Ngày 5/10/2009, Giải Nobel y học năm 2009 đã được trao cho ba nhà khoa học Mỹ với công trình phát hiện và giải mã vai trò bảo vệ ADN của telomere và telomerase và quá trình lão hóa tế bào. Các nhà khoa học đã đưa ra câu trả lời rằng vấn đề cốt lõi nằm ở các đầu của chromosome - telomere - và một enzym hình thành nên chúng - telomerase.
Quá trình lão hóa tế bào
Trong sinh học, lão hóa (tiếng Anh: senescence, xuất phát từ senex trong tiếng Latin có nghĩa là "người già" hay "tuổi già") là trạng thái hay quá trình tạo nên tuổi tác già nua. Lão hóa là quá trình tất yếu diễn ra trong cơ thể con người. Nguyên nhân gây lão hóa được giải thích bằng nhiều thuyết khác nhau: thuyết di truyền, thuyết gốc tự do... Ngoài ra, hiện tượng lão hóa có liên quan đến đột biến gen còn gây hội chứng già trước tuổi hay liên quan đến tuổi thọ con người. Quá trình lão hóa diễn ra ở mọi cơ quan trong cơ thể và gây ra những hậu quả rất nghiêm trọng. Tuy nhiên nếu thực hiện tích cực một số biện pháp, chúng ta có thể trì hoãn quá trình lão hóa. Trong các học thuyết kể trên, thuyết di truyền được quan tâm hơn cả do được đánh giá là có tính khoa học nhất. Theo thuyết này thì con người có sẵn trong các tế bào của mình một chương trình - mang trong các "gen". Các gen hoạt động theo thứ tự, bất di bất dịch: sinh, lão, bệnh, tử.
 Chức năng và sự tổng hợp telomere. |
Các telomere
Các phân tử ADN có cấu trúc xoắn kép, mang gen của chúng ta được đóng gói thành các chromosome. Từ những năm 1930, hai nhà khoa học Hermann Muller (giải Nobel năm 1946) và Barbara McClintock (giải Nobel năm 1983) đã phát hiện thấy ở động vật có vú, các đầu tận cùng của nhiễm sắc thể được bảo vệ bằng các telomere (theo tiếng Hy Lạp, telo có nghĩa là cuối, còn mere là phần), tức là những cấu trúc đặc biệt được hình thành bởi các chuỗi TTAGGG lặp lại kế tiếp nhau. Ở người các chuỗi lặp lại của telomere có từ 5.000 đến 15.000 base. Telomere có nhiệm vụ bảo đảm sự bền vững của các chromosome, chống lại thoái hóa tế bào, chống lại sự tái tổ hợp sai lạc và có vai trò điều hòa gen.
Các tế bào sống của người bình thường không nhất thiết phải phân chia thường xuyên khiến các nhiễm sắc thể vẫn duy trì một chiều dài các telomere một cách tương đối nhưng nói chung đều có một đời sống có giới hạn. Thông thường tế bào chết đi sau 40-60 chu kỳ sao chép. Thời gian sống của mỗi tế bào được quyết định về di truyền học bởi hai hệ thống độc lập với nhau. Tuy nhiên, trong quá trình phân chia, một phần cuối của các chuỗi ADN lại không có khả năng sao chép được và vì thế sau mỗi lần phân chia, các nhiễm sắc thể đều bị ngắn đi do mất một số lượng ADN của telomere (khoảng chừng 50-100 base), vì thế có nhà khoa học ví quá trình này giống như sự xổ ra ở đầu sợi dây giầy. Khi các telomere trở nên quá ngắn thì các nhiễm sắc thể sẽ kém bền vững, chúng không thể bám vào được màng nhân tế bào, bị dính vào nhau và có hình dạng kỳ dị. Hậu quả là các tế bào không thể phân chia được nữa. Các nhà khoa học nhận thấy nếu các telomere liên tục ngắn lại thì tế bào sẽ lão hóa nhanh. Ngược lại, nếu telemore giữ nguyên độ dài thì tế bào sẽ sống bền lâu. Nhưng nếu các tế bào bền vững một cách bất thường sẽ trở thành các tế bào ung thư. Elizabeth Blackburn và Jack Szostak đã phát hiện ra một chuỗi ADN nhất định trong telemore chính là người lính bảo vệ cho nhiễm sắc thể không bị hao hụt và già cỗi.
Enzym telomerase
Tiếp theo nghiên cứu của Blackburn, Greider và Blackburn đã nghiên cứu xem cơ chế hình thành telomere diễn ra như thế nào và hai người đã phát hiện ra telomerase - một enzym (bao gồm cả RNA lẫn protein) có vai trò giúp các phân tử ADN sao chép toàn bộ nhiễm sắc thể mà không bị mất đi đoạn cuối cùng. Và họ khẳng định rằng telomerase sẽ chỉnh sửa lại quá trình phân chia tế bào, giúp tái sinh phần đầu của nhiễm sắc thể.
Thành phần ARN của telomerase người có chừng 445 nucleotid, trong đó các nucleotid 46-56 là vị trí gắn vào đầu cùng của telomere, và đó là khuôn để từ đó thêm vào các ADN của telomere. Cơ chế bảo vệ telomere là enzym telomerase sẽ nhận dạng đầu cùng của telomere thông qua các hoạt động giữa telomere và cả 2 tiểu đơn vị hTR và hTERT của telomerase, nhận dạng xong thì thêm chuỗi sáu base TTAGGG của telomere, như vậy là kéo dài thêm một telomere và cứ thế tiếp tục.
Và cơ sở cho những phương pháp điều trị mới
Telomere bị gãy là lời giải thích tại sao khả năng sinh sản tự nhiên giảm theo tuổi và phụ nữ cao tuổi hơn có nguy cơ sinh ra những đứa trẻ mang một số nhiễm sắc thể bị lỗi (chẳng hạn như trẻ mắc hội chứng Down) thậm chí ngay ở một độ tuổi ngang nhau sự khác biệt về độ dài telomere sẽ khiến những phụ nữ có telomere ngắn có thể gặp khó khăn nhiều hơn trong thụ thai. Mặt khác, sự có mặt của enzym telomerase hoạt tính ở tế bào gốc và tế bào ung thư được xác định chính là nguyên nhân khiến cho tế bào phân chia liên tục và có cuộc sống vĩnh cửu do kéo dài các chuỗi ADN của telomere. Thậm chí, một số bệnh di truyền được cho là do telomerase bị hỏng dẫn đến sự bất thường của các tế bào. Nghiên cứu của các nhà khoa học cũng giúp giải thích bản chất của tình trạng lão hóa. Điều này mở ra một khám phá của những phương pháp điều trị mới.
Với bệnh ung thư, do việc xác định nguyên nhân là tích trữ nhiều enzym telomerase cũng chiều dài các telomere quá lớn nên một ý tưởng điều trị căn bệnh này là xóa bỏ bớt các telomerase kết hợp với việc nghiên cứu, phát minh và sử dụng các vaccin chống lại sự hoạt động thái quá của loại enzym này.
Với các bệnh di truyền khác được biết đến có nguyên nhân bởi sự sai lệch của các telomere như bệnh thiếu máu ác tính bẩm sinh, các bệnh về da, vô sinh... cũng có thể sử dụng nguyên lý sửa sang các khiếm khuyết telomere và telomesare để điều trị.
Ba nhà khoa học đoạt giải Nobel y học 2009 GS. Elizabeth H. Blackburn, người Mỹ, sinh năm 1948 tại Hobart, Tasmania, Australia. Tốt nghiệp Đại học Melbourne, lấy bằng tiến sĩ vào năm 1975 ở Trường đại học Cambridge, Anh, giảng dạy và nghiên cứu tại trường Đại học Yale, New Haven, Đại học California, Berkeley, Mỹ. Từ năm 1990 là giáo sư sinh vật học và sinh lý học tại trường Đại học California, San Francisco.
GS. Jack W. Szostak người Mỹ, sinh năm 1952 tại London, Anh, lớn lên ở Canada. Ông học trường Đại học McGill ở Montreal và trường Đại học Cornell ở Ithaca, New York, lấy bằng tiến sĩ năm 1977. Ông làm việc tại trường Y khoa Harvard từ năm 1979 và hiện tại là giáo sư di truyền học tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts ở Boston. Ông còn là hội viên của Viện Y khoa Howard Hughes. |
