Giải Nobel Y học 2009 pptx

Các công trình nghiên cứu làm sáng tỏ cơ chế bảo vệ nhiễm sắc thể của các telomere và enzym telomerase một trong những vấn đề quan trọng nhất của sinh học của ba nhà khoa học Mỹ Elizab

Giải Nobel Y học 2009

• Giải Nobel Y học năm nay vừa được công bố

Các công trình nghiên cứu làm sáng tỏ cơ chế bảo vệ nhiễm sắc thể của các telomere

và enzym telomerase (một trong những vấn

đề quan trọng nhất của sinh học) của ba nhà khoa học Mỹ Elizabeth H Blackburn, Carol

W Greider và Jack W Szostak vinh dự được nhận giải thưởng này

Sơ lược về các nhà khoa học

• Elizabeth H Blackburn mang quốc tịch Mỹ và Úc Bà sinh năm

1948 tại Hobart (Tasmania, Úc), tốt nghiệp ĐH Melbourne(Úc), hoàn thành tiến sỹ tại ĐH Cambridge (Anh), nghiên cứu sau tiến sỹ tại ĐH Yale (Mỹ); làm việc tại ĐH California và trở thành

GS sinh học và sinh lý học từ năm 1990

• Carol W Greider mang quốc tịch Mỹ; sinh năm 1961 tại San

Diego (California); tốt nghiệp ĐH California tại Berkeley và nhận bằng tiến sỹ tại đây vào năm 1987 (Blackburn là GS hướng dẫn); nghiên cứu sau TS tại Cold Spring Harbor Laboratory và trở thành GS sinh học phân tử và di truyền tại trường y khoa thuộc ĐH Johns Hopkins (Baltimore) năm 1997

• Jack W Szostak sinh năm 1952 tại Luân Đôn (Anh) và lớn lên

tại Canada; theo học ĐH McGill (Montreal) và ĐH Cornell (New York), nhận bằng TS năm 1977; làm việc tại trường y khoa ĐH Harvard từ 1979 và hiện là GS di tryền học tại Massachusetts General Hospital (Boston)

Nhiễm sắc thể

• Mỗi nhiễm sắc thể (NST) hay các thể bắt màu

(chromosome) gồm một sợi DNA và protein tạo hình thái cho sợi nhiễm sắc NST "được gói" trong nhân tế bào Vì DNA (mang các gene) là thành phần chính của NST nên có thể coi NST như véc-tơ truyền thông tin di truyền tới thế hệ sau

• Các NST (chromosome) nhân đôi tạo cặp tương đồng đính với nhau tại tâm động (centromere) xếp trên mặt phẳng xích đạo của các vi ống (microtubules) trước khi di chuyển về hai cực chuẩn bị cho quá trình phân chia tế bào

• Trong quá trình phân bào nguyên nhiễm của

tế bào nhân thực, các NST nhân đôi tạo thành cặp tương đồng sau đó mỗi NST trong cặp di chuyển về tế bào con (hay quá trình phân ly) Hai sự kiện nhân đôi và phân ly giúp số lượng NST ổn định qua các thế hệ tế bào

• Trong quá trình phân bào giảm nhiễm (hay

giảm phân) để hình thành giao tử, số lượng NST ở giao tử đực hay giao tử cái bằng một nửa số lượng NST ở tế bào mẹ

• Mỗi loài sở hữu một bộ NST đặc trưng về số

lượng, hình thái, kích thước Như đã nói ở trên, số lượng NST ổn định qua các thế hệ

Đầu dây giày

• Hãy hình dung mỗi sợi NST như một sợi chỉ nằm trong nhân tế bào Nếu các sợi chỉ này không có ranh giới rõ ràng sẽ dẫn đến hiện tượng đầu các sợi chỉ dễ đang dính "lung tung" với nhau và tất cả sẽ trở thành "đám chỉ rối" mà thôi Thật tai hại khi điều này sảy ra vì NST mang thông tin di truyền (của cải quý giá nhất cho "muôn đời sau") Vào những năm

1930 Hermann Muller và Barbara McClintock

• Đầu dây giày còn giúp cố định và tránh rối

• phát hiện ra rằng điểm tận cùng ở đầu các sợi NST (các telomere hay thể đỉnh) có đặc tính ngăn các NST không dính với nhau Không những thế đầu tận cùng còn bảo vệ NST trong các quá trình tế bào nhân đôi và phân chia Tuy nhiên, cơ chế hoạt động của các "đầu mút" này ra sao còn là điều bí ẩn Hermann Muller và Barbara McClintock lần lượt được trao giải Nobel vào các năm 1946 và 1983

• Khi khoa học bắt đầu tìm hiểu cơ chế nhân đôi

của các gene vào đầu thế kỷ 15, một vấn đề nảy sinh là phần tận cùng của một trong hai mạch của chuỗi DNA không thể được nhân đôi Chính vì vậy, theo lý thuyết NST sẽ bị ngắn

đi sau mỗi lần phân bào nhưng thực tế thì không phải như vậy Rõ ràng có một hay nhiều

cơ chế nào đó đã diễn ra để giữ vẹn toàn NST

• Điều này được giải thích bởi các công trình

nhiên cứu của ba nhà khoa học giành giải Nobel lần này

Mút dây dày bảo vệ NST

• Cũng như các đoạn khác suốt chiều dài NST,

phần đầu mút (hay phần đỉnh) cũng gồm các bazơ nitơ sắp xếp tạo thành chuỗi có trình tự nhất định Trình tự của đoạn "đầu dây" này được Elizabeth Blackburn xác định trên NST của trùng roi Tetrahymena có thứ tự các bazơ nitơ CCCCAA

• Thể đỉnh (telomere) ở phần đầu NST

• Cả phần "bao đầu dây" là sự lặp đi lặp lại của trình tự

này Cũng vào thời điểm đó Jack Szostak chứng minh rằng khi đưa NST kích thước nhỏ (được hình thành khi DNA virus kết hợp với protein histon) vào nấm men, NST này sẽ nhanh chóng bị thoái hóa Hai tác giả quyết định tiến hành thí nghiệm đưa đoạn CCCCAA của trùng roi vào tế bào nấm men Kết quả đoạn trình tự này đã bảo vệ NST Như vậy cấu trúc phần đỉnh NST của một loài này có thể bảo vệ NST của loài khác mặc dầu hai loài ở mức thang tiến hóa rất xa nhau

• Các nghiên cứu tiếp theo chứng minh rằng trình tự

DNA của phần đầu NST có mặt ở hầu hết các loài

Quá trình tái tạo đầu mút

• Khi ta vuốt hay kéo những chiếc dây giày, phần bao đầu dây có thể bị

tuột mất Cũng như vậy, khi quá trình nhân đôi sảy ra dọc theo chiều dài NST, các "đoạn đầu dây" NST cũng có thể bị mất đi

• Một câu hỏi được đặt ra là cơ chế nào đã bảo vệ hay tạo mới đoạn mút quan trọng này? Câu hỏi này được Carol Greider và giáo sư hướng dẫn tìm lời giải đáp vào lễ giáng sinh 1984 bằng phát hiện dấu hiệu của một enzym trong dịch chiết tế bào Enzyme được đặt tên telomerase, được tinh sạch và tiếp tục xác định cấu trúc Một kết quả gây ngạc nhiên là telomerase gồm cả RNA và protein Phần RNA chứa trình tự CCCCAA và đóng vai trò làm khuôn mẫu tổng hợp telomere trong khi phần protein đảm bảo cho enzym hoạt động Enzym này kéo dài đoạn đầu mút và tạo điều kiện để DNA polymerases (enzym tác động vào quá trình kéo dài chuỗi DNA) thực hiện sao chép dọc chiều dài cho đến tận điểm cuối NST

Làm chậm quá trình lão hóa

• Như vậy phần tận cùng NST có vai trò quan

trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn của NST Để xác định chức năng của nó trong tế bào, nhóm nghiên cứu của Szostak dùng nấm men bị đột biến làm ngắn telomere Các

tế bào đột biến giảm sức sống, phát triển chậm và thậm chí dừng phân chia

• Trong khi đó Blackburn và cộng sự gây đột

biến phần RNA của enzym telomerase trên mao trùng và cũng quan sát thấy hiện tượng giống như kết quả do nhóm Szostak tìm thấy với nấm men

• Trong cả hai trường hợp đột biến telomere

dẫn đến quá trình lão hóa sớm của tế bào Ngược lại, telomere hoàn chỉnh có khả năng bảo vệ NST khỏi bị tổn thương và giúp tế bào kéo dài "tuổi trẻ" Hiện tượng này được chứng minh trên các tế bào người Các nghiên cứu sau này xác định được rằng trình

tự DNA của telomere thu hút các protein hình thành những "chiếc mũ bảo hiểm" bao bọc các phần đầu dễ đứt gãy của mạch DNA

Ứng dụng trong nghiên cứu lão

hóa, ung thư và tế bào gốc

• Sau khi cấu tạo, cơ chế hoạt động và chức

năng của telomere được tìm ra, nhiều chuyên gia cho rằng telomere đóng vai trò chính trong quá trình lão hóa không những của tế bào đơn lẻ mà còn của cả cơ thể Trong thực tế lão hóa là một quá trinh phức tạp với nhiều yếu tố liên quan và telomere chỉ là một trong những yếu tố đó

• Đa số tế bào không phân chia một cách thường xuyên nên NST của chúng gặp ít rủi

ro và có vẻ ít cần đến hoạt động của telomere Như vậy với khả năng phân chia mãnh liệt, nhiều khi vô hạn định của các tế bào ung thư, hoạt động của telomere NST phải giữ vai trò quan trọng Một giả thuyết được đưa ra là có thể tác động, hạn chế hay kìm hãm tế bào ung thư bằng cách tác động đến telomere NST của chúng Nghiên cứu các tác nhân hạn chế tế bào ung thư và vaccin kháng tế bào có các telomere tăng hoạt động đang được tiến hành

• Sai lệch của các telomere có thể dẫn đến một số

bệnh di truyền như thiếu máu do suy tủy gây thiếu hồng cầu Nguyên nhân của bệnh bắt nguồn từ các

tế bào gốc tủy xương Một số bệnh phổi, bệnh da di truyền cũng do sai lệch các telomere gây nên

• Như vậy, những khám phá của 3 nhà khoa học cho

chúng ta một chiều tiếp cận mới để hiểu về hoạt động của tế bào, cơ chế nhiều chứng bệnh trong đó

có những bệnh nguy hiểm Hy vọng rằng những khám phá tiếp theo ứng dụng thành công của nhóm các nhà khoa học này sẽ cho ra đời các phưong pháp trị liệu cho nhiều loại bệnh đang được cho là

Telomeres and

Cell Senescence