Science Daily, 21/03/2023
Các nhà nghiên cứu nhận thấy các tế bào gốc sử dụng một hệ thống đáng ngạc nhiên để loại bỏ các protein bị gấp cuộn sai. Con đường độc đáo này có thể là chìa khóa để duy trì sức khỏe lâu dài và ngăn ngừa các rối loạn máu và rối loạn miễn dịch liên quan đến tuổi tác.
Trong hành trình tìm kiếm thuốc trường sinh không ngừng của nhân loại, khoa học luôn quan tâm tới các tế bào gốc. Nghiên cứu ngày càng cho thấy rằng việc duy trì trạng thái khỏe mạnh của tế bào gốc sẽ kéo dài tuổi thọ và những phát hiện mới cho thấy việc giữ cho tế bào gốc sạch sẽ và ngăn nắp là một bước không thể thiếu.
Trong một nghiên cứu được công bố vào ngày 21 tháng 3 năm 2023 trên tạp chí Cell Stem Cell, các nhà nghiên cứu tại Trường Y thuộc Đại học California San Diego đã phát hiện ra rằng các tế bào gốc máu sử dụng một phương pháp bất ngờ để loại bỏ các protein bị gấp cuộn sai của chúng và hoạt động của con đường này sẽ suy giảm theo tuổi tác. Các tác giả cho biết việc thúc đẩy hệ thống xử lý rác chuyên biệt này có thể giúp bảo vệ chống lại các bệnh liên quan đến tuổi tác.
Nghiên cứu tập trung vào các tế bào gốc tạo máu (HSCs), các tế bào trong tủy xương tạo ra các tế bào máu và miễn dịch mới trong suốt cuộc đời của chúng ta. Khi chức năng của chúng bị suy yếu hoặc mất đi, điều này có thể dẫn đến rối loạn máu và miễn dịch, chẳng hạn như thiếu máu, đông máu và ung thư.
Tiến sĩ Robert Signer, phó giáo sư tại Trường Y khoa UC San Diego, cho biết: “Các tế bào gốc sẽ tồn tại trong một thời gian dài. Nhu cầu kéo dài tuổi thọ của chúng đòi hỏi chúng đã được tiếp nối một cách khác với tất cả các tế bào có thời gian sống ngắn trong cơ thể.”
Chìa khóa để giữ cho các tế bào gốc hạnh phúc là duy trì cân bằng nội môi protein. Nghiên cứu trước đây cho thấy các tế bào gốc, bao gồm HSC, tổng hợp protein chậm hơn nhiều so với các loại tế bào khác, ưu tiên chất lượng hơn số lượng. Điều này giúp chúng mắc ít lỗi hơn trong quy trình, vì các protein bị gấp cuộn sai có thể trở thành chất độc đối với tế bào nếu được tích tụ.
Tuy nhiên, một số sai lầm hoặc tổn thương protein là không thể tránh khỏi, vì vậy các nhà nghiên cứu bắt đầu tìm hiểu cách tế bào gốc đảm bảo các protein này được loại bỏ đúng cách.
Trong hầu hết các tế bào, các protein bị hư hỏng hoặc gấp cuộn sai sẽ được gắn thẻ riêng để xử lý. Sau đó, một kẻ hủy diệt protein di động được gọi là proteasome sẽ tìm thấy các protein được đánh dấu và phân hủy chúng thành các thành phần axit amin ban đầu. Nhưng trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu nhận thấy hoạt động proteasome đặc biệt thấp ở HSC. Điều này khiến nhóm nghiên cứu bối rối: nếu việc loại bỏ các protein bị hư hỏng là rất quan trọng đối với tế bào gốc, thì tại sao proteasome lại kém hoạt động hơn?
Thông qua một loạt các thử nghiệm tiếp theo, nhóm đã phát hiện ra rằng các HSC sử dụng một hệ thống hoàn toàn khác. Tại đây, các protein bị hỏng và gấp cuộn sai được thu thập và vận chuyển thành các cụm được gọi là aggresome. Sau khi tập trung vào một vị trí duy nhất, chúng có thể bị tiêu diệt chung bởi lysosome (một bào quan của tế bào chứa các enzym tiêu hóa) trong một quá trình gọi là aggrephagy.
Signer cho biết: “Điều rất bất thường ở đây là con đường này được cho là chỉ được kích hoạt như một phản ứng cực kỳ căng thẳng, nhưng nó thực sự là con đường sinh lý bình thường được sử dụng bởi các tế bào gốc. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của các tế bào gốc trong việc ngăn ngừa căng thẳng để chúng có thể duy trì sức khỏe và tuổi thọ.”
Vậy tại sao lại sử dụng hệ thống khác nhau như vậy? Ưu điểm chính của phương pháp proteasome là nó phá vỡ các protein ngay lập tức, tạo ra các axit amin mà tế bào có thể tái sử dụng để tạo ra các protein mới. Nhưng các tế bào gốc ít quan tâm đến việc tạo ra các protein mới. Do đó, các tác giả đề xuất rằng bằng cách lưu trữ một tập hợp các protein bị hư hỏng ở một nơi, các tế bào gốc có thể tạo ra bộ đệm tài nguyên của riêng chúng để có thể sử dụng sau này khi chúng thực sự cần thiết, chẳng hạn như sau khi bị thương hoặc khi cần cho tái sinh.
Signer cho biết: “Cơ thể thực sự không thể mạo hiểm đánh mất các tế bào gốc, vì vậy việc có kho dự trữ nguyên liệu thô này giúp chúng được bảo vệ tốt hơn trước những ngày mưa. Các tế bào gốc là những vận động viên chạy marathon, nhưng chúng cũng cần phải là những vận động viên chạy nước rút đẳng cấp thế giới khi hoàn cảnh đòi hỏi.”
Khi các nhà nghiên cứu vô hiệu hóa con đường aggrephagy về mặt di truyền, các tế bào gốc bắt đầu tích lũy protein tổng hợp, làm suy giảm thể lực, tuổi thọ và hoạt động tái tạo của chúng.
Sau đó, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng trong khi hầu như tất cả các tế bào gốc trẻ đều có thể không đồng nhất, thì tại một thời điểm nhất định trong quá trình lão hóa, chúng gần như biến mất hoàn toàn. Các tác giả cho rằng việc tế bào gốc không có khả năng tiêu diệt hiệu quả các protein bị gấp cuộn sai trong quá trình lão hóa có thể là yếu tố chính góp phần làm suy giảm chức năng của chúng và dẫn đến các rối loạn liên quan đến tuổi tác.
Signer cho biết: “Hy vọng của chúng tôi là nếu chúng tôi có thể cải thiện khả năng của tế bào gốc để duy trì con đường aggrephagy, chúng tôi sẽ duy trì khả năng hoạt động tốt hơn của tế bào gốc trong quá trình lão hóa và giảm thiểu các rối loạn về máu và miễn dịch.”
Các tác giả nghi ngờ rằng các loại tế bào gốc và tế bào sống lâu khác như tế bào thần kinh có yêu cầu tương tự đối với việc điều chỉnh nghiêm ngặt cân bằng nội môi protein, cho thấy phương pháp trị liệu để thúc đẩy con đường này có thể có lợi trên nhiều cơ quan và bệnh lý.
Các đồng tác giả của nghiên cứu này bao gồm: Bernadette A. Chua, Connor J. Lennan, Mary Jean Sunshine, Daniela Dreifke và Eric J. Bennett tại UC San Diego và Ashu Chawla tại Viện Miễn dịch học La Jolla.
Tài liệu tham khảo:
Bernadette A. Chua, Connor J. Lennan, Mary Jean Sunshine, Daniela Dreifke, Ashu Chawla, Eric J. Bennett, Robert A.J. Signer. Hematopoietic stem cells preferentially traffic misfolded proteins to aggresomes and depend on aggrephagy to maintain protein homeostasis. Cell Stem Cell, 2023; DOI: 10.1016/j.stem.2023.02.010
Nguồn: University of California – San Diego
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230321135143.htm
