Con người phát triển chậm hơn chuột vì tốc độ các phản ứng sinh hóa khác nhau

Các nhà khoa học từ Trung tâm Nghiên cứu Động lực Hệ sinh học RIKEN, Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử Châu Âu (EMBL) Barcelona, ​​Đại học Pompeu Fabra và Đại học Kyoto đã phát hiện ra rằng "đồng hồ phân đoạn" - một mạng lưới di truyền chi phối sự hình thành cơ thể của phôi - tiến triển ở người chậm hơn ở chuột vì các phản ứng sinh hóa diễn ra chậm hơn ở tế bào người. Sự khác biệt về tốc độ của các phản ứng sinh hóa có thể tạo cơ sở cho sự khác biệt giữa các loài trong nhịp độ phát triển.

Trong giai đoạn đầu của sự phát triển của động vật có xương sống, phôi thai phát triển thành một loạt "phân đoạn" mà cuối cùng phân hóa thành các loại mô khác nhau, chẳng hạn như cơ hoặc xương sườn. Quá trình này được điều chỉnh bởi một quá trình sinh hóa dao động, được gọi là đồng hồ phân đoạn, có sự khác nhau giữa các loài. Ví dụ, nó là khoảng hai giờ ở chuột và khoảng năm giờ ở người. Tuy nhiên, tại sao độ dài của chu kỳ này khác nhau giữa các loài vẫn còn là một bí ẩn.

Để giải đáp bí ẩn này, nhóm đã bắt đầu các thí nghiệm sử dụng tế bào gốc phôi cho chuột và cảm ứng tế bào gốc đa năng (iPS) mà chúng biến đổi thành tế bào trung bì tiền biểu bì (PSM), tế bào tham gia vào đồng hồ phân đoạn.

Họ bắt đầu bằng cách kiểm tra xem có điều gì khác biệt đang xảy ra trong mạng lưới các tế bào hay có sự khác biệt trong quá trình bên trong các tế bào hay không. Họ phát hiện ra rằng, bằng cách sử dụng các thí nghiệm chặn các tín hiệu quan trọng hoặc đặt các tế bào vào thế cô lập, điều sau là đúng.

Với sự hiểu biết rằng các quá trình bên trong tế bào là chìa khóa, họ nghi ngờ rằng sự khác biệt có thể nằm trong gen chủ - HES7 - điều khiển quá trình bằng cách kìm hãm trình tự khởi động của chính nó và đã thực hiện một số thí nghiệm phức tạp trong đó họ hoán đổi các gen giữa tế bào người và chuột, nhưng điều này không thay đổi chu kỳ.

Theo tác giả tương ứng Miki Ebisuya, người đã thực hiện công việc ở cả RIKEN BDR và ​​EMBL Barcelona, ​​"Việc không thể hiện được sự khác biệt trong các gen khiến chúng ta có khả năng sự khác biệt đó là do các phản ứng sinh hóa khác nhau trong tế bào." Họ xem xét liệu có sự khác biệt trong các yếu tố như tốc độ phân hủy của protein HES7, một yếu tố quan trọng trong chu kỳ hay không. Họ đã xem xét một số quá trình bao gồm cả protein của chuột và người bị phân hủy nhanh như thế nào và tìm ra, xác nhận giả thuyết rằng cả hai protein đều bị phân hủy trong tế bào người chậm hơn so với tế bào chuột. Cũng có sự khác biệt về thời gian cần thiết để phiên mã và dịch HES7 thành protein, và thời gian để các intron HES7 được nối với nhau. "Do đó, chúng tôi có thể hiển thị," Ebisuya nói, "

Cô tiếp tục, "Thông qua đó, chúng tôi đã đưa ra một khái niệm mà chúng tôi gọi là hợp kim phát triển và nghiên cứu hiện tại sẽ giúp chúng tôi hiểu quá trình phức tạp mà động vật có xương sống phát triển. Một trong những bí ẩn quan trọng còn lại là chính xác sự khác biệt giữa con người và tế bào chuột dẫn đến sự khác biệt về thời gian phản ứng và chúng tôi dự định thực hiện các nghiên cứu sâu hơn để làm sáng tỏ điều này. "

Nguồn : RIKEN