Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các protein truyền tín hiệu ở phôi hoạt động lệ thuộc vào môi trường xung quanh

HOUSTON - (Ngày 01 tháng 03, 2019) – Sự giao tiếp giữa các tế bào trong phôi đang phát triển phụ thuộc phần lớn vào môi trường xung quanh, theo báo cáo của các nhà khoa học tại đại học Rice.

Họ tìm thấy một protein dẫn truyền tín hiệu WNT có sự tương tác năng động hơn những gì từng được biết trước đây, do đó đáp ứng tín hiệu với protein này trên các dạng tế bào khác nhau cũng vô cùng đa dạng.

WNT từng được biết đến như một protein mang các tín hiệu xuyên màng tế bào, quan trọng cho sự phát triển sớm của sinh vật và sau đó giúp ổn định tế bào ở giai đoạn trưởng thành. Giờ đây, một bức tranh đầy đủ hơn về con đường tín hiệu của protein này đang dần lộ diện.

Theo học viên cao học Aryeh Warmflash và trưởng nhóm nghiên cứu GS. Joseph Massey tại đại học Rice cho biết, tại gần thời điểm bắt đầu một sự sống, các tín hiệu WNT cung cấp cho tế bào những thông tin quan trọng từ môi trường bên ngoài,. Những tín hiệu WNT ngoại bào này giúp định hướng tế bào biệt hóa bằng cách kích thích các protein beta-catenin làm ảnh hưởng đến sự biểu hiệu gen trong nhân tế bào.

Họ phát hiện rằng con đường WNT không chỉ nhận các tín hiệu kích thích phổ rộng như đã biết, mà nó đang ảnh hưởng đến sự biệt hóa những tế bào mới trong quá trình phát triển phôi, các tế bào này cũng bắt đầu thay đổi cách đáp ứng với các tín hiệu WNT.

Nghiên cứu được đăng trên Kỷ yếu Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

"Chúng tôi biết rằng các tế bào trong giai đoạn phát triển phôi sẽ biệt hóa thành nhiều dạng tế bào khác nhau trong cơ thể," GS. Massey cho biết.

"Để làm việc này đúng nơi và đúng thời điểm, chúng phải nhận được một dạng thông tin giống như manh mối thời gian, và chia sẻ thông tin này với nhau," ông bổ sung. "Trong khi chúng ta đã biết đặc tính của một số protein liên quan đến quá trình này, chúng ta lại chưa có công cụ để hiểu được chúng”.

"Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã dùng các công cụ chỉnh sửa gen hiện đại để tái hiện một số trong nhiều protein truyền tin, nằm trong con đường tín hiệu WNT," ông cho biết thêm.

Warmflash cho hay các nhà khoa học trước đây quan tâm đến những tế bào trưởng thành hơn. "Họ từng nói, 'Ồ, con đường tín hiệu WNT trong các tế bào có thể tương tự nhau, nên chúng ta chỉ cần nghiên cứu trên loại tế bào đơn giản nhất mà thôi.'

"Chúng tôi nhận thấy điều này hoàn toàn sai," ông phát biểu. "Con đường tín hiệu WNT khác nhau trong tế bào gốc và các tế bào đã biệt hóa. Các loại tế bào khác nhau có lẽ đã điều chỉnh chức năng hoạt động của con đường WNT để phù hợp với nhiều vai trò khác nhau trong các điều kiện khác nhau."

Phòng thí nghiệm đã sử dụng các công nghệ nuôi cấy tế bào do Warmflash phát triển và hệ thống quan sát hình ảnh trực tiếp tế bào gốc phôi người để xem và thu thập dữ liệu những thay đổi trong quá trình nuôi cấy với độ sắc nét cao. Để theo dõi các thay đổi, họ dùng công cụ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 để gắn đuôi beta-catenin với protein phát huỳnh quang xanh và xem chúng tích lũy dần trong nhân tế bào.

"Chúng tôi nhận thấy tín linh hoạt trong tín hiệu – cách các tế bào phản ứng những thông tin -- ở các tế bào gốc phôi rất khác biệt so với những gì đã quan sát được trên các loại tế bào khác," GS. Massey nói. "Không những vậy, bất cứ khi nào các tế bào gốc phôi bắt đầu biệt hóa nên một loại tế bào gọi là tế bào nguyên thủy (primitive streak), đáp ứng với những tín hiệu này cũng trở nên rất đa dạng."

Tế bào nguyên thủy là một cấu trúc hình thành ở giai đoạn sớm của phôi, quyết định sự cân đối về hình dạng và là điểm bắt đầu cho sự phát triển phôi vị, nơi nhiều lớp tế bào biệt hóa hình thành.

"Nghiên cứu của chúng tôi lần đầu tiên phát hiện ra độ linh hoạt trong con đường tín hiệu này, cách các tế bào truyền tải các tín hiệu, phụ thuộc rất lớn vào môi trường xung quanh," GS. Massey kết luận.

Các nhà khoa học đã tìm hiểu một số nguyên nhân của sự thay đổi linh hoạt này. Họ nhận thấy rằng bằng cách thay đổi mức độ activin và protein cấu trúc xương (BMP), cả hai đều là thành viên của họ protein TGF beta có vai trò là tác nhân tăng trưởng, chúng có khả năng làm thay đổi sự hoạt động của tín hiệu beta-catenin. Khi các yếu tố TGFb tham gia vào sự biệt hóa tế bào, chúng có khả năng làm thay đổi sự vận động của tín hiệu WNT, Warmflash phát biểu. Các thí nghiệm thể hiện rằng con đường tín hiệu một chiều của beta-catenin trong tế bào gốc thích nghi tốt với sự thay đổi liên tục của môi trường.

"Điều thú vị trong tất cả những con đường tín hiệu này là trong suốt quá trình phát triển của sinh vật, chúng được tái sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau" GS. Massey cho biết. "Ban đầu, tín hiệu WNT có thể chỉ định một số mô biệt hóa thành một loại mô nhất định tại một vị trí nhất định. Sau đó, nó lại chuyển sang chức năng duy trì cân bằng nội mô hay tham gia các chu trình khác ở cơ thể trưởng thành.

"Con đường WNT thật sự có rất nhiều vai trò," ông nói. "Có thể cách mà tín hiệu được hiểu có liên quan đến môi trường mà con đường tín hiệu đang có mặt tại đó và đang hoạt động. Nhưng trước khi chúng tôi phát triển được những công cụ khảo sát kể trên, đã từng rất khó trả lời những thắc mắc này."

Do những đột biến liên quan đến con đường tín hiệu thường thấy trong các bệnh ung thư, hiểu biết về các cơ chế này rất quan trọng theo nhiều cách khác nhau, Warmflash bày tỏ.

"Cơ chế hoạt động tự nhiên của các con đường này phức tạp và khó hiểu hơn nhiều những gì con người từng biết," ông phát biểu. "Nếu anh có thể hiểu, thì anh sẽ tận dụng được chúng."

"Chúng ta chỉ mới có thể hiểu một phần nhỏ vể cách hoạt động của phôi ở giai đoạn đầu," GS. Massey nói. "Rồi chúng ta sẽ có thể giải thích những hệ thống phát triển này bằng các mô hình phỏng đoán, và để đạt được kết quả đó chúng ta phải thực hiện nhiều phép đo lường định lượng chuyên biệt hơn. Hy vọng sau khi chúng ta hiểu hơn về cách các tế bào liên lạc với nhau, các bác sĩ lâm sàng một ngày nào đó sẽ tận dụng những hiểu biết này để chữa bệnh."

Nguồn: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/ru-esp030119.php