Tế bào bị “giam cầm” có “hành vi” tương tự con người
Trên một chuyến tàu vào giờ cao điểm hay trong một chuyến bay đông đúc, chúng ta thường sẽ phải co người và khép tay chân lại khi xung quanh không còn chỗ trống. Hóa ra, các tế bào sống cũng hoạt động tương tự như vậy khi ở trong môi trường chật hẹp, chúng điều chỉnh kích thước của mình khi phát triển bên cạnh các tế bào khác ở trong mô.
Khi nghiên cứu về các lớp biểu mô đơn lớp (các lớp tế bào tạo thành hàng rào ở da và bảo vệ các cơ quan nội tạng), John Devany – lúc đó đang là nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm lý sinh học Margaret Gardel – nhận thấy một điều thú vị về cách các tế bào phân chia.
“Cách mọi người nghĩ về sự phân chia là một tế bào sẽ phát triển gấp đôi kích thước, phân chia và lặp lại chu kỳ,” Devany – tác giả thứ nhất của nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Developmental Cell – cho biết. Tuy nhiên, trong biểu mô mà ông đã quan sát, quá trình phân chia diễn ra như bình thường, nhưng tế bào con lại nhỏ hơn tế bào mẹ. Khi nhóm nghiên cứu của ông và các nhà nghiên cứu từ Đại học New York quyết định tìm hiểu các cơ chế kiểm soát sự phát triển của tế bào và thời gian chu kỳ trong mô, họ phát hiện ra rằng hai quá trình này không liên kết trực tiếp với nhau.
Cách thức mà các tế bào sinh sôi nảy nở – tăng trưởng về số lượng và kích thước – trong khi tiếp xúc với các tế bào khác là chìa khóa để hiểu sự phát triển và sinh trưởng của mô. Chẳng hạn, một quá trình gọi là “ức chế tiếp xúc” được cho là sẽ hạn chế sự phát triển của tế bào khi không gian trở nên chật hẹp, kiểm soát sự phát triển quá mức của mô và ngăn ngừa khối u. Tuy nhiên, có một số con đường sinh học có thể điều chỉnh quá trình này, và hiện nay các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ về nó.
“Cách thức các tế bào cảm nhận được môi trường là điều rất quan trọng để ngăn chúng sinh sôi nảy nở”, Gardel – Giáo sư Vật lý và Kỹ thuật Phân tử Horace B. Horton – cho biết. “Và làm thế nào để các tế bào thực sự ngừng sản xuất khi chúng cảm thấy không gian ngày càng chật chội hơn? Đây là điều mà chúng tôi không biết”. Với kết quả nghiên cứu mới, có thể thấy rằng con đường sinh trưởng khác với con đường chu kỳ tế bào, từ đó các nhà nghiên cứu có một cách thức mới để nghiên cứu các cơ chế của tế bào.
Rất nhiều loại tế bào trong cơ thể của chúng ta không “kề vai sát cánh” nhau mà có thể điều chỉnh sự tăng sinh của mình thông qua thông tin hóa học hoặc thông qua tương tác với môi trường ngoại bào của chúng. Tuy nhiên, các tế bào biểu mô tạo thành các hàng rào chặt chẽ, có khả năng ngăn chặn các ion đi qua, đồng thời cảm nhận và phản ứng với các vùng lân cận.
Để nghiên cứu và định lượng cách thức các động lực phát triển của mô điều chỉnh sự tăng sinh tế bào, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các lớp biểu mô của động vật có vú được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và quan sát sự phát triển của tế bào.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi mô lớn lên và bị giới hạn bởi kích thước của bình nuôi cấy, sự phát triển của tế bào bị ức chế, nhưng độ dài chu kỳ tế bào khiến cho quá trình phân chia không bị ảnh hưởng trực tiếp. Tuy nhiên, do thể tích của các tế bào con ngày càng nhỏ, cuối cùng chúng đạt đến giới hạn mà tại đó quá trình phân chia dừng lại. “Kích thước của các bào quan, bao gồm cả nhân, giảm xuống theo thể tích tổng thể của tế bào”, Gardel cho biết. Nhưng kích thước bộ gene là cố định. “Do vậy, kích thước này là giới hạn về mức độ nhỏ của tế bào” – chỉ vừa đủ lớn để DNA vẫn nằm gọn bên trong.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc biểu hiện quá mức một loại protein có tên cyclin D1 sẽ cho phép các tế bào vượt qua giới hạn kích thước đó và thậm chí còn trở nên nhỏ hơn trước khi quá trình phân chia dừng lại. Gardel cho biết, khi một tế bào trở nên quá nhỏ, bộ gene của tế bào này có thể bị hỏng, khiến cho chúng đặc biệt dễ trở thành tế bào ung thư.
“Việc hiểu biết về cơ chế điều chỉnh sự tăng trưởng và phân chia tế bào có thể sẽ giúp phát triển các phương pháp điều trị ung thư”, Devany cho biết thêm.□
Kim Dung lược dịch
Nguồn: https://news.uchicago.edu/story/cells-confinement-and-people-crowds-have-similar-behaviors
