Tái lập trình nhân (NUCLEAR REPROGRAMMING)

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tái lập trình nhân là thuật ngữ dùng mô tả kỹ thuật cho phép thay đổi tiềm năng phát triển hay định hướng của tế bào

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tái lập trình nhân (NUCLEAR REPROGRAMMING)

TÁI L P TRÌNH NHÂN (NUCLEAR REPROGRAMMING) I. TÁI L P TRÌNH T BÀO SINH DƯ NG 1. Khái ni m Tái l p trình nhân là thu t ng dùng mô t k thu t cho phép thay i ti m năng phát tri n hay nh hư ng c a t bào. Tái l p trình nhân là l y nhân t m t t bào ã xác nh c a cơ th (t bào sinh dư ng như t bào da) và chuy n nó vào m t t bào g c ã ư c lo i b nhân, khi ó, t bào chuy n nhân thu ư c có kh năng phát tri n thành nhi u lo i t bào khác nhau. Có 2 hư ng tái l p trình nhân là chuy n nhân vào t bào sinh dư ng (somatic cell nuclear transfer SCNT) và t o t t bào iPS (induced pluripotent stem cells). 2. Các hình th c chuy n nhân http://www.ebook.edu.vn
a. Chuy n nhân t bào sinh dư ng Là phương pháp chuy n nhân c a m t t bào sinh dư ng vào m t t bào phôi ã l y nhân. Khi ó, nhân c a t bào ư c ch n s tái l p trình l i trong i u ki n t bào ch t c a t bào nh n. H n ch c a phương pháp này là ti m năng c a phôi và hi u qu t o dòng th p. Hơn n a có nhi u s b t bình thư ng th h t o dòng, ng th i có nh ng h n ch v m t xã h i khi th c hi n trên ngư i. b. Dung h p t bào Ti n hành dung h p t bào bi t hóa và t bào toàn năng có th hình thành m t t bào v n năng có kh năng bi t hóa thành nhi u lo i t bào nhưng không có kh năng phát tri n thành phôi. Vi c tái l p trình c a t bào dung h p này có th không n nh và khó ki m soát. http://www.ebook.edu.vn
c. D ch chi t t bào Nh ng t bào th m ư c có th thu nh n d ch chi t c a nh ng t bào v n năng. T bào ư c x lý v i nh ng marker v n năng tái bi u hi n và tái bi t hóa thành nh ng dòng khác nhau. Phương pháp này có nh ng bi u hi n h n ch c a t bào ngư n ban âu và vi c tái l p trình ch x y ra mưc gi i han th p. d. C y ghép t bào S bi u hi n ngoài nhân c a các gene ki m soát quá trình tái l p trình có th vai trò như i v i nh ng t bào v n năng giúp quá trình x y ra và hình thành nh ng t bào v n năng m i. Tuy nhiên, vi c tái kích ho t nh ng gene chuy n v có th là xu t hi n các oncogen làm ch t cá th con vì ung thư. II. CÁC Y U T KI M SOÁT QUÁ TRÌNH TÁI L P TRÌNH Phương pháp tách chi t t bào (cell extract) và chuy n nhân (nuclear transfer) cho th y có s t ch c l i chromatin, s c i biên DNA và histone trong tái l p trình t bào sinh dư ng. M t nghiên c u khác cho th y có s liên quan gi a vi c tái ho t ng b t thư ng c a gene Oct-4, Nanog và Sox2 trong blastocyst ư c t o dòng t t bào sinh dư ng và s phát tri n b t thư ng c a dòng. Ngư c l i, nh ng dòng t ngu n ES (embryo sterm), EG (embryo germ), EC (embryo carcinoma) thì bi u hi n gene Oct-4 và hi u qu t o dòng tăng hơn. http://www.ebook.edu.vn
Ngày nay, ngư i ta ã b t u t ng bư c hi u v c ch trong nhân và ngoài nhân duy trì tình tr ng chưa bi t hóa c a nh ng t bào g c phôi trong khi cho phép nh ng t bào này duy trì s cân b ng v i nh ng t bào khác trong s phát tri n c a t bào sinh dư ng. R t nhi u y u t u hòa c a ti n trình này ư c ghi nh n bao g m c các y u t môi trư ng ngo i bào cũng như các y u t trong nhân và ngoài nhân. 1. Các y u t ngoài t bào Các y u t ngoài t bào tham gia i u hòa quá trình tái l p trình nhân bao g m m t ph c h p các y u t ho t ng theo nh ng con ư ng ho t hóa riêng, an xen nhau, ch y u là t nh ng tín hi u truy n tin qua màng. M t s y u t cơ b n ư c bi t như sau: http://www.ebook.edu.vn
a.. LIF (leukemia inhibitort factor): là m t protein thu c h cytokine vai trò cho phép phôi duy trì tính toàn năng. LIF là protein hòa tan và ư c ti t vào trong serum, trong i u ki n nuôi c y có b sung LIF trong serum cũng cho k t qu tương t . Cơ ch ho t ng c a LIF là b ng cách liên k t v i LIFR-gp130 heterodimer t i b m t t bào và ho t hóa tín hi u truy n tin Stat3. Sau khi ư c ho t hóa, Stat3 s t phosphoryl hóa và dimmer hóa chính nó trư c khi chuy n v vào bên trong nhân và t i ây, nó ho t ng như là m t y u t phiên mã. Hi n nay, ích cu i c a Stat3 vùng downstream v n ch bi t m t ph n là c-Myc. b. BMP4 là protein thu c h TGFβ, BMP4 có kh năng liên k t v i receptor kinase c a serine ho c threonine. Vùng downstream c a BMP4 là protein SMAD. Ch c năng c a BMP4 là ki m soát bi t hóa t bào hơn là kích ho t t sinh. 2. Các gene ki m soát quá trình tái l p trình trong và ngoài nhân Có 3 gene i u hòa này mã hóa cho y u t i u hòa phiên mã quan tr ng mà nh ng t bào chưa ư c bi t hóa không th hi n bao g m Oct4, Sox2 và Nanog Nhóm protein Polycomb (PcG) là nh ng y u t kìm hãm phiên mã mà ch c năng c a nó là duy trì s ng nh t t bào trong su t th i kỳ phát tri n cu i thông qua nh ng c i biên ngoài nhân (epigenetic modification) c a c u trúc chromatin. B ng ch ng cho th y r ng protein PcG có ch c năng kìm http://www.ebook.edu.vn
hãm phiên mã nh ng gene phát tri n trong t bào ES, bi u hi n c a nó có th xem như m t promoter bi t hóa. Nhi u gene ích Oct4, Soc2 và Nanog ư c xác nh cũng là gene ích PcG, quá trình c i biên chromatin có th di n ra liên quan ns i u hòa 3 gene chìa khóa này. i u thú v là c u trúc chromatin liên quan v i r t nhi u gene chìa khòa này l i liên quan n domain bivalent bao g m c kìm hãm nh ng i m methyl hóa lysine s 27 c a histone H3 và kích ho t methyl hóa lysine s 4 c a histone H3. domain bivalent này thì bi n m t trong nh ng t bào ã bi t hóa, nó ư c cho là m t m u ch t quan tr ng trong vi c duy trì s phát tri n tính v n năng c a t bào ES. Do ó, y u t toàn năng Oct4, Sox2 và Nanog ho t ng ph i h p cùng PcG làm im l ng nh ng tác nhân i u hòa phát tri n tr ng thái a năng, trong khi nh ng gene tương t , m nh ng tác nhân i u hòa ngoài nhân ho t ng phiên mã chu n b bi t hóa. Khi nh ng y u t i u hòa phiên mã cho tính toàn năng và t tái sinh trên t bào ES ư c hi u rõ mc phân t thì nhi u kh năng tái l p trình nhân trên m t lo i t bào thành t bào khác b ng ho t ng c a h th ng nh ng y u t i u hòa này. http://www.ebook.edu.vn
Hình sau cho th y con ư ng tác ng c a các y u t liên quan trong tái l p trình http://www.ebook.edu.vn
Oct4, Sox2 và Nanog là nh ng chìa khóa cho quá trình toàn năng. Trong ó Oct4 (cũng ư c h i là Pout5f1) và Nanog ư c xác nh là nh ng y u t then ch t. a. Gen Oct 4 Oct-4 còn ư c g i là Pou5f1, là protein liên k t v i DNA vai trò là y u t kích ho t ho c ngăn c n s phiên mã c a vài gene, c bi t là nh ng gene bi u hi n trong su t giai o n phát tri n u c a phôi, do ó oct-4 có vai trò quan tr ng trong giai o n u phát tri n và bi t hóa t bào. C u trúc không gian c a Oct4 http://www.ebook.edu.vn
Oct4 i u hòa bi u hi n gene b ng tương tác v i nh ng y u t khác trong nhân, bao g m h p phiên mã y u t Sox2. phôi ng v t h u nhũ thì có 2 l p t bào trong giai o n phôi 64 t bào, l p ngoài là lá phôi (trophetoderm) phát tri n thành nhau thai vá các b ph n khác nuôi thai, l p trong phát tri n thành phôi ư c g i là ICM (inner cell mass). Nh ng t bào ICM có th phân l p và nuôi c y invitro thành t bào g c phôi ES (embryo stem cell). ES là nh ng t bào toàn năng có kh năng phát tri n thành nhi u lo i t bào khác nhau tương ng trong nhi u lo i mô khác nhau c a cơ th . Và oct-4 ch bi u hi n trong nh ng t bào chưa ư c ánh d u bi t hóa có nhi u ti m năng phát tri n như t bào ES và t bào EG (embryo germ). Oct-4 duy trì ti m năng phát tri n thành nhi u lo i t bào khác nhau cho t bào g c phôi, tuy nhiên khi phôi làm t bào t cung, oct-4 m t i, và các t bào i vào bi t hóa cho ra hơn 200 lo i t bào khác có trong cơ th . S bi u hi n c a ost-4 gene ư c duy trì trong nh ng t bào g c có th t tái sinh, tuy nhiên, trong t bào phát tri n c a n i bì và ngo i bì thì lư ng oct-4 khá cao và ngư c l i trong t bào lá phôi. http://www.ebook.edu.vn
B ng so sánh hàm lư ng như sau: Phôi thi u oct-4 phát tri n ư c t i giai o n blastocys nhưng b l i sau khi c y ghép. Phân tích sâu hơn cho th y blastocys ch a t bào lá phôi mà thi u t bào ICM. a s các phôi ư c t o dòng b l i u cho th y có s bi u hi n c a oct-4 c t bào lá phôi và t bào TCM ho c là thi u v ng s bi u hi n c 2 l p t bào này. Mc cân b ng gi a Oct4 và y u t phiên mã Cdx2 (caudal-type homeodomain) ch u nh hư ng l n nhau. Oct4 liên quan n thi t l p ICM, nơi mà Cdx2 c n phát tri n lá nuôi phôi. Còn l p t bào bên ngoài thì Oct4 l i bi n m t, ng th i Cdx2 cũng có r t h n ch . b. Gene Sox2 Sox 2 (SRY-type high mobility group box 2) là m t protein thu c h g m 20 protein có c u trúc tương t như motif liên k t DNA box HMG. Tuy nhiên,Sox2 có vai trò quan tr ng trong s v n năng c a t bào. Y u t iu hòa Sox2 trong vùng promotor c a gene cũng n m g n v trí liên k t c a gene Oct3/4 và gene Nanog. R t nhi u gene c hi u cho t bào ES ư c i u hòa phiên mã b ng liên k t v i Sox2 và Oct3/4. http://www.ebook.edu.vn
Gene Sox 2 là m t gene khuy t intron n m trên 1 gene g i là Sox2OT (phiên mã trùng l p Sox2 – Sox2 overlapping transcrip), có 317 amino acid, 34,4 kDa. Domain HMG ch a y u t phiên mã ki m soát kh năng toàn năng cũng như v n năng c a t bào. Domain HMG liên k t linh ng v i DNA mà không có trình t c hi u và có th làm u n cong DNA, h n ch y ut i u hòa sau d ch mã g n vào. Ph c h p theo t l Sox2:Oct4 là quan tr ng nh t trong h th ng i u hòa gene. Sox2 và Oct4 th hi n ng th i r t s m trong phôi, ngay t giai o n phôi morula. Chúng ư c tìm th y trong TCM c a blstocyst c a phôi ti n c y ghép, trong lá m t (epiblast), mô ư c bi t hóa trong phôi và t bào g c sau c y ghép blastocyst. i u quan tr ng c a Sox2 và Oct4 là kh năng i u hòa c a nó cùng v i c-Myc và Klf4 ho c Nanog và Lin28 làm ngăn c n s bi t hóa t bào sinh dư ng thành t bào g c toàn năng iPS (induced pluripotent stem cells) có nh ng c i m tương t như t bào g c phôi. c. Nanog T bào thi u Nanog s bi t hóa tùy ý trong l p n i bào nguyên th y. Ngư c l i, n u bi u hi n quá s kích thích s t tái sinh cl pv iy ut ngăn ch n Cytokine leukemia (cytokine leukemia inhibitory foctor LIF), ch c năng ư c ho t hóa b i y u t phiên mã Stat3. M c dù con dư ng LIF-Stat3 có th b qua trong t bào ES ngư i, nhưng nh ng phân tích ch c năng cho th y s tương t như v y gi a Oct4 và Nanog trong nh ng t bào này. Do ó, Oct4, Sox2 và Nanog ư c xem là http://www.ebook.edu.vn
nh ng bi u hi n s m nh t c a gene nh m duy trì s toàn năng. Tuy nhiên, nghiên c u g n âycũng cho th y chúng có con ư ng riêng mà c ng i u hòa nh ng m c tiêu chung khác trong genome. S cân b ng nh gi a nh ng y ut i u hòa này có th quy t nh s ph n c a t bào. S cân b ng gi a Nanog và y u t phiên mã Gata4, Gata6 cũng c n cho s phát tri n n i b nguyên th y. có Gata 4 ho c Gata6 thì có s bi t hóa t bào thành t bào n i bì nguyên th y, i u này ng nghĩa v i thi u Nanog. B ng sau cho th y k t qu phân tích nh ng y u t phiên mã trong t bào v n năng ES và s phát tri n c a phôi. http://www.ebook.edu.vn
III. TÁI L P TRÌNH NGOÀI NHÂN (EPIGENETIC) Vi c tái c u trúc chromatin cùng v i s tái l p m t chương trình bi u hi n gene m i mà c trưng theo t ng dòng t bào. S c i biên bao g m methyl hóa DNA và histone t i m t s v trí, acetyl hóa, phosphoryl hóa và ubiquitine hóa Histone. http://www.ebook.edu.vn
Quá trình methyl hóa DNA liên quan n vi c g n 1 nhóm methyl vào v trí 5’ c a cystone, ph n không mã hóa c a nucleoside dành cho vi c bi u hi n gene. Hình v cytosine và 5-methyl cytosine Methyl hóa x y ra trong vùng chromosome giàu trình t cytosine- guanosine l p l i, thư ng u 5’ c a gene. Quá trình này t bào sinh dư ng g n như duy trì trong m i chu kỳ phân bào. S thay im c methyl hóa này thì ph thu c tu i, ho c s b t thư ng c a t bào. H u h t t t c các c i biên ngoài nhân u liên quan n s methyl hóa DNA, c th là s methyl hóa protein histone, m t protein c u trúc c a DNA. Nh ng phân tích g n ây v toàn b ch c năng c a chromatin cho th y m t s liên h ch c năng cao c a protein c u trúc chromatin là histone H1 và HP1 (heterochromatin associated protein) khi so sánh gi a chromatin c a nh ng t bào v n năng và chromatin c a nh ng t bào ã bi t hóa. http://www.ebook.edu.vn
Thay cho v trí c a histone H3 là histone H1, liên k t c ng hơn trong chromatin c a nh ng t bào ES bi t hóa. i u này cho th y protein c u trúc liên k t l ng l o v i chromatin trong t bào v n năng, nên có kh năng tái s p x p l i c u trúc chromatin trong quá trình bi t hóa. Tương t như v y, gene c hi u mô ư c cho là im l ng trong t bào chưa bi t hóa có th ít nhi u bi u hi n trong t bào ES. Có m t domain bivalent v a ngăn c n histone H3-K27me3 (methyl hóa lysine 27 c a histone 3) v a kích ho t H3-K4me3 làm c i biên nh ng vùng r ng l n nh ng gene quan tr ng mà bình thư ng im l ng trong t bào ES tr thành ho t ng dư i quá trình bi t hóa. i u quan tr ng là không ph i t t c nh ng gene c hi u mô u có nh ng domain bivalent này, và c u trúc chromatin cơ b n trong nh ng gene này và s tái c u trúc c a nó trong s v n năng còn nh ng c trưng khác hơn n a. Quá trình tái l p trình phôi t bào ng v t h u nhũ trong t o dòng x y ra vào 2 th i i m. M t là ngay sau khi th tinh, hay ngay sau khi dung h p 2 t bào v i nhau, và ư c g i là tái l p trình ti n c y ghép (preimplantation reprogramming). Quá trình này h u như liên quan tr c ti p trong t o dòng và h u h t là có nh ng khuy t i m trong quá trình phát tri n dòng trư ng thành. Hai là trong su t quá trình hình thành giao t c và cái, ư c g i là tái l p trình giao t (gametogenic reprogramming), tuy nhiên trư ng h p này ch ư c nghiên c u trong t o dòng s n ph m h u tính. http://www.ebook.edu.vn
S tái l p trình ngoài nhân không phù h p d n n nh ng h u qu b t thư ng nguy hi m n s c kh e ng v t phát tri n b ng k thu t chuy n nhân. Phôi t ngu n t bào chuy n nhân ph i ư c demethyl hóa c trưng và có m c methyl hóa cao trong nhân cho duy trì tính v n năng. S phân chia s m b sai l ch c a phôi chuy n nhân chi m t l cao có th do thi u s dimethyl hóa này. Tóm l i s tái l p trình trong quá trình chuy n nhân là m t ti n trình ph c t p c a c h th ng các tín hi u trong và ngoài t bào cũng như trong và ngoài nhân. Cho n nay, ch m t s cơ ch ư c hi u, còn l i là nh ng d oán liên quan n ch c năng c a nhi u protein cũng như gene tham gia nhưng chưa ư c bi t rõ. http://www.ebook.edu.vn