1.7. Đánh giá an toàn của tế bào gốc mỡ sau nuôi cấy tăng sinh
1.7.2. Đánh giá an toàn tế bào gốc mỡ sau nuôi cấy tăng sinh thông qua định lượng enzyme telomerase
Telomere
Telomere là một phức hệ nằm ở mút nhiễm sắc thể. DNA của telome ở động vật có xương sống là TTAGGG và chiều dài trung bình của telomere khác nhau ở các cá thể người, dao động từ 5 đến 20 kb tùy theo độ tuổi, tùy cơ quan và số lần phân chia của mỗi tế bào. Trong quá trình tổng hợp và phân chia DNA, telomere bị ngắn lại vì một đoạn của telomere không được sao chép bởi enzyme DNA polymerase. Hiện tượng ngắn lại của telomere là một trong các cơ chế phân tử của hiện tượng lão hóa do sự giảm chiều dài trầm trọng của các telomere gây ra sự lão hóa nhiễm sắc thể và khiến cho tế bào bị chết. Nhằm ngăn chặn sự ngắn lại của
telomere gây ra bởi sự phân hủy của các exonuclease, sợi đơn telomere đầu 3’ tự do được cuộn vào vùng D-loop của DNA telomere để tạo ra phức hệ T-loop. Thêm vào đó, T-loop còn được tăng cường độ bền vững với TRF2 và các protein liên kết với DNA của telomere như TRF1, POT1, TIN2, TPP1, RAP1…[11]
Hình 1.6. Cấu trúc vùng T-loop của telomere ((theo Blasco, 2003)
Nhờ sự bảo vệ chặt chẽ của các protein cùng cấu trúc “cài then” mà telomere giúp các nhiễm sắc thể không có “cơ hội” gắn kết với nhau ở đầu tận cùng của chúng. Telomere của các sinh vật nhân chuẩn có các đặc điểm cấu tạo như sau:
- Có các protein đặc trưng liên kết ở phần đuôi của nhiễm sắc thể.
- Phần DNA tận cùng của nhiễm sắc thể ở dạng sợi đơn, mang trình tự lặp, cuộn lại thành dạng kẹp tóc.
Mỗi lần phân bào, một người mất trung bình 30 – 200 cặp base ở các telomere của tế bào đó. Những tế bào bình thường chỉ có thể phân chia khoảng 40 – 70 lần cùng với sự ngắn dần của các telomere cho đến khi lão hóa, chết hoặc duy trì những sai sót di truyền dẫn đến ung thư. Tuy nhiên, có những trường hợp chiều dài của telomere không bị ngắn đi (như ở mô cơ tim) do chúng không liên tục phân chia. Telomere có các chức năng sau:
- Giúp tế bào phân chia mà không làm mất gene. Nếu không có telomere, những gene cấu trúc quy định những tính trạng của cơ thể sẽ bị rút ngắn dần sau mỗi lần phân bào.
- Giữ cho các nhiễm sắc thể không bị dung hợp với nhau hoặc tự dung hợp ở những vị trí tận cùng: Khi cắt bỏ đoạn telomere ở 2 đầu của các nhiễm sắc thể,
người ta phát hiện ra nhiều nhóm nhiễm sắc thể dính nhau ở đầu tận cùng, hoặc tự dính vào nhau ở 2 đầu gây nên sự khép vòng. Chức năng này có được do sự hình thành cấu trúc kẹp tóc trong telomere: phần DNA tận cùng cuộn xắn lại, giúp cho những phần DNA mạch đơn không thể kết cặp bổ sung một cách ngẫu nhiên với nhau.
Telomerase và mối liên quan giữa telomerase với bệnh ung thư
Telomerase là một enzyme phiên mã ngược có chứa một phân tử RNA mẫu cho phép sự sao chép đoạn lặp lại TTAGGG vào đuôi nhiễm sắc thể nhằm duy trì chiều dài của vùng telomere. Nếu không có telomerase, độ dài của telomere sẽ ngắn lại sau mỗi lần tế bào phân chia. Khi telomere ngắn đến một độ nào đó, tế bào sẽ không phân chia nữa và chết theo chương trình.
Tế bào ung thư khác với tế bào bình thường ở hai đặc điểm, đó là sự bất quy tắc và không giới hạn trong phân chia tế bào. Bệnh ung thư phát sinh khi một tế bào tích lũy các đột biến di truyền cùng với việc tế bào đó thoát khỏi sự kiểm soát bình thường trong quá trình phân chia và di cư. Khi các tế bào và các thế hệ tế bào của nó phân chia không có kiểm soát, chúng sẽ xâm nhập và gây hại mô lân cận. Một số tế bào đi vào mạch máu và di cư đến các bộ phận trong cơ thể và tạo ra mô ung thư mới. Telomerase hoạt động trên telomere, có thể góp phần vào sự phát sinh nhiều bệnh ung thư ở người [10].
Lĩnh vực nghiên cứu ung thư bắt đầu quan tâm tới telomerase và chiều dài telomere từ những năm 1990. Các thí nghiệm ban đầu cho thấy các telomere bị ngắn đi ở các nguyên bào sợi khi nuôi cấy nguyên bào sợi qua nhiều thế hệ và telomerase gần như không hoạt động ở những thế hệ nuôi cấy đầu tiên. Trái lại, khi kéo dài số lần cấy truyền trên 20 thế hệ, các tế bào bắt đầu có sự biến đổi về hình thái và phân chia, chiều dài telomere trở nên ổn định và telomerase được hoạt hóa, thể hiện ở sự gia tăng nồng độ. Điều này gợi ý rằng, telomerase có vai trò nhất định đối với sự tăng trưởng của các tế bào bất tử trong nuôi cấy. Một số thí nghiệm khác cũng cho thấy các khối u có telomere ngắn hơn mô bình thường và telomerase được hoạt hóa ở nhiều khối u mà không biểu hiện ở nhiều mẫu mô lành [10].
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng telomerase hoạt động mạnh ở tế bào gốc phôi và khoảng 85% tế bào ung thư [11, 12, 31].
Hình 1.7. Chiều dài telomere và hoạt tính của telomerase ở các dòng tế bào ung thư phổi (SCLC: Small Cell Lung Cancer): tế bào ung thư biểu mô tuyến và
tế bào ung thư biểu mô vảy (theo Broccoli, 1995)
Trái lại, nồng độ của nó lại rất thấp hoặc gần như không biểu hiện trong các tế bào soma hay các loại tế bào gốc khác (trong đó có tế bào gốc trung mô). Trên cơ sở này, telomerase đã trở thành một công cụ hữu hiệu trong chẩn đoán, dự đoán và điều trị ung thư. Do đó, việc đánh giá tính an toàn của các tế bào gốc mỡ sau nuôi cấy thông qua đánh giá hoạt tính của enzyme telomerase một tiêu chí lựa chọn quan trọng và rất cần thiết trước khi cấy ghép chúng vào cơ thể [71].
Chương 2