Đừng để sơ đồ sách giáo khoa viết về một tế bào hai chiều được đơn giản hóa đánh lừa bạn – bên trong cấu trúc sự sống nhỏ bé này là một vũ trụ phức tạp của bộ máy phân tử liên tục được xây dựng, vận hành và cuối cùng bị phá vỡ.

Các tế bào sử dụng hàng nghìn loại protein khác nhau bên trong chúng làm công cụ để định hình môi trường bên trong của chúng. Trong môi trường này là các khoang chuyên biệt được gọi là bào quan thực hiện các chức năng của tế bào. Hai bào quan quan trọng trong tế bào là ty thể và mạng lưới nội chất, tương ứng tạo ra năng lượng và tổng hợp protein.

Hoạt động thông thường của tế bào tạo ra các sản phẩm phụ độc hại có thể tự làm hỏng chính mình, do đó cần có một hệ thống xử lý để phân hủy và tái chế các phân tử này trong tế bào. Một trong những quá trình này là sự tự thực bào (autophagy), một dạng tế bào tự tiêu để loại bỏ và tái chế các thành phần bất thường hoặc dư thừa, bao gồm protein và bào quan. Bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, thuật ngữ này được dịch theo nghĩa đen là “tự ăn”. Năm 2016, nhà sinh học tế bào Yoshinori Ohsumi đã giành giải Nobel về Sinh lý học và Y học cho công trình nghiên cứu về bệnh tự kỷ. Sự tự thực bào là điều cần thiết cho sức khỏe tế bào và tuổi thọ. Khi quá trình này không hoạt động tốt, nó có liên quan đến một số bệnh ở người, bao gồm thoái hóa thần kinh, bệnh tim mạch và ung thư.

Nhóm tác giả bài viết là những nhà nghiên cứu đang nghiên cứu cách tự thực bào được kích hoạt trong tế bào. Trong nghiên cứu được công bố gần đây, họ đã kiểm tra hai cơ quan quản lý chính của quá trình này và xác định vai trò duy nhất của một trong số chúng trong việc làm thoái hóa ty thể có thể đóng vai trò là mục tiêu tiềm năng để điều trị một số bệnh.

Tự thực bào và bệnh ở người

Mối liên hệ giữa sự tự thực bào và bệnh tật rất phức tạp và chưa được hiểu rõ.

Ví dụ, sự tự thực bào dường như đóng một vai trò nghịch lý trong bệnh ung thư. Một mặt, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng vì quá trình này ngăn chặn các khối u bằng cách loại bỏ các vật chất có khả năng gây hại nên quá trình tự thực bị giảm hoặc suy yếu có thể biến một tế bào thành ung thư. Mặt khác, kích hoạt tự thực bào sau khi khối u hình thành có thể thúc đẩy ung thư bằng cách giúp nó thích nghi và tồn tại, có khả năng dẫn đến kháng thuốc.

Những phát hiện này cho thấy rằng điều đặc biệt quan trọng là phải hiểu các bước và thời điểm chính xác của quá trình tự thực khi nhắm mục tiêu quá trình này như một chiến lược điều trị ung thư. Các nhà nghiên cứu đang đánh giá tác dụng chống ung thư của hai loại thuốc sốt rét, chloroquine và hydroxychloroquine, ngăn chặn các bước cuối cùng của quá trình tự thực. Cho đến nay, chúng có hiệu quả khác nhau tùy thuộc vào loại và giai đoạn ung thư.

Rối loạn chức năng tự thực bào cũng đóng một vai trò quan trọng trong hầu hết các bệnh thoái hóa thần kinh. Sự tổng hợp của các protein bất thường trong tế bào não là đặc điểm chung của bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson, bệnh Huntington và bệnh xơ cứng teo cơ một bên. Một số nhà khoa học tin rằng sự tích tụ của các protein này ít nhất một phần là do sự suy giảm quá trình thoái hóa của chúng thông qua quá trình tự thực.

Sự tự thực bào cũng rất quan trọng đối với sức khỏe của tim. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng quá trình tự thực trong tim suy giảm theo tuổi tác và góp phần gây ra bệnh tim mạch. Giảm khả năng tự thực trong các tế bào cơ tim dẫn đến tích tụ rác tế bào có thể ảnh hưởng đến khả năng co bóp và thậm chí gây tử vong. Với ít tế bào hơn và ít co bóp hơn, sự tích tụ chất độc hại trong tế bào cơ tim cuối cùng có thể dẫn đến suy tim.

Phá vỡ ty thể với quá trình tự thực của ty thể (mitophagy)

Để quá trình tự thực bào có hiệu quả, nó cần phải loại bỏ cụ thể chỉ các protein hoặc bào quan bị hư hỏng trong tế bào. Sự xuống cấp không được kiểm soát sẽ tước đi các nhu cầu cơ bản của một tế bào.

Điều này đặc biệt đúng đối với ty thể, vì các tế bào dựa vào chúng để sản xuất nhiều năng lượng. Nhóm tác giả rất quan tâm đến việc làm thế nào các tế bào đảm bảo rằng quá trình tự thực của ty thể, còn được gọi là nguyên phân, chỉ loại bỏ các ty thể bị rối loạn chức năng trong khi “tha thứ” các phần khỏe mạnh của tế bào. Rối loạn chức năng quá trình tự thực của ty thể có liên quan đến ung thư, thoái hóa thần kinh và bệnh tim mạch, và một vài bệnh khác.

Quá trình tự thực bào bắt đầu khi tế bào bắt đầu hình thành màng gần các protein hoặc bào quan bị hư hỏng. Màng này sẽ mở rộng thành một túi hoặc túi, được gọi là autophagosome, nuốt chửng vật liệu bị hư hỏng. Sau đó, nó sẽ hợp nhất với một cấu trúc tế bào bên trong khác chứa đầy axit gọi là lysosome giúp phân hủy “hàng hóa” của nó.

Beclin1 là một loại protein được biết là thúc đẩy sự hình thành các autophagosome trong tế bào. Tuy nhiên, vai trò của nó trong giảm phân đang gây tranh cãi, một phần vì người ta biết rất ít về họ hàng gần của nó là Beclin2. Nhóm tác giả muốn “gỡ rối” các chức năng của hai loại protein này và xác định vai trò của chúng trong quá trình giảm phân. Để làm điều này, nhóm đã sử dụng các mô hình tế bào của chuột và người để kiểm tra xem sự hiện diện hay vắng mặt của hai protein này ảnh hưởng đến quá trình tự thực như thế nào.

Nhóm đã phát hiện ra rằng việc kích hoạt một vùng duy nhất cho Beclin1 cho phép nó thúc đẩy sự hình thành autophagosome bên cạnh ty thể bị rối loạn chức năng, tạo điều kiện cho sự thoái hóa của chúng trong tế bào người. Bởi vì một khu vực tương tự không được tìm thấy trong Beclin2, điều này có nghĩa là chỉ Beclin1 mới có thể cần thiết cho quá trình giảm phân.

Thú vị ở chỗ, nhóm nghiên cứu cũng quan sát thấy Beclin1 tại các điểm tiếp xúc riêng biệt giữa ty thể và mạng lưới nội chất trong quá trình nguyên phân. Điều này ủng hộ quan điểm của các nghiên cứu mới nổi gần đây cho thấy rằng các tương tác vật lý giữa các bào quan này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao một số phân tử cần thiết để tạo ra các autophagosome. Nghiên cứu của nhóm chỉ ra rằng chỉ Beclin1 thúc đẩy quá trình nhấn chìm các ty thể bị hư hỏng tại các địa điểm này. Beclin2 có thể thực hiện một vai trò khác trong quá trình tự thực trong các điều kiện khác.

Hướng đến việc ứng dụng quá trình tự thực bào cho các phương pháp điều trị bệnh

Quá trình tự thực bào đang cho thấy tiềm năng trở thành một phương pháp điều trị cho một số loại bệnh khác nhau. Nhóm tác giả đang nghiên cứu cách quá trình tự thực bào góp phần vào quá trình tổng hợp protein và rối loạn chức năng ty lạp thể trong tim, đồng thời nhóm đang nỗ lực phát triển các công cụ mới để đo lường quá trình này trong các mô hình tế bào và động vật.

Tuy nhiên, các chiến lược trị liệu để điều chỉnh quá trình tự thực rất phức tạp bởi thực tế đây là một quá trình gồm nhiều bước phức tạp liên quan đến nhiều loại protein khác nhau. Một số bệnh có thể yêu cầu nhắm mục tiêu vào các bước đầu tiên của quá trình hình thành autophagsosome, trong khi những bệnh khác có thể yêu cầu tập trung vào thời điểm chúng hợp nhất với lysosome. Hơn nữa, các trạng thái bệnh khác nhau có thể được hưởng lợi từ việc kích hoạt hoặc ức chế quá trình tự thực bào. Cần phải có thêm nhiều nghiên cứu hơn nữa để xác định tất cả các protein cụ thể điều chỉnh từng bước của con đường tự thực và cách các tế bào điều chỉnh quá trình này trong cả sức khỏe và bệnh tật.

Nhóm tin rằng việc giúp các tế bào khai thác tốt hơn sức mạnh của quá trình tự thực bên trong “vũ trụ phân tử phức tạp” của cơ thể người chúng ta có thể huấn luyện chúng tuân theo ba chữ R – giảm thiểu (reduce), tái sử dụng (reuse), tái chế (recycle) – để tăng cường sức khỏe và tuổi thọ.

Nguồn: The Conversation.