Category Archives: Sinh học phân tử

Sinh học chất gian bào

Nguyễn Phước Long

Giới thiệu

Chất nền ngoại bào (ECM) được tìm thấy trong mô của các động vật có vú, nằm ngoài tế bào và có nhiệm vụ nâng đỡ các tế bào. ECM thường được xem là mô liên kết. ECM cấu tạo bởi 3 loại phân tử sinh học:

  1. Protein cấu trúc (structural protein): collagen và elastin
  2. Protein chuyên biệt (specialized protein): fibrillin, fibronectin và laminin
  3. Proteoglycan: phân tử này có các glycosaminoglycans (GAGs – chuỗi dài có nhiều đơn vị disaccharide lặp lại) bám vào protein lõi.

Hình 23.1: Cấu trúc của proteoglycans

Collagen

Collagen là protein được tìm thấy nhiều nhất ở động vật và đây cũng là protein chủ yếu trong ECM. Bộ gen người có hơn 30 gene mã hóa collagen và các gene này phối hợp với nhau để tạo nên hơn 20 loại collagen fibrils khác nhau. Loại I, II, III là các loại thường gặp nhất và 3 loại này cũng tạo nên các cấu trúc tương tự nhau. Loại IV tạo two-dimensional reticulum và nó cũng là thành phần chủ yếu của màng đáy (basao lamina). Phần lớn collagen được tổng hợp từ fibroblast nhưng các tế bào biểu mô cũng tạo nên protein này.

Về cơ bản, collagen là các protein dạng hình dây thừng dài và mỏng . Ví dụ: Collagen loại 1 dài 300nm, có đường kính 1.5nm và có 3 tiểu đơn vị cuộn (coiled subunit): 2 chuỗi α1(I)  và 1 chuỗi α2(I), mỗi chuỗi này có 1050 amino acid và quấn vào nhau tạo nên cấu trúc xoắn ba về phía bên phải (right-handed triple helix).Mỗi vòng xoắn có 3 amino acid và amino acid thứ ba luôn luôn là G. Collagen cũng chứa rất nhiều proline và hydroxyproline. Các vòng pyrollidone lớn của proline nằm ngoài cấu trúc xoắn ba này.

Hình 23.2: Cấu trúc của sợi collagen (đọc từ trái sang phải, X thường là proline và Y thường là hydroxyproline, trình tự gly-X-Y thường hay lập lại ở xoắn α)

Các vòng xoắn ba này tương tác với nhau tạo nên các sợi có đường kính 50nm. Sau đó chúng cuộn lại tạo thành các phân tử có chiều dài khoảng ¾ kích thước thông thường (mất đi khoảng 67nm hay ¼ chiều dài). Các Staggered array này tạo nên các vạch nên chúng có thể được quan sát bằng kính hiển vi điện tử.

Collagen thường được tạo thành từ procollagen. Procollagen loại 1 có thêm 150 amino acid tại đầu N tận và 250 amino acid tại đầu C tận. Các phần này cuộn lại và tạo nên các liên kết disulfide nội chuỗi. Chính những liên kết này đã giúp tạo nên cấu trúc xoắn ba của collagen.

Đầu tiên, các sợi collagen tập trung tại ER và bộ máy golgi, tại đây các chuỗi tín hiệu được loại bỏ và bắt đầu quá trình thay đổi chuỗi collagen. Các proline chuyên biêt đưowjc thủy phân bởi prolyl 4-hydroxylase và prolyl 3-hydroxylase còn các lysine thì được thủy phân bởi lysyl hydroxylase. Cả 2 loại prolyl hydraoxylases đều có vitamin C là co-factor. Glycosylations của O-linked type xảy ra trong bộ máy golgi. Sau đó các procollagen được phóng thích vào khoảng ngoại bào (extrallular space) để loại bỏ các vùng pro-domain. Tiếp theo, các phân tử collagen được polymer hóa (polymerize) để tạo collagen fibrils và các lysine bị oxi hóa bởi enzyme ngoại bào lysyl oxidase để tạo aldehydes hoạt động. Các aldehyde này tạo ra sự bắt chéo giữa 2 chuỗi, qua đó làm bền các khung so le (staggered array) của sợi nhỏ collagen.

 

Bảng dưới đây liệt kê 12 sợi nhỏ collagen thường gặp nhất

Xem trọn bài viết tại đây

Giới thiệu một số kênh ion chính trong tế bào

Giới thiệu một số kênh ion chính trong tế bào

Phùng Trung Hùng – Phạm Thiên Tánh – Nguyễn Phước Long – Lê Phi Hùng

Đóng và mở kênh ion: Ba trạng thái hoạt động

Tế bào là một hệ thống mở thường xuyên trao đổi chất và năng lượng với môi trường bên ngoài. Khả năng này được đảm bảo nhờ một loạt các cấu trúc vận chuyển tinh vi trải xuyên qua màng lipid kép. Protein tải (transporters) và kênh (channels) là hai nhóm lớn của protein vận chuyển ở màng tế bào. Protein tải còn được gọi là chất mang (carriers) hoặc chất cho thấm qua (permeases) sẽ gắn chặt với các chất tan đặc hiệu được vận chuyển và sẽ trải qua một loạt các biến đổi hình thể dể chuyển chất tan qua màng tế bào. Người ta phân làm 2 nhóm theo nhu cầu năng lượng: tải chủ động và tải thụ động. Trong khi, kênh hình thành nên những ống dẫn xuyên qua lớp lipid kép, khi mở, cho phép những chất tan đặc hiệu (thường là các phân tử vô cơ vừa phải và tích điện) đi qua và nhờ đó mà vào tế bào. Ngược với các tải, kênh tương tác với các chất tan yếu hơn rất nhiều, dễ hiểu là sự vận chuyển qua các kênh xảy ra nhanh hơn nhiều so với các tải: hiệu quả vận chuyển gấp 100000 lần nhanh hơn protein tải nhanh nhất, vào khoảng 100 tỉ ion có thể chảy qua một kênh ion trong một giây. Đối với nước, mặc dù có thể khuếch tán qua lớp lipid kép nhưng tất cả các tế bào đều chứa kênh đặc hiệu (còn gọi là kênh nước hay aquaporins) làm tăng rất lớn tính thấm của màng tế bào với nước.

Với tốc độ vận chuyển khổng lồ của các kênh ion, tế bào sẽ nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng đối với tất cả các ion giữa 2 bên màng tế bào – trạng thái cân bằng vĩnh viễn, điều đó chẳng khác nào là sự kết thúc cho hệ thống sống luôn vậng động trao đổi, nếu không có một cơ chế điều hòa đóng mở kênh ion. Có 3 trạng thái hoạt động của các kênh ion, ở đây bàn về các kênh ion mà mỗi trạng thái ĐÓNG – MỞ – BẤT HOẠT phụ thuộc vào từng phân độ điện thế màng tế bào biến đổi theo thời gian. Để cụ thể hơn, xin lấy kênh ion Na phụ thuộc điện thế (phổ biến nhất đặc biệt trong các tế bào dễ kích thích như: tế bào cơ bắp, cơ tim, neuron) làm minh họa:

Hình 25.1: A: Một kích thích lên màng tế bào khởi động một sóng ngắn khử cực nhẹ. B: Đường biểu diễn màu xanh cho thấy điện thế màng đáng lẽ sẽ nhanh chóng trở về trạng thái nghỉ ban đầu nếu không có các kênh ion Na phụ thuộc điện thế trên màng tế bào. Sự hồi phục chậm chạp này gây ra bởi sự mở ra của kênh ion K phụ thuộc điện thế đáp ứng với một kích thích, từ đó đưa điện thế màng quay về giá trị cân bằng. Trên thực tế, các kênh ion Na phụ thuộc điện thế đã mở làm biến đổi lớn điện thế màng được biểu diễn bằng đường cong màu đỏ. C: Thể hiện từng trạng thái hoạt động theo thời gian của kênh Na phụ thuộc điện thế (Cụ thể biến đổi sẽ được bàn luận chi tiết trong phần sau). Ngay lúc điện thế màng đạt giá trị khoảng +50mV, kênh Na nhanh chóng bất hoạt và duy trì trạng thái bất hoạt này cho đến khi màng tế bào trở về điện thế nghỉ, mới chuyển sang trạng thái ban đầu “đóng” ở mức điện thế nghỉ màng:           -80mV. Trước lúc này, màng tế bào trơ với kích thích hay không thể phát động sóng khử cực thứ hai

Natri và Kali, kênh và bơm

 

Trước khi tìm hiểu tầm quan trọng của những kim loại kiềm Natri và Kai, chúng ta nên ôn lại thật kỹ cách các ions này được vận chuyển qua màng tế bào. Như đã biết, lớp phospholipid kép của màng sinh học về cơ bản thì không thấm đối với những phân tử phân cực và những ions như Na+ và K+– tính thấm của những ions này (được diễn tả theo cm-1) là từ 10-12, còn đối với H2O là khoảng 10-2 (nên thấm dễ dàng hơn). Vận chuyển qua màng tế bào liên quan đến 2 loại protein màng, đó là kênh và bơm. Kênh thì cho phép các ions đi qua thuậntheo chiều gradient nồng độ qua quá trình vận chuyển thụ động hay khuếch tán có hỗ trợ. Tất nhiên, những kênh này không thể mở liên tục được, và như vậy chúng được đóng (gated), giống như cổng vườn, chúng thường xuyên đóng và chỉ có thể được mở ra khi có ligand gắn vào (ligand-gated) hoặc có sự thay đổi điện thế màng tế bào (voltage-gated). Những kênh ligand-gated, ví dụ như những thụ thể acetylcholine ở màng sau synapse, được mở ra bởi chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine; còn những kênh voltage-gated Natri và Kali, điểu biến điện thế động ở những sợi trục thần kinh được mô tả bên dưới, thì lại được mở ra bởi sự khử cực màng tế bào.

Ngược lại, bơm thì sử dụng năng lượng dưới dạng ATP hay ánh sáng để điều khiển sự vận chuyển không thuận lợi của những ions hay phân tử đi ngược chiều gradient nồng độ, nói cách khác, chúng liên quan đến vận chuyển chủ động. Có 2 loại bơm cần ATP là P-type ATPase và ABC (ATP-biding cassette). Chúng đều thay đổi hình dạng khi có ATP gắn vào và kết quả là khử hydro để vận chuyển ions qua màng tế bào.Bơm Na+-K+-ATPase được mô tả bên dưới là một trong những loại P-type ATPases. Cách vận chuyển chủ động khác là dùng gradient điện hoá học của 1 ion để vận chuyển ngược ion khác, được minh hoạ bằng bơm trao đổi Na+/H+ có vai trò rất quan trọng trong việc điều chỉnh pH nội bào. Còn 1 ví dụ khác được đề cập trước đây là bơm trao đổi Na+/Ca2+, quan trọng trong việc lấy Ca2+ ra khỏi tế bào.

So sánh Natri và Kali

 

Natri và Kali có rất nhiều trong lớp vỏ trái đất, mặc dù Na thì thường thấy hơn trong nước biển. Lượng Na+ và K+ ở người bình thường ttheo thứ tự là khoảng 1.4 và 2.0 g/kg. Chúng là những ion kim loại quan trong nhất về mặt nồng độ trong cơ thể người. Tuy nhiên chúng phân bố hơi khác nhau. Trong khi ở tế bào của loài động vật có vú, 98% K+ở trong tế bào thì Na+ ngược lại.Sư khác biệt về nồng độ đảm bảo cho 1 loạt quá trình sinh học được xảy ra, ví dụ như sự cân bằng độ thẩm thấu tế bào, sự phiên dịch tín hiệu và dẫn truyền thần kinh. Chúng được duy trì bởi bơm Na+-K+-ATPase, sẽ được đề cập bên dưới. Tuy nhiên, mặc dù chỉ có 2% K+ hiện diện ngoài tế bào, nồng độ K+ ngoại bào này đóng vai trò rất quan trong trong việt duy trì điện thế nghỉ của màng tế bào.Những dòng ion kim loại này quyết định sự dẫn truyền các xung thần kinh trong não và từ não dến các phần khác của cơ thể. Sự đóng và mở của những kênh có cổng ion (gated channels), bình thường đóng ở trong thái nghỉ, và mở đáp ứng lại với những thay đổi điện thế màng, tạo ra những gradient điện hoá học ở phía bên kia của màng bào tương của các neurons. Một xung thần kinh được tạo ra bởi một sóng khử cực/tái cực ngắn ngủi của màng, ngang qua tế bào thần kinh gọi là điện thế động. Hodgkin và Huxley (1952) đã chứng minh rằng cấy một điện cực nhỏ vào một sợi trục ( tiến trình dài xuất phát từ thân tế bào thần kinh) thì tạo ra một điện thế động. Trong ~0.5ms đầu, điện thế màng tăng từ khoản – 60mV lên khoảng +30mV, gây ra sư tái cực nhanh làm tăng quá mức điện thế nghỉ (quá khử cực) trước khi hồi phục một cách chậm chạp. Điện thế động này là kết quả của sự tăng nhanh và ngắn tính thấm của Na+ theo sau sự tăng kéo dài tính thấm của K+. Sự đóng-mở của những kênh ion Na+ và Knày qua màng sợi trục tạo ra những điện thế động (gradient điện thế cơ bản) xuyên màng, giúp truyền thông tin cũng như điều hoà chức năng tế bào.

Hình 25.2: Biểu đồ của điện thế động. (Voet and Voet, 2004)

Sự điều hoà dòng chảy ion xuyên qua màng tế bào hiển nhiên cần thiết cho chức năng của các tế bào sống. Vì tính kỵ nước của màng tế bào (đã đề cập ở trên), sự vận chuyển nhờ năng lượng ưu tiên những loại ions như Na+, K+, Cl, H+ và Ca2+ đi qua màng mà không tính đến việc cần chúng ở bên này hay bên kia màng sinh học, sẽ không khả thi. Nếu không có gradient ion giúp duy trì nồng độ K cao và nồng độ Na thấp trong tế bào, tế bào sẽ không thể thực hiện những hoạt động chuyển hoá bình thường. Điều này nôm na là vài cỗ máy phân tử phải có khả năng phân biệt giữa ion Na+ và K+ ( giả sử rằng không ngậm nước, vì mức độ  hydrat hoá có thể gây khó khăn cho sự phân biệt này). Vì vậy trước khi bắt đầu thảo luận về những proteins vận chuyển ‘chủ động’ hoặc bơm ion hay bơm trao đổi ion, chúng ta tự hỏi bằng cách nào những chất vận chuyển này nhận ra được sự khác biệt giữa 2 cations có quan hệ chặt chẽ trên.(Được diễn giải trong Corry và Chung, 2006; Goax và MacKinnon, 2005.)

Nếu chúng ta được hỏi câu này trong vài năm về trước, câu trả lời sẽ là không rõ ràng. Tuy nhiên, nhờ những công trình lớn tìm hiểu cấu trúc những proteins màng, hiện giờ chúng ta có thể trả lời được, trên cơ sở càng ngày có càng nhiều cấu trúc X-quang của những proteins vận chuyển ion, bắt đầu thúc đẩy những giả thuyết ngày càng có khả năng thành sự thật. Trong trường hợp của kênh Na+, chúng ta vẫn còn hơi mơ hồ. Tuy nhiên, sự phân biệt thành công cấu trúc của một số lớnkênh K+ của cả vi khuẩn và những loài động vật hữu nhũ cho thấy một bước tiến vượt bậc trong tri thức của loài người về chức năng của những kênh này.

Kênh Kali

 

Những kênh K vận chuyển chọn lọc K đi qua màng, làm quá phân cực tế bào, tạo điện thế màng và điều khiển độ dài của điện thế động bên cạnh vô số những chức năng khác nữa. Chúng sử dụng những dạng cổng khác nhau, nhưng chúng lại có tính thấm đối với ion giống nhau. Tất cả kênh K đều có tính chọn lọc theo thứ tự K+ ~ Rb+> Cs+, trong khi sự vận chuyển của những ion kim loại kiềm nhỏ nhất là Na+ và Li+ thì rất chậm – tính thấm của K+ ít nhất gấp 10lần tính thấm của Na+. Sự xác định cấu trúc X-quang của kênh ion K đã cho phép chúng ta hiểu được cách nó lọc một cách chọn lọc những ion K+ được khử nước hoàn toàn mà không phải là ion Na+ nhỏ hơn. Phân tử lọc này không những chọn lọc ions để được vận chuyển, mà còn là lực đẩy tĩnh điện giữa những ions K với nhau, chúng đi qua phân tử lọc  này trong tài liệu của những nhà khoa học Ấn Độ, cung cấp lực để chuyển những ions K nhau qua kênh với tần số 107-108 một giây. (Được đề cập trong Doyle và cộng sự, 1998, MacKinnon, 2004.)

Hình 25.3: Sơ đồ phác họa mặt cắt ngang kênh K+, cấu tạo một tiểu đơn vị được trải ra.

Hình 25.4: (a) Cấu trúc của kênh K+ KcsA với 2 trong 4 tiểu đơn vị được bỏ ra: những vòng xoắn của khe màu đỏ, bộ lọc chọn lọc màu vàng; mật độ electron dọc theo đường đi của ion màu xanh lam. (b) Bộ lọc chọn lọc K+ ( 2 tiểu đơn vị) với 8 nhóm carbonyl (màu đỏ) tương ứng với ion K (màu xanh lục) ở những vị trí 1-4 từ mặt ngoại bào (Từ MacKinnon, 2004. Được vẽ lại với sự cho phép của John Wiley & Sons., Inc.)

Kênh K cổng điện thế đầu tiên được xác định là đoạn gene mã hoáđột biến Shaker ở loài ruồi giấm Drosophila. Hiện tại chúng ta có những cấu trúc kênh K của vi khuẩn phụ thuộc pH, những kênh K+ cổng điện thế và cổng calci (calcium-gated) của vi khuẩn và gần đây nhất là kênh K cổng điện thế của động vật hữu nhũ. Điều khó khăn nhất là chúng đều có cấu trúc giống nhau. Chúng đều là tetramers với cấu hình gấp 4 quanh trung tâm K– khe chỉ đạo (conducting pore). Trên cơ sở nghiên cứ tính kỵ nước, có 2 phân nhóm kênh K+ liên quan mật thiết với nhau, một nhóm bao gồm những phân đoạn có độ dài 2 màng mỗi tiểu đơn vị và một nhóm có 6. Trong trường hợp sau, ởnhững kênh K+ cổng điện thế của Drosophila và động vật có xương sống, 2 vòng xoắn xuyên màng cuối cùng, S5 và S6 cùng với vòng P (P-loop) liên kết chúng, tạo thành khe chỉ đạo. Nhiều nhóm khác của kênh ions có cấu trúc giống nhau, bao gồm kênh K+ được hoạt hoá bởi Calci (Calcium-activated K+ channel). Nhóm 2 màng bao gồm kênh K+ bên trong thẳng và vài kênh K+ của vi khuẩn. Chúng được tạo thành từ 4 tiểu đơn vị, mỗi cái chỉ có 2 phân đoạn xuyên màng. 2 phân đoạn M1 và M2 giống nhau và vòng khe tạo thành cấu trúc xuyên màng hoàn chỉnh của 2 kênh K+ xuyên màng trên. Sự tương đồng về trình tự rất cao giữa 2 nhóm trong vùng kênh, đặc biệt là trong vùng khe. Các kênh K+ cho phép vài cations hoá trị I đi qua (nhưng không phải là Na), nhưng không cho phép các anions đi qua và bị chặn bởi các cations hoá trị II.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

SHPT – Chu kì tế bào

Nguyễn Phước Long

Tổng quan và giới thiệu

Năm 1858, nhà bệnh học Rudolph Virchow đã đề ra học thuyết tế bào với nội dung “Tế bào được tạo ra từ tế bào trước đó cũng như động vật được sinh từ động vật và thực vật được sinh ra từ thực vật”. Học thuyết này được phát biểu dựa trên các nghiên cứu trên động vật đơn bào, đa bào và cả con người. Theo các nghiên cứu này, hầu hết các tế bào nhân thực đều trải qua nhiều chu kì sinh trưởng và phân chia (chu kì tế bào). Chu trình này có các cơ chế điều hòa rất chặt chẽ, sai sót xảy ra ở các cơ chế này có thể tạo sự phát triển bất thường của tế bào và gây ung thư.

Hình 24.1: Chu kì tế bào gồm 4 pha

Các pha của một chu kì tế bào điển hình

Hai hoạt động chủ yếu của chu kì tế bào là: (1) sự tổng hợp DNA để nhân đôi nhiễm sắc thể trong pha S và (2) sự phân chia tế bào trong pha M. Pha G1 (xảy ra trước pha S và sau pha M) có nhiệm vụ chuẩn bị các vật liệu cho quá trình nhân đôi DNA còn pha G2 (xảy ra sau pha S) tổng hợp vật liệu cho quá trình phân chia tế bào. Pha M là pha diễn ra 2 quá trình quan trọng: (1) Nguyên phân (mitosis): bắt cặp và phân chia nhiễm sắc thể đã được nhân đôi và (2) Phân bào (cytokinesis): phân chia tế bào mẹ thành 2 tế bào con. Nhưng không phải tế bào nào cũng trải qua chu trình như vậy mà vài tế bào dừng lại pha G0, tồn tại ở trạng thái nghỉ hay im lặng(trạng thái không phân chia) và đi vào quá trình biệt hóa. Các tế bào này cũng có thể tiếp tục phân chia khi nhận được các tín hiệu ngoại bào kích hoạt quá trình phát triển.

Các hoạt động diễn ra trong 1 chu kì tế bào

Pha ­G1: Tổng hợp các nguyên liệu cần thiết và điều khiển môi trường ngoại bào, nội bào để chuẩn bị cho quá trình tổng hợp DNA để nhân đôi nhiễm sắc thể. Ở cuối pha này có một điểm kiểm tra (check-point) nếu tế bào đã đủ điều kiện để tổng hợp DNA thì sẽ vượt qua điểm này qua chuyển qua pha S

Pha S: Nhân đôi nhiễm sắc thể. Đây là pha kéo dài nhất trong chu kì tế bào (nếu chu kì tế bào dài 24giờ thì pha S kéo dài từ 10-12 giờ)

Pha G2: Chuẩn bị vật liệu cho (1)phân chia nhiễm sắc thể đã được nhân đôi (nguyên phân) và (2) phân chia tế bào mẹ thành 2 tế bào con (phân bào); điều khiển môi trường ngoại bào, nội bào thích hợp quá trình phân bào. Pha G2 cũng có điểm kiểm tra để kiểm tra xem tế bào đã có đủ điều kiện tiếp tục vào pha S hay không.

Pha M: phân chia nhiễm sắc thể và tế bào. Gồm 5 kì: kì đầu, kì đầu muộn, kì giữa, kì sau, kì cuối. Quá trình phân bào chỉ thực sự bắt đầu diễn ra ở kì sau. Nếu chu kì tế bào dài 24 giờ thì pha M diễn ra trong vòng 1-2 giờ).

Hình 24.2: Tiến trình phân chia của tế bào.

(1)   Kì đầu (prophase): nhiễm sắc thể trong nhân cuộn xoắn và các sợi thoi vô sắc bắt đầu được hình thành từ trung thể ở ngoài nhân.

(2)   Kì đầu muộn (prometaphase): màng nhân vỡ ra, nhiễm sắc thể bám vào thoi vô sắc.

(3)   Kì giữa (metaphase): các nhiễm sắc thể xếp thành hàng trước mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc. Mỗi nhiễm sắc thể trong nhiễm sắc thể đã được nhân đôi (các nhiễm sắc thể kép) hướng về một cực của tế bào

(4)   Kì sau (anaphase): các nhiễm sắc tử chị em trong các nhiễm sắc thể kép phân li về 2 cực của tế bào.

(5)   Kì cuối (telophase):  các nhiễm sắc tử chị em di chuyển đến cực của thoi vô sắc và bắt đầu tháo xoắn. Hai màng nhân mới được hình thành bao quanh 2 bộ nhiễm sắc thể mới để tạo thành 2 nhân con. Tại đây, quá trình nguyên phân kết thúc và bắt đầu quá trình phân bào

Điểm kiểm tra (checkpoints) và quá trình điều hòa chu kì tế bào

Tùy vào mỗi loại tế bào và tùy vào điều kiện môi trường mà các tế bào có các cơ chế điều hòa quá trình phân bào khác nhâu để đảm bảo quá trình này diễn ra một cách bình thường (cụ thể là đảm bào các pha, các kì được diễn ra đúng thứ tự; các quá trình không kéo dài quá mức bình thường; mỗi quá trình chỉ diễn ra 1 lần trong 1 chu kì).

Hình 24.3: Các check point của chu kì tế bào

Các cơ chế điều hòa chu kì tế bào thường được nghiên cứu dựa trên các đột biến trên các gene bất hoạt có vai trò mã hóa các thành phần thiết yếu trong chu kì tế bào ở nấm men. Nhờ vào các nghiên cứu này mà các gene điều khiển chu kì tế bào (cell division cycle genes hay cdc genes) được xác định. Các gene có vai trò tương tự ở tế bào động vật có vú cũng được gọi là cdc gene. Rất nhiều các quá trình điều quá chu kì tế bào đều có sự hiện diện của checkpoint trong đó 2 checkpoint quan trọng nhất là 2 checkpoint ở (1) cuối pha G1 đầu pha S và (2) cuối pha G2 đầu pha M.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

SINH HỌC TẾ BÀO MÁU

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Giới thiệu chung

Hình 28.1: Minh họa sự hình thành của các tế bào máu từ tủy xương. Những tế bào ở dưới đường ngang được hình thành ở máu ngoại biên bình thường. Những vị trí hoạt động cơ bản của erythropoietin và những yếu tố kích thích tạo dòng khác (colony-stimulating factors – CSF) kích thích sự biệt hóa của các thành phần được đề cập. G = granulocyte;  M = macrophage; IL = interleukine; Thrombo, thrombopoietin; SCF, stem cell factor.

Tủy xương là nơi tạo ra tất cả các tế bào máu kể từ khi sinh vật ra đời. Nó gồm các tế bào gốc ở trạng thái ngủ trong nhiều năm và tồn tại suốt cuộc đời của sinh vật. Mỗi ngày, một phần rất nhỏ các tế bào này bị kích thích và tự phân chia (autoreproductive). Số lượng này tăng lên trong các trường hợp nhiễm khuẩn hoặc đang có phản ứng viêm.

Sự tạo máu có sự tham gia của hematopoietic growth factors (HGF), nó sẽ biệt hóa để tạo thành 3 dòng tế bào: Myeloid, erythroid và lymphoid.

Các hiện tượng nhân lên, biệt hóa và trưởng thành đan xen với nhau chặt chẽ. Các hình thái khác nhau quan sát được ở mỗi giai đoạn tương ứng riêng biệt với các biến đổi của khung tế bào ở nơi có tiếp xúc của mặt bào tương với màng bào tương và các protein màng phụ trách về hình dạng và sự dính của các tế bào này với môi trưởng của chúng. Các kháng nguyên màng của các tế bào máu được gọi là kháng nguyên biệt hóa (CD) theo số thứ tự phụ thuộc vào thứ tự phát hiện, đôi khi được kèm theo các chữ a,b hay c. Một số protein màng có mặt trên các tế bào gốc và đã tồn tại trong các tế bào đã biệt hóa (CD-18). Một số khác xuất hiện dần dần tùy theo sự biệt hóa, sự tiếp nhận thông tin đến tế bào do các cytokine truyền tin giữa các týp tế bào khác nhau.

Khi các tế bào trưởng thành đã sẵn sàng rời khỏi tủy xương, các enzyme tiêu protein đặc hiệu  (thuộc họ metalloproteinase) sẽ tách chúng ra khỏi các protein giá đỡ hoặc protein sẽ gắn với thụ thể tế bào và cho tín hiệu giải phóng các tế bào máu. Cần lưu ý là sự vận động tích cực của các tế bào máu phụ thuộc vào sự co của các phân tử actomyosine

Các khái niệm cơ bản về máu

Máu là mô liên kết đặc biệt gồm có ba loại tế bào máu là hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu. Các tế bào này nằm lơ lửng trong huyết tương và chuyển động nhiệt một cách vô trật tự.

Khi huyết tương được loại bỏ các yếu tố gây đông máu (như fibrin, thromboplastin,…) thì nó được gọi là huyết thanh, một dung dịch hơi ngả sang màu vàng. Huyết thanh chứa các yếu tố tăng trưởng (Growth factors) và những protein khác có nguồn gốc từ tiểu cầu. Nó được xác định là có nhiều thuộc tính sinh học khác với huyết tương nguyên thủy ban đầu.

Bình thường có khoảng 5 liters máu được vận chuyển một cách nhịp nhàng đi khắp cơ thể nhờ sức co bóp của tim xuyên suốt hệ thống tuần hoàn.

Hình 28.2: Thành phần protein trong huyết tương(Color atlas of physiology 5th)

Khi cho các chất kháng đông (như heparin, citrate,…) vào máu để ngăn chặn sự thành lập cục máu đông thì ta sẽ thu được một hỗn hợp chất lỏng được tách lớp và không trộn lẫn vào nhau (xem hình). Trong đó, tế bào hồng cầu (erythrocytes) nằm bên dưới và chiếm khoảng 45% thể tích toàn dung dịch đối với người bình thường, tuy nhiên có sự sai biệt chút ít ở hai giới. Từ đó, người ta đưa ra một tiêu chuẩn đánh giá chất lượng máu trong các phép xác nghiệm được định nghĩa như sau: “Hematocrit (Ht, Hct) là thể tích hồng cầu trên tổng thể tích máu toàn phần.”

Hình 28.3: Minh họa chi tiết các thành phần của máu

Người ta cũng thấy rằng có một lớp nhầy chứa bạch cầu (leukocytes) và tiểu cầu (platelets) ở nơi phân cách hồng cầu và huyết tương, lớp này kém đặc hơn hồng cầu và chỉ chiếm khoảng 1% thể tích.

Máu đóng vai trò là trung gian vận chuyển O2, CO2, các chất chuyển hóa, hormones và các chất khác sinh ra từ hoạt động sống của tế bào đi khắp cơ thể. Ví dụ: O2 vận chuyển đa phần dưới dạng kết hợp với hemoglobin (Hb) trong hồng cầu, còn CO2 được vận chuyển chủ yếu ở dạng HCO3– (70%). Ngoài ra, máu còn giúp điều hòa thân nhiệt, duy trì pH và áp suất thẩm thấu nội môi.

Hình 28.4: Thành phần O2 trong các loại mạch máu khác nhau

Hồng cầu

Hình 28.5:Kích thước phỏng định của tế bào hồng cầu

Những tế bào dòng hồng cầu (erythroid lineage) phát triển từ tế bào gốc tủy xương đa năng (multipotential myeloid stem cell) dưới sự điều hòa của erythropoietin – một glycoprotein hormone được tổng hợp tại thận.

Hình 28.6: Chức năng của Erythropoietin đối với tế bào máu.

Quá trình tổng hợp hồng cầu được hoạt hóa khi cơ thể rơi vào tình trạng suy giảm oxy, cụ thể như trong tình trạng thiếu oxy máu (hypoxia) do thiếu oxy trong khí thở hay là sự suy giảm số lượng và chất lượng hồng cầu trong hệ tuần hoàn,…

Hình 28.7: Thành phần các ion trong máu (Color atlas of physiology 5th)

Tế bào gốc hồng cầu nhạy cảm với erythropoietin (erythropoietin-sensitive erythrocyte progenitor cell) CFU-E (erythroid colony forming unit) có khả năng biệt hóa thành tiền nguyên hồng cầu (proerythroblast).Các giai đoạn biệt hóa tiếp theo là basophilic, polychromatophilic, orthochromatophilic erythroblast và giai đoạn tế bào lưới (reticulocyte) – lúc này hồng cầu có khả năng rời khỏi tủy xương để vào hệ tuần hoàn.

Sự tạo hồng cầu (erythropoiesis) kéo dài khoảng 4-6 ngày. Nồng độ Hb trong bào tương tăng lên trong suốt quá trình phát triển, còn nhân tế bào và các bào quan khác mất đi bởi quá trình biệt hóa tế bào có chương trình (programmed cell changes) xảy ra cùng lúc.

Hình 28.8: Cấu trúc cơ bản của Hemoglobin

Hình 28.9: Quá trình điều hòa sự tạo hồng cầu và chu kì sống của nó (Color atlas of physiology 5th)

Tiểu cầu (Thrombocytes)

Tiểu cầu (blood platelets) là các mảnh bào tương của những tế bào tủy xương khổng lồ (bone marrow megakaryocytes), nó không có hình dạng cố định và chịu sự điều hòa của thrombopoietin. Sau khi được phóng thích vào máu, tiểu cầu di chuyển trong hệ tuần hoàn trong khoảng 10 ngày.

Màng bào tương tiểu cầu tích điện âm rất mạch và lõm vào tạo hệ ống nội bào (hệ ống hở). Vùng giữa tiểu cầu là vùng hạt chứa ti thể, lưới nội bào hạt, bộ Golgi và các hạt khác. Vùng ngoại vi tiểu cầu là vùng trong suốt, có các siêu ống và siêu sợi điều hòa hình dạng và sự di chuyển tiểu cầu. Bề mặt tiểu cầu có thụ thể Gb-1b và yếu tố von Willebrand. Cần lưu ý rằng thể động đặc có nhiều hạt Ca2+, serotonin, adrenaline, ATP và ADP (quan trọng trong khả năng bám dính của tiểu cầu).

Tiểu cầu có vai trò quan trọng trong cơ chế cầm máu, cụ thể như trong quá trình hình thành cục máu đông (blood clot formation), sự co cục máu đông (clot retraction) và tái tạo mô thương tổn.

Giảm tiểu cầu

Tiểu cầu trong máu tuần hoàn chiếm tỉ lệ khoảng 300.000/ml. Tiểu cầu hình thành cục máu đông và ngăn chặn mất máu sau thương tổn mạch máu. Giảm số lượng tiểu cầu làm dễ chảy máu. Giảm tiểu cầu là khi lượng tiểu cầu trong máu có số lượng ít hơn 150.000/ml. Lưu ý, xuất huyết tự nhiên xảy ra khi tiểu cầu dưới 20.000/ml.

Giảm tiểu cầu do giảm tạo và tăng hủy tiểu cầu, do thuốc(penicillin, sulfamide, digoxin,…) và do tăng kết tụ tiểu cầu ở mao mạch (ban xuất huyết do huyết tắc tiểu cầu) hay do rối loạn quá trình tạo các chất đông máu ở  tế bào nội mô thành mạch.

Hình 28.10: Các bước thành lập cục máu đông (Color atlas of physiology 5th)

Thiếu phức hợp glycoprotein1b-yếu tố đông máu IX(hay yếu tố von Willebrand, protein kèm theo yếu tố VIII) dẫn đến 2 bệnh chảy máu bẩm sinh là Bernard-Soulier và von Willebrand. Hai bệnh này có đặc điểm là tiểu cầu không thể bám vào mặt dưới nội mô thành mạch.

Hội chứng tiểu cầu Gray di truyền trội nhiễm sắc thể  thường là bệnh giảm tiểu cầu có tiểu cầu to do thiếu hạt α.

Bệnh MYH-9 (myosin heavy chain 9-related disorder) cũng có giảm tiểu cầu với tiểu cầu to, do khiếm khuyết gen MYH-9 mã hóa myosin IIA(myosin không quy ước) ở tiểu cầu và bạch cầu trung tính, dẫn đến khiếm khuyết tạo tiểu cầu ở khâu cắt nhỏ tạo tiểu cầu.

Cầm máu và tạo cục máu đông

Hình 28.11: Minh họa quá trình tương tác giữa các yếu tố đông máu

Quy trình tạo cục máu đông phụ thuộc vào sự chuyển đổi các tiền enzyme thành enzyme, có vai trò của tế bào nội mô và tiểu cầu để làm ngừng chảy máu. Cầm máu hình thành khi có fibrin cố định tạo nên nút tiểu cầu.

Quy trình cầm máu có đặc điểm:

–          Phụ thuộc sự chuyển đổi các tiền protease bất hoạt ( thí dụ yếu tố XIIa).

–          Gồm quá trình đông máu nội sinh và đông máu ngoại sinh.

–          Quá trình đông máu nội sinh và quá trình đông máu ngoại sinh hợp lại thành lộ trình đông máu chung.

–          Quá trình đông máu ngoại sinh xảy ra khi có tổn thương tế bào nội mô thành mạch, giải phóng các yếu tố mô.

–          Quá trinh đông máu nội sinh xảy ra khi có rối loạn các thành phân của máu hoặc tổn thương thành mạch máu, khi yếu tố XII tiếp xúc với collagen bên dưới tế bào nội mô(tiếp xúc này xảy ra khi có tổn thương thành mạch).

Đông máu nội sinh và đông máu ngoại sinh chuyển đổi fibrinogen thành fibrin, tạo khung lưới để tiểu cầu bám vào. Quy trình khởi đầu bằng hoạt hóa yếu tố X thành yếu tố Xa và yếu tố Va hoạt hóa, cắt prothrombin  thành thrombin, chuyển đổi fibrinogen thành fibrin.

Fibrinogen, sản phẩm tế bào gan , có 3 sợi polypeptide giàu acid amin mang điện tích âm ở đầu amin. Thuộc tính này cho phép fibrinogen tan trong huyết tương. Sau cắt, fibrin mới tạo kết tụ thành lưới. fibrin và fibronectin huyết tương giúp ổn định cục máu đông.

Giai đoạn sau đông máu

–          Sự co cục máu: Retractozyme làm các sợi huyết co lại, huyết thanh thoát ra làm thể tích cục máu đông giảm dần. Quá trình này giúp cho thành mạch bị tổn thương được kéo lại gần nhau, ngăn cản sự chảy máu.

–          Sự tan máu đông: Fibrin phân ly dưới tác dụng của plasmin sẽ dọn sạch các cục máu đông, ngăn ngừa hình thành huyết khối gây tắc mạch. Fibrin được tạo từ fibrinogen dưới tác dụng xúc tác của thrombin, yếu tố XII hoạt hóa, enzyme từ lysosome vùng tổn thương và các yếu tố nội mô thành mạch bài tiết. Ngoài ra còn liên quan đến urokinase (urokinase-type Plasminogen Activator (uPA), một loại enzyme dùng làm thuốc được) của tổ chức thận và streptokinase.

Bạch cầu

Các bạch cầu có số lượng 6-10×103/mm3, gồm 2 loại:

–          Bạch cầu hạt (có hạt cấp I và hạt cấp II)

–          Bạch cầu không hạt (chỉ có hạt cấp I). Khi có kích thích , các bạch cầu rời máu tuần hoàn, đi vào mô liên kết , gọi là sự định cư bạch cầu.

Bạch cầu hạt

Bạch cầu đa nhân trung tính

Bạch cầu đa nhân trung tính chiếm số lượng lớn nhất trong các loại bạch cầu (65%).Là tế bào có nhân nhiều thùy, bào tương có và hạt cấp I và hạt cấp II (các loại hạt chuyên biệt). Nó còn được gọi là bạch cầu trung tính (neutrophilic granulocyte) hoặc bạch cầu đa hình (polymorphs). Loại bạch cầu nàycó đời sống trung bình 6-7 giờ. Một điểm cần lưu ý là ở mô liên kết, loại bạch cầu này có đời sống khoảng 4 ngày.

Bạch cầu đa nhân trung tính có khả năng di động bằng 2 cách:

–          Tương tác với tế bào nội mô tqua các tiểu tĩnh mach sau mao mạch (postcapillary venules – homing – định cư bạch cầu).

–          Bám vào dịch ngoại bào và các phân tử hóa ứng động. (chemoattractant molecules)

Do vậy, bạch cầu đa nhân trung tính có thể rời khỏi hệ tuần hoàn để đến thực hiện chức năng tại các vùng khác. Với vai trò là tế bào có tác động đầu tiên khi cơ thể bị nhiễm trùng, chúng tiêu hủy các vật thể và vi khuẩn đã bị opsonin hóathông qua thụ thể Fc trên màng tế bàohay có tác động làm hạn chế lan rộng phản ứng viêm.

Các enzyme ở hạt cấp I (elastase và myeloperoxidase) và hạt cấp II (lysozuyme và các protease khác), các thụ thể của C5a (tạo lập trong lộ tình bổ thể), L-selectin và các integrin (gắn vào các phần tử nối ở tế bào nội mô là ICAM-1 và ICAM-2) phối hợp giúp bạch cầu trung tính tiêu diệt vi khuẩn và định cư.

Bạch cầu ưa acid (Eosinophilic granulocyte)

Bạch cầu ưa acid chiếm từ 2-4% tổng số tế bào bạch cầu, nhân có 2 thùy, tìm thấy nhiều trong trong niêm mạc ruột non. Số lượng có thể tăng lên trong trường hợp bị nhiễm kí sinh trùng hoặc đang có phản ứng dị ứng. Ngoài ra còn có vai trò trong khởi phát bệnh suyễn. Bạch cầu ưa acid có khả năng thực hiện các đáp ứng miễn dịch và có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cơ thể chống lại giun sán (helminthic parasites). Giống như bạch cầu đa nhân trung tính, bạch cầu ưa acid cũng có khả năng rời khỏi hệ tuần hoàn và di chuyển đến mô liên kết có vật lạ xâm nhập.

Bạch cầu ưa base

Bạch cầu ưa base chỉ chiếm tỉ lể 1% tổng số bạch cầu trong hệ tuần hoàn. nhân 2 thùy. Loại bạch cầu này có thể rời máu đi vào mô liên kết để thành mastocyte. Bạch cầu ưa base có vai trò phản ứng nhanh (gặp trong bệnh suyễn), phản ứng muộn (gặp trong trường hợp dị ứng da) và có khả năng gây phản ứng tự miễn.

Bạch cầu không hạt

Monocyte

Monocyte là bạch cầu lớn nhất trong các loại bạch cầu (12-20µm) và chiếm từ 2-8% tổng lượng bạch cầu trong máu và chỉ có hạt cấp I.Monocyte chỉ ở trong hệ tuần hoàn khoảng 24 giờ. Sau đó, chúng biệt hóa thành đại thực bào và tồn tại ở nhiều nơi như trong phế nang, tế bào Kupffer, mô liên kết, microglial và tủy đỏ của lách.

Ở mô liên kết, monocyte biệt hóa thành đại thực bào có chức năng thực bào vi khuẩn, tình diên kháng nguyên và tiêu hủy thể vùi tế bào chết. Ở mô xương, monocyte biệt hóa thành hủy cốt bào.

Monocyte đóng vai trò hết sức quan trọng trong vòng sinh lý tạo lập các mô, bao gồm sự phá hủy thành phần của dịch ngoại bào và các sợi mô liên kết già cũng như là tế bào quan trọng trong các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu hay không đặc hiệu của hệ miễn dịch. Chúng bị hấp dẫn bởi vi khuẩn, biệt hóa thành đại thực bào tại các vùng đang có phản ứng viêm, các mô đang xảy ra hiện tượng tái cấu trúc do bệnh lý.

Monocyte cũng phát triển tạo thành những tế bào trình diện kháng nguyên (antigen-presenting cells) có vai trò phá hủy kháng nguyên và ngoài ra, chúng còn hiện diện trong các mảnh liên kết với các phân tử Major Histocompatibility II trên màng tế bào của lymphocyte TH CD4. (helper CD4 T lymphocytes)

Lymphocyte

Lymphocyte là những tế bào miễn dịch của hệ bạch huyết và hệ miễn dịch, có khả năng nhận diện và đáp ứng với kháng nguyên. Chúng có thể sống từ vài ngày đến vài năm.

Lymphocyte chiếm khoảng 30% tổng số lượng bạch cầu của cơ thể. Trong máu và bạch huyết, chúng có thể tái tuần hoàn giữa các mô bạch huyết khác nhau. Mặc dù hình thái của chúng rất giống nhau nhưng những nghiên cứu sâu về lymphocytes cho thấy một số lượng lớn các tập hợp dân số không đồng nhất (heterogenous population) các tế bào về nguồn gốc, nơi biệt hóa, các marker bề mặt, chức năng chuyên biệt, sự định cư (localisation) trong các mô bạch huyết và thời gian sống (life span). Nếu phân loại theo chức năng thì trong cơ thể người có 3 loại lymphocytes:

–          Tế bào T (T lymphocyte hay T cell) được biệt hóa tại tuyến ức (Thymus). Lymphocyte T thực hiện chức năng miễn dịch qua trung gian tế bào. Chúng được phân loại dựa vào sự hiện diện của protein CD4 hay CD8, cách nhận diện kháng nguyên theo đó bám vào phức hợp Major Histocompatibility (MHC) I hay II. Lymphocyte TH(CD4) đóng vai trò trung tâm trong đáp ứng sinh ra một đáp ứng miễn dịch với kháng nguyên lạ. Chúng được hoạt hóa khi thụ thể của nó gắn kết với phức hợp kháng nguyên-MHC II trên bề mặt của tế bào trình diện kháng nguyên, hệ quả là dẫn đến sự tăng trưởng và biệt hóa của nhiều tế bào T và NK hơn, đồng thời cũng kích thích biệt hóa tế bào B tạo và phóng thích kháng thể. Tế bào CD8 là tế bào tác hiệu sơ cấp, được kích thích khi thụ thể của nó gắn với phức hợp kháng nguyên – MHC I trên bề mặt virus hay tế bào hình thành khối u (neoplastic cell), sau đó tiết ra perforins để hình thành các kênh ion trên màng của tế bào đã bị biến đổi (transform) rồi gây tiêu hủy chúng.

–          Tế bào B (B cell) thực hiện chức năng miễn dịch qua trung gian kháng thể – dịch thể (antibody-mediated humoral immunity). Tế bào B trưởng thành có phân tử MHC II và kháng thể trên bề mặt của nó và sau khi được hoạt hóa, nó sẽ biến đổi để tạo thành tế bào tiết kháng thể dịch thể hay còn gọi là tương bào (antibody-secreting plasma cells).

–          NK cell (natural killer cell) có khả năng tiêu diệt các tế bào bị nhiễm virus và một vài loại tế bào ung thư, nhưng hoạt động của chúng không phụ thuộc vào sự hoạt hóa của kháng nguyên.

Lymphocyte lưu thông trong máu chủ yếu dưới dạng tế bào T trưởng thành, chiếm khoảng 60-80% tổng lượng lymphocyte. 20-30% là tế bào B trưởng thành. Xấp xỉ 5-10% tế bào được xác định là lymphocyte không phải là tế bào B hay T mà là tế bào NK hay hiếm gặp hơn là tế bào gốc tạo máu (circulating haemopoietic stem cells).

Định cư bạch cầu ở phản ứng viêm

Định cư bạch cầu (homing) là cách thức bạch cầu trung tính di cư đến vùng viêm.

Bước một, các phần tử nối carbohydrate ở bề mặt bạch cầu trung tính gắn vào selectin ở tế bào nội mô(E selectin), giúp bạch cầu trung tính lăn tròn trên tế bào nội mô.

Bước hai, các integrin LFA-1 (lymphocyte associated antigen 1) và Mac-1 (macrophage 1) ở bạch cầu trung tính tương tác với các ICAM-1 và ICAM-2  ở bề mặt tế bào nội mô. ICAM-1  biểu hiên khi chịu cảm ứng bởi cytokine yếu tố hoại tử u α  và interleukine-1 (IL-1) của đại thực bào hoạt hóa tại vùng viêm.

Tương tác các phân tử này tạo ra: (1) kết dính chặt chẽ bạch cầu trung tính, chấm dứt sụ lăn tròn ; (2) ép tế bào bạch cầu vào giữa các tế bào nội mô kế nhau về vùng có interleukine-8 (sản phẩm của tế bào viêm);(3) di chuyển xuyên mạch, có sự hỗ trợ của CD-31 trên bề mặt bạch cầu trung tính và tế bào nội mô.

Vai trò của sự định cư bạch cầu (homing)

Các protein kết dính tế bào có vai trò quan trọng trong các phản ưng miễn dịch, sự lành vết thương, quá trình di căn tế bào ung thư và kể cả tạo mô. Một trong số các sự kiện quan trọng trong quá trình viêm – dị ứng là thu hút các tế bào viêm di cư đến vùng có phản ứng dị ứng. Nói chung, để có thể di cư thì các phân tử kết dính ở tế bào di cư phải gắn vào các phần tử nối ở bề mặt các tế bào khác.

–          Bệnh thiếu phân tử kết dính bạch cầu I do thiếu tiểu đơn vị integrin β làm các bạch cầu  không thể xuyên mạch rời máu tuần hoàn đến vùng viêm. Ở các người này,vùng viêm không có bạch cầu trung tính.

–          Bệnh thiếu phân tử kết dính bạch cầu II, thiếu phần tử nối có đường fucose (không lầm với fructose) chuyên biệt gắn kết selectin do rối loạn chuyển hóa fucose bẩm sinh. Tương tác selectin với hai loại bệnh khiếm khuyết phân tử kết dính đã được ghi nhận, cả 2 đều dẫn đến hệ quả là chậm và kém lành thương, nhiễm trùng tái diễn và tăng bạch cầu trong máu.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

GIỚI THIỆU VỀ MÔ MỠ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Nguyễn Thị Huyền Trang

Mô mỡ không chỉ đơn thuần là một cơ quan được thiết kế để dự trữ thụ động carbon dư thừa dưới dạng các acid béo glycerol ester (triacylglycerol). Những tế bào mỡ trưởng thành tổng hợp và tiết ra một số enzyme, các yếu tố tăng trưởng (growth factors), các cytokine và hormone có liên quan đến tổng cân bằng năng lượng nội môi. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo mỡ (adipogenesis) cũng liên quan đến các quá trình khác như cân bằng lipid nội môi và điều hòa phản ứng viêm. Ngoài ra, một lượng protein được tiết ra từ tế bào mỡ đóng vai trò quan trọng trong những quá trình tương tự. Thật vậy, những bằng chứng gần đây đã chứng minh rằng nhiều yếu tố được tiết ra từ tế bào mỡ là tiền chất trung gian của phản ứng viêm (pro-inflamlatory mediators) và những protein này được gọi là adipocytokines hay adipokines. Hiện có trên 50 adipokines khác nhau được  tiết ra từ mô mỡ. Những adipokines này liên quan đến sự điều khiển hàng loạt các phản ứng sinh lý bao gồm kiểm soát việc thèm ăn và cân bằng năng lượng. Quá trình trao đổi chất đặc biệt của mô mỡ bao gồm trao đổi lipid, cân bằng glucose nội môi , viêm nhiễm, hình thành mạch, cầm máu (theo quy định của đông máu) và huyết áp.

Hình 29.1: Tế bào mỡ và tình trạng bệnh lý

Dạng chủ yếu của mô mỡ ở động vật có vú (thường gọi là “mỡ”) là mỡ trắng, WAT (white adipose tissues). Mô mỡ biệt hóa có nhiệm vụ sinh nhiệt (thermogenesis), đặc biệt ở trẻ sơ sinh, là mỡ nâu, BAT (brown adipose tissues). BAT  được gọi như thế vì có màu đậm do mật độ ty thể cao trong cytochromes. BAT chuyên sản xuất nhiệt và oxy hóa lipid. WAT bao gồm các tế bào mỡ liên kết lỏng lẻo với nhau tập trung nhiều mạch máu vàcác dây thần kinh. Ngoài ra, WAT chứa các đại thực bào, bạch cầu, nguyên bào sợi, tế bào mầm của mô mỡ  (adipocyte progenitor cells), và tế bào nội mô. Các nguyên bào sợi, các đại thực bào, bạch cầu hiện diện cùng với các tế bào mỡ, có rất nhiều loại protein được tiết ra từ WAT trong các điều kiện khác nhau. Nơi tích lũy WAT cao nhất ​​là các vùng dưới da của cơ thể, xung quanh các nội tạng (nội tạng của ngực và bụng).

Hình 29.2: Sự hình thành mô mỡ

WAT có thể được tìm thấy ở một số cơ quan, nó không chỉ có vai tròcách nhiệt mà còn là một kho dự trữ để sản xuất năng lượng mà còn có nhiều chức năng khác. Tùy thuộc vào vị trí của nó, WAT có chức năng chuyên biệt. WAT ở các cơ quan bụng và ngực (không bao gồm tim), gọi là mỡ nội tạng, tiết cytokine viêm và do đó liên quan đến các quá trình viêm khu trú và viêm hệ thống. WAT ở cơ xương tiết ra acid béo tự do, interleukin-6 (IL-6) và yếu tố hoại tửu-α (tumor necrosis factor-α)(TNFα), đóng vai trò quan trọng trong sự đề kháng insulin.WAT ở mô tim tiết nhiều cytokine trong các phản ứng viêm khu trú và hóa hướng viêm, điều này có thể phát triển xơ vữa động mạch và tăng huyết áp tâm thu. WAT ở thận đóng vai trò trong việc tái hấp thu natri và do đó có thể ảnh hưởng đến thể tích máu nội mạch và cao huyết áp.

Trọng tâm chính của bài viết này tập trung vào các hoạt động sinh học liên quan đến WAT, tuy nhiên, BAT cũng sẽ được đề cập. WAT có nhiều chức năng bao gồm cách nhiệt, dự trữ năng lượng carbon dư thừa dưới dạng triacylglycerol và là trung gian cân bằng glucose nội môi. WAT cũng đóng vai trò quan trọng như một cơ quan nội tiết/miễn dịch bằng cách tiết adipokines như các cytokine viêm, yếu tố bổ trợ, chemokine, và protein giai đoạn cấp tính. Chức năng nội tiết của WAT ​​điều khiển sự thèm ăn, chuyển hóa năng lượng, chuyển hóa glucose và lipid, quá trình viêm, hình thành mạch, và các chức năng sinh sản.

Hình 29.3: Cơ chế dự trữ và huy động lipid của tế bào mỡ. Triglycerides được vận chuyển trong máu và bạch huyết từ ruột non về gan nhờ chylomicrons và VLDLs. Ở tế bào nội mô mao mạch của mô mỡ, các phức hợp lipoprotein trên sẽ được phân hủy bởi tác dụng của lipoprotein lipase, giải phóng acid béo và glycerol. Acid béo tự do khuếch tán từ mao mạch vào tế bào mỡ. Sau đó, acid béo sẽ được gắn trở lại vào glycerol phosphate để tạo thành triglyceride. Norepinephrine từ đầu tận của dây thần kinh sẽ hoạt hóa hệ thống tín hiệu cAMP (thụ thể β3) và hoạt hóa lipase nhạy cảm hormone để thủy phân các triglyceride dự trữ trở lại thành acid béo và glycerol. Các phân tử này sẽ khuếch tán trở lại vào mao mạch và tại đó, acid béo tự do sẽ gắn kết với albumin để chuyển tới các vị trí cần sử dụng năng lượng.

Điều hoà sự tạo mỡ

Các quá trình biệt hoá tế bào mỡ từ các tiền tế bào (precursor preadipocyte) thành tế bào mỡ hoàn toàn trưởng thành là một loạt các trật tự chính xác các sự kiện sắp xảy ra. Các tiền tế bào mỡ xuất hiện từ tế bào gốc trung mô (MSCs) có nguồn gốc từ lớp trung bì của phôi thai. MSCs toàn năng (pluripotent) nhận được tín hiệu ngoại bào dẫn đến các thông tin chắc chắn đối với dòng preadipocyte. Những tiền tế bào mỡ không được phân biệt về mặt hình thái từ các MSCs tiền thân của chúng, nhưng chúng đã mất khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác. Sự biệt hoá hay sự xác định các tế bào mỡlà bước đầu tiên và dẫn đến sự tăng về số lượng nhưng ngừng tăng trưởng các tiền tế bào mỡ. Sự ngừng tăng trưởng ban đầu xảy ra trùng khớp với các biểu hiện của hai nhân tố sao chép chính, CCAAT / protein liên kết tăng cường α (C/EBPα) và thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ (Peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ). Kế tiếp sự cảm ứng của hai yếu tố phiên mã quan trọng đó là giai đoạn ngừng tăng trưởng, tiếp theo là biểu hiện của kiểu hình biệt hoá hoàn toàn tế bào mỡ. Giai đoạn sau của sự  tạo mỡ này là sự biệt hoá cuối cùng.

Mặc dù PPARγ và C / EBPα là những yếu tố quan trọng nhất điều hoà sự tạo mỡnhưng  yếu tố phiên mã bổ sung khác cũng được biết là có ảnh hưởng đến quá trình này. Những yếu tố bổ sung này bao gồm sterol-regulated element binding protein 1c (SREBP1c, còn được gọi là ADD1 for adipocyte differentiation -1), đầu dò tín hiệu,chất kích hoạt phiên mã 5 (STAT5), AP-1 và các thành phần giống như yếu tố Krüppel (Krüppel-like factor) (Klf4, KLF5, KLF15), C / EBPβ và C / EBPδ.  Mặc dù những yếu tố phiên mã này đã được chứng minh ảnh hưởng đến sự tạo mỡ, cách tích cực hay tiêu cực, PPARγ là yếu tố duy nhất cần thiết cho sự tạo mỡ diễn ra. Trong thực tế, nếu vắng mặt của PPARγ thì sự biệt hoá tế bào mỡ khôngxảy ra và không có yếu tố nào xác định có thể thay thế sự tạo mỡ trong sự vắng mặt của PPARγ. Mặc dù vậy nhưng PPARγ khôngphải là yếu tốbiểu hiện đầu tiên trong quá trình kích hoạt biệt hoá tế bào mỡ ,nó chỉ xảy ra sau khi đáp ứng bởisự tác dụng của STAT5, Klf4, KLF5, AP-1, SREBP1c, và C / EBPβ và C / EBPδ .

PPARγ ban đầu biểu hiện trong sự biệt hoá tế bào mỡ và bây giờ công nhận là hệ thống điều chỉnh sự tạo mỡ tổng thể. PPARγ được xác định là mục tiêu của các thiazolidinedione (TZD) lớp thuốc nhạy cảm insulin. Cơ chế hoạt động của các TZDs là kích hoạt các PPARγ và khởi phát chuyển kết quả cho các gen cần thiết cho sự biệt hoá tế bào mỡ. Gen PPARγ của người (biểu tượng PPARG) nằm trên nhiễm sắc thể 3p25 kéo dài hơn 100kb và bao gồm 9 exon mã hóa hai đồng dạng sinh học hoạt động như mRNA thay thế và sử dụng như một codon bắt đầu quá trình dịch mã. Các sản phẩm protein chủ yếu của gen PPARG được xác định là PPARγ1 và PPARγ2. PPARγ1 mã hóa bởi exon A1 và A2 exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2mã hóa bởi exon B và exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2 hầu như đặc biệt dành riêng cho các tế bào mỡ. Giống như tất cả các thụ thểnhân,các protein PPARγ chứa một DBD và LBD. Ngoài ra, như PPARα, các protein PPARγ chứa ligand-dependent activation function domain (được xác định là AF-2) và ligand-independent activation function domain (được xác định là AF-1). Vùng AF-2 nằm trong LBD và vùng AF-1 ở khu vực N-terminal của protein PPARγ.PPARγ2 protein chứa 30 acid amin ở N-terminal liên quan đến PPARγ1 và các acid amin bổ sung này tăng 5-6 lần trong quá trìnhkích hoạt sao mã (transcription-stimulating activity) của AF-1 khi so sánh với vùng tương tự trong protein PPARγ1. PPARγ1 hiện diện ở khắp nơi. PPARγ2 gần như dành riêng cho  mỡ trắng (WAT), liên quan đến dự trữ lipid và mỡ nâu (BAT), liên quan đến tiêu hao năng lượng.

Hình 29.4:  Minh họa một số quá trình tạo thành mô mỡ

Như đã nói ở trên, trong quá trình biệt hoá tế bào mỡ một số gen ngược dòng (upstream genes)  được yêu cầu để kích hoạt các gen PPARG. Chúng bao gồm C / EBPβ và C / EBPδ, SREBP-1c, KLF5, KLF15, proteinzinc-finger 423 (Zfp423), và các yếu tố tế bào B sớm (early B-cell factor)  (Ebf1). PPARγ kích hoạt hầu hết các gen cần thiết cho quá trình biệt hoá tế bào mỡ. Những gen này bao gồm aP2-cần thiết để vận chuyển các acid béo tự do (FFAs) và perilipin-một loại protein bao phủ bề mặt của các giọt lipid trưởng thành trong tế bào mỡ. Các gen quy định cho PPARγ có liên quan đến chuyển hóa lipid hay cân bằng glucose nội môi bao gồm lipoprotein lipase (LPL), acyl-CoA synthase (ACS), acetyl-CoA acetyltransferase (ACAT), vài gen phospholipase A  (PLA) , adiponectin, enzyme gluconeogenic PEPCK, và glycerol-3 phosphate dehydrogenase (GPDH). PPARγ cũng có chức năng trong quá trình chuyển hóa lipid ở đại thực bào bằng cách gây ra sự biểu hiện của các macrophage scavenger receptor, CD36. Thụ thể CD36 cũng được gọi là translocase acid béo (FAT) và nó là một trong các thụ thể chịu trách nhiệm cho sự hấp thu các acid béo của tế bào.

Vai trò của SREBP-1c trong việc kích thích sự biệt hoá tế bào mỡ được cho là kết quả của yếu tố phiên mã này bắt đầu biểu hiện của gen đó, như là một phần hoạt động của mình, tạo ra các chất gắn PPARγ. Thực tế, sự biểu hiện của SREBP trước PPARγ là cần thiết. Mặc dù vậy, người ta chứng minh rằng những con chuột thiếu SREBP-1 không cho thấy việc giảm đáng kể WAT. Tuy nhiên, mức SREBP-2 tăng lên ở những động vật chỉ ra rằng điều này có thể là một cơ chế đền bù. Mặc dù mất SREBP-1 không dẫn đến một mức  thiếu hụt đáng kể trong phát triển mô mỡ, sự biểu hiện quá mức của SREBP-1c tăng cường hoạt động adipogenic của PPARγ.

Các yếu tố phiên mã họ C/EBP đóng vai trò đầu tiên trong sự biệt hoá tế bào mỡ. Ba thành viên của họ (C / EBPα, C / EBPβ và C / EBPδ) được bảo tồn các yếu tố leucine-cơ bản nơi chứa các yếu tố phiên mã. Tầm quan trọng của các yếu tố này trong sự tạo mỡ đã được chứng minh trong các con chuột biến đổi gen. Ví dụ như toàn bộ cơ thể gián đoạn sự biểu hiện của C / EBPα trong toàn bộ cơ thể bị gián đoạn dẫn đến cái chết ngay sau khi sinh do khiếm khuyết gan, hạ đường huyết, và không tích luỹ WAT ​​hoặc BAT. Sử dụng chuột biến đổi gen, người ta xác định vai trò của C / EBPβ và C / EBPδ tác dụng sớm trong quá trình biệt hoá tế bào mỡtrong khi C / EBPα tác dụng sau. Trong thực tế,  C / EBPα biểu hiện trễ hơn trong sự tạo mỡ và phong phú nhất trong các tế bào mỡ trưởng thành. Biểu hiện của  C / EBPα và PPARγ một phần được điều hoà bởi nhữnghoạt động của C / EBPβ và C / EBPδ. Một trong những tác động chủ yếu của sự biểu hiện C / EBPα trong tế bào mỡ là tăng cường độ nhạy cảm insulin của các mô mỡ. Thực tế này sau đó được chứng minh rằng biến đổi gen C / EBPα không phá huỷ sự tạo mỡ nhưng WAT không nhạy cảm với các hoạt động của insulin.

Mô hình chung của yếu tố phiên mã hoạt hoá sự tạo mỡ cho thấy rằng AP-1, STAT5, Klf4, và KLF5 được kích hoạt sớm và dẫn đếnviệc tăng sự biểu hiện gen trung gian qua phiên mã (transactivation) của C / EBPβ và C / EBPδ. Hai yếu tố này lần lượt hoạt hoá sự biểu hiện của SREPB-1 và KLF15 dẫn đến hoạt hoá PPARγ và C / EBPα. Điều quan trọng là phải giữ quan điểm rằng nó không chỉ là yếu tố sao chép kích hoạt các tiền tế bào mỡ điều khiển sự tạo mỡ. Ngoài ra còn có một sự cân bằng tác dụng ở mức độ ức chế yếu tố sao chép trung gian của sự tạo mỡ. Một số trong những yếu tố đang chống tạo mỡ (anti-adipogeneic) bao gồm các thành viên của họ yếu tố giống Krüppel (Krüppel-like factor family) như, KLF2 và KLF3.GATA2 và GATA3 cũng tác động chống tạo mỡ. Gọi là yếu tố GATA bởi vì chúng kết hợp các phân tử DNA có chứa một chuỗi GATA cốt lõi. Hai yếu tố sao chép của họ yếu tố điều hoà interferon, IRF3 và IRF4, chống lại quá trình tạo mỡ.

Những thay đổi trong biểu hiện của các yếu tố phiên mã điều khiển quá trình tạo mỡ tổng thể liên quan với những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc. Những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc liên quan đến việcmethyl hóa protein histone và methyl hóa DNA. Nhiễm sắc thể trong tế bào gốc đa năng hiển thị một tính chất rất năng động với một mức độ cao của DNA linh động “DNA decondensed”. Sự biệt hoá được cảm ứng là do có sự thay đổi trong mô hình tổng thể của gen methyl hóa. Các gen Lineage chuyên biệt được demethylated trong khi các gen đa năng bị methyl hóa dẫn đến kích hoạt phiên mã và im lặng tương ứng. Khi quá trình biệt hoá mỡ tiến hành mã hóa gen PPARγ và C / EBPα được quan sát thay đổi vị trí vào bên trong hạt nhân trùng với tỷ lệ tăng phiên mã. Kể từ khi MSCs có thể được cảm ứng để biệt hóa thành xương và cơ bắp, cũng nhưmỡ,các gen biệt hoá mỡ như PPARγ và C / EBPα không cần thiết biểu hiện  nếu con đường gây ra là xương hay cơ bắp.

Liên quan với không biểu hiện phiên mã là phức hợp protein gọi là đồng kìm hãm (co-repressors) và phức hợp kích hoạt phiên mã được gọi là đồng-kích hoạt (co-activators). Khi MSCs là do xương dòng  protein histone3 trong khu vực promoter PPARγ là methyl hóa lysine 9 (xác định là H3K9) bởi một phức tạp đồng kìm hãm bao gồm SETDB1 histone methyltransferase và các protein liên quan NLK (Nemo-kinase) và CHD7 (chromodomain helicase DNA gắn protein-7). Ngoài việc không biểu hiện của các promoter PPARg, hoạt động của protein PPARγ về gen đích của nó cũng bị hạn chế bởi liên kết với các phức hợp đồng kìm hãm. Trongtiền tế bào mỡ, hoạt động của PPARγ được ngăn chặn bởi liên kết với PRB và HDAC3 (histone deacetylase 3). Sự cảm ứng của quá trình biệt hoá kéo theo phản ứng phosphoryl hóa PRB giải phóng từ phức hợp ức chế. Điều này dẫn đếntăng hoạt động acetyltransferases histone (HATs) và đồng hoạt hóa protein CBP/p300 (CBP CREB gắn protein, CREB là cAMP- response element-binding protein) đến phức hợp PPARγ kết quả làhoạt hoá phiên mãgen mục tiêu PPARγ.

Nhiều thí nghiệm đã bắt đầu xác định các mảng lớn của việc sửa đổi histone điều hoà sự biểu hiện của gen liên quan đến tổng thể sự tạo mỡ đặc biệt là biểu hiện của PPARγ. Những thay đổi phức histone bao gồm HATs, HDACs, methyltransferases histone (HMTs), và demethylases histone (HDMs). Hậu quả chung sự hoạt hóa của HATs và HMTs là kích hoạt PPARγ biểu hiện và / hoặc tăng cường các hoạt động PPARγ trong chất hoạt hoá gen mục tiêu của nó. Ngược lại, như mong đợi, hoạt hoá HDAC dẫn đến ức chế hoạt động PPARγ tại chất ức chế gen mục tiêu  của nó.

Điều hoà trao đổi lipid trong tế bào mỡ

Các triacylglycerol (TAG) được tìm thấy trong WAT là nguồn dự trữ năng lượng chính của cơ thể. Vùng chứa TAG là một vùng ổn định được điều hoà bởi lượng thức ăn vào, nhanh và bởi hậu quả của chế độ ăn uống trên mức hormon tuyến tuỵ. Ngoài ra, hồ chứa chất béo của mô mỡ thay đổi là kết quả của biến động hormon khác, quá trình viêm, và sinh lý bệnh. tổng thể quá trình hóa sinh trong  trao đổi chất củaTAG của được trình bày trong trang tổng hợp lipid và trang oxy hóa acid béo. Mục đích của phần này là để thảo luận chi tiết hơn về các hoạt động enzyme điều hoà tổng cân bằng TAG nội môi của mô mỡ cũng như sự điều hoà hormon và các quá trình sinh lý

Ban đầu người ta tin rằng việc giải phóng các acid béo từ nơi dự trữ TAG của mô mỡ được kích hoạt riêng biệt thông qua hoạt hoá hormone nhạy cảm lipase (hormone-sensitive lipase) (HSL). Tuy nhiên, khi HSL-null của chuột được tạo ra người ta đã phát hiện ra rằng quá trình này liên quan đến việc thêm adipocyte HSL-independent TAG lipase. Nghiên cứu sau đó đã dẫn đến việc xác định ít nhất là năm lipases TAG của mô mỡ ngoài HSL ra. HSL là chất xúc tác hoạt động đa dạng bao gồm TAG, diacylglycerols (DAG), và este cholesterol (CES). Khi khảo nghiệm  in vitro hoạt động của HSL ít nhất là 10 lần cao hơn so với DAG hơn TAG. Khi tác động trên TAG hoặc DAG, HSL có hoạt động mạnh nhất chống lại các acid béo có trong vị trí sn-1 hoặc sn-3 của xương sống glycerol. Cho đến khi những thí nghiệm trên chuột biến đổi gen gần đây đã chứng minh rằng, HSL được cho là enzyme cơ bản liên quan đến TAG mỡvà thủy phân DAG cũng như hoạt động chính của  neutral cholesteryl ester hydrolase (NCEH) .

Mặc dù chuột HSL-null vẫn còn biểu hiện hoạt động hydrolase TAG, kết quả từ các nghiên cứu ở những con chuột này cho thấy rằng sự phân giải lipid qua trung gian HSL có đóng góp đáng kể cho tổng thể giải phóng acid béo từ các tế bào mỡ. Ở những con chuột thiếu HSL có thấy giảm mức độ lưu thông acid béo tự do và TAG cũng như giảm lưu trữ TAG trong gan. Những kết quả này chỉ ra rằng nếu thiếu HSL thì sẽ không đủ phân giải lipid từ  mô mỡ để hỗ trợ các nhu cầu năng lượng của tế bào từ các acid béo và cũng không để tổng hợp VLDL đầy đủ trong gan. Kết quả các nghiên cứu về vai trò của HSL trong phân giải lipid tổng thể ở mô mỡ chứng minh rằng nó không hoàn toàn cần thiết cho sự thủy phân TAG như suy nghĩ ban đầu. Tuy nhiên, những con chuột HSL-null có tích luỹ DAG chỉ ra rằng vai trò quan trọng đối với HSL là giải phóng acid béo từ DAG lần lượt tạo ra monoacylglycerols (MAGs). Tỷ lệ giải phóng acid béo từ DAG là khoảng 10 – 30 lần so với tỷ lệ giải phóng từ TAG. Cho đến nay chỉ DAG lipase được xác định trong mô mỡ là HSL.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

Khái luận về chuyển đoạn

Chuyển đoạn cân bằng (balanced translocation – cũng là chuyển đoạn tương hỗ) là hiện tượng trao đổi các đoạn NST giữa các NST không tương đồng. Về cơ bản thì chuyển đoạn cân bằng không làm mất đi vật liệu di truyền của cơ thể.

[IMG]

Hình trên là ví dụ chuyển đoạn cân bằng.

Người ta thường phân ra 2 dạng chuyển đoạn cân bằng chính là Reciprocal translocation (tạm dịch là chuyển đoạn thuận nghịch) và chuyển đoạn Robertson (Robertsonian translocation). (Bạn có thể tham khảo thêm ở 1 số sách hoặc tra 2 từ khóa đó trên google)
Mình nói sơ về chuyển đoạn Robertson vì nó liên quan tới phần sau:

[IMG]

Như trên hình thì phần ngắn (short arm) của NST nảy trao đổi với phần dài (long arm) của NST kia tạo thành 1 NST rất dài , và 1 đoạn rất ngắn (đoạn này thường mất đi – nhưng vì gene ở đoạn này thường vẫn có trên NST khác nên coi như là không mất vật chất di truyền – tuy nhiên Robertsonian translocation gây mất NST)

1 ví dụ điển hình của chuyển đoạn cân bằng là Philadelphia translocation gây ra hội chứng Chronic myelogenous leukemia (dịch nôm na là ung thư bạch cầu – dân gian thường dùng từ là “bệnh máu trắng”, Y khoa gọi là “bạch cầu mạn dòng tủy”)
[IMG]
Như trên hình 2 NST số 9 và 22 chuyển đoạn với nhau khiến 2 gene ABL và BCR về cùng 1 NST và gây bệnh. Bạn có thể tham khảo thêm ở :http://en.wikipedia.org/wiki/Philadelphia_chromosome

Chuyển đoạn không cân bằng (unbalanced translocation – hay gọi là chuyển đoạn không tương hỗ): xảy ra khi 1 giao tử của cá thể bình thường kết hợp với 1 giao tử của 1 cá thể có xảy ra chuyển đoạn cân bằng.

[IMG]

Như trên hình NST của giao tử bình thường kết hợp với NST bị ngắn đi sau chuyển đoạn cân bằng sẽ làm mất bớt vật chất di truyền của cá thể, được gọi là chuyển đoạn không cân bằng.

1 ví dụ của chuyển đoạn không cân bằng là hội chứng Down.
[IMG]
Có 3 đoạn dài của NST 21 ở cá thể mang hội chứng Down kết quả của việc kết hợp 1 giao tử bình thường và giao tử có NST dài là kết quả của chuyển đoạn Robertson.

Nguyễn Kỳ Anh

Xem thêm và thảo luận tại đây.

ĐẠI CƯƠNG TĂNG TRƯỞNG TẾ BÀO BẤT THƯỜNG

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tổng quan

Tế bào thường bị phân giải bởi apoptosis hoặc tử hoại (necrosis). Biểu hiện đại thể như sự bong tróc (sloughing) gặp trong tế bào ống tiêu hóa và da; các thương tổn gây chảy máu,… Sự chết và sống xen kẽ nhau, tế bào mới sẽ thay thế tế bào chết cùng mức độ nhờ các cơ chế cân bằng nội môi của cơ thể. Nếu các cơ chế điều hòa tế bào bình thường bị rối loạn, sự phân chia tế bào không kiểm soát sẽ xảy ra, hiện tượng nặng nề nhất là ung thư.

Hình 33.1: Một số hoạt động của protooncogene đã đề cập.

Ta cần biết rằng các protooncogene điều hòa hoặc sản sinh ra protein kiểm soát sự tăng trưởng và phát triển của tế bào. Các đột biến xảy ra khiến protooncogene chuyển thành oncogene (nguyên nhân gây ung thư). Hơn nữa, các đột biến có thể gây mất chức năng các gene có vai trò ức chế gene sinh ung và do vậy cũng góp phần gây ung thư.

Hầu hết mọi thay đổi di truyền xảy ra trong quá sinh ung thư hóa (carcinogenesis) là đột biến bản thể (somatic mutation). Mỗi lần phân bào là mỗi lần đột biến có cơ hội xảy ra, do vậy mà bất kì ai trong chúng ta đều có một nguy cơ nền (background risk) mắc phải ung thư. Các quá trình này không nằm ngoài sự chi phối của môi trường (ta đã khảo sát lần lượt qua các chương trong quyển sách này).

Gene và ung thư

Quá trình điều hòa chu kì tế bào được kiểm soát bởi các protooncogene – tác động vào cả giai đoạn thúc đẩy phân bào và tác động vào các gene ức chế sinh ung.

Hình 33.2: Các cơ chế chuyển protooncogene thành oncogene.

Protooncogene và oncogene

Sự phân bào được kiểm soát bởi nhiều protein trong tế bào (đã thảo luận kĩ ở chương chu kì tế bào). Tất cả các protein này là sản phẩm của gene, do vậy đột biến gene có thể làm rối loạn sự tăng trưởng của tế bào.

Protooncogene là các gene mà sản phẩm protein của nó kiểm soát sự tăng trưởng và biệt hóa của tế bào.  Khi các gene này bị đột biến nó sẽ gây ra các thay đổi cả về chất (qualitative) và lượng (quantitative), lúc này nó trở thành oncogene. Các protooncogene kích thích chu kì tế bào và thay đổi chuỗi truyền tín hiệu quyết định sự tăng trưởng, tăng sinh và biệt hóa tế bào. Một số quá trình được thể hiện ở hình ở trên.

Một số con đường hoạt hóa quá trình chuyển protooncogene thành oncogene là: Đột biến điểm, đột biến chèn thêm, khuếch đại gene, chuyển vị chromosome và có thể là sự biểu hiện của các oncoprotein (tác động ngược lại vào gene).

Gene ức chế sinh ung

Các gene ức chế sinh ung rất quan trọng trong việc giữ vững sự tăng trưởng bình thường của tế bào bằng cách loại bỏ các tiến trình không được điều hòa (unregulated progression) trong chu kì tế bào. Khi các gene này lộn xộn, nó gây ra các hậu quả sau:

Hình 33.3: Minh họa cơ chế hoạt động của p53

–          Mất chức năng – Mất/mất chức năng gene ức chế sinh ung sẽ dẫn tế bào đến ung thư.

–           p53 – đây là gene ức chế sinh ung “nổi tiếng” nhất (nó được gọi tên như vậy bởi vì nó mã hóa cho các protein có trọng lượng 53kD). Nhiều hơn một nữa ung thư ở người đều có kèm sự đột biến của p53. Mất chức năng của gene này sẽ gây mất ổn định toàn bộ hệ thống di truyền trong tế bào vì:

  • Nó điều hòa biểu hiện gene và kiểm soát một vài gene điều hòa tăng trưởng.
  • Giúp quá trình sửa chứa DNA xảy ra. Khi DNA bị tổn thương, p53 cảm ứng tổn thương và gây dừng chu kì tế bào ở G1 cho đến khi tổn thương đó được khắc phục.
  • Hoạt hóa apoptosis của tế bào bị tổn thương. Cơ chế này xảy ra nếu thương tổn của DNA vượt quá khả năng sửa chữa.

Hình 33.4: Cơ chế hình thành và thực hiện chức năng của miRNA

Đặc tính “trội” (dominant) – “lặn” (recessive) của oncogene và gene ức chế sinh ung

Một vài đột biến gene hoạt hóa quá trình chuyển đổi protooncogene thành oncogene nhưng lại bất hoạt và xóa bỏ các gene ức chế sinh ung. Đây là 2 điều kiện hoạt hóa ung thư “hiệu quả”.

Hình 33.5: Oncogene có tính trội và gene ức chế sinh ung có tính lặn.

MicroRNA (miRNA) điều hòa biểu hiện gene ở mức độ sau phiên mã. Nó được mã hóa ở vùng không mã hóa (noncoding) và intron của nhiều gene khác nhau. Các RNA chuỗi dơn này có khoảng 21 – 23 nucleotide và được tạo ra theo trình tự pri-miRNA – pre-miRNA – miRNA. miRNA trưởng thành được bổ sung không hoàn toàn vào một hoặc một vài mRNA và giải nhạy cảm biểu hiện gene.

miRNA được cho là ảnh hưởng đến quá trình sản xuất cytokine, growth factor, transcription factor,… Thuộc tính biểu hiện của miRNA thường thay đổi trong các khối u. Quá biểu hiện miRNA có thể giảm nồng độ các protein được tạo ra bởi gene ức chế sinh ung. Ngược lại, khi miRNA bị mất chức năng tác dụng lên các oncogene thì sẽ tăng biểu hiện các gene đích. Do vậy, miRNA vừa đóng vai trò như một oncogene, vừa có thể được xem là một gene ức chế sinh ung. Các tiến bộ đạt được hiện nay về miRNA giúp chẩn đoán và điều trị ung thư hiệu quả hơn.

Cơ chế phân tử của ung thư

Trước hết cần phải xác định rằng ung thư là một quá trình diễn ra theo thứ bậc (stepwise). Thông thường một vài biến đổi gene phải xảy ra tại các vị trí đặc biệt trước khi các biến đổi ác tính biểu hiện ở hầu hết các ung thư ở người trưởng thành. Các loại ung thư ở trẻ em không đòi hỏi nhiều sự đột biến nhiều như vậy. Một vài đột biến di truyền hiếm gặp có thể gây ra ung thư ở một hay nhiều vị trí trên các cá thể đó. Và cuối cùng, chúng ta phải luôn ghi nhớ rằng các đột biến này có dạng bản thể.

Ở chương này chúng ta sẽ khảo sát qua tổng quan các giả thuyết và bằng chứng ghi nhận được của các nhà khoa học trong giải thích cơ chế ung thư.

Điều hòa tăng trưởng

Tế bào bình thường đáp ứng với các tín hiệu hóa sinh phức tạp để có thể tăng trưởng, phát triển, biệt hóa và chết. Ung thư xảy ra khi một tế bào nào đó được “giải phóng” khỏi hệ thống kiểm soát trên và do vậy tăng sinh không ngừng. Cơ chế chính liên quan tới mTOR.

Đọc chi tiết bài viết tại đây.

CÁC LỘ TRÌNH TÍN HIỆU TẾ BÀO CHÍNH

CÁC LỘ TRÌNH TÍN HIỆU TẾ BÀO CHÍNH

Trọng tâm sinh học phân tử tế bào

Nguyễn Phước Long – Phùng Trung Hùng

Đại cương

Tế bào điều hòa hoạt động của nó thông qua các lộ trình tín hiệu và phần lớn lộ trình trong số đó đã được biết cho đến hôm nay. Trong chương này, chúng ta sẽ cùng nhau thảo luận về các cơ chế điều hòa trong tế bào. Những con đường tín hiệu này được chia làm 2 nhóm chính dựa theo cách nó được hoạt hóa. Phần lớn trong số đó được hoạt hóa bởi các chất ngoại bào và có chức năng truyền tin từ bề mặt tế bào vào trong hệ thống tác hiệu. Tuy nhiên, một vài hệ thống đáp ứng thông tin xuất hiện trong lòng tế bào và thường ở dạng tín hiệu chuyển hóa (metabolic messengers). Trong tất cả các lộ trình tín hiệu, thông tin được vận chuyển thông qua sự tương tác trực tiếp giữa các protein với nhau hoặc  thông qua các phân tử truyền tin thứ hai (second messengers). Trong suôt quá trình phát triển, các loại tế bào khác nhau thường có một số lượng lộ trình tín hiệu riêng và sự tương tác chéo lẫn nhau giữa các lộ trình này là điều rất được quan tâm, cũng như các lộ trình này phải phù hợp với chức năng chuyên biệt của nó. Trong phần này, chúng ta sẽ tập trung vào các thuộc tính của các lộ trình tín hiệu nội bào quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động sống của tế bào.

Các lộ trình tín hiệu nội bào

Có rất nhiều con đường lộ trình tín hiệu chịu trách nhiệm truyền tin trong tế bào và chúng được chia làm 2 loại chính. Loại đáp ứng với các chất kích thích ngoại bào (neurotransmitter, hormone hoặc GF) nằm trên bề mặt của tế bào, nhận thông tin qua trung gian các thụ thể. Sau đó, các thụ thể này sẽ chuyển thông tin xuyên màng bằng nhiều chất truyền tin khác nhau để tạo thành các lộ trình tín hiệu khác nhau diễn ra bên trong tế bào sau đó (1-16). Hệ thống tín hiệu của phosphoinositide và Calcium được xếp cùng một nhóm bởi vì chúng có chứa một tập hợp các lộ trình thường có sự tương tác với nhau (2-6). Các nhóm lộ trình khác được kích hoạt bởi các tín hiệu phát sinh trong tế bào (17-18). Ngoài ra còn có một lượng lớn các tín hiệu chuyển hóa hoạt động trong tế bào kích thích một lượng lớn các lộ trình tín hiệu khác nhau.

Tất cả những lộ trình tín hiệu này sinh ra các thông tin nội bào và đáp ứng chuyển tiếp thông tin đến các phân tử đích (sensors) rồi sau đó nối kết với các phân tử tác hiệu để sinh ra các đáp ứng nội bào.

Các lộ trình được liệt kê sau đây:

  1. cAMP: Một trong những hệ thống tín hiệu đầu tiên được phân lập. Trong đó, cAMP đóng vai trò là chất truyền tin thứ hai và tham gia vào nhiều hệ thống truyền tin khác nhau. Theo quan niệm này, các chất kích thích ngoại bào được gọi là các chất truyền tin thứ nhất và chúng có vai trò biến đổi cấu trúc adenylyl cyclase (AC) để tạo ra cAMP – một phần của hệ thống tác hiệu theo kiểu thác đổ xuôi dòng (down-stream).

Hình 41.1: Mô phỏng các lộ trình tín hiệu chính yếu tham gia điều hòa quá trình sống của tế bào.

  1. Hệ thống cADP-ribose (cADPR)và nicotinic acid-adenine di nucleotide phosphate (NAADP) có chức năng trong hệ thống truyền tin của calcium thông qua sự đáp ứng của ADP-ribosyl cyclase (ADP-RC).
  2. Voltage-operated channels (VOCs) tham gia vào tín hiệu calcium bằng cách điều khiển dòng calcium nhập bào trong các tế bào dễ bị kích thích (excitable cells).
  3. Receptor-operated channels (ROCs) tham gia vào tín hiệu calcium bằng cách điều khiển dòng calcium nhập bào của cả các tế bào dễ bị kích thích và các tế bào khác (non-excitable).
  4. Hệ hoạt hóa phospholipase C (PLC) để thủy phân PtdIns4,5P2 (hay còn gọi là PIP2) để sinh ra một số các lộ trình tín hiệu sau:
    1. Inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP3)/Ca2+
    2. Diacylglycerol (DAG)/protein kinase C (PKC)
    3. PtdIns4,5P2
    4. Hệ thống inositol polyphosphate đa năng (multipurpose).
  5. Hệ PtdIns 3-kinase có chức năng phosphoryl hóa PIP2 thành dạng chất truyền tin thứ hai là PtdIns3,4,5P3 (PIP3).
  6. NO/clyclic GMP: NOS (NO synthase) tạo ra NO hoạt động thông qua hệ thống cGMP và phản ứng nitrosyl hóa. NO đóng vai trò quan trọng trong việc điều biến hoạt động của các hệ thống tín hiệu khác, như của hệ Ca2+ chẳng hạn.
  7. Hệ thống Redox (oxi hóa khử). Rất nhiều thụ thể hoạt động thông qua NADPH oxidase (NOX) để hình thành nên nguyên tử Oxy hoạt hóa (như trong phân tử H2O2 chẳng hạn), có tác dụng điều hòa hoạt động của các loại protein tín hiệu đặc biệt như tyrosine phosphatases, yếu tố phiên mã và các kênh ion. Các nguyên tử Oxy hoạt hóa cũng tham gia trong phản ứng nitrosyl hóa trong hệ thống 7.
  8. Hệ thống MAPK. Nhóm này là ví dụ điển hình của dòng thác phosphoryl hóa các protein bắt đầu đa phần bởi Ras và bao gồm một số lượng các lộ trình tín hiệu song song nhau có vai trò điều khiển nhiều hoạt động của tế bào và liên quan đặc biệt tới sự tăng trưởng của tế bào, sự stress tế bào và apoptosis.
  9. Hệ thống NF-κB có vô số chức năng khác nhau. Nó đóng vai trò quan trọng trong các đáp ứng viêm của macrophages và neutrophils và như là một phần của các đáp ứng miễn dịch bẩm sinh chống lại các pathogen.
  10. Phospholipase D (PLD) là hệ thống tín hiệu phụ thuộc lipid có liên quan đến sự thủy phân của phosphatidylcholine để cho ra phosphatidic acid (PA), chất này đóng vai trò là chất truyền tin thứ hai trong các quá trình điều hòa của tế bào.
  11. Sphingomyelin được thủy phân bởi các yếu tố tăng trưởng (Growth factors) và cytokines để tạo các chất truyền tin thứ hai có các tác dụng đối lập nhau trong tế bào. Ceramide có vẻ như tham gia vào quá trình apoptosis, ngược lại sphingosine 1-phosphate (S1P) hoạt hóa sự tăng trưởng của tế bào. S1P cũng có thể giải phóng Ca2+ từ lưới nội bào chất hoặc đóng vai trò là tác chất có khả năng gắn vào thụ thể khi được giải phóng khỏi tế bào,… do vậy cơ chế hoạt động của nó cũng rất phức tạp.
  12. Janus kinase (JAK)/hoạt hóa tín hiệu và là chất kích thích của con đường phiên mã STAT. Đây là hệ thống truyền tin nhanh từ bề mặt tế bào vào trong nhân. JAKs là những tyrosine kinase có khả năng phosphoryl hóa dòng thác tín hiệu và hoạt hóa các yếu tố phiên mã (STATs).
  13. Hệ thống Smad. Lộ trình tín hiệu này đóng vai trò trung gian trong hoạt động của siêu họ TGF-β trong quá trình phiên mã thông qua các yếu tố phiên mã Smad.
  14. Lộ trình tín hiệu của Wnt có vai trò quan trọng trong cả sự tăng trưởng và phát triển của tế bào.
  15. Lộ trình tín hiệu Hedgehog tương đồng với lộ trình của Wnt và cũng có chức năng điều hòa sự tăng trưởng và phát triển của tế bào. Ligand của Hedgehog (Hh) hoạt động thông qua yếu tố phiên mã GLI.
  16. Notch là một lộ trình tín hiệu có tính bảo tồn cao, có vai trò quan trọng trong các quá trình phát triển liên quan tới việc quyết định số phận của tế bào trong các tế bào gốc. Các thụ thể Notch tạo ra các yếu tố phiên mã NICD (Notch intracellular domain).
  17. Tín hiệu của lưới nội chất trong các quá trình stress có vai trò chuyển thông tin đến nhân về tình trạng tổng hợp protein trong lưới nội chất hạt.
  18. Lộ trình tín hiệu của AMP được điều hòa bởi AMP đóng vai trò như một dạng tín hiệu chuyển hóa, có vai trò hoạt hóa các lộ trình quan trọng trong việc điều khiển sự biệt hóa của tế bào.

Ngoài ra còn một số lộ trình tín hiệu khác nữa có các chức năng chuyên biệt trong quá trình điều hòa các hoạt động chuyển hóa của tế bào, như là quá trình sinh tổng hợp cholesterol để điều chỉnh lượng cholesterol trong màng tế bào. Hoặc như lộ trình tín hiệu của NAD, NAD+ có vai trò điều hòa các quá trình nội bào như sự chuyển hóa năng lượng, sự phiên mã gene, sửa chữa DNA và các quá trình liên quan đến tuổi già.

Lộ trình tín hiệu của cAMP

Hình 41.2: Mô phỏng sơ khai hoạt động thông qua cAMP.

cAMP là một chất truyền tin thứ hai hiện diện ở tất cả các cơ quan trong cơ thể và tham gia vào vô số các quá trình điều hòa của tế bào. Sự hình thành cAMP thường phụ thuộc vào sự hoạt hóa protein G (G-protein coupled receptors – GPCRs).

Protein G là một dị trimer hóa protein, bao gồm một họ protein được phân loại dựa vào cách nó liên kết với màng tế bào và cơ chế hoạt hóa nó. Họ protein này giúp hoạt hóa enzyme adenylyl cyclase (AC). Có một vài chất tác hiệu tín hiệu cAMP (cAMP signalling effectors) như protein kinase A (PKA), exchange proteins activated by cyclic AMP (EPACs) có khả năng hoạt hóa GTP-binding protein Rap1 và cyclic nucleotide gated channels (CNGCs). Các chất tác hiệu này sau đó biến thông tin chức năng của cAMP thành các đáp ứng, như sự chuyển hóa năng lượng, sự phiên mã gene và hoạt động của các kênh ion. Trong nhiều trường hợp, những chức năng này được điều biến (modulation), cAMP sẽ hoạt động như một chất thiết lập hoạt động của các lộ trình tín hiệu khác và do vậy nó đóng vai trò trung tâm trong sự chồng lấp (cross-talk) giữa các lộ trình tín hiệu với nhau. Chức năng điều biến này cũng thể hiện rõ ở các chuỗi tín hiệu của Ca2+ trong cả tế bào thần kinh và tế bào cơ. Nhiều hoạt động của cAMP phụ thuộc vào vị trí chính xác của PKA, liên quan tới cả các chất tác hiệu ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream). Một họ A-kinase-anchoring protein (AKAPs) quyết định sự định cư trong tế bào của PKA cũng như là số lượng thành phần của lộ trình tín hiệu. Các phản ứng OFF – ngắt tín hiệu có vai trò giảm cAMP thông qua quá trình thủy phân cAMP hoặc đưa cAMP ra ngoài tế bào.

Bảng 41.1: AC từ 1 đến 9 được phân bố rộng rãi. Nó có nhiều trong não nhưng cũng phân bố trong nhiều loại tế bào khác. AC10 chỉ có mặt ở tinh hoàn. Hoạt động chức năng điều hòa của AC1-AC9 thông qua G proteins. Tất cả AC được kích hoạt bởi Gαs nhưng chỉ có một số bị bất hoạt bởi Gαi. Tiểu đơn vị βγ cũng có khả năng hoạt hóa vài loại AC và bất hoạt các AC còn lại.  Một vài AC được điều biến bởi một số lộ trình tín hiệu khác như của Ca2+ và PKC. Một vài lại bị bất hoạt bởi PKA do vậy tạo ra vòng tác hồi âm, khiến cho cAMP có thể ức chế chính sản phẩm của nó.

Sự hình thành cAMP

cAMP có thể được tạo thành từ sự kích thích của rất nhiều tác chất khác nhau, mà thông thường là neurotransmitter và hormones. Tất cả các chất kích thích đều tác động thông qua hệ thống GPCRs, có vai trò hoạt hóa hay ức chế enzyme adenylyl cyclase (AC). Trong trường hợp hoạt hóa AC, guanine nucleotide exchange factor (GEF) sẽ thay thế GDP bằng GTP tại tiểu đơn vị α, rồi phân ly tiểu đơn vị này khỏi phức hợp βγ, và tiểu đơn vị αs.GTP sẽ hoạt hóa AC (ngược lại, αi.GTP sẽ ức chế AC). Sau đó, GTPase trên tiểu đơn vị α sẽ thủy phân GTP thành GDP, protein được tái cấu trúc và quá trình hoạt hóa AC kết thúc.

Độc tố tả (cholera toxin) xúc tác đồng hóa trị sự biến thể của Gsα. ADP-ribose được chuyển từ NAD+ thành arginine tại vùng hoạt động của GTPase của Gsα. Sự ADP-ribosyl hóa ngăn sự thủy phân của GTP (prevents GTP hydrolysis) bởi Gsα. Do vậy stimulatory G-protein được hoạt hóa lâu dài.

Độc tố ho gà (whooping cough disease) xúc tác sự ADP-ribosyl tại cysteine của Giα làm nó không thể chuyển GDP thành GTP. Con đường inhibitory bị khóa.

Adenylyl cyclase (AC)

Họ AC bao gồm 10 loại: 9 loại trong số đó là các protein bám màng (1-9), loại thứ 10 tan trong bào tương. Cấu trúc domain của AC1-AC9 tương đối giống nhau. Hai domain lớn nằm trong bào tương là C1 và C2 có chứa vùng xúc tác, tạo thành cấu trúc dị dimer hóa và đồng tác dụng với nhau để chuyển ATP thành cAMP.

Hình 41.3: Cấu trúc domain của adenylyl cyclase (AC). AC1-AC9 có cấu trúc domain giống nhau. Một chuỗi peptide đơn tạo thành các domain xuyên màng (TM), trong đó TM1-TM6 được tập hợp lại cùng nhau, tương tự đối với TM7-TM12. Mỗi TM đều có đều có C1 và C2 – có chứa vùng xúc tác để chuyển ATP thành cAMP. Lưu ý là AC10 không có vùng xuyên màng nhưng vẫn có C1 và C2 nên vẫn có chức năng xúc tác.

Các chất tác hiệu thông tin cAMP

cAMP là một tín hiệu nội bào có sự linh hoạt cao và có khả năng hoạt hóa nhiều chất tác hiệu khác nhau. Một trong những ví dụ của các chất tác hiệu loại này là exchange proteins activated by cyclic AMP (EPACs), có vai trò hoạt hóa Rap. Một nhóm tác hiệu khác là cyclic nucleotide-gated channels (CNGCs) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cảm nhận mùi và vị giác. Tuy nhiên, hầu hết các hoạt động của cAMP đều thông quá protein kinase A (PKA).

Hình 41.4: Tổ chức và chức năng của lộ trình tín hiệu cAMP. cAMP được hình thành từ hệ thống AC bám màng tế bào và cả AC hòa tan nhạy cảm bicarbonate. Sự hình thành được điều hòa cả bởi các agonists hoạt hóa hoạt động thông qua tiểu đơn vị αs và cả agonist bất hoạt αi hay tiểu đơn vị βγ. Nồng độ cAMP gia tăng nhanh chóng và thực hiện chức năng thông qua ba hệ thống tác hiệu khác nhau. Trong đó, chức năng chính của cAMP là hoạt hóa PKA để phosphoryl hóa một lượng lớn các yếu tố trung gian thuận chiều. Một vài quá trình dẫn đến sự phiên mã gene thông qua hoạt động của cAMP respone element-binding protein (CREB) và hoạt hóa các kênh ion (như thụ thể AMPA và CFTR). Các yếu tố trung gian thuận chiều khác cũng có thể là cGMP phosphodiesterase (cGMP PDE), phospholamban (PLN) điều khiển sarco/endo-plasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA),thụ thể ryanodine (RYR) vàkênh Ca2+ CaV1.1 and CaV1.2

Protein kinase A (PKA)

Nhiều hoạt động của cAMP cần sự tham gia của PKA – có chức năng phosphoryl hóa tại những vị trí đặc hiệu của quá trình tác hiệu xuôi dòng.

Protein kinase A (protein kinase phụ thuộc cAMP) chuyển gốc Pi từ ATP đến gốc hydroxyl của nhóm serine hoặc threonine, đây là phần đặc thù của trình tự 5-amino acid chuyên biệt. Protein kinase A tồn tại ở trạng thái tĩnh (resting state) ở cấu trúc như sau:

–          2 tiểu đơn vị điều hòa (R).

–          2 tiểu đơn vị thủy phân (C).

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

CÁC LỘ TRÌNH “NGẮT” TÍN HIỆU CHÍNH

CÁC LỘ TRÌNH “NGẮT” TÍN HIỆU CHÍNH

Nguyễn Phước Long – Phùng Trung Hùng

Tổng quan

Như ta đã biết, lộ trình tín hiệu “on” có vai trò sản sinh ra các tín hiệu nội bào, ngược lại, các tín hiệu “off” có chức năng hủy bỏ các tín hiệu đó và giúp tế bào ‘trở lại trạng thái nghỉ’. Chúng ta sẽ quan tâm chủ yếu đến hiện tượng bằng cách nào các phân tử truyền tin thứ hai và các effector (protein tác hiệu) bị bất hoạt.

Các phân tử truyền tin thứ hai như cAMP, cGMP đều bị bất hoạt bởi phosphodiesterase (PDE). Lộ trình của inositol trisphosphate (InsP3) không diễn ra được nữa nếu có sự hiện diện của inositol trisphosphatase và inositol phosphatase. Trường hợp tín hiệu của Ca2+ phụ thuộc nhiều vào các kênh và các tải Ca2+ (là cách nói tắt, hay phải gọi chính xác hơn là protein tải vận Ca2+)  trong đó ti thể chiếm vai trò quan trọng (đã đề cập ở một chương khác).

Một nguyên lý chung cần nhớ là, rất nhiều các phân tử truyền tin thứ hai và effector hoạt hóa nhờ hiện tượng phosphoryl hóa bởi các kinase/phosphorylase, bị bất hoạt bởi hiện tượng khử phosphoryl với hóa xúc tác là các phosphatase.

Tuy nhiên, có những gốc phosphate được gắn vào có chức năng bất hoạt protein. Do vậy không nên hiểu một cách cứng nhắc rằng loại bỏ gốc phosphate chỉ có vai trò bất hoạt.

Protein phosphatase

Bộ gene người tổng hợp được khoảng 2000 loại protein kinase khác nhau có vai trò trong rất nhiều lộ trình tín hiệu. Đối kháng lại tác dụng của nó là một lực lượng cân xứng phosphatase. Các phân tử này được chia làm 2 nhóm chính.

Protein tyrosine phosphatase (PTPs)

Hiện tượng phosphoryl hóa tyrosine thường hữu của protein chỉ chiếm khoảng 0.1% tổng số khả năng phosphoryl hóa protein trong tế bào.  Tuy nhiên, nó lại chiếm vai trò lớn vì tham gia vào các lộ trình tín hiệu chính, điều hòa sự tăng trưởng và phát triển của tế bào. Hiện tượng phosphoryl hóa tyrosine tăng lên từ 10 – 20 lần khi tế bào bị kích thích bởi các growth factor hoặc trải qua quá trình biến đổi ung thư hóa. Chính điểm này làm nổi bật lên vai trò của PTPs.

Cấu trúc và chức năng của PTPs cho thấy rằng các enzyme này thuộc về họ heterogeneous. Siêu họ protein này được chia làm 2 họ nhỏ hơn là PTPs cổ điển và DSPs (dual-specificity phosphatase).

Cấu trúc và chức năng

Các thành viên có cấu trúc rất khác nhau. PTP cổ điển còn được phân chia thêm thành các PTPs không xuyên màng (non-transmembrane PTPs) và PTPs loại thụ thể (receptor-type PTPs). Tuy nhiên, tất cả các phosphatase đều có chung một motif là H-C-X-X-G-X-X-R nằm ở domain xúc tác. Các thành tố cấu trúc khác (SH2, PDZ và immunoglobin-like domain) có vai trò điều hòa hoạt động của enzyme và giúp enzyme hiện hữu ở gần nơi có cơ chất đặc hiệu của nó.

Hình 42.1: Tổng quan về siêu họ PTP.

Tất cả các PTPs đều dùng chung một cơ chế xúc tác. Trong quá trình, gốc phosphate ở cơ chất đầu tiên được chuyển đến tiểu phân cysteine ở motif xúc tác trước khi bị thủy phân bởi nước để giải phóng anion phosphate. Cách thức hoạt động này của tiểu phân cysteine trong phản ứng chuyển đổi phosphate này là một ví dụ của quá trình nhạy cảm oxi hóa (oxidation-sensivite process) – vốn là mục tiêu của lộ trình tín hiệu redox. Một vài phân tử tín hiệu thuộc họ ROS thực hiện chức năng được là nhờ vào sự bất hoạt các PTPs này.

Trong lộ trình tín hiệu redox, cysteine bị oxy hóa và làm giảm hoạt tính của PTPs. Quá trình bất hoạt phosphatase do cảm ứng oxi hóa góp phần tăng cường luồng tín hiệu xuôi dòng của tyrosine như MAPK và Ca2+ chẳng hạn.

PTP cổ điển

PTP không xuyên màng

Các protein này thuộc họ heterogeneous có chung domain PTP nhưng có thêm các thành tố khác quyết định vị trí hiện diện cũng như chức năng của nó trong tế bào. Một vài thành viên thuộc nhóm này là:

–          Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B). Protein này có domain PTP tiêu biểu ở đầu N và vùng điều hòa ở đầu C. Đầu C có chứa một vùng kị nước – là thành phần giúp gắn enzyme vào ER. Mặc dù được cố định vào ER, một vài cơ chất chính của PTP1B là các thụ thể tyrosine kinase (như thụ thể EGF, thụ thể insulin và non-receptor tyrosine kinase c-Src). PTP1B cũng là thành phần của JAK/STAT như STAT5a và STAT5b. PTP1B đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định hóa các phức hợp cadherin vì chúng loại nhoscm phosphate của tyrosine trên β-catenin. Để gắn được vào cadherin, PTP1B phải được phosphoryl hóa ở tiểu phân Tyr-152 bởi protein tyrosine kinase không thuộc loại thụ thể.

Hình 42.2: Cơ chế xúc tác của protein tyrosine phosphatase. Vùng xúc tác có chứa 3 tiểu phân (cysteine, aspatate và glycine) – là 3 amino acid cần thiết cho quá trình xúc tác. A) đoạn peptide có chứa phosphotyrosine đi vào vị trí. Tiểu phân aspatate có vai trò cho proton (gốc phenolate là nơi nhận và nó cũng là nhóm rời khỏi cấu trúc cơ chất). B) Khi gốc phosphate đã được chuyển đến gốc cystein, cơ chất rời khỏi enzyme và bước cuối cùng là sự thủy phân gốc phosphate. Sự liên hợp của một phân tử nước và glycine giúp sự thủy phân gốc phosphate xảy ra dễ dàng hơn. Khi gốc phosphate rời khỏi, vị trí tác động sẵn sàng để tiếp tục xúc tác cho phản ứng tiếp theo.

–          T cell protein tyrosine phosphatase (TC-PTP) có cấu trúc tương tự PTP1B nhưng tác dụng lên loại cơ chất khác. TC-48 có một domain kị nước giống với  PTP1B và cũng gắn kết vào ER. Mặt khác, TC-45 không có domain kị nước nhưng có một tín hiệu định vị nhân (nuclear localization signal, NLS) đưa nó trực tiếp vào nhân. Khi tế bào được hoạt hóa bởi EGF, TC-45 rời khỏi nhân và tương tác với phức hợp thụ thể của EGF để tác dụng lên Shc.

Hình 42.3: Cấu trúc của SHP-1 và SHP-2. Cấu trúc của 2 phân tử này rất giống nhau. Cả 2 đều có 2 domain SH2 ở đầu N. Đầu C có 2 tyrosine. Đặc biệt, SHP-2 có một domain rất giàu prolyl.

–          SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-1 (SHP-1) có chứa 2 domain SH2 ở đầu N. Cần phân biệt phân tử này với SH2 domain-containing inositol phosphatase (SHIPs) – có vai trò trong việc hình thành nên inositol polyphosphate 5-phosphatase type 2. Chức năng cơ bản của SHP-1 là ức chế lộ trình tín hiệu của tyrosine được phosphoryl hóa. Hầu hết các hoạt động của nó trực tiếp đối kháng lại các lộ trình tín hiệu của các tế bào tạo máu. Nó tự gắn mình vào phức hợp truyền tin ở domain SH2, do vậy cho phép domain PTP khử phosphoryl hóa phosphotyrosine. Ngoài ra, SHP-1 có thể gắn kết vào nhiều thụ thể bất hoạt (inhibitory receptor), góp phần ức chế lộ trình tín hiệu của kháng nguyên và integrin. Ví dụ, SHP-1 cùng với thụ thể FcγRIII bất hoạt thụ thể FcεRI ở tế bào mast. Cuối cùng ta cần biết rằng SHP-1 còn tham gia vào quai tác hồi quan trọng tồn tại giữa ROS và Ca2+.

–          SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-2 (SHP-2) có cấu trúc tương tự SHP-1 nhưng có chức năng rất khác. Thay vì có tác dụng ức chế, nó thường có tác dụng hoạt hóa hoạt động của nhiều thụ thể cho growth factor (như EGF, FGF, insulin, integrin và có thể là PDGF).

Hình 42.4: Sơ đồ không gian và thời gian trong cơ chế hoạt hóa tế bào T. Tín hiệu bắt đầu ở vị trí trên bên trái với hiện tượng gắn kết kháng nguyên/MHCII đến phức hợp TCR. Thông tin được truyền vào trong nhân để hoạt hóa phiên mã. IL-2 được tạo ra tạo thành vòng tự tiết hoạt hóa lộ trình tín hiệu của thụ thể IL-2 và hoạt hóa sự tổng hợp DNA.

PTP loại thụ thể (RPTPs)

Chúng là loại protein có domain xuyên màng do vậy được gắn vào màng tế bào. Mặc dù những enzyme này được gọi là loại thụ thể, người ta không xác định được nhiều lắm ligand của nó. Hầu hết chúng là các phân tử kết dính và do vậy được hoạt hóa bởi các phân tử trên bề mặt tế bào từ tế bào lân cận. RPTPμ và RPTPκ tạo tương tác ưa nước với các phân tử đối diện với tế bào. Các thành viên chính của loại này là:

–          CD45 là một PTP điển hình có một domain ngoại bào được glycosyl hóa. Ở nội bào, nó có 2 PTP domain nhưng domain thứ 2 không có hoạt tính xúc tác. CD45 có chức năng chính trong lộ trình tín hiệu của tế bào T. Cụ thể nó hoạt hóa Lck (một phân tử truyền tin của tế bào T) bằng cách loại bỏ một gốc phosphotae ức chế ở vị trí tyr-505. Ngoài ra, CD45 còn có chức năng hoạt hóa BCR bằng cách kích hoạt Lyn.

–          Protein tyrosine phosphatase α (PTPα) hoạt hóa họ Src không phải thụ thể (non-receptor Src family) bởi việc loại bỏ gốc phosphate ức chế.

–          Leucocyte common antigen-related (LAR) có nhiều chức năng phát triển đặc hiệu. Ví dụ như biệt hóa phế nang chẳng hạn. Ngoài ra nó còn giúp phát triển vùng não trước và hippocampus.

Dual-specificity phosphatase (DSP)

Hình 42.5: Mô hình hoạt động của DSP. Trong đó T là threonine và Y là tyrosine. MEK1/2 có chức năng phosphoryl hóa. Sự tương tác giữa ERK2 và MKP-3 phụ thuộc vào kinase interaction motif (KIM) ở vị trí đặc biệt trên ERK. Ví dụ này cho ta thấy rằng, để thiết lập một đáp ứng tín hiệu xuôi dòng là không phải đơn giản.

Như tên gọi của chúng, DSP là một phosphatase đặc hiệu kép. Nghĩa là, nó có thể khử gốc phosphate của cả phosphotyrosine (pTyr) và phosphoserine/phosphothreonine (pSer/pThr). Các thành viên trong nhóm này gồm:

–          Cdc25 ở người được chia làm 3 loại là Cdc25A, Cdc25B và Cdc25C. Enzyme này lần đầu tiên được mô tả là phân tử điều hòa chu kì tế bào ở tảo. 3 isoform ở người cũng đóng vai trò điều hòa chu kì tế bào bằng cơ chế kiểm soát giai đoạn đi vào pha S (Cdc25A) và giai đoạn đi vào nguyên phân (Cdc25B và C). Nồng độ của Cdc25A tăng ở giai đoạn trễ của G1 và giữ vững suốt giai đoạn nghỉ của chu kì tế bào. Nồng độ Cdc25B được tăng trong suốt pha S để hoạt hóa tế bào đi vào nguyên phân rồi trở về bình thường sau khi nguyên phân hoàn thành. Nồng độ Cdc25C thì giữ ở mức cao suốt chu kì tế bào. Cả 3 isoform đều có vùng C xúc tác chung, đầu N điều hòa khác nhau giữa từng thành phần. Hoạt tính của Cdc25 được điều hòa bởi cả sự phosphoryl hóa hoạt hóa và ức chế. Cả 3 isoform đều chứa 1 vị trí gắn gốc phosphate để điều hòa sự gắn của protein 14-3-3 – có vai trò ức chế enzyme này. Vị trí bất hoạt này được phosphoryl hóa bởi các enzyme được hoạt hóa bởi stress tế bào, thường là trong trường hợp tổn thương DNA. Đây là cơ chế ức chế Cdc25 quan trọng cho cả G1 và G2/M có vai trò gây ngừng chu kì tế bào (cell cycle arrest).

Hình 42.6: Tóm tắt vai trò của Cdc25 trong kiểm soát chu kì tế bào. Khác với thành phần B và C, Cdc25A do tăng sự tổng hợp DNA, nó được gọi là một oncogen, do vậy phải được điều hòa chặt chẽ bởi  trục các yếu tố p53-p21-Cdk.

  • Sự biểu hiện của Cdc25A được kiểm soát bởi E2F. Khi Cdc25A biểu hiện ở bào tương, nó có khả năng kích hoạt CDK2 (cyclin-dependent kinase 2) để tăng tổng hợp DNA. Hoạt năng của Cdc25A rất nhạy cảm với sự tổn thương của DNA (khi bị tổn thương, DNA kích hoạt CHK1 và CHK2 (checkpoint kinase) để phosphoryl hóa Ser-123, kết quả là dừng nguyên phân do Cdc25A bị ubiquitin hóa và phân giải. CHK1 cũng phosphoryl hóa thr-507 của Cdc25A để nó liên kết với protein 14-3-3 và bị bất hoạt cho đến khi nào tế bào cần nó.
  • Cdc25B đóng vai trò quan trọng đối với quá trình nguyên phân được kiểm soát bởi cyclin B. Phân tử này loại bỏ gốc phosphate của Cdc2 do vậy cần thiết để giúp tế bào đi vào nguyên phân. Cũng giống như các Cdc25B khác, Cdc25B bị ‘bất hoạt’ khi bị phosphoryl hóa ở vị trí Ser-323/tạo vị trí gắn cho protein 14-3-3. Vị trí này được phosphoryl hóa bởi lộ trình của p38 và cung cấp điều kiện cho lộ trình tín hiệu của MAPK làm dừng chu kì tế bào.
  • Cdc25C bị ‘bất hoạt’ khi bị phosphoryl hóa ở Ser-216/tạo vị trí gắn cho protein 14-3-3. Trong quá trình đi vào nguyên phân, phosphate ức chế này được loại bỏ và làm cho Polo-like kinase phosphoryl hóa vị trí khác của vùng điều hòa, cho phép Cdc25C khử gốc phosphate của CDK1-activating kinase.

–          Mitogen-activated protein kinase (MAPK) phosphatase (MKPs) gồm 10 thành viên có chức năng chuyên biệt trong lộ trình tín hiệu của MAPK. Một trong những sự kiện cuối cùng của lộ trình tín hiệu này là sự phosphoryl hóa MAPK bởi một dual-specificity MAPK kinase – gắn gốc phosphate vào cả tyrosine và Threonine. Trong pha phục hồi, các gốc phosphate này phải được loại bỏ bởi MAPK phosphatase. Trong 10 thành viên MAPKP, chỉ có vài thành phần cơ hữu, các thành viên còn lại được cảm ứng sinh ra khi tế bào được kích thích và đều góp phần vào quai tác hồi âm. Một ví dụ của trường hợp này là lộ trình tín hiệu đi qua ERK (extracellular-signal-regulated kinase). Các phosphatase này còn thường có độ đặc hiệu cao với một số phân tử đích. Ví dụ điển hình là MKP-3, đặc hiệu cho ERK2. Ở neuron, như neuron sống giữa (medium spiny neurons) ở thể vân (striatum) chẳng hạn, có biểu hiện STEP (striatal-enriched protein tyrosine phosphatase), chúng đóng vai trò đặc hiệu trong lộ trình tín hiệu MAPK của neuron. Trong đáp ứng với kích thích của NMDA, dòng Ca2+ tăng lên tác động vào calcineurin (CaN) để khử gốc phosphate và hoạt hóa STEP để hiệp đồng ức chế lộ trình tín hiệu của phospho-ERK. Ngược lại, sự tăng nồng độ của Ca2+bởi VOCs (voltage-operated channel) hoặc giải phóng Ca2+ nội bào không có tác động gì của STEP, điều đó chứng tỏ rằng STEP và NMDA có sự liên hệ chặt chẽ.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

Khái luận về Genetics

KHÁI LUẬN VỀ GENETICS

Phùng Trung Hùng – Lê Minh Châu – Nguyễn Phước Long

Y học đang dần phát triển từ một nghệ thuật chữa bệnh trong đó các tiêu chuẩn thực hành được thành lập trên cơ sở kinh nghiệm cá nhân sang phương pháp khoa học được kiểm chứng nghiêm ngặt.Việc áp dụng các phương pháp khoa học tạo nên những tiến bộ lớn trongcác lĩnh vực sinh lý học, vi sinh, hóa sinh và dược học. Những tiến bộ này có vai trò như làcơ sở cho các phương pháp tiếp cận chẩn đoán và điều trị những bệnh tật thông thường của các bác sĩ trong thế kỉ 20.

Bắt đầu từ những năm 1980, người ta ngày càng hiểu biết thêm về cơ sở phân tử của di truyền học và những tiến bộ trong lĩnh vực này đã giúp tìm ra một chân trời mới trong xác địnhcơ sở “thông thường” bệnh gene di truyền (ví dụ: bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm) cũng như cơ sở những đặc điểm di truyền phức tạp (ví dụ, tăng huyết áp). Các cơ sở phân tửtrong sự tương tác giữa gene và môi trường cũng đã bắt đầu được xác định. Ngày nay, nhờ vào sự hỗ trợ của các kĩ thuật nhạy và chuyên biệt, các bác sĩ đã hiểu được cơ sở phân tửcủa các quá trình bệnh sinh phức tạp và xác định nguy cơ các bệnh thông thường ở từng cá nhân. Muốn hiểu biết về y học hiện đại cần phải hiểu biết về di truyền học phân tử và cơ sởphân tử của bệnh.

Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan về di truyền học, trong đó PCR chỉ là một phương pháp ứng dụng các thành tựu khoa học để nhân bản các đoạn DNA (có thể là gene hoặc không) mà thôi, không phải là tất cả như một số người vẫn quan niệm. Nội dung về các nguyên tắc của y học phân tử đã và sẽ được nhấn mạnh ở từng phần cụ thể trong sách, không chỉ về genetics mà còn về epigenetics, proteomics, lipidomics,…

Acid deoxyribonucleic và mã di truyền

Tất cả các thông tin cần thiết để tạo thành một sinh vật đều được mã hoá từ deoxyribonucleic acid (DNA)  chứa trong hạt nhân của mỗi tế bào sinh vật. Các DNA này tạo nên bộ gene của sinh vật. Khung đường deoxyribose của DNA được tạo thành từ liên kết phosphodiester (5′-3′) giữa cacbon thứ năm của vòng pentose này và carbon thứ ba của vòng pentose kế tiếp. Mỗi monomer deoxyribose phosphate liên kết cộng hóa trị với một trong bốn nucleic acid base: adenine purin (A), guanine (G), cytosine pyrimidines (C) và thymine (T). Và các nucleic acid base của 2 chuỗi này nối với nhau bằng các liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung.

Theo nguyên lí nhiệt động lực học thì adenine liên kết với thymidine và cytosine liên kết với guanine.

Trong bộ gene của con người, có khoảng 6 ×109 nucleotide hay 3 ×109cặp nucleotide, liên kết với nhau trong một chuỗi xoắn kép. Tính đặc trưng của DNA được qui định bởi trình tựcác nucleotide, và trình tự này được lưu trữ trong cấu trúc xoắn kép, tạo điều kiện sửa chữa lỗi và cung cấp một cơ chế để nhân rộng các thông tin trong quá trình phân chia tế bào.Trình tự các nucleotide của một mạch đơn trong DNA đóng vai trò như một khuôn mẫu để cho quá trình nhân đôi (quá trình có DNA polymerases tham gia tháo xoắn chuỗi DNA để tạo nên những DNA con giống hệt DNA mẹ).

DNA được nén chặt và liên kết với chromatin protein để tạo thành nhiễm sắc thể trong nhân. Tế bào con người có 23 cặp nhiễm sắc thể, mỗi cặp đều chứa những trình tự nucleotide hay thông tin di truyền riêng biệt.Hầu hết các loại tế bào đều chứa nhiễm sắc thểở trạng thái lưỡng bội, dạng đơn bội chỉ gặp ở những tế bào giao tử. Thông tin di truyền của nhiễm sắc thểđược chứa trong gene. Gene được định nghĩa là một đơn vị trình tự nucleotide, có vai trò mã hóa những chuỗi polypeptide chuyên biệt trong bộ gene lưỡng bội của con người. Có gần 30000 đến 40000 gene không có chức năng mã hóa protein và chức năng của chúng cũng chưa được biết rõ. Trung bình mỗi nhiễm sắc thể có từ 3000 đến 5000, có kích thước từ 1kilobase(kb) đến 2 megabase (Mb).

Hình 47.1: Cấu trúc DNA. Ở bên trái hình là cấu trúc của từng nucleotide với 4 loạinucleic acid base. Ở bên phải hình là cấu trúc xoắn kép của DNA được tạo nên bởi những liên kết hydro, guanine (G) nối với cytosin (C) bằng 3 liên kết hydro còn adenine (A) nối với thymine (T) bằng 2 liên kết hydro.

Vị trí của cácgene trên nhiễm sắc thể rất quan trọng đối với quá trình tiếp hợp và trao đổi đoạn trong giảm phân. Trong quá trình tái tổ hợp thông tin di truyền, các nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng (1 có nguồn gốc từ bố và 1 có nguồn gốc từ mẹ) sẽ tiếp hợp và trao đổi đoạnđể tạo nên 1 tổ hợp mới. Khả năng tái tổ hợp thường phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 allele và khoảng cách này được tính bằng centimorgan: 1 centimorgan được qui định là khoảng cách giữa 2 allele mà ở khoảng cách này 2 allele có 1% cơ hội xảy ra hoán vị (hay bắt chéo trao đổi đoạn). Hiện tượng trao đổi đoạn này giúp tạo nên nhiều tổ hợp mới ở các thế hệ sau và qua đó giúp tạo nên sựđa dạng cho bộ gene của loài. Thông qua phân tích xu hướng di truyền cùng nhau của các cặp allele chuyên biệt ta biết được rằng khoảng cách tái tổ hợp trong bộ gene con người xấp xỉ khoảng 3000 centimorgan.

Quá trình tổng hợp protein diễn ra trong bào tương, quá trình này giúp chuyển thông tin di truyền từ DNA trong nhân thông qua mRNA ra bên ngoài bào tương. RNA khác DNA ở 2 điểm trong cấu trúc: (1) khung polymer của RNA được tạo bởi các phân tử đường ribose liên kết với nhau bởi liên kết phosphodieste, (2) RNA cónucleic acid base là U(uracil) thay cho T(thymine) trong DNA. mRNA được tạo ra thông qua hoạt động của enzyme DNA-dependent RNA polymerase trong quá trình phiên mã, men này sao chép chuỗi”antisense” của chuỗi xoắn kép DNA để tạo nên mRNA mạch đơn, mRNA này giống với chuỗi “antisense”của chuỗi xoắn kép DNA. mRNA mới tạo thành bao gồm những đoạn exon (có khả năng mã hóa) nằm xen kẽ với các đoạn intron (không có khả năng mã hóa) nên chúng còn trải qua quá trình cắt để tạo nên mRNA trưởng thành chỉ bao gồm các exon. Những mRNA trưởng thành này sẽ ra khỏi nhân đi vào bào tương và bắt đầu quá trình dịch mãđể tạo thành các chuỗi polypeptide.

Hình 47.2: Bắt chéo và tái tổ hợp. A, 2 nhiễm sắc thể lưỡng bội 1 cặp từ bố và 1 cặp từ mẹ (đỏ và xanh), 2 locus gene được đánh dấu bằng hình tròn và hình vuông. B, bắt chéo của một nhiễm sắc thể lưỡng bội từ một từ bố và một từ mẹ. C, Kết quả của quá trình bắt chéo và trao đổi đoạn.

Tổng hợp protein (dịch mã) xảy ra tại ribosome (phức hợp có phân tử lượng lớn của protein và rRNA ở trong bào tương). Dịch mã là sự chuyển các mã bộ ba di truyền kế tiếp nhau thành các amino acid. Có 64 bộ ba mã hóa được tạo bởi 4 loại nucleotide nhưng chỉ có 20 amino acid khác nhau như vậy một amino acid có thể được mã hóa từ nhiều bộ ba mã hóa. Bắt đầu quá trình dịch mã, tRNA mang amino acid thích hợp sẽ nhận diện và liên kết với bộ ba mã hóa trên mRNA bằng bộ ba đối mã trên nó. Lưu ý: MộttRNA chỉ liên kết được với một amino acid. Tiếp theo các enzym trên ribosome tạo liên kết peptid để nối các amino acid lại với nhau, sau đó tRNA sẽ tách khỏi mRNA. Các amino acid được tiếp tục thêm vào cho đến khi gặp bộ ba kết thúc và kết thúc quá trình dịch mã tại đây. Đây cũng là sự kiện cuối cùng trong quá trình chuyển thông tin từ chuỗi DNA trong nhân sang protein trưởng thành (DNA → RNA → protein). Các protein này ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng và chức năng của sinh vật. Nói cách khác, biểu hiện proteomics quyết định tính trạng chứ không phải khung nền DNA. Vì vậy sự bất thường trong cấu trúc hay chức năng của protein do sự thay đổi của chuỗi amino acid có thể gây nên sự biến đổi ở kiểu hình, thậm chí có thể gây bệnh.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.