Một số hiểu biết mới nhất về ung thư thành tựu Nobel phân tử cyclin và enzim kinase phụ thuộc cyclin

I. Giải Nobel y học mở ra hướng chuẩn đoán sớm và điều trị ung thư trong tương lai

Phát minh của ba nhà khoa học được giải thưởng Nobel Y học năm 2001 thuộc ba phòng thí nghiệm khác nhau đã phát hiện ra các gen và các phân tử protein kiểm tra chu kỳ phân chia tế bào và những thay đổi của ung thư ác tính.

Trước tiên là nhà khoa học người Mỹ, Leland Hartwell, năm nay 63 tuổi – Giám đốc trung tâm nghiên cứu ung thư ở bang Seatle – Hoa Kỳ. Ông đã nghiên cứu chu kỳ phân chia tế bào những năm 1960 bằng phương pháp di truyền học trên nấm Saccharomyces cerevisiae. Cho đến năm 1971 ông đã phân lập được ở các tế bào nấm men hơn 100 gen kiểm soát ở chu kỳ phân chia tế bào, đó là các gen CDC, trong đó đặc biệt gen CDC – 28 kiểm soát ở biên đạo bước sang pha G1 – mở đầu cho sự sinh tổng hợp nhân đôi các ADN trên nhiễm sắc thế.

Tiếp theo là nhà khoa học người Anh tên là Paul Nurse, 53 tuổi, là tổng Giám đốc Quỹ nghiên cứu ung thư của Hoàng gia Anh, ông đã nghiên cứu trong phòng thí nghiệm kiểm tra chu kỳ tế bào vào những năm 1970 trên loại nấm men Schizzosaccharomyces pombe và phát hiện ra gen CDC – 2, kiểm soát sự phân chia tế bào chuyển từ giai đoạn G2 sang M, tức là giai đoạn phân chia tế bào. Năm 1976 ông phân lập được một gen tương ứng ở tế bào người, gen này mã hoá cho các protein trong đại gia đình của các enzym cyclin – dependent – kinase (CKD) và gọi là enzym CDK – 1. Các enzym này được hoạt hoá hay ức chế bởi việc gắn thêm vào gốc phosphat hay loại bỏ gốc này đi.

Cuối cùng là Timothy Hunt, 58 tuổi, làm việc ở phòng thí nghiệm kiểm tra chu kỳ tế bào tại Hoàng gia Anh. Ông đã nghiên cứu trên nhím biển và khám phá ra các phân tử cyclin điều hoà hoạt tính của các enzym CDK vào đầu những năm l980.

Các phân tử này gắn vào CDK và nhận mặt các protein để phosphorin hoá. Khi các protein tham gia quá trình phân chia tế bào được phosphorin hoá thì đẩy tế bào đi vào chu kỳ phân chia một cách bình thường.

Như vậy là sau nhiều năm nghiên cứu cả ba nhà khoa học đã có công làm sáng tỏ chu kỳ phân chia tề bào. Một khi có lỗi trong các gen nói trên thì sự kiểm soát chu kỳ phân chia tế bào bình thường sẽ không thực hiện được và dẫn đến rối loạn, sinh ung thư. Những phát minh này sẽ giúp chẩn đoán sớm khối u trên người cũng như đề ra những nguyên tắc mới trong tìm kiếm các thuốc chữa trị bệnh ung thư.

Công trình quan trọng và tiên phong này đã được Hội đồng Nobel của Hoàng gia Thuỵ Điển tặng giải thưởng Nobel Y học cho cả ba nhà khoa học nói trên vào tháng 10 năm 2001 với sô” tiền gần 1 triệu đô la Mỹ.

II. Cyclin và enzim “kinase phụ thuộc cyclin CDK”

Chính công trình được giải Nobel Y học nói trên mỏ ra một trang mới, hiểu tường tận hơn sự tái sinh tế bào thông qua các phân tử cyclin và enzym CDK.

Dưới đây là một số đặc điểm và cơ chế hoạt động của các phân tử này trong cơ thể sống.

  1. Cyclin bao gồm nhiều các protein được tổng hợp và thoái hoá trong mỗi chu kỳ phân chia tế bào.
  2. Sở dĩ gọi là cyclin vì hàm lượng của chúng thay đổi trong chu kỳ phân chia tế bào (cyclin – có nghĩa là chất hoạt động trong một chu kỳ).
  3. Cyclin có m ặt trong tấ t cả các tế bào nhân chuẩn như nấm men, thực vật, động vật và người.
  4. Ở các loại khác nhau có các phân tử cyclin khác nhau.
  5. Ở người có tối 10 phân tử cyclin khác nhau và chia làm 2 nhóm: Cyclin G l và Cyclin M.
  6. Cyclin làm hoạt hoá enzym “Kinase phụ thuộc cyclin CDK”. Khi làm chức phận phân tử cyclin gắn với phân tử enzym CDK, điều hoà hoạt tính của enzym này ‘để làm nhiệm vụ phosphorin hoá các protein khác tham gia vào quá trình phân chia tế bào như đưa tế bào đi vào pha G l của chu kỳ để tăng sinh đôi ADN hay đi vào pha M để tách ra thành hai tế bào.
  7. Cyclin khác nhau hoạt hoá các enzym CDK khác nhau và như vậy làm phosphorin hoá nhiều protein khác nhau như: protein dạng histon, protein p. 53; protein chuỗi nhẹ myosin v.v…
  8. Sau khi hoạt hoá xong thì cyclin thoái hoá. Sự thoái hoá cyclin là biểu hiện của cơ thể điều hoà của sự phân chia tế bào hay nói cách khác là biểu hiện sự kiểm tra chu kỳ tái sinh này đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của các tế bào.

III. Cyclin – Sự kiểm tra chu kỳ phân chia tế bào

Chu kỳ phân chia của tế bào gồm 4 giai đoạn:

  • Giai đoạn Gl là thời kỳ sau phân chia, thời gian kéo dài ngắn tuỳ theo từng loại tế bào, trong thòi kỳ này tế bào sản xuất các enzym, cần th iết để tổng hợp ADN.
  • Giai đoạn S: giai đoạn nhân đôi ADN trong các nhiễm sắc thể.
  • Giai đoạn G2: là giai đoạn tổng hợp các ARN và protein.
  • Giai đoạn M là giai đoạn phân chia tế bào gồm kỳ đầu, giữa, sau và cuối.
  • Giai đoạn GO là giai đoạn tế bào nghỉ, không phân chia.

Như vậy chu kỳ tế bào gồm 4 giai đoạn (Gl, S, G2, M). Tế bào im lặng trong giai đoạn GO. M itosis (phân chia nhân) thì kéo theo động lực tế bào (sự phân chia cytoplasmic) và kéo theo giai đoạn M, xảy ra 1 – 2 giờ. Giai đoạn không phân chia gọi là gian kỳ. Tê bào nhân đôi nội dung trong gian kỳ. Tổng hợp ADN xảy ra trong giai đoạn S. Trong chu kỳ phân chia tế bào trải qua nhiều điểm biên đạo, mà ở đó sự tiến triển giai đoạn sau có thể p hát sinh hay bị dập tắt. Những điểm biên đạo đó làm phân chia tế bào, phù hợp với điều kiện bên ngoài như dinh dưỡng và các yếu tô” lớn. Sự bắt đầu phân bào (mitotic) chỉ khi tấ t cả ADN đã được nhân bản.

Điểm biên đạo quan trọng n h ất trong chu kỳ tế bào xảy ra vào lúc mở đầu nhân đôi ADN. Nếu không thuận tiện sự phân chia tế bào sẽ dừng ở Gl.

  • Một nhóm protein được gọi là cyclin G l, tích tụ ở giai đoạn G l và tham gia vào con đường mở đầu tổng hợp ADN.
  • Nhóm thứ 2 gọi là cyclin M tham gia mở đầu phân chia nhân. Cyclin ở đây là một gia đình protein với trọng lượng phân tử M = 30 – 50 KDa có chức phận hoạt hoá protein kinase của chúng.

Tế bào người có ít nhất một tá protein serin, threonin kinase – được hoạt hoá bởi cyclin. Enzym protein kinase phụ 6 thuộc cyclin Gl làm xúc tác sự phosphorin hoá các protein để mở đầu giai đoạn S của chu kỳ tế bào và sau khi qua được điểm biên đạo này thì các men protease phá huỷ cyclin và hoạt động của enzym kinase protein phụ thuộc cyclin Gl bị giảm xuống hẳn.

Một protein kinase khác đó là protein kinase phụ thuộc cyclin M thích hợp để đi qua điểm biên đạo G2 – M. Có sự tăng tổng hợp cyclin M trước giai đoạn M. Cyclin M liên kết vói kinase của nó, nhưng sau đó trở thành được phosphorin hoá ở gốc tyrosin và threonin bởi protein kinase khác. Qua được điểm biên đạo đó, p54 phosphatase xúc tác sự phosphorin hoá của Thr và Tyr và làm hoạt hoá protein kinase phụ thuộc cyclin M.

Kinase này được hoạt hoá mở đầu sự phân chia do xúc tác sự phosphorin hoá các chất nhận protein. Rồi sau đó cyclin M bị thoái hoá bởi proteolysis và kinase bị ức chế kéo theo sự phá huỷ cả chất hoạt hoá. Quá trình này lại được nhắc lại trong các chu kỳ phân chia sau.

Cơ chất của protein kinase phụ thuộc cyclin M gồm:

  • Histon Hl, làm đậm đặc nhiễm sắc thể.
  • Các laminin nhân gây ra phân tán màng nhân.
  • Nucleolin làm dừng tổng hợp ribosom và kinase chuỗi nhẹ myosin – phát động động lực tế bào.
  • P. 53 tham gia trong sơ đồ điều hoà chu kỳ tế bào.
  • P. 53 trực tiếp sao chép ra p.21 để liên kết với protein kinase phụ thuộc cyclin và ức chế chúng.

Sự hoạt động này làm tạm dừng chu kỳ tế bào trưốc khi tế bào tiếp xúc phân chia. Sự trì hoãn cho phép tế bào sửa chữa ADN, trưốc khi phân chia như vậy ngăn cản sự nhân lên những ADN hư hỏng.

Nếu p.53 không làm chức phận, thì thường xuyên có những biến dị thân và như vậy biến dị có thể phân phối nhiều giai đoạn biến hình ung thư. Gen áp chế ung thư M TSl (multiple tum or suppressor 1) có sản phẩm là protein 16 Kda, hoạt động của nó làm ức chế kinase phụ thuộc cyclin. Sự biến dị M TSl xảy ra rộng rãi ở các loại ung thư khác nhau.

IV. Những thay đổi của ung thư ác tính

Ngoài oncogen và nhừng biến dị của gen áp chế trong ung thư ở đây chúng tôi muôn bổ sung thêm những gen làm tăng nhạy cảm tới ung thư, những thay đổi hoá sinh của ung thư ác tính và sự di căn của nó.

a. Những gen làm tăng nhạy cảm tới ung thư

Gần đây nhiều gen làm tăng nhạy cảm tới ung thư đã được tách ra. Đặc biệt 12 gen đã biết được liên kết với loại gia đình ung thư.

b. Những thay đổi hoá sinh của ung thư ác tính

Gồm các dấu hiệu sau đây:

  • Tăng hoạt động của enzym ribonucleotid reductase.
  • Tăng tổng hợp ADN, ARN.
  • Giảm thoái hoá nhân pyrimidin
  • Tăng chuyển hoá glycolysis hiếu khí và yếm khí.
  • Thay đổi các isoenzym loại bẩm sinh.
  • Tăng tổng hợp protein bẩm sinh (CEA).
  • Mất chức phận sinh hoá biệt hoá (m ất tổng hợp các protein đặc biệt).
  • Tăng tổng hợp không phù hợp một số yếu tố lớn và hormon.

c. Di căn của ung thư

Ung thư phát triển đến mức di căn đi nơi xa là biểu hiện ác tính nh ất của nó.

Tế bào ung thư di căn là do:

  • Mất sự ức chế giữa các tế bào với nhau – trong đó phải nói là có vai trò của các enzym protease typ 4 – đó là collagenase, glycoprotein, glycosphingosin.
  • Có sự thay đổi các protein dính kết như: intergrin, cadherin và các phân tử dính kết khác.
  • Một mạng mạch mới sinh cung cấp máu cho ung thư do tăng tiết các yếu tố sinh mạch như yếu tố lớn fibroblast a,b (aFGF, bFGF) yếu tố kích thích sản sinh tế bào nội mạc v.v…

Khi mất ức chế tiếp xúc tế bào người ta thấy tế bào ung thư có hàng loạt những thay đổi như:

  • Thay đổi tính thấm.
  • Thay đổi tính chất vận chuyển.
  • Giảm dính kết.
  • Tăng dính kết với lectin.
  • Thay đổi hoạt động của nhiều enzym.
  • Thay đổi diện tích bề mặt.
  • Biểu hiện những kháng nguyên mới.
  • Mất một số kháng nguyên nào đó.
  • Thay đôi cấu trúc glycoprotein.
  • Thay đổi cấu trúc glycolipid.

d. Những xét nghiệm hoá sinh về ung thư trong phòng thí nghiệm

Có thể dựa một số thay đổi điển hình trong ung thư để chẩn đoán, người ta gọi đó là những dấu hiệu chỉ điểm hay gọi là marker.

Áp dụng các marker này để phát hiện, chẩn đoán tiên lượng, phân loại, định vị và cả điều trị ung thư nữa.

5 1 đánh giá
Đánh giá
Chia sẻ bài viết lên:
Nhận thông báo qua Email
Nhận thông báo cho
guest
0 Bình luận
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận