Tag Archives: tiếp tiết

ĐẠI CƯƠNG VỀ GIAO TIẾP TẾ BÀO

ĐẠI CƯƠNG VỀ GIAO TIẾP TẾ BÀO

Trịnh Hoàng Kim Tú – Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tín hiệu ngoại lai cần được chuyển đổi thành tín hiệu nội bào

Có một câu hỏi rất thú vị là: “Một tế bào “nói” (talking cell) sẽ bảo gì với một tế bào “nghe” (listening cell) – để sau đó tế bào nghe bằng cách nào trả lời lại thông điệp đó?”

Đầu tiên, chúng ta hãy tiếp cận với câu hỏi này bằng cách nhìn vào sự giao tiếp trong số những vi sinh vật – những vi khuẩn hiện đại hé mở của sổ về vai trò của dòng thác tín hiệu tế bào trong quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái Đất.

Sự tiến hóa của dòng thác lộ trình tín hiệu tế bào

Hình 43.1: Quá trình tương tác giữa các tế bào men giao phối. Tế bào Saccharomyces cerevisiae sử dụng chất tín hiệuhóa học để định dạng tế bào có “mating type” đối lập, và khởi đầu quá trình giao phối này. 2 loại tế bào giao phối và phân tử tín hiệu hóa học tương ứng của chúng, hoặc các yếu tố giao phối, được gọi là  a.

Một chủ đề lớn của “cuộc trò chuyện giữa các tế bào” (cell conversation) là vấn đề “tình dục” (sex) – ít nhất đối với loài Saccharomyces cerevisiae, mà, người ta đã sử dụng để làm bánh mì, rượu, bia trong suốt thiên niên kỷ qua. Các nhà nghiên cứu đã biết rằng những tế bào này tìm “bạn tình” của mình bằng dòng thác tín hiệu hóa học (chemical signaling).

Có 2 loại “giới tính” của những “bạn tình” (cell of mating) này, được gọi là a và a. Tế bào loại a tiết ra phân tử tín hiệu (signaling molecule) được gọi là yếu tố a – có thể gắn kết với những thụ thể protein đặc hiệu gần tế bàoa. Cùng lúc đó, tế bào a tiết ra yếu tố a – gắn với thụ thể trên tế bào. Thật sự, không cần phải vào bên trong tế bào, 2 loại “mating factors” này khiến cho tế bào phát triển nghiêng về phía tế bào khác, và mang lại sự thay đổi cho tế bào khác. Kết quả tất yếu sẽ dẫn đến sự kết hợp, hay còn gọi là sự giao phối của 2 tế bào khác loại. Tế bào a/a  này chứa đựng tất cả các loại gene của 2 tế bào nguyên gốc, đây chính là sự kết hợp nguồn tài nguyên di truyền – mang lại những lợi ích cho các thế hệ tế bào sau ra đời từ quá trình phân chia tế bào.

Hình 43.2: Hoạt hóa lộ trình của NFkB bằng TNFa – Minh họa bước “xử lý tín hiệu sau giao tiếp tế bào”. Cả hai TNFa và thụ thể của nó đều là trimers. Sự gắn kết của TNFa gây nên sự atại sắp xếp (rearrangement) cuả các đuôi tế bào  kết cụm lại (clustered cytosolic tail) của thụ thể, bây giờ, thúc đẩy (recruit) đa dạng nhiều loại tín hiệu protein, đưa đến kết quả là sự hoạt hóa serine/threonine protein kinase có vai trò phosphoryl hóa (phosphorylate) và kích hoạt IkB kinase (IKK). IKK là một heterodimer bao gồm hai dưới đơn vị  kinase (IKKa và IKKb), và một dưới đơn vị điều hòa (regulatory subunit) có tên gọi là NEMO. IKKbsau đó phosphoryl hóa (phosphorylated) IkB trên 2 serine, đánh dấu protein cho sự “ubiquitin hóa” (ubiquitylation) và giáng cấp (degradation) trong proteasomes. NFkB được phóng thích ra và di chuyển vào trong nhân, ở đây, khi kết hợp với protein đồng hoạt hóa, nó kích hoạt sự sao chép xảy ra ở những gene đích.

Vậy thì, có phải tín hiệu giao phối (mating signal) của bề mặt tế bào men được thay đổi, hay còn gọi là chuyển đổi thành dạng chứa đựng những đáp ứng tế bào với việc giao phối?

Quá trình mà từ đó tín hiệu trên bề mặt tế bào được chuyển đổi thành đáp ứng đặc hiệu tế bào (bao gồm một chuỗi các bước) được gọi là lộ trình truyền tín hiệuNhiều lộ trình đã được nghiên cứu kỹ lưỡng với đối tượng là men và cả tế bào động vật. Kỳ diệu thay, khi xét đến chi tiết về mặt phân tử, lộ trình tín hiệu chuyên đổi của men và động vật có vú có những điểm tương tự đáng chú ý, mặc dù tổ tiên chung cuối cùng của 2 nhóm này đã sống cách đây hàng tỷ năm. Những điểm tương tự này và một số mới được phát hiện gần đây giữa hệ thống tín hiệu (signaling system) ở vi khuẩn và thực vật gợi ý rằng phiên bản mới nhất của cơ chế tín hiệu tế bào (cell-signaling mechanisms) được sử dụng ngày nay đã tiến triển tốt trước khi các sinh vật đa phân tử đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất.

Các nhà khoa học nghĩ rằng những cơ chế tín hiệu đã phát triển đầu tiên hết ở các loài prokaryote cổ đại (sinh vật nguyên sinh). Sau đó được kế tục bởi các thế hệ sinh vật đa phân tử tiếp nối. Trong lúc ấy, tín hiệu tế bào (cell signaling) giữ vững vị trí quan trọng trong thế giới vi khuẩn. Tế bào của nhiều lòai vi khuẩn tiết ra các phân tử nhỏ – mà các phân tử này có thể được phát hiện bởi tế bào khác của vi khuẩn. Sự tập trung của các phần tử tín hiệu này cho phép vi khuẩn cảm giác được mật độ hiện tại của tế bào vi khuẩn, hiện tượng được gọi là quorum sensing (giao tiếp và biểu lộ hành vi thông qua phân tử tín hiệu). Sâu hơn nữa, tín hiệu giữa các thành viên trong quần thể vi khuẩn có thể dẫn đến việc kết hợp họat động của chúng lại với nhau. Đáp lại tín hiệu, tế bào vi khuẩn có thể đến gần nhau, tạo nên     biofilms – là sự tập hợp của vi khuẩn thường tạo nên các cấu trúc có thể nhận biết được và chứa đựng những vùng chức năng chuyên biệt. Ta sẽ có một hình cho thấy sự kết tập tiêu biểu khi đáp ứng với tín hiệu của một lọai vi khuẩn sau đây.

Tín hiệu tại chỗ (cục bộ) và khoảng cách dài

Giống như những tế bào nấm men, trong cơ thể đa bào, các tế bào thường giao tiếp thông qua các chất truyền tín hiệu hóa học (chemical messenger) nhắm đến các tế bào có thể hoặc không liền kề nhau gần như ngay lập tức. Các tế bào còn có thể truyền tin bằng tiếp xúc trực tiếp. Cả hai lọai động vật và thực vật có những cấu trúc liên kết tế bào (cell junction), kết nối trực tiếp tế bào chất của những tế bào kề cận nhau. Trong những trường hợp này, những chất dẫn truyền tín hiệu (signaling substance) hòa tan trong bào tương có thể vượt qua giữa các tế bào nằm sát nhau một cách tự do. Hơn nữa, tế bào động vật có thể truyền thông tin thông qua tiếp xúc trực tiếp giữa màng – ranh giới tế bào – các phân tử bề mặt, sự tiếp xúc này xảy ra trong một quá trình được gọi là quá trình nhận diện tế bào – tế bào (cell – cell recognition). Lọai tín hiệu này quan trọng trong các quá trình, như là quá trình phát triển của phôi và đáp ứng miễn dịch.

Hình 43.3: Quá trình giao tiếp giữa vi khuẩn, lọai vi khuẩn sống trong đất được gọi là myxobacteria sử dụng những tín hiệu hóa học để chia sẻ thông tin về khả năng dinh dưỡng. Khi thức ăn khan hiếm, những tế bào bị đói sẽ tiết ra một phân tử – phân tử này tiếp cận các tế bào lân cận và kích họat các vi khuẩn tập hợp lại. Các tế bào hình thành nên một cấu trúc được gọi là bào tử (fruiting body), hình dạng này sản xuất nên một bào tử thành dày có thể sống sót đến khi môi trường cải thiện. Vi khuẩn được cho thấy ở đây là Myxococcus xanthus.

Trong nhiều trường hợp khác, phân tử truyền tín hiệu (messenger molecule) được tiết ra bởi tế bào truyền tín hiệu (signaling cell). Một số di chuyển chỉ trong khoảng cách ngắn, như phân tử điều hòa cục bộ (local regulator)ảnh hưởng các tế bào trong vùng lân cận. Một loại chất điều hòa tại chỗ ở động vật quan trọng là yếu tố tăng trưởng (growth factor), nó bao gồm các hợp chất kích hoạt tế bào đích gần kề phát triển và phân chia. Đông đảo các tế bào có thể nhận và đáp ứng đồng thời các yếu tố tăng trưởng (GF), mà các GF này được sản xuất từ một tế bào duy nhất lân cận. Lọai truyền tín hiệu tại chỗ này ở động vật được gọi là “truyền tín hiệu cận tiết” (paracrine signaling).

Hình 43.4: Giao tiếp bằng tiếp xúc trực tiếp giữa các tế bào.

Hơn nữa, có nhiều loại hệ thống truyền tín hiệu tại chỗ khác (local signaling), một trong số đó là “hệ thống truyền tín hiệu thông qua khe synapse” (synaptic signaling) xảy ra ở hệ thần kinh của động vật. Hệ thống truyền tín hiệu điện dọc theo sợi thần kinh khởi động sự tiết tín hiệu hóa học (chemical signal) – được mang lại bởi các phân tử của chất dẫn truyền thần kinh. Các phân tử này khuếch tán xuyên qua khe synapse, khoảng hẹp giữa tế bào thần kinh và tế bào đích của nó (một tế bào thần kinh khác). Chính chất dẫn truyền thần kinh sẽ kích hoạt tế bào đích.

Cả động vật lẫn thực vật sử dụng các chất hóa học đựoc gọi là hormones cho hệ thống truyền tín hiệu khoảng cách dài (long – distance signaling). Trong hệ thống truyền tín hiệu bằng hormone (hormone signaling) ở động vật, còn được biết như là “hệ thống truyền tín hiệu thông qua con đường nội tiết” (endocrine signaling), các tế bào biệt hóa phóng thích các phân tử hormone, các phân tử này theo hệ tuần hoàn đến các tế bào đích trong cơ thể. Các hormones dao động rất lớn về kích thước và lọai phân tử, bởi vì đóng vai trò như những chất điều hòa tại chỗ (local regulator). Ví dụ, cây hormone ethylene (the plant hormone ethylene), chất khí thúc đẩy trái cây chín và giúp điều hòa sự tăng trưởng, là một loại hydrocarbon chỉ có sáu nguyên tử (C2H4), đủ nhỏ để xuyên qua thành tế bào. Ngược lại, hormone insulin của động vật có vú, điều hòa đường huyết, là một proteine với hàng ngàn nguyên tử.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.