GIẢI THƯỞNG NOBEL Y SINH HỌC NĂM 2002

Như mọi sinh vật vĩ mô, cuộc sống của tê’ bào còng trải qua 4 thời kỳ phát sinh, phát triển, tiên triển và kêt thúc. Kêt thúc thường là chêt theo một trong 2 phương thức: chêt do hoại tử và chêt theo chương trình. Cách chêt thứ nhất xẩy ra khi tê’ bào bị một tấn công mãnh liệt, màng tê’ bào vỡ, nhân tan ra nhiều mảnh có cỡ khổ khác nhau. Còn cách chêt thứ hai thường là do từ bên trong dưới tác dụng của một số’ tín hiệu lam men endonuclease hoạt động và cắt nhân ra thành nhiều mảnh có kích cỡ tương tự như nhau [2]. Đó là chêt theo chương trình (programmed death) hay apoptosis (nguyên uỷ từ apoptosis này chỉ hiện tượng lá rụng vào mùa thu, nay trong sinh học dùng để chỉ cái chêt êm ả tất nhiên phải đên mà bình thường xẩy ra với tê bào già đên thời kỳ kêt thúc chu trình sống nêu không phân chia thành 2 tê’ bào mới). Nêu chêt do hoại tử đã được biêt từ cổ xưa thì chêt theo chương trình mới chỉ được mô tả thay đổi về hình thái ra từ mấy năm đẩu của thập kỷ 70. Ba nhà bác học vừa được giải thưởng nói trên đã có công lớn là nhờ thay đổi đối tượng nghiên cứu mà đã đi sâu vào tìm hiểu có chê của quá trình chêt theo chương trình, nhờ đó làm sáng tỏ cả cơ chê’ điều hoà gen trong sự phát triển cơ quan.
Sydney Brenner (sinh năm 1927) làm việc tại Viện Nghiên cứu Phân tử Berkeley, Mỹ. Ông đã dùng C. elegans làm một mầu thực nghiệm mới. Vào đẩu những năm 1960, ông đã nhận thấy có những khó khăn cơ bản trong việc nghiên cứu sự biệt hoá và phát triển cơ quan ở động vật cấp cao, như động vật có vú chẳng hạn. Do vậy, rất cẩn có một mầu hình nghiên cứu của sinh vật đa bào nhưng đơn giản và dễ thực hiện. Ông đã thấy con giun tròn – Caenorhabditis elegans- là một mầu hình lý tưởng. Loại giun này dài khoảng 1mm, thân trong suốt, rất thuận lợi cho việc quan sát quá trình phân chia tê bào trực tiêp dưới kính từ khi con giun hãy còn là trứng cho đên khi nó trưởng thành. Trong số 1090 tê’ bào có ở con giun C. elegans thì bao giờ còng có 131 tê’ bào được sinh ra không để làm gì cả và sẽ chêt theo chương trình [10]. Các quá trình đó đã được ông trực tiếp theo dõi và quan sát qua kính hiển vi. Các khám phá của Brenner được tiên hành ở Đại học Cambridge. Điều này đã tạo ra cơ sở giúp cho tất cả các công việc về sau của ông còng như của các nhà nghiên cứu khác như John Sulton đi sâu vào theo dõi, phân tích quá trình di truyền với phân chia, biệt hoá tê bào và phát triển cơ quan.
John Sulston (sinh năm 1942), làm việc tại Trung tâm Sanger, Đại học Cambridge, Anh, người đã theo dõi sự phân chia, biệt hoá của mỗi tê’ bào trong sự phát triển thành một mô của C. elegans và nhờ đó đã thành lập được một thứ ” phả hệ của một dòng tê’ bào” nghĩa là quá trình phát sinh phát triển, và kết thúc của một dòng tế bào theo một chương trình không thay đổi từ con giun này sang con giun khác. Ông đã mô tả được quá trình chết theo chương trình này trước nhất qua quan sát trực tiếp. Nhưng quan trọng nhất là ông đã xác định được gen nuc-1 tham gia vào quá trình này mở đường cho Robert Horvitz tiếp tục đóng góp thêm
Robert Horvitz (Sinh năm 1947), làm việc tại Viện Nghiên cứu Công nghệ, Massachusetts, Cambridge, USA, người đã khám phá và xác định những gien quan trọng kiểm soát quá trình tế bào chết theo chương trình ở C. elegans. Ông cũng cho thấy những gien đó tương tác với nhau trong quá trình chết của tế bào như thế nào và chúng cũng được bảo tổn ở các sinh vật cấp cao như ở con người.
Vậy tổng quan lại quá trình chết theo chương trình là như thế nào? Trong phạm vi bài thông tin tôi chỉ xin nêu mấy nét chính. Các bạn đọc có thể tham khảo thêm: “Apoptosis, chết theo chương trình” tài liệu tham khảo cho sau đại học Bộ môn Miễn dịch Sinh lý bệnh Vũ-Triệu-An (1998) [2].
Quá trình apoptosis là cái chết tự nhiên của tế bào. Trong chết do hoại tử, các màng của tế bào đều ít nhiều bị hư hại nên nguyên sinh chất cũng như nhân vỡ thành những mảnh không đều nhau. Trái lại chết theo chương trình thì trước tiên có hiện tượng ngưng tụ chromatin rổi nguyên sinh chất cô đọng, màng nguyên sinh chất lõm vào ôm lấy mảnh chromatin tạo thành mảnh tế bào được gọi là thể apoptosis [5].
Trước tiên chết theo chương trình là một hiện tượng sinh lý xẩy ra để loại bỏ những tế bào không cẩn thiết cho cơ thể sống như những tế bào già, những tế bào không còn chức năng hay nếu tổn tại sẽ không có lợi cho cơ thể. Trong miễn dịch học [1] một thí dụ điển hình là tế bào lymphô khi ở tuỷ xương đi ra đến tuyến ức thì phải trải qua một sự chọn lọc. Chỉ được giữ lại hoạt động những tế bào nào nhận biết MHC của bản thân (chọn lọc dương) và dung thứ với các tự kháng nguyên (chọn lọc âm). Còn những tế bào khác đến 90% bị loại theo con đường apoptosis.
Cũng như mọi hoạt đông khác của tế bào, chết theo chương trình cũng được khởi phát, kiểm soát và rổi mới được thực hiện. Nguyên nhân hiện nay được biết nhiều thường là từ bên ngoài nhưng có cả từ bên trong. Mọi yếu tố’ bên ngoài có thể làm hư hại dến ADN nhân (ion, bức xạ, nóng lạnh quá..) mà vượt ngoài khả năng tự sửa chữa của tế bào. Những yếu tố bên trong thường là sự mất cân bằng của quá trình điều hoà sinh trưởng tế bào mà gây ra ví dụ như khi thiếu yếu tố sinh trưởng, giảm hoạt động của các rêxepto tương ứng hay tăng những cytokin ức chế tế bào sinh trưởng như TNFa, Fas.
Nhưng biểu hiện ra bên ngoài về hình thái và hoá sinh của hiện tương lại khá đơn điệu và thuẫn nhất. Do đó làm cho người ta nghĩ rằng để có thể đi đến một kết thúc như vậy, bên trong của hiện tượng này tế bào phải trải qua một thân chung. Một điều nữa mà nhiều tác giả chú ý đến là tính trạng tức thì [6] của tế bào cũng có vai trò quyết định của sự khởi phát hay không sự chết theo chương trình. Những ví dụ về miễn dịch học đã nói ở trên với cũng cùng chất kích thích, cùng một đối tượng tế bào thì khi lại là tăng sinh khi lại là chết theo chương trình. Đến nay người ta đã hiểu rõ hơn cơ chế bên trong và thấy là sau khi có tín hiệu cảm ứng thì bên trong tế bào đối tượng còn có sự kiểm soát điều hoà trước khi bước sang giai đoạn thực hiện chết theo chương trình. Nói một cách khác là quá trình chết theo chương trình cũng là kết quả của sự cân bằng giữa những yếu tố nội tế bào tăng cường và yếu tố ức chế. Những thí nghiệm tiến hành trên con giun tròn C. elegans đã làm sáng tỏ vấn đề.
Dùng những kỹ thuật sinh hoc và gien học phân tử người ta thấy được ở con giun bé nhỏ kia quá trình chết theo chương trình là do 3 gien điều hoà và kiểm soát: ced-3, ced-4 và