Sự phân chia của tế bào mầm được điều khiển bởi con đường microRNA ppsx

Sự phân chia của tế bào
mầm được điều khiển
bởi con đường
microRNA





M
ột trong những đặc
tính quan trọng bậc
nhất của tế bào m
ầm
là chúng có kh
ả năng
phân sinh trong suốt
một thời gian dài trong một môi


trường xác định trong khi các
dòng tế bào khác thường có khả
năng này ở mức hạn chế. Do đó
một câu hỏi then chốt là t
ại sao tế
bào mầm có khả năng lờ đi được

những dấu hiệu dừng phân chia.
Công bố của nhóm Hatfield trên
tờ Nature (Nature 435, 974-978
(16 June 2005)) được coi là một
đột phá cực kỳ quan trọng trong
lĩnh vực nghiên cứu tế bào mầm.
Theo đó, sự phân chia của tế bào
mầm được điều khiển bởi con
đường microRNA. Khám phá
này không chỉ trả lời cho một
trong những câu hỏi bí ẩn nhất
của tế bào mầm mà còn khiến
cho các nhà nghiên cứu càng
ngạc nhiên hơn về những bí mật
chưa hiểu hết của "thế giới
RNA".

Cơ chế gây im lặng gene dựa trên
RNA chủ yếu đư
ợc thực hiện thông
qua microRNA và RNA gây nhiễu
sợi ngắn (sort interfering RNA –
siRNA), hai thành phần này được
xử lý trước đó bằng Rnase sợi đội
dạng III (gọi là Dicer). Hầu hết các
nghiên cứu trên động vật cho thấy
các miRNA trấn áp sự biểu hiện
gene chủ yếu thông qua việc làm
gián đọan sự dịch mã t
ừ sợi mRNA

sang protein. Cụ thể l
à chúng tương
tác với đích ngắm bằng cách gắn
lên vùng không dịch mã đầu 3´ (3´
UTR) của sợi mRNA thông qua
cách bắt cặp base không có độ
tương thích cao. Các thí nghiệm
trước đó đã g
ợi ý rằng các sợi RNA
nhỏ điều hòa sự họat động của tế
bào mầm thực vật và động vật. H
ơn
nữa một số miRNA còn biểu hiện
với nhiều mức độ khác nhau trong
các tế bào mầm. Điều này cho thấy
rất có thể các miRNA đóng vai trò
quan trọng trong việc điều hòa tế
bào mầm. Tuy nhiên, cho đến khi
bài báo của Hatfield và cộng sự
xuất hiện thì cơ chế phân tử này
hòan tòan chưa được biết đến.

Để xác lập vai trò của miRNA
trong họat động tế bào mấm, các
tác giả tìm cách lọai bỏ tòan bộ
họat động của miRNA trong dòng
tế bào mầm sinh dục (germline
stem cell – GSC) của ruồi giấm
Drosophila melanogaster. Nhắc lại
rằng trong bộ gene của ruồi giấm

có chứa hai enzyme đồng đẳng điều

khiển quá trình tạo th
ành miRNA là
Dicer-1 và Dicer-2. Dicer-1 có vai
trò quan trọng với miRNA còn
Dicer-2 đặc biệt cần thiết để tạo
siRNA, và nếu lọai bỏ Dicer-1 thì
họat tính của miRNA bị ảnh hường
tòan phần, trong khi siRNA chỉ bị
tác động nhẹ. Và để làm suy giảm
Dicer-1 và Dicer-2, Hatfield và
cộng sự đã sử dụng nhiều biến thể
(đột biến) khác nhau của các gene
dicer-1 và dicer-2 này.

Kết quả phân tích trên dòng ruồi
giấm mang đột biến dicer-1 cho
th
ấy buồng trứng của ruồi giấm suy
giảm sự phát triển rất đáng kể.
Ngược lại, với dòng ruồi giấm đột
biến không mang gene dicer-2 thì
họat động sinh học của GSC trong
buồng trứng vẫn bình thường. Đi
ều
này cho thấy Dicer-1 đóng vai trò
thiết yếu cho quá trình tạo dòng tế
bào mầm. Mặc dù đột biến dicer-1
làm giảm số lượng giao tử rất đáng

kể, nhưng quan sát hình thái các
giao tử này lại cho thấy chúng h
òan
tòan bình thường và chỉ có quá
trình phân cực là bị tác động nhẹ.
Phân tích sâu hơn trên dòng ruồi
giấm mang các dạng gene đột biến
dicer-1 khác nhau, các tác giả lại
nhận thấy đột biến dicer-1 không
làm thay đổi các đặc tính vốn có
của tế bào mầm GCS cả về số
lượng lẫn chất lượng nhưng đột
biến dicer-1 lại làm cho chu trình t
ế
bào (biểu hiện qua tần xuất phân
chia) của GSC bị ngừng lại ở trạm
quá cảnh G1/S. Hơn nữa, các tác
giả còn chứng minh được GSC của
ruồi đực cũng chịu cùng một kiểu
điều khiển như ở ruồi cái. Nghĩa là
Dicer-1 không có tính biệt hóa giới
tính. Và để gia tăng tính thuyết
phục trong kết luận của mình, các
tác giả thử kiểm tra họat tính của
Dicer-1 trên các dòng tế bào đang
phân chia giảm nhiễm khác, kết
quả thực nghiệm khẳng định họat
tính của miRNA chỉ tác động lên
sự phân chia ở dòng tế bào mầm
GSC chứ không tác động lên các

dòng tế bào đang phân chia khác.

Đến đây câu hỏi đặt ra là miRNA
ảnh hưởng lên sự phân chia GSC
cụ thể là nó trấn áp yếu tố điều
khiển quá trình phân chia tế bào
đang tham gia ở bước này. Và các
tác giả hướng sự chú ý đến Dap,
một yếu tố điều hòa âm tính sự
phân chia tế bào ở giai đọan G1/S.
Thông thường protein Dap sẽ gắn
lên phức hợp CycE/CDK2 ở trạng
thái khá bền nhưng lại không họat
động, chỉ khi mức độ của Dap tăng
lên thì sẽ khiến tế bào bị ngừng
phân chia ở pha quá cảnh G1/S.
Kết quả thực nghiệm trên dòng ru
ồi
giấm mang gene đột biến dap cho
thấy miRNA tác động lên quá trình
phân chia tế bào mầm bằng cách
làm giảm sự biểu hiện của dap ở
mức điều hóa sau phiên mã. Điều
này cũng đồng nghĩa với việc tế
mầm thông qua họat động của
miRNA đã thóat được các phân tử
checkpoint thông thường ở pha
G1/S.

Mặc dù các kết quả đã khẳng định

miRNA đóng vai trò không thể
chối cãi trong việc điều hòa sự
phân chia tế bào mầm, nhưng các
tác giả vẫn cho rằng miRNA có thể
chỉ là một phần nằm trong cơ chế
chưa được biết rõ nhằm giúp tế b
ào
mầm trở nên trơ với các dấu hiệu
môi trường bắt tế bào ngừng phân
chia.

Do gene mã hóa và điều khiển
miRNA là một họ gene độc đáo
trong genome, nên kết quả nghiên
cứu này không chỉ có ý ngh
ĩa trong
lĩnh vực nghiên cứu tế bào mầm m
à
nó còn gợi ý việc xử lý các dòng tế
bào ung thư thông qua vi
ệc bất họat
họ gene miRNA này.