Ty thể tống xuất DNA bị hư hại, kích hoạt phản ứng viêm liên quan đến lão hóa
Các ty thể, hay pin cung cấp năng lượng cho tế bào, đôi khi phóng thích DNA của chúng ra môi trường xung quanh - một hiện tượng có thể góp phần gây viêm trong quá trình lão hóa. Giờ đây, một nghiên cứu trên chuột đã tiết lộ lý do tại sao điều này xảy ra.
Các nhà khoa học phát hiện, trong tế bào của những con chuột già bị viêm thận, một số đoạn DNA ty thể (mtDNA) chứa thừa một số loại nucleotide (các đơn vị cấu trúc phân tử) và có thể gây tổn thương. Ty thể sẽ đẩy các đoạn DNA bất thường như vậy ra ngoài, vào tế bào chất – chất lỏng bao quanh tế bào. Ở đó, mtDNA tự do kích hoạt các con đường viêm chủ chốt liên quan đến quá trình lão hóa.
Nghiên cứu này mang tính đột phá vì nó giúp giải thích tại sao và bằng cách nào ty thể loại bỏ một số DNA của chúng, theo Timothy Shutt – nhà di truyền y học tại Đại học Calgary (Canada) chuyên nghiên cứu về ty thể. Ông cho biết hiểu biết này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn vai trò của ty thể trong hiện tượng “lão viêm” (inflammageing) – tình trạng viêm mạn tính xảy ra khi con người già đi.
Ty thể là bào quan sản xuất năng lượng và có bộ gen riêng. Khi mtDNA bị tổn thương hoặc rối loạn, ty thể sẽ “đá” nó ra ngoài, tống vào tế bào chất. Điều này có thể xảy ra khi tỷ lệ tương đối giữa các loại nucleotide trong mtDNA trở nên mất cân bằng – quá cao hoặc quá thấp.
Vấn đề mất cân bằng này gây căng thẳng cho ty thể, có thể do một số loại thuốc gây ra, và dường như cũng xảy ra tự nhiên trong các tế bào già. Tuy nhiên, cách thức mà mất cân bằng nucleotide dẫn đến việc phóng thích mtDNA và gây viêm do lão hóa vẫn chưa được hiểu rõ, theo Thomas Langer – nhà sinh học tế bào tại Viện Max Planck về Sinh học Lão hóa ở Cologne (Đức), đồng tác giả của nghiên cứu.
Để tìm câu trả lời, Langer và các đồng nghiệp đã nghiên cứu những con chuột thiếu enzyme MGME1. Khi già đi, thận của các con chuột này thường bị viêm, khiến chúng trở thành mô hình lý tưởng để nghiên cứu phản ứng viêm. Enzyme MGME1 giúp bộ gen ty thể sao chép chính xác, nhưng mối liên hệ giữa việc mất enzyme này và hiện tượng viêm vẫn chưa được làm rõ.
Các nhà nghiên cứu phát hiện các mảnh mtDNA tự do trong tế bào thận của chuột thiếu MGME1 – nhưng không thấy ở nhóm đối chứng. Những đoạn vật liệu di truyền này gắn vào và kích hoạt một enzyme đã được biết là góp phần gây viêm trong các mô bị lão hóa. Phát hiện này xác nhận rằng mtDNA trôi nổi tự do là yếu tố chủ chốt gây viêm khi thiếu MGME1.
Tuy nhiên, điều gì kích hoạt ty thể tống mtDNA ra ngoài ngay từ đầu vẫn chưa rõ ràng. Khi nhóm nghiên cứu quan sát kỹ hơn các tế bào thận của chuột biến đổi gen, họ phát hiện nồng độ các khối cấu trúc DNA (deoxyribonucleotide) trong tế bào này ở mức thấp. Sự thiếu hụt đó khiến DNA ty thể phải chèn thêm một lượng lớn các khối RNA (ribonucleotide) trong quá trình sao chép.
Sự dư thừa loại “vật liệu sai” này cản trở quá trình nhân đôi DNA, và sự thiếu hụt MGME1 có thể khiến vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn, theo Langer. Điều này có thể giải thích tại sao các bào quan lại tống xuất mtDNA ra tế bào chất, kích hoạt phản ứng viêm.
Phát hiện này giúp giải đáp một câu hỏi tồn tại lâu nay về lý do mtDNA rò rỉ khỏi ty thể và thúc đẩy viêm, theo David Sinclair, nhà di truyền học tại Đại học Harvard (Cambridge, Massachusetts). Tuy nhiên, ông lưu ý rằng vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu để xác định liệu quá trình này xảy ra tự nhiên trong quá trình lão hóa hay chỉ diễn ra trong những điều kiện cụ thể. “Câu hỏi lớn là — liệu quá trình này có thực sự liên quan đến sinh lý bình thường không?”
Bước tiếp theo của Langer và các cộng sự là tìm hiểu rõ hơn vai trò của mtDNA bị loại bỏ trong quá trình lão hóa và viêm ở cấp độ tế bào. “Đây chắc chắn vẫn là một câu hỏi mở,” Langer cho biết.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.
Nguyễn Nam
