Khả năng kiểm soát xem các tế bào gốc cuối cùng trở thành tế bào xương có triển vọng lớn cho y học phục hồi và liệu pháp tiềm năng nhằm điều trị các bệnh về xương.
Giờ đây các giáo sư Trường Nha Khoa thuộc Đại học California, Los Angeles (UCLA ) và nhà khoa học hàng đầu về ung thư Tiến sĩ Cun-Yu Wang và nhóm nghiên cứu của ông đã thực hiện một bước đột phá quan trọng theo hướng đó. Các nhà khoa học đã phát hiện ra hai chìa khóa ngoại di truyền (Epigenetic)* quy định gen xác định số phận tế bào của các tế bào gốc tủy xương của con người.
Nghiên cứu mới của Wang được đăng trên trang bìa số ra ngày 6 tháng 7 của Tạp chí Cell Stem Cell, một tạp chí chuyên ngành của Hiệp hội nghiên cứu tế bào gốc quốc tế.
Nghiên cứu đột phá này xuất phát từ khát vọng của Wang muốn hiểu rõ hơn những quy luật ngoại di truyền trong sự biệt hóa của tế bào gốc (stem cell differentiation), trong đó các cấu trúc của gen được sửa đổi trong khi trình tự của DNA là không. Ông và nhóm của ông tìm thấy rằng KDM4B và KDM6B, hai gen kích hoạt các enzym, có thể thúc đẩy sự biệt hóa các tế bào gốc thành tế bào xương bằng cách loại bỏ đánh dấu methyl từ protein histone. Quá trình này xảy ra thông qua kích hoạt các gen thích hợp để thúc đẩy chuyển sang một dòng truyền thừa và đồng thời khử hoạt, ngăn cản gen chuyển sang dòng truyền thừa khác.
Các phát hiện này hàm ý rằng dưới tác dụng hóa học của các enzym hoạt hóa gen này có thể cho phép các tế bào gốc biệt hóa rõ ràng hơn thành các tế bào xương, đồng thời ngăn cản sự biệt hóa của chúng thành các tế bào mỡ. Công trình nghiên cứu của nhóm có thể mở đường hướng tới việc xác định các mục tiêu điều trị tiềm năng cho y học phục hồi bằng liệu pháp tế bào gốc, cũng như điều trị các bệnh rối loạn về xương như loãng xương, loại phổ biến nhất của bệnh rối loạn chuyển hóa.
"Thông qua các phát hiện gần đây của chúng tôi về quyết định dòng truyền thừa của các tế bào gốc tủy xương ở người, chúng tôi có thể làm hiệu quả hơn trong việc sử dụng các tế bào gốc cho y học phục hồi cho các bệnh về xương như loãng xương, cũng như tái tạo xương", Wang nói. "Tuy nhiên, trong khi chúng ta biết gen thích hợp phải được bật để cho các tế bào trở thành tế bào hình thành xương, nghĩa là ngược lại với các tế bào mỡ, chúng tôi chỉ có một vài manh mối như làm thế nào để những gen được bật lên."
Nhóm nghiên cứu, thông qua nghiên cứu của những con chuột già, cho thấy rằng hai enzyme KDM4B và KDM6B có thể đặc trưng để kích hoạt các gen thúc đẩy sự biệt hóa tế bào gốc hình thành tế bào xương, trong khi ngăn chặn hình thành tế bào mỡ.
"Thật thú vị, trong những con chuột già của chúng tôi, cũng như những con chuột mắc bệnh loãng xương, chúng tôi quan sát thấy sự im lặng ở mức cao hơn của nhóm methyl histone thường được loại bỏ bởi các các enzym KDM4B và KDM6B ở những con chuột còn trẻ và khỏe mạnh", Wang nói. "Và kể từ khi các enzym này có thể dễ dàng sửa đổi hóa học, chúng có thể trở thành mục tiêu tiềm năng điều trị trong việc tái tạo mô và điều trị cho bệnh loãng xương."
"Khám phá đó của tiến sĩ Wang và nhóm của ông có ý nghĩa rất đáng kể cho sự tái sinh xương sọ và điều trị bệnh loãng xương," Tiến sĩ No-Hee Park, hiệu trưởng Trường Nha khoa thuộc UCLA, phát biểu. "Khi mà một phần lớn dân số của chúng ta đạt đến một độ tuổi nhất định, thì bệnh bệnh loãng xương và bệnh nướu răng có thể là vấn đề lớn cho sức khỏe, sự tiến bộ trong điều trị các bệnh liên quan đến lão hóa rất có giá trị."
Giáo sư Wang làm việc tại Trường Nha khoa – UCLA nơi Tiến sĩ No-Hee Park làm hiệu trưởng, Ông cũng là Trưởng khoa sinh học và y học răng miệng và là phó chủ nhiệm khoa nghiên cứu sau đại học.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Viện quốc gia về nghiên cứu nha khoa và sọ mặt của Hoa Kỳ
Chú thích:
Epigenetics là khoa học nghiên cứu những thay đổi trong biểu hiện gene và những chức năng khác của gene, những vấn đề này có thể di truyền được nhưng không liên quan đến trình tự của DNA (epi có nghĩa là bên trên, phía ngoài – kết hợp với genetics là di truyền; Richards, 2006). Vì vậy, epigenetics chỉ ra rằng không phải tất cả thông tin di truyền đều nằm trong trình tự DNA, nó có thể được bổ sung ở bên ngoài bộ gene, đặc biệt trong qua trình methyl hóa DNA (DNA methylation – DNAm), trong quá trình này nhóm methyl được gắn vào vị trí 5’ của vòng cytosine pyrimidine (xem hình). Sự thay đổi này (gắn thêm nhóm methyl) giữa các cá thể sẽ đóng góp vào sự thay đổi kiểu hình, mặc dù chúng đồng nhất về kiểu gene. Thông tin về epigenetics có thể được xem như là “ngữ pháp” hay “chính tả” của trình tự DNA, bởi vì những sự kiện DNAm này đã chứng minh rằng chúng đóng vai trò trong các cơ chế điều hòa hay liên kết với sự im lặng, biểu hiện của gene, trong sự tổ chức lại nhiễm sắc thể hoặc sự in dấu di truyền (imprinting). Đây là một lĩnh vực nổi bật trong nghiên cứu hiện nay và đang trở nên quan trọng, đang được quan tâm nhiều hơn trong các nghiên cứu di truyền, đặc biệt là nghiên cứu về ung thư và những bệnh khác trên người.
Đọc thêm: Epigenome: DNA không là định mệnh
