Nội dung
Tổng quan về tế bào gốc
Sự sống của mọi động vật đa bào đều bắt đầu từ tế bào gốc, vậy tế bào gốc có thể được coi là mầm sống của cơ thể. Tế bào phân chia tạo ra nhiều thế hệ con cháu, trong cơ thể, mỗi con cháu sẽ thực hiện một chức năng sinh lý khác nhau trong hoạt động sống của mình, kể cả việc duy trì nòi giống. Tính chất mà một hay nhiều tế bào ban đầu phân chia, tạo ra các tế bào cuối cùng có chức năng sinh lý gọi là tiềm năng (potential). Tế bào càng có tiềm năng cao thì nó càng tạo ra nhiều loại tế bào gốc khác nhau. Những tế bào có tiềm năng thấp hơn chỉ có thể tạo ra một vài kiểu tế bào có chức năng nhất định. Với những tế bào không tiềm năng, chúng không phân chia, không tạo ra bất kỳ tế bào nào khác, tuy nhiên các tế bào này vẫn có chức năng hoạt đống sống chuyên biệt trong mô, ví dụ tế bào hồng cầu vận chuyển oxy và cacbonic; tế bào thần kinh đảm nhận việc tiếp nhận, xử lý và phát xung điện, tế bào cơ có chức năng co giãn …
Khi một tế bào có tiềm năng biến đổi, nhằm tạo thành các tế bào có chức năng gọi là quá trình biệt hóa (differenciation), chẳng hạn các tế bào gốc máu, qua nhiều lần nguyên phân để tạo ra hồng cầu. Quá trình một tế bào chức năng dưới tác động của một nhân tố nào đó, chúng thay đổi căn bản kiểu hình để thực hiện một chức năng khác được gọi là sự giải biệt hóa hay biệt hóa ngược (dediffferenciation). Gần đây, một số tế bào gốc trưởng thành cho thấy tính mềm dẻo, nghĩa là tế bào gốc chuyên biệt của một mô nào đó có thể biệt hóa thành tế bào của mô khác gọi là sự chuyển biệt hóa (transdiffernciation), chẳng hạn tế bào gốc máu có thể được tác động để biệt hóa thành tế bào cơ tim… một mô mới hoàn toàn so với mô ban đầu.
1. Thế nào là tế bào gốc?
Tế bào gốc được định nghĩa về mặt chức năng là có khả năng tự làm mới và có thể tạo ra các tế bào biệt hóa. Một cách phức tạp hơn, các tế bào gốc có thể sinh ra con cháu giống với mẹ (tự làm mới), mà cũng có thể tạo ra con cháu với tiềm năng hạn chế hơn (tế bào đã biệt hóa). Định nghĩa đơn giản và phổ biến này có thể làm thỏa mãn khái niệm về tế bào gốc phôi và tế bào gốc nhũ nhi vốn ổn định trong suốt cuộc đời, nhưng sẽ là chưa trọn vẹn khi dùng nó để mô tả các tế bào gốc khác (như tế bào gốc trưởng thành). Một tham số chức năng khác nên được đề cập trong định nghĩa này, như đã nhắc ở trên, là tiềm năng biệt hóa của tế bào gốc. Tế bào gốc tạo ra nhiều loại tế bào biệt hóa (là đa tiềm năng và vạn năng) hoặc nó chỉ có thể tạo ra một loại tế bào biệt hóa duy nhất (đơn năng).
“Đặc điểm nổi bật nhất của tế bào gốc là chúng không được lập chương trình từ trước, và do vậy chúng có khả năng phát triển thành bất kỳ loại tế bào trưởng thành nào mà cơ thể cần… Mục đích cuối cùng của nghiên cứu tế bào gốc là đem lại hy vọng cho những người không may mắc phải các chứng bệnh nan y…”
1.1. Tính tự làm mới
Các thuật ngữ “bất tử”, “không giới hạn”, “liên tục” được dùng để mô tả khả năng sao chép của tế bào gốc. Các từ ngữ vừa quá đà vừa mơ hồ này không có ích cho lắm, mà phải thiết kế thí nghiệm để kiểm tra tính “bất tử” của tế bào.
Phần lớn các tế bào soma được nuôi cấy in vitro thể hiện số lần sao chép có hạn (dưới 80) trước khi ngừng nhân đôi hay lão hóa, trái ngược với tiềm năng tăng sinh có vẻ là vô hạn của tế bào gốc được nuôi cấy in vitro. Vì thế, có lý do để nói rằng một tế bào trải qua nhiều hơn gấp đôi giới hạn nhân đôi (tức 160) mà không chuyển dạng thành ung thư có thể được coi là “có khả năng tăng sinh cao”. Trong một số ít trường hợp, tiêu chí này có thể đạt được, đáng chú ý nhất là các tế bào gốc phôi (ES) cũng như các tế bào gốc thần kinh trưởng thành (NSCs).
1.2. Khả năng biệt hóa
Vấn đề về tiềm năng có lẽ là tiêu chí khó tích hợp nhất vào một khái niệm chung về tế bào gốc. Một tế bào gốc đa năng nằm ở đỉnh của một dòng di truyền và có thể tạo ra nhiều loại tế bào biệt hóa, các tế bào tạo ra sau sẽ mang đặc điểm giải phẫu hay mô hình biểu hiện gen khác biệt. Đồng thời, nhiều người có thể phản bác lại rằng một tế bào tự làm mới chỉ có thể tạo ra một loại tế bào con cháu biệt hóa thì chưa phải là tế bào gốc. Một trường hợp có thể đem ra để làm rõ vấn đề là tế bào đơn tiềm năng được mô tả đúng nhất như là một tế bào gốc đầu dòng (progenitor). Các tế bào gốc đầu dòng thường là con cháu của tế bào gốc, chỉ là chúng bị bó buộc về khả năng biệt hóa hoặc năng lực tự làm mới, và thường hạn chế hơn xét về cả hai tính chất này.
Tạo máu từ tế bào gốc đa tiềm năng. Nguồn BioLegend
1.3. Khả năng tạo thành dòng
Khả năng hay tiềm năng sao chép là các thông số về chức năng. Còn khả năng nhân thành dòng (clonality) là một đặc trưng mô tả một tập hợp tế bào, thường là trong nuôi cấy, được tạo thành như thế nào. Một quần thể cùng dòng được tạo ra từ một tế bào duy nhất, như là tế bào gốc chẳng hạn, với năng lực tự làm mới. Clonality trở nên rất quan trọng khi một ai đó hỏi điều gì cấu thành một dòng tế bào (cell line). Mặc dù tiêu chuẩn vàng về “dòng” đã được hiểu rõ, vẫn có những vấn đề khúc mắc khi áp dụng vào tế bào gốc.
Tiêu chuẩn tối thiểu để định nghĩa một dòng tế bào là một quần thể tế bào có thể được nuôi cấy, làm đông, sau khi tan đông lại có thể nuôi cấy in vitro. Một tiêu chuẩn cao hơn để thu hẹp khái niệm lại là một tập hợp tế bào cùng dòng hoặc có vẻ là tương đồng, nhưng phải được công nhận rằng bước chuẩn bị tế bào nuôi cấy không được bắt đầu từ một tế bào mà có khả năng là một tập hợp tế bào hỗn tạp. Quy trình chuẩn bị như vậy có thể chứa cả tế bào gốc và các tế bào khác, một trong số chúng là cần thiết cho sự nhân lên của tế bào gốc mong muốn. Vì thế, bất kỳ khi nào nhắc đến một dòng tế bào gốc, ta cần phải dẫn giải đến nguồn gốc phát sinh của nó. Ví dụ, sẽ là lệch lạc khi báo cáo về các tế bào gốc hay các dòng tế bào gốc mà chúng lại được chuẩn bị từ một mô chứa nhiều loại tế bào bởi có khả năng môi trường nuôi cấy chứa cả cảc tế bào gốc từ một mô khác (ví dụ như mô mạch) tồn tại.
2. STEMNESS – hướng đến định nghĩa phân tử cho tế bào gốc
Stemness là các quá trình phân tử chung đằng sau các đặc điểm cốt lõi của tế bào gốc, như là tính tự làm mới hay sự sinh ra các con cháu biệt hóa. Mặc dù các tế bào gốc trong các vi môi trường tế bào hay các ổ khác nhau sẽ tất yếu có nhu cầu sinh lý khác nhau và vì thế có các chương trình phân tử khác biệt, có thể có một số đặc tính di truyền vừa đặc trưng lại vừa chung nhất giữa các tế bào. Thông qua hồ sơ biểu hiện, nhiều gen biểu hiện mạnh trên tế bào gốc phôi (ES), tế bào gốc lá nuôi (TS), tế bào gốc tạo máu (HSC) và tế bào gốc thần kinh (NSC) đã được xác định. Bằng việc mở rộng hồ sơ phiên mã đến các loại tế bào gốc và các sinh vật khác, có thể phát triển một “dấu vân tay” phân tử cho tế bào gốc. Một dấu vân tay như vậy có thể tạo nên cơ sở định nghĩa phân tử của tế bào gốc, mà khi kết hợp với các đặc tính chắc năng, sẽ cung cấp một mô tiêu chí toàn diện hơn cho hiểu biết về đặc tính sinh học của chugns. Có lẽ quan trọng hơn, việc lập hồ sơ phân tử rốt cuộc có thể là công cụ chủ yếu để từ đó các loại tế bào gốc mới được phát hiện và phân lập.
Tế bào gốc có vẻ có khả năng cảm nhận một phạm vi rộng các nhân tố sinh trưởng và các phân tử truyền tín hiệu và năng lực biểu hiện nhiều thành phần tín hiệu sau đó liên quan đến sự truyền tin này. Các lộ trình tín hiệu hiện nay (và có thể) bao gồm các thành viên trong họ TGF, Notch, Wnt, và Jak/Stat. Các tế bào gốc cũng biểu hiện nhiều thành phần liên quan đến sự hình thành tính chuyên biệt trong lộ trình tế bào, hoặc liên quan đến khả năng duy trì tế bào ở pha G1 (gặp ở đa số tế bào gốc trưởng thành im lặng) hoặc được dẫn dắt qua các điểm kiểm soát (checkpoint) chu kỳ tế bào một cách nhanh chóng (như trong trường hợp cua tế bào gốc phôi).
Phần lớn các tế bào gốc cũng biểu hiện các phân tử liên quan đến sự duy trì telomere và thể hiện ở hoạt tính của telomerase ở mức cao. Bằng chứng đáng xem xét hiện nay rằng các tế bào gốc đã tái mô hình hóa đáng kể cấu trúc chromatin do hoạt động của DNA methylase, các chất ức chế phiên mã histone deacetylase, và các thành viên của họ Groucho. Một đặc điểm phân tử phổ biến khác là sự biểu hiện của bộ máy điều hòa sau phiên mã chuyên biệt chịu ảnh hưởng của Vase RNA helicase. Cuối cùng, một đặc trưng về chức năng và phân tử chung nhất của tế bào gốc có vẻ là khả năng kháng với áp lực, dựa vào các transpoter kháng đa thuốc, bộ máy cuộn gập protein, các hệ thống ubiqutin hóa và khử độc tố.
Mặc dù còn trong giai đoạn phôi thai, nghiên cứu một dấu ấn phân tử để định nghĩa tế bào gốc vẫn tiếp tục. Chúng ta đã bắt đầu hiểu về các khía cạnh chung mà các thành phần phân tử có liên hệ nhiều nhất đến tế bào gốc. Trong tương lai, nó có khả năng xác định chính xác các tế bào gốc – cả chung và riêng – bằng các đặc điểm phân tử. Cho đến lúc đó, stemness vẫn là một khái niệm được sử dụng hạn chế nhưng với tiềm năng to lớn.
Nguồn: Essential of Stem cell biology 3rd (Robert Lanza) và Công nghệ tế bào gốc (Phan Kim Ngọc)
Đọc thêm: Giải trình tự thế hệ mới
tapchisinhhoc.com
No Responses