2.3 .Các yếu tố kiểm soát quá trình tái lập trình nhân
2.3.1 .Các yếu tố ngoài tế bào
Các yếu tố ngoài tế bào tham gia điều hịa q trình tái lập trình nhân bao gồm phức hợp các yếu tố hoạt động theo những con đường hoạt hóa riêng, đan xen nhau, chủ yếu từ những tín hiệu truyền tin qua màng.
a. LIF (leukemia inhibitort factor): là một protein thuộc họ cytokine, cho phép
phơi duy trì tính tồn năng. LIF là protein hòa tan, được tiết vào trong serum, trong điều kiện ni cấy có bổ sung LIF trong serum cũng cho kết quả tương tự.
Cơ chế hoạt động của LIF là liên kết với LIFR-gp130 heterodimer tại bề mặt tế bào và hoạt hóa tín hiệu truyền tin STAT3 (Signal transducer and activator of transcription 3). Sau khi được hoạt hóa, STAT3 sẽ tự phosphoryl hóa và dimmer hóa chính nó trước khi chuyển vị vào bên trong nhân và tại đây nó hoạt động như một yếu tố phiên mã. Hiện nay, đích cuối của STAT3 ở vùng downstream vẫn chỉ biết một phần là c-Myc.
Ngồi việc hoạt hóa STAT3, LIF cũng cảm ứng tín hiệu khác như hoạt hóa ERK (extracellular receptor kinase) (Burdon và ctv, 1999). Khi ERK hoạt hóa sẽ kích thích sự biệt hóa, do đó, sự cân bằng giữa trạng thái hoạt hóa STAT3 và ERK sẽ quyết định tế bào ES hoặc phân chia bình thường hoặc biệt hóa. Vì vậy, các tín hiệu kiểm sốt sự hoạt hóa ERK đóng vai trị quan trọng nhằm duy trì trạng thái khơng biệt hóa.
b. BMP4 (Bone Morphogenetic Protein-4): là protein thuộc họ TGFβ
(transforming growth factor beta ligands), BMP4 có khả năng liên kết với thụ thể kinase của serine hoặc threonine. Vùng downstream của BMP4 là protein SMAD. BMP4 có chức năng kiểm sốt biệt hóa tế bào hơn là kích hoạt tự sinh.
BMP4 có vai trị trong sự tự làm mới của mES thơng qua hoạt hóa các protein SMAD. Chúng sẽ hoạt hóa gen Id, là nhân tố bHLH âm. Các mES có Id được hoạt hóa có thể phát triển trong mơi trường khơng huyết thanh và khơng có BMP4. Huyết thanh cũng cho thấy sự biểu hiện của gen Id thông qua nhiều con đường và mES phát triển
trong sự hiện diện của huyết thanh, khơng bổ sung BMP4 thì các gen Id biểu hiện. BMP4 có vai trị trong sự tự làm mới bằng cách ức chế ERK và protein kinase hoạt hóa mitogen p38 (mitogen-activated protein kinase-MAPK).
Tuy nhiên, theo Xu (2002) trong hES việc thêm BMP4 vào mơi trường khơng thích hợp cho sự tự làm mới như ở tế bào mES. BMP4 làm cho tế bào hES biệt hóa thành các tế bào trophoblast (Phan Kim Ngọc và Phạm Văn Phúc, 2010). Do đó khả năng tự làm mới của chúng chịu tác động bởi những nhân tố khác.
70
Hình 2.17. Sơ đồ tín hiệu LIF và BMP4 trong pluripotency.
Khi BMP4 gắn vào receptor của nó sẽ hoạt hóa 2 con đường xi dịng (downstream pathway) làm ngăn cản sự biệt hóa. (i) Hoạt hóa SMAD dẫn đến sự phiên mã gene Id, hoạt động của gene này liên quan đến quá trình tự làm mới. (ii) Ức chế ERK (nhân tố làm tế bào biệt hóa). LIF gắn vào receptor của nó hoạt hóa các tín hiệu gây biệt hóa và tín hiệu chống biệt hóa (anti-differentiation). ALK3 gây bất hoạt (dephosphorylation) p38 và ERK/ MAPK cơ chế vẫn chưa rõ. Sự bất hoạt này làm giảm tác động tiêu cực của MAPK đến pluripotency (phù hợp với mức độ biểu hiện của Oct4 và Nanog). Như khẳng định hơn nữa bằng cách sử dụng MAPK các chất ức chế SB203580 và PD98059. Sự hoạt hóa của ALK3 và sự phiên mã của Xiap tăng lên hoặc bằng các phương tiện trong sự ức chế p38/ERK hoặc kích hoạt SMAD1/5/8. Protein Xiap trong tế bào chất tương tác với ALK3 và TAB1 để kích hoạt TAK1 bởi ALK3, do đó phục hồi hoạt động của p38. Trong trường hợp không có các protein ALK3, ALK1 hoặc ALK2 đóng vai trị receptor loại I của BMP4 để duy trì pluripotency trong tế bào ES. Xiap không gây ra tổn thất trong pluripotency trong trường hợp khơng có ALK3, có thể do nó khơng có khả năng tương tác với ALK1 và ALK2. Tác dụng kết hợp BMP4 và LIF là do khả năng BMP4 phản ứng lại sự kích thích trong ERK bởi LIF, hoạt động ức chế p38 MAPK, và tăng điều tiết các gene Id và LIF kích hoạt con đường JAK-STAT.
(http://www.pnas.org/content/101/16/6027/F5.expansion.html)
c. bFGF (Basic fibroblast growth factor): cần thiết cho nuôi cấy các tế bào hES
trong môi trường thay thế huyết thanh. Trong môi trường không huyết thanh và khơng bổ sung bFGF thì tế bào sẽ biệt hóa. Khi bổ sung bFGF tế bào sẽ hình thành dạng nén đặc hơn và có thể khơng biệt hóa trong thời gian dài hơn.
71
d. Các nhân tố khác
Do LIF và BMP4 không quan trọng trong sự tự làm mới của tế bào hES, nên các nhà khoa học vẫn tiếp tục tìm kiếm các nhân tố thay thế CM ở hES. Ở mES LiF dường như khơng tạo ra tính vạn năng.