Các nhà sinh vật học của MIT đã trả lời một câu hỏi sinh học quan trọng: Tại sao các tế bào kiểm soát kích thước của chúng?

Các tế bào cùng loại có kích thước đồng nhất một cách nổi bật, trong khi kích thước tế bào khác nhau giữa các loại tế bào khác nhau. Điều này đặt ra câu hỏi liệu kích thước tế bào có quan trọng đối với sinh lý tế bào hay không.

Nghiên cứu mới cho thấy rằng sự mở rộng tế bào dẫn đến sự suy giảm chức năng của các tế bào gốc. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tế bào gốc trong máu, một trong những tế bào nhỏ nhất trong cơ thể, mất khả năng thực hiện chức năng bình thường của chúng - bổ sung cho các tế bào máu của cơ thể - khi chúng phát triển lớn hơn. Tuy nhiên, khi các tế bào được khôi phục về kích thước bình thường, chúng hoạt động bình thường trở lại.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các tế bào gốc trong máu có xu hướng to ra khi chúng già đi. Nghiên cứu của họ cho thấy rằng sự mở rộng này góp phần làm suy giảm tế bào gốc trong quá trình lão hóa.

Jette Lengefeld, một cựu postdoc của MIT, hiện là điều tra viên chính cho biết: “Chúng tôi đã phát hiện ra sự phình to tế bào như một yếu tố lão hóa mới trong cơ thể sống và bây giờ chúng tôi có thể khám phá xem liệu chúng ta có thể điều trị sự mở rộng tế bào để trì hoãn quá trình lão hóa và các bệnh liên quan đến lão hóa hay không. tại Đại học Helsinki.

Lengefeld là tác giả chính của nghiên cứu, xuất hiện ngày nay trong Những tiến bộ khoa học. Angelika Amon quá cố, một giáo sư sinh học của MIT và là thành viên của Viện Nghiên cứu Ung thư Tích hợp Koch, là tác giả chính của nghiên cứu.

Hiệu ứng ngoại lệ

Từ những năm 1960, người ta đã biết rằng các tế bào của con người được nuôi trong một đĩa thí nghiệm sẽ to ra khi chúng trở nên già đi - một trạng thái tế bào không phân chia có liên quan đến quá trình lão hóa. Mỗi khi một tế bào phân chia, nó có thể gặp phải tổn thương DNA. Khi điều này xảy ra, sự phân chia sẽ tạm dừng để sửa chữa thiệt hại. Trong mỗi lần trì hoãn này, tế bào sẽ phát triển lớn hơn một chút. Nhiều nhà khoa học tin rằng sự mở rộng này chỉ đơn giản là một tác dụng phụ của quá trình lão hóa, nhưng phòng thí nghiệm Amon đã bắt đầu điều tra khả năng kích thước tế bào lớn dẫn đến mất chức năng do tuổi tác.

Lengefeld đã nghiên cứu tác động của kích thước lên tế bào gốc - cụ thể là tế bào gốc máu, tạo ra các tế bào máu của cơ thể chúng ta trong suốt cuộc đời. Để nghiên cứu kích thước ảnh hưởng đến các tế bào gốc này như thế nào, các nhà nghiên cứu đã làm hỏng DNA của chúng, dẫn đến sự gia tăng kích thước của chúng. Sau đó, họ so sánh các tế bào mở rộng này với các tế bào khác cũng bị tổn thương DNA nhưng đã được ngăn chặn việc tăng kích thước bằng cách sử dụng một loại thuốc gọi là rapamycin.

Sau khi điều trị, các nhà nghiên cứu đã đo chức năng của hai nhóm tế bào gốc này bằng cách tiêm chúng vào những con chuột đã bị loại bỏ tế bào gốc trong máu của chúng. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu xác định liệu các tế bào gốc được cấy ghép có thể tái tạo lại các tế bào máu của chuột hay không.

Họ phát hiện ra rằng các tế bào gốc bị tổn thương DNA và mở rộng không thể tạo ra các tế bào máu mới. Tuy nhiên, các tế bào gốc bị tổn thương DNA được giữ nhỏ vẫn có thể tạo ra các tế bào máu mới.

Trong một thí nghiệm khác, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một đột biến gen để giảm kích thước của các tế bào gốc lớn tự nhiên mà họ tìm thấy ở những con chuột già. Họ chỉ ra rằng nếu họ làm cho các tế bào gốc lớn đó trở nên nhỏ lại, các tế bào sẽ lấy lại tiềm năng tái tạo và hoạt động giống như các tế bào gốc trẻ hơn.

Lengefeld nói: “Đây là bằng chứng nổi bật ủng hộ mô hình rằng kích thước quan trọng đối với chức năng của tế bào gốc. “Khi chúng ta làm hỏng DNA của tế bào gốc nhưng vẫn giữ chúng nhỏ lại trong thời gian bị tổn thương, chúng vẫn giữ được chức năng của mình. Và nếu chúng ta giảm kích thước của các tế bào gốc lớn, chúng ta có thể phục hồi chức năng của chúng ”.

Jan Skotheim, giáo sư sinh học tại Đại học Stanford, cho biết cho đến nay, việc nghiên cứu chức năng của kích thước tế bào là điều khó thực hiện.

Skotheim, người không tham gia nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi biết rằng các tế bào, thông qua nhiều cơ chế khác nhau, hoạt động để giữ kích thước của chúng trong một phạm vi cụ thể, nhưng chúng tôi chưa thực sự hiểu tại sao,” Skotheim, người không tham gia nghiên cứu. “Đây thực sự là công trình đầu tiên cho thấy chức năng của kích thước tế bào ở bất kỳ loài động vật nào.”

Giữ cho các tế bào nhỏ

Khi các nhà nghiên cứu điều trị chuột bằng rapamycin, bắt đầu từ khi còn nhỏ, chúng có thể ngăn chặn các tế bào gốc trong máu mở rộng khi chuột già đi. Tế bào gốc máu từ những con chuột đó vẫn còn nhỏ và có thể tạo ra các tế bào máu giống như tế bào gốc trẻ ngay cả ở những con chuột 3 tuổi - một độ tuổi già đối với một con chuột.

Rapamycin, một loại thuốc có thể ức chế sự phát triển của tế bào, hiện được sử dụng để điều trị một số bệnh ung thư và ngăn chặn việc thải ghép nội tạng, và đã gây chú ý vì khả năng kéo dài tuổi thọ ở chuột và các sinh vật khác. Lengefeld nói rằng nó có thể hữu ích trong việc làm chậm sự phát triển của tế bào gốc và do đó có thể có những tác dụng hữu ích ở người.

“Nếu chúng tôi tìm thấy các loại thuốc đặc biệt trong việc làm nhỏ lại các tế bào gốc trong máu lớn, chúng tôi có thể kiểm tra xem liệu điều này có cải thiện sức khỏe của những người gặp vấn đề với hệ thống máu của họ - như thiếu máu và suy giảm hệ thống miễn dịch - hoặc thậm chí có thể giúp những người bị bệnh bạch cầu, ”cô nói.

Các nhà nghiên cứu cũng chứng minh tầm quan trọng của kích thước trong một loại tế bào gốc khác - tế bào gốc đường ruột. Họ phát hiện ra rằng các tế bào gốc lớn hơn ít có khả năng tạo ra các chất hữu cơ đường ruột, bắt chước cấu trúc của niêm mạc ruột.

Lengefeld nói: “Điều đó cho thấy mối quan hệ giữa kích thước và chức năng của tế bào được bảo tồn trong tế bào gốc, và kích thước tế bào đó là dấu hiệu của chức năng tế bào gốc.

Nghiên cứu được tài trợ một phần bởi Viện Y tế Howard Hughes, Quỹ Tưởng niệm Trẻ em Jane Coffin, Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ, Viện Quốc gia về Sức khỏe Trẻ em và Phát triển Con người Eunice Kennedy Shriver, Viện Koch hỗ trợ (cốt lõi) từ Viện Ung thư Quốc gia và Sáng kiến ​​Tế bào gốc MIT.

PlatoAi. Web3 được mô phỏng lại. Khuếch đại dữ liệu thông minh.
Nhấn vào đây để truy cập.

Nguồn: https://news.mit.edu/2021/stem-cells-bigger-doesnt-mean-better-1112