănglên thì sẽ khiến tế bào bị ngừngphân chia ở pha quá cảnh G1/S.Kết quả thực nghiệm trên dòng ruồigiấm mang gene đột biến dap chothấy miRNA tác động lên quá trìnhphân chia tế bào mầm bằng cáchlàm giảm sự biểu hiện của dap ởmức điều hóa sau phiên mã. Điềunày cũng đồng nghĩa với việc tếmầm thông qua họat động củamiRNA đã thóat được các phân tửcheckpoint thông thường ở phaG1/S.Mặc dù các kết quả đã khẳng địnhmiRNA đóng vai trò không thểchối cãi trong việc điều hòa sựphân chia tế bào mầm, nhưng cáctác giả vẫn cho rằng miRNA có thểchỉ là một phần nằm trong cơ chếchưa được biết rõ nhằm giúp tế bàomầm trở nên trơ với các dấu hiệumôi trường bắt tế bào ngừng phânchia.Do gene mã hóa và điều khiểnmiRNA là một họ gene độc đáotrong genome, nên kết quả nghiêncứu này không chỉ có ý nghĩa tronglĩnh vực nghiên cứu tế bào mầm mànó còn gợi ý việc xử lý các dòng tếbào ung thư thông qua việc bất họathọ gene miRNA này. ...