Tế bào gốc có thể biến thành xương và chất béo thế nào?

1. Tế bào gốc có thể biến thành xương và chất béo như thế nào?

Tế bào gốc trung mô (MSC) là các tế bào mô đệm đa năng cư trú trong các mô như tủy xương, mô mỡ, gan và cơ xương. MSC được biết là góp phần sửa chữa mô và có khả năng biệt hóa thành các tế bào xương (xương), tế bào mỡ (mỡ) hoặc tế bào sụn (sụn). Tủy xương có lượng MSC hạn chế và sẽ cạn kiệt theo tuổi tác và sau khi mắc bệnh. 

Điều thú vị là sự suy giảm chức năng của các MSC thường tương quan với sự gia tăng lượng mỡ. Đây là một trong những lý do chính khiến xương không thể tái tạo trong tình trạng loãng xương.

Trong nghiên cứu, người ta đã phân lập MSC của con người từ tủy xương và mô mỡ, sau đó xử lý MSC trong phòng thí nghiệm bằng một hỗn hợp hóa chất được biết là có tác dụng tạo ra sự biệt hóa của MSC thành mỡ hoặc xương. Họ quan sát thấy rằng sự biệt hóa của tế bào mỡ có liên quan đến sự thay đổi biểu hiện của số lượng gen lớn hơn so với sự biệt hóa của tế bào xương và mức độ cảm ứng của các gen đặc hiệu của tế bào mỡ lớn hơn nhiều so với các gen đặc hiệu của tế bào tạo xương.

Để có được cái nhìn sâu sắc về các cơ chế phân tử của đặc điểm kỹ thuật và cảm ứng của các gen tạo mỡ hoặc tạo xương, các nhà nghiên cứu đã xem xét các đoạn DNA được gọi là chất tăng cường, điều chỉnh quá trình phiên mã và do đó biểu hiện gen. Chất tăng cường có thể hiện diện hàng trăm hoặc hàng nghìn bazơ ở đầu và cuối gen và có thể được coi là bộ khuếch đại biểu hiện gen. 

Khi các chất tăng cường ở vị trí mở, chúng dễ dàng cho phép liên kết các protein gọi là yếu tố phiên mã và các yếu tố tăng cường cùng với các protein gắn vào sẽ tương tác với các yếu tố của gen để tăng cường biểu hiện. 

Ngược lại, khi các chất tăng cường ở vị trí đóng, các yếu tố phiên mã không thể liên kết với chúng và sự biểu hiện gen bị suy giảm. Các tác giả quan sát thấy rằng các chất tăng cường điều chỉnh sự biểu hiện của các gen đặc hiệu cho nguyên bào xương như phosphatase kiềm, liên quan đến khoáng hóa sinh học (ALPL ), đã ở vị trí mở trong các MSC không phân biệt, do đó cho phép dễ dàng truy cập vào các yếu tố phiên mã và biệt hóa thành nguyên bào xương. 

Các chất tăng cường điều chỉnh sự biểu hiện của các gen tạo mỡ quan trọng ở vị trí đóng, và sự biệt hóa tế bào mỡ liên quan đến việc tái cấu trúc rộng rãi chất nhiễm sắc để đưa các chất tăng cường này đến vị trí mở. Do đó, những rào cản di truyền mà MSC phải vượt qua để trở thành tế bào mỡ lớn hơn nhiều so với những rào cản mà nó phải vượt qua để trở thành nguyên bào xương.

Bằng cách sử dụng các phương pháp tính toán, các nhà nghiên cứu đã xác định được 12 yếu tố phiên mã quan trọng được biểu hiện cao và có thể liên kết các mô típ cụ thể (trình tự DNA) trong các vùng tăng cường và điều chỉnh sự biểu hiện của các gen chủ chốt thúc đẩy quá trình tạo mỡ hoặc tạo xương. Việc làm im lặng các yếu tố phiên mã này đã ức chế đáng kể sự biệt hóa của MSC thành nguyên bào xương, làm giảm biểu hiện ALPL và làm giảm quá trình khoáng hóa. 

Đồng thời, việc làm im lặng các yếu tố phiên mã này sẽ làm tăng quá trình tạo mỡ và tích lũy chất béo trong cơ thể; điều này cho thấy đặc điểm kỹ thuật của một tế bào gốc trưởng thành ở người để chấp nhận số phận tế bào đích có thể được thay đổi đơn giản bằng cách điều chỉnh các yếu tố phiên mã.

Lão hóa và béo phì gây ra sự tích tụ tế bào mỡ ngoài tử cung trong tủy xương, một quá trình làm suy yếu quá trình tái tạo tạo máu và tạo xương. Cụ thể hơn, lão hóa được biết là có tác dụng ức chế dòng tạo xương (thiếu xương liên quan đến tuổi tác), trong khi chế độ ăn nhiều chất béo thúc đẩy quá trình phát triển của tế bào mỡ.

2. Tiềm năng của tế bào gốc trong Y học

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tế bào gốc xương của con người mà họ xác định được vừa có khả năng tự làm mới vừa có khả năng tạo ra các tế bào tiền thân xương, sụn và mô đệm. Nó được tìm thấy ở giai đoạn cuối của quá trình phát triển xương, cũng như với số lượng ngày càng tăng ở gần vị trí xương gãy đang lành. Nó không chỉ có thể được phân lập từ các vị trí gãy xương mà còn có thể được tạo ra bằng cách lập trình lại các tế bào mỡ của con người hoặc các tế bào gốc đa năng được tạo ra để đảm nhận số phận của bộ xương.

Điều thú vị là tế bào gốc xương cũng cung cấp môi trường nuôi dưỡng cho sự phát triển của tế bào gốc tạo máu ở người - hoặc các tế bào trong tủy xương tạo ra máu và hệ thống miễn dịch - mà không cần thêm các yếu tố tăng trưởng có trong huyết thanh.

Một cuộc điều tra chi tiết về các yếu tố phiên mã và các gen liên quan đến tế bào gốc như vậy cung cấp một lộ trình thực nghiệm để xác định các mục tiêu điều trị tiềm năng cho bệnh béo phì, chứng loãng xương liên quan đến tuổi tác và chứng vôi hóa ngoài tử cung.

Tài liệu tham khảo: Ncbi.nlm.nih.gov, Mayo.edu