CHU KỲ TẾ BÀO
1. Chu kỳ tế bào
Một chu kỳ sinh học tế bào gồm 4 pha: M, G1, S, G2. (16-24 giờ ) M (mitosis): hoạt động phân chia tế bào hay nhân đôi tế bào
G1 (gap): Tích luỹ vật chất nội bào và năng lượng, điểm tới hạn R (restriction) trước khi chuyển từ G1 sang S.
S (synthesis): giai đoạn tổng hợp DNA, lượng DNA tăng gấp đôi (từ 23 đôi thành 46 đôi).
G2: quy trình được hoàn tất và chuẩn bị sang pha sau M (mitosis): tạo thành 2 tế bào con y hệt tế bào mẹ.
Pha S và pha M quan trọng nhất. Pha G1 và G2 chuẩn bị cho pha S và pha M, kể cả sửa chữa các sai lệch, thương tổn nhỏ của DNA. Pha O là pha nghỉ ngơi của tế bào trước khi vào chu kỳ mới. Giữa G0 và G1 cũng như giữa những pha khác đều có một điểm R (restriction point) như là điểm kiểm soát.
Sự ngừng chu kỳ tế bào ở G1/S tránh được sự tái sao của các DNA thương tổn, sự dừng ở G2/M tránh được sự ngưng tập của các nhiễm sắc thể bị thương tổn.
Nguyên phân (mitosis)
Chu kỳ tế bào
Kiểm soát chu kỳ tế bào
• Sự chuyển từ G1 sang S và G2 sang M được kiểm soát bằng các kinase có hoạt tính phụ thuộc vào một loại protein gọi là cyclin; do đó kinase gọi là cyclin dependent kinase: CDK): có ít nhất 5 loại cyclin và 7 loại cdk. Các phức hợp cyclin-cdk xuất hiện ở các pha khác nhau của chu kỳ tế bào.
• Chuyển từ G1 sang S: Cyclin D-cdk4, cyclin-cdk2
• Chuyển từ G2 sang M: cyclin B-cdk2 nên cfon gọi MPF (mitosis promoting factor)
• Cơ chế hoạt hóa: phức hợp này phosphoryl hóa sản phẩm của gene Rb làm biến đổi khả năng kết hợp Rb với các protein tế bào như E2F, DP1 là các yếu tố sao chép nhân có tác dụng hoạt hóa các gen mã cho enzym, protein cần cho pha S như thymidine kinase, DNA polymerase, c- myc, c-myb.v.v.
• Cdk còn phụ thuộc vào chất ức chế gọi là cdki, thường là các protein có TLPT thấp như các protein của gen p21, p27, p53 có tác dụng ức chế cdk không đặc hiệu hoặc chọn lọc
• Các cdki được tổng hợp khi có tổn thương DNA (gãy đơn hay gãy kép), có tác dụng ức chế chu kỳ tế bào ở nhiều điểm để sửa chữa, ngoài ra các yếu tố ức chế tăng sinh như TGF- beta làm giải phóng cdki, ngược với IL-2
Sơ đồ hoạt hóa tế bào
• Các GF có thể ngoại bào như EGF, EPO, PDGF, TGF-β
• Các nhóm có hoạt tính của GF trên bề mặt tế bào là:
Các receptor của GF có hoạt tính như tyrosin kinase, các sản phẩm của gene ras, sarc là chất truyền tin nội bào
Các yếu tố sao chép nhân (NTF) là sản phẩm của các gene jun, fos, myc, myb có tác dụng gây tăng sinh tế bào, một số có tác dụng ức chế tăng sinh tế bào như p53, pRb
(giải Nobel Y sinh học năm 2001 của LH.Hartwell, R Thimothy Hunt, và Paul M Nurse)
Apoptosis
Ổn định nội môi do cân bằng giữa số lượng tế bào mới tái sinh và số lượng tế bào chết đi. Có nhiều nguyên nhân gây ra chết tế bào:
1. Telomere (trình tự ngắn lập đi lập lại các base TTAGGG tạo ra các đầu mút của NST làm cho các đầu NST không dính nhau): các telomere không nhân đôi trong quá trình tái sao DNA, sự kéo dài telomere phụ thuộc emzym gọi là telomerase. Trong tái sao nguyên bào sợi phôi nuôi cấy in vitro, telomere bị bất hoạt, chiều dài của nó bị giảm cho đến giai đoạn hóa già. Các tế bào biểu lộ được telomerase sẽ thoát chết và trở thành bất tử với chiều dài telomere ổn định. Như vậy hoạt tính enzym này cần thiết để duy trì đời sống các tế bào và tế bào ung thư. Tuy nhiên 10% ung thư không liên quan telomerase vì có nhiều cơ chế kéo dài telomere nhưng không do telomerase. Ngoài ra, còn tìm thấy telomerase ở các bạch cầu tuần hoàn, tế bào gốc…
2. Thiếu oxy, nhiệt độ, oxy hóa, tia UV…tổn thương vượt quá khả năng sửa chữa của DNA
3. Do độc tố của virus, yếu tố gây bệnh nội sinh, tế bào Tc…
Cơ chế chết do Apoptosis: là hình thức chết tế bào do các tín hiệu nội bào, ngoại bào hoạt hóa các enzym phân rã DNA (caspase).
Caspase cắt các hạt nhân làm tế bào nhăn nheo, bị bẻ gãy (shrink)
và chết.
Tín hiệu ngoại bào qua các receptor với TNF hay với fas (CD95) và các tín hiệu nội bào như p53 sẽ làm hoạt hóa hàng loạt
protease trong tế bào (caspase-cystein protease aspase). Trong hệ thống miễn dịch thì quá trình apoptosis nhằm ngăn ngừa tế bào T tự phản ứng, ngăn cản bệnh tự miễn.
Telomeres
aging kid
Các gene liên quan
• Gene ngăn ngừa apoptosis: bcl-2 và bcl-xl
• Gene tăng cường apoptosis: bax, bad, bak. Nếu gen này kết hợp với bcl-2, bcl-xl; thì tế bào cũng không chết. Tùy theo loại bcl-2 được phosphoryl hóa bởi các kinase có thể gây chết tế bào hoặc không? Có thể thấy bcl-2 tăng biểu lộ trong một số tế bào ung thư, ngăn ngừa pha hủy tế bào, sự chết tế bào do hóa trị liệu, làm trơ với thuốc.
• Oncogene (gene sinh ung thư) và các anti-oncogene (gene ức chế ung thư): các oncogene gồm proto-oncogene tức oncogene tế bào (c. onc, cellular oncogene) và các oncogene của virus (v. onc). Các c onc là các tiền gen sinh ung thư (proto-oncogene) bình thường chỉ hoạt động trong thời kỳ phôi. Chức năng sinh học của các c-oncogene là do sản phẩm của các gene này: GF khác nhau, GFR, chất dẫn truyền tín hiệu ở màng và bào tương, các yếu tố sao chép nhân. Các IGF (insulin like GF), PDGF, và các sản phẩm gene src, H-ras, N ras, Ki ras, myc, myb, N myc, fos, yes, ros, fas, erb B, sis Tất cả đều có hoạt tính tyrosine kinase, định vị ở các vị trí khác nhau trên trong tế bào và biểu lộ ở các giai đoạn khác nhau của chu kỳ tế bào, chỉ huy phân bào. Hoạt hóa oncogene liên quan nhiều cơ chế bệnh sinh ung thư.
Gene ức chế sinh ung thư (anti Onc hoặc tumor suppressor gene)
• Ung thư xảy ra khi chức năng ức chế phân bào, ức chế sự phát triển ung thư mất đi do khả năng phân bào không kiểm soát được
• Hai gene ức chế ung thư chủ yếu là gene Rb-1 và p53. Gene Rb1 nằm trên cánh dài của NST 13, sản phẩm của nó gắn trên DNA, kiểm soát chu kỳ tế bào và không cho đi vào pha S khi cần thiết.. Gene p53 nằm trên cánh ngắn NST 17, có sản phẩm là protein nhân 53kDa, ngăn cản pha G1 vào pha S và G2 sang M.
• Sự hoạt hóa các oncogene xảy ra khi có bất thường về NST (chuyển đoạn, mất đoạn, chèn thêm…). Có khi do đột biến làm tăng hay giảm các sản phẩm gene kiểm soát chu kỳ phân bào
Gene sửa chữa DNA
Cơ chế sinh ung thư phụ thuộc tính cảm thụ bệnh, tính đề kháng tự nhiên, và đặc hiệu , khả năng tự sửa chữa các thương tổn DNA của tế bào. Các gene sửa chữa đảm bảo sự nguyên ven của bộ gene. Các trường hợp thiếu hụt hay rối loạn các gene sửa chữa DNA còn gây một số bệnh bẩm sinh, hoặc có nguy cơ cao ung thư (ung thư đại tràng không polyp di truyền), một gene của nhóm này nằm ở NST số 2 là Msh-2. Ở một số gia đình bệnh này có thể liên quan với nguy cơ ung thư nội mạc tử cung.
Tóm lại có 4 nhóm gene trong quá trình sinh ung thư như gene gây ung thư, gene ức chế, gene sửa chữa nhỏ và vừa của DNA và gene chỉ huy quá trình apoptosis. Thời gian tiềm tàng để xuất hiện và phát triển ung thư có thể rất dài (hàng chục năm) hay rất ngắn (tháng, năm) đủ để tích lũy đột biến để gây tế bào biến chuyển ác tính
Cơ chế ngoài gene (epigenetic)
Cơ chế khóa gene bằng hiên tượng methyl hóa DNA. Đây là cơ sở cho tự bảo vệ trong quá trình tiến hóa nhằm khóa gene ngoại lai tích hợp vào tế bào trong quá trình tiến hóa. Nếu tế bào được xử lý bằng 5-azacytidine thì sự khử methyl xuất hiện và dẫn đến sự kích thích các gene virus tích hợp vào DNA trong tế bào. Nói chung gene đang hoạt động phiên mã là ở trạng thái không methyl hóa và các gene tĩnh (gene bị khóa) ở trạng thái methyl hóa.
Cơ chế methyl hóa vùng giàu cytosin-guanin (đảo CpG) trong vùng khởi động (promotor) của các tế bào thân (soma) là cơ chế khóa chung của các gene ở trạng thái tĩnh.
Đặc điểm sinh học của tế bào ác tính
Khôi u buồng trứng Tân sinh mạch máu ở khối u
• Tế bào ác tính tăng trưởng không điều hòa và không kiểm soát được và hiện tượng ức chế apoptosis xảy ra đồng thời.
• 1.Trong điều kiện bình thường đa số tế bào tăng sinh, biệt hóa để tự đổi mới và cân bằng với số lượng tế bào già cỗi chết đi. Số lượng tế bào gốc nằm ở các tổ chức này là ít nhưng đủ bảo đảm chức năng tăng sinh và tự đổi mới tế bào, và do mã di truyền quyết định nên cố định. Ví dụ sự đổi mới của da, tế bào máu.v.v. Dĩ nhiên là nó còn do tác động của các yếu tố ngoại bào và nội bào khác nhau.
• 2. Ung thư là bệnh lý do gene và các rối loạn ngoài gene: đầu tiên biểu hiện trên một tế bào gốc: tế bào bị biến chuyển ác tính. Thường phải có 5- 10 đột biến (xảy ra trong nhiều năm) mới gây rối loạn nhiều gene. Các sản phẩm gene bất thường này sẽ làm tế bào tăng sinh và không kiểm soát được. Tế bào gốc sẽ phân bào và tạo thành một clon tế bào ung thư. Khả năng tăng sinh liên tục này di truyền cho các thế hệ tế bào con cháu của tế bào gốc ác tính; có khi tế bào ung thư ở người có nguồn gốc đa clon do xuất hiện thêm các đột biến mới. Có thể xác định dễ dàng bằng kỹ thuật hóa mô MD, MDHQ, di truyền tế bào, sinh học phân tử. Các marker có thể là các kháng nguyên bề mặt, enzym, receptor…
• Các tế bào ác tính mất tính chất ức chế phân bào do tiếp xúc
• Rối loạn biệt hóa tế bào: rối loạn biệt hóa hình thái hay chuyển hóa các chất. Ví dụ không có enzym biệt hóa của tổ chức lành (tế bào không tổng hợp Ig) hoặc có khuynh hướng tổ chức non đang tăng sinh mạnh (AFP…)
• 3.Hoạt hóa oncogene, bất hoạt anti-oncogene, gene sửa chữa DNA hay rối loạn gene mã cho apoptosis
• 4.Cơ chế rối loạn phân bào tóm tắt: p53 giảm hay đột biến, tăng hoạt tính telomerase, tăng hoạt các oncogene làm tăng các GF, GFR gây hoạt hóa liên tục dòng thác các kinase C (phân tử dẫn truyền tín hiệu, yếu tố sao chép nhân), rối loạn apoptosis, rối loạn gene sửa chữa DNA, biến đổi protein bộ xương tế bào (skeleton) làm mất tính chất ức chế phân bào do tiếp xúc, các rối loạn ngoài gene cũng có vai trò trong rối loạn phân bào và biệt hóa
Tính chất xâm lấn vào tổ chức xung quanh Đặc tính của tế bào K
• Tế bào ung thư tách dễ dàng từ khối u mẹ do mối liên kết giữa các tế bào lỏng lẻo.
• Ái tính của tế bào ung thư đối với các tổ chức nhất định
1.Các điều kiện để di căn ung thư: thoát khỏi đáp ứng miễn dịch, tạo được mạch máu mới, tương hợp giữa tế bào ung thư và tổ chức neo lại qua các cytokin theo cơ chế cận tiết, tự tiết hay vô tiết.
Cơ chế cận tiết: tế bào K di căn neo lại và sống nhờ các GF của tế bào tại chổ Cơ chế tự tiết: do tế bào K di căn tiết ra GF từ chính nó
Cơ chế vô tiết: khi khối u đã lớn và tế bào K không còn chịu sự chi phối của bất kỳ GF nội hay ngoại sinh nào (tự tiết hay cận tiết)
Ngoài ra, tế bào K còn có khả năng di chuyển, vận động được do các GF tạo máu, nhờ tyrosin kinase. Có ba gene liên quan di căn ung thư là ras, fos, myc
2.Cơ chế mối liên kết giữa các tế bào K lỏng lẻo làm dễ di căn và xâm lấn:
nồng độ Can xi nội bào thấp, điệntích bề mặt khối u tăng, tính vận động tế bào u cao, tăng tính dính của màng bào tương, tính thấm của các enzym trong thể tiêu tăng lên, các protease trong thể tiêu có vai trò xâm lấn ra tổ chức xung quanh. tăng tổng hợp và tăng giải phóng enzym, tế bào bong ra do áp lực vùng ngoại vi thay đổi khi khối u lớn
Tạo mạch máu mới
-Sự tạo mach máu cần thiết cho khối u di căn, gồm các bước sau:
+Sự phân hủy các protein màng đáy mao mạch mẹ cho phép nhú ra các đoạn mạch máu mới.
+Di chuyển tế bào nội mạc mạch do các yếu tố tạo mạch kích thích tăng sinh các tế bào nội mạc mạch
+Phát triển tế bào nội mạc mạch và tạo nên ống mạch, biệt hóa và tạo mạch máu mới
-Đặc điểm mạch máu mới: màng đáy mỏng, nhiều lỗ thủng, thành mạch chưa kín, sự liên kết giữa các tế bào chưa hoàn chỉnh và sự lưu thông các tế bào dễ dàng
-Các chất tạo mạch do tế bào K tiết hoặc do tế bào viêm như đại thực bào.
Trong số này có hai chất quan trọng nhất là bFGF (yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi kiềm) và yếu tố phát triển tế bào nội mạc (vascular endothelial growth factor: VEGF). Hai chất này gắn với proteoglycan màng đáy và dễ dàng giải phóng khi màng đáy tổn thương, chúng kích thích té bào nội mạc tiết ra các protease để phân hủy màng đáy, thúc đẩy các tế bào nội mạc tăng sinh và di chuyển, các TNF alpha cũng góp phần tao mạch mới.
Sự tao mạch đưa chất dinh dưỡng và oxy vào khối u, và đồng thời các GF do tế bào nội mạc của tân mạch sẽ kích thích tế bào K phát triển.
Một số yếu tố ức chế tạo mạch: p53, angiostatin, thropospodin (khi thiếu p53 sự sản xuất thropospodin tế bào K giảm) nên làm thuận lợi cho sự tạo mạch Tình trạng thiếu oxy tổ chức có tác dụng kích thích tạo mạch. Có thể tăng khả
năng di căn với hormon sinh dục, corticosteroid.