Tóm tắt:
Một nghiên cứu mới cho thấy rằng sự mở rộng về kích thước của các tế bào gốc đã góp phần vào sự suy giảm chức năng do tuổi tác. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các tế bào gốc máu – tế bào nhỏ nhất trong cơ thể, mất khả năng thực hiện chức năng bình thường của chúng – bổ sung các tế bào máu cho cơ thể, khi chúng phát triển lớn hơn. Khi các tế bào được khôi phục về trạng thái bình thường, chúng sẽ hoạt động trở lại.
NỘI DUNG:
Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã có câu trả lời cho câu hỏi quan trọng: Tại sao tế bào lại kiểm soát kích thước của chúng?
Các tế bào cùng loại tương đối đồng nhất về mặt kích thước, trong khi đó kích thước tế bào khác nhau giữa các loại tế bào khác nhau. Điều này đặt ra câu hỏi rằng liệu kích thước tế bào có quan trọng đối với sinh lý của tế bào hay không?
Nghiên cứu này chỉ ra rằng sự mở rộng về kích thước sẽ dẫn đến suy giảm chức năng của tế bào gốc. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tế bào gốc máu (một trong những tế bào nhỏ nhất trong cơ thể) sẽ mất đi khả năng bình thường của chúng (bổ sung các tế bào máu mới cho cơ thể), khi chúng phát triển lớn hơn. Tuy nhiên, khi chúng trở lại kích thước bình thường, chúng sẽ hoạt động bình thường trở lại.
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các tế bào gốc máu có xu hướng to ra khi chúng già đi. Điều này cho thấy rằng sự mở rộng về kích thước này góp phần làm suy giảm tế bào gốc trong quá trình lão hóa.
“Chúng tôi đã phát hiện ra sự phình to của tế bào như một yếu tố lão hóa mới và bây giờ liệu chúng ta có thể khám phá ra cách điều trị chứng phình to tế bào để trì hoãn sự lão hóa và các bệnh liên quan đến lão hóa hay không?” Jette Lengefeld, cựu nghiên cứu viên sau tiến sĩ của MIT, hiện là nghiên cứu viên chính tại đại học Helsinki.
Lengefeld là tác giả chính của nghiên cứu, xuất hiện trên tạp chí Science Advances. Angelika Amon, một cố giáo sư sinh học tại MIT và là thành viên của viện nghiên cứu Ung thư Tích hợp Koch, tác giả cấp cao của nghiên cứu này.
Những ảnh hưởng của sự quá cỡ
Từ những năm 1960, chúng ta đã biết rằng các tế bào người được nuôi cấy trên đĩa thí nghiệm sẽ to ra khi chúng già đi, tại trạng thái tế bào không phân chia, điều này có liên quan đến quá trình lão hóa. Mỗi khi tế bào phân chia, chúng có thể gặp các tổn thương về DNA. Khi điều này xảy ra, quá trình phân chia sẽ tạm dừng đề sửa chữa thiệt hại đó. Trong khi trì hoãn, tế bào sẽ phát triển lớn hơn một chút. Nhiều nhà khoa học tin rằng sự mở rộng này chỉ đơn giản là tác dụng phụ của quá trình lão hóa. Nhưng phòng thí nghiệm của Amon đã bắt đầu điều tra khả năng kích thước của tế bào lớn dẫn đến mất chức năng do lão hóa.
Lengefeld đã nghiên cứu kích thước của tế bào gốc, cụ thể là tế bào gốc máu – tạo ra các tế bào máu của cơ thể trong suốt cuộc đời. Để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đến các tế bào gốc như thế nào, các nhà nghiên cứu đã gây ra những thiệt hai lên DNA của chúng, dẫn đến sự gia tăng về kích thước. Sau đó, họ so sánh các tế bào đã gia tăng kích thước này với các tế bào cũng bị tổn thương về DNA nhưng đã được ngăn chặn sự gia tăng kích thước bằng cách sử dụng một loại thuốc, gọi là ramamycin.
Sau đó, các nhà nghiên cứu kiểm tra chức năng của hai nhóm tế bào này bằng cách tiêm chúng vào những con chuột đã bị loại bỏ tế bào gốc máu. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu xác định các tế bào gốc được cấy ghép có thể tái tạo lại các tế bào máu của chuột hay không.
Họ phát hiện ra rằng các tế bào gốc máu sau khi xử lý và phình to thì không có khả năng tạo máu mới. Tuy nhiên các tế bào gốc máu được giữ nguyên kích thước thì vẫn có khả năng tạo các tế bào máu mới.
Trong một thí nghiệm khác, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một đột biến gen làm giảm kích thước của các tế bào gốc gia tăng kích thước tự nhiên, được tìm thấy ở các con chuột già. Họ phát hiện ra rằng nếu làm cho kích thước của các tế bào gốc đó nhỏ lại, các tế bào này sẽ có lại tiềm năng tái tạo và hoạt động giống như các tế bào gốc trẻ hơn.
“Đây sẽ là bằng chứng nổi bật ủng hộ mô hình kích thước quan trọng đối với chức năng của tế bào gốc” Lengefeld nói. “Khi chúng ta gây thiệt hại lên DNA của tế bào gốc nhưng vẫn giữ được kích thước nhỏ trong thời gian bị tổn thương, chúng vẫn giữ được chức năng của chúng. Và nếu chúng ta giảm kích thước của các tế bào lớn thì chúng ra có thể phục hồi chức năng của chúng”.
Duy trì các tế bào nhỏ
Khi các nhà nghiên cứu điều trị chuột bằng rapamycin, bắt đầu từ khi còn nhỏ, chúng có thể ngăn chặn các tế bào gốc máu mở rộng khi chuột già đi. Tế bào gốc máu từ những con chuột đó vẫn có thể tạo ra các tế bào máu giống như các tế bào gốc máu trẻ, ngay cả khi chúng ở độ tuổi 3 – độ tuổi khá già đối với một con chuột.
Rapamycin, một loại thuốc có thể ức chế sự phát triển của tế bào, hiện đang được sử dụng để điều trị một số bệnh ung thư và ngăn ngừa thải ghép nội tạng, và nó đã gây chú ý bởi khả năng kéo dài tuổi thọ ở chuột và các sinh vật khác. Nó có thể hữu ích trong việc làm chậm sự phát triển của tế bào gốc và do đó nó có thể có tác dụng có lợi đối với con người. Lengefeld nói:
“Nếu chúng tôi tìm thấy các loại thuốc đặc biệt trong việc làm nhỏ các tế bào gốc máu lớn, chúng tôi có thể kiểm tra xem liệu điều này có cải thiện sức khỏe của những người gặp vấn đề về hệ thống máu như thiếu máu và suy giảm hệ thống miễn dịch hoặc thậm chí có thể giúp những người bị bệnh bạch cầu”
Các nhà nghiên cứu cũng đã chứng minh được tầm quan trọng của kích thước trong một loại tế bào gốc khác – tế bào gốc đường ruột. Họ phát hiện ra rằng các tế bào gốc lớn hơn ít có khả năng tạo ra các chất hữu cơ đường ruột – chất phỏng theo cấu trúc nên lớp niêm mạc đường ruột trong ống nghiệm.
Lengefeld nói: “Điều này cho thấy mối quan hệ giữa kích thước và chức năng được bảo tồn trong tế bào gốc, và kích thước của tế bào là một dấu hiệu phản ánh chức năng của tế bào gốc”.
Nghiên cứu được tài trợ một phần bởi Viện Y tế Howard Hughes, Quỹ Tưởng niệm Trẻ em Jane Coffin, Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ, Viện Quốc gia về Sức khỏe Trẻ em và Phát triển Con người Eunice Kennedy Shriver, hỗ trợ Viện Koch (chủ yếu) từ Viện Ung thư Quốc gia và Sáng kiến Tế bào gốc MIT.
Biên dịch: Thành Long - Viện công nghệ Phacogen
Cử nhân Công nghệ Sinh học - Đại học Khoa học Tự Nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
Tài liệu tham khảo:
Jette Lengefeld, Chia-Wei Cheng, Pema Maretich, Marguerite Blair, Hannah Hagen, Melanie R. McReynolds, Emily Sullivan, Kyra Majors, Christina Roberts, Joon Ho Kang, Joachim D. Steiner, Teemu P. Miettinen, Scott R. Manalis, Adam Antebi, Sean J. Morrison, Jacqueline A. Lees, Laurie A. Boyer, Ömer H. Yilmaz, Angelika Amon. Cell size is a determinant of stem cell potential during aging. Science Advances, 2021; 7 (46) DOI: 10.1126/sciadv.abk0271.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211113072504.htm.
