DNA và lão hóa sớm 09.05.2015

Tất cả mọi người già đi khác nhau, một số nhanh hơn, một số chậm hơn, nhưng nhìn chung, các dấu hiệu của tuổi già xuất hiện ở tất cả mọi người ở cùng một độ tuổi. Ngoại trừ một ngoại lệ: trong trường hợp một người bị bệnh progeria, người đó bắt đầu già đi rất sớm. Bệnh này có hai biến thể, trẻ em và người lớn, trẻ em được gọi là hội chứng Hutchinson-Gilford, người lớn - hội chứng Werner.

Trẻ em mắc chứng progeria mắc các bệnh đặc trưng của tuổi già: da mỏng và nhăn nheo, hói đầu, bệnh tim mạch, rối loạn chuyển hóa lipid, xơ vữa động mạch, các vấn đề về khớp, ... Chúng bị giảm tốc độ tăng trưởng và phát triển ngoại hình đặc trưng: đầu to, mặt nhọn nhỏ, hàm dưới kém phát triển. Trung bình, những bệnh nhân có dạng progeria thời thơ ấu sống không quá 12-13 năm.

Những người mắc chứng progeria ở tuổi trưởng thành sống lâu hơn, nhưng họ cũng trải qua những thay đổi liên quan đến tuổi sớm hơn nhiều so với bình thường - ở độ tuổi 20, tóc bắt đầu bạc và rụng, ở tuổi 30, đục thủy tinh thể, loãng xương và các bệnh khác, chẳng hạn như tiểu đường, phát triển, và thường một người mắc hội chứng Werner không sống quá 60 tuổi. Người ta biết rằng, ít nhất là ở dạng nghiêm trọng, phần lớn các thay đổi phân tử xảy ra trong tế bào giống như trong quá trình lão hóa bình thường, vì vậy nếu chúng ta tìm ra cách làm chậm progeria, nó có thể cung cấp cho chúng ta một công cụ chống lại sự lão hóa nói chung.

Bí mật của căn bệnh này có thể được hiểu bằng cách quan sát các tế bào gốc thu được từ người bệnh. Cách đây một thời gian, các nhà nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Sinh học Salk đã có thể biến các tế bào da của trẻ em mắc hội chứng Hutchinson-Gilford thành một chất tương tự của tế bào gốc phôi, được gọi là tế bào gốc đa năng cảm ứng. Hơn nữa, người ta có thể thử nghiệm với chúng, tìm ra điều gì sai trong quy trình thân cây ở bệnh nhân mắc chứng progeria. Nhưng khi họ cố gắng làm điều tương tự với các tế bào của bệnh nhân mắc hội chứng Werner, thì không có gì xảy ra - các tế bào của họ đã bị căn bệnh này làm tổn thương quá mức để có thể quay trở lại trạng thái nguyên gốc, không biệt hóa. Sau đó, Juan Carlos Izpisua Belmonte (Juan Carlos Izpisua Belmonte), cùng với các đồng nghiệp từ Học viện Khoa học Trung Quốc và Đại học Bắc Kinh, đã đi theo một con đường khác - họ mô hình hóa progeria trong các tế bào ban đầu khỏe mạnh.

Được biết, hội chứng Werner đi kèm với các đột biến trong gen WRN, gen có liên quan đến quá trình sao chép và sửa chữa DNA. Và vì vậy, để tạo ra một mô hình về căn bệnh, các nhà nghiên cứu chỉ cần phá vỡ gen này trong tế bào gốc từ phôi thai người. Các tế bào phôi trong quá trình phát triển biến thành các giống chuyên biệt hơn, trong tương lai có thể tạo ra mô này hoặc mô khác - ví dụ, thành tế bào gốc trung mô, "tổ tiên" của mô mỡ, sụn và xương. Trong một bài báo trên Science, các tác giả viết rằng khi các tế bào gốc có gen WRN không hoạt động chuyển thành tế bào trung mô, chúng ngay lập tức bắt đầu già đi đáng kể: rất nhiều tổn thương tích tụ trong DNA, chúng ngừng phân chia, và cuối cùng, các telomere đã bị rút ngắn đi rất nhiều. Đây là tên của các phần cuối của nhiễm sắc thể, khi sao chép DNA, chúng sẽ bảo vệ các gen khỏi bị hư hại liên quan đến đặc thù công việc của máy sao chép protein. Telomere ngắn lại theo mỗi lần phân chia tế bào, và do đó chúng được coi như một thứ giống như một chiếc đồng hồ phân tử đo tuổi thọ.

Tuy nhiên, các tế bào mắc hội chứng Werner có một đặc điểm khác mà hầu hết đều thu hút sự chú ý của các tác giả của tác phẩm. Người ta biết rằng DNA trong nhân tế bào phức tạp với protein. Một số người trong số họ thực hiện một số loại công việc liên tục trên một số gen nhất định (ví dụ, chúng tổng hợp RNA), trong khi những người khác đóng vai trò cấu trúc, duy trì các đoạn nhiễm sắc thể khá lớn ở trạng thái đóng gói. Phần cấu trúc được đóng gói của DNA được gọi là dị nhiễm sắc thể. Và hóa ra là trong các tế bào bị bệnh có rất ít dị nhiễm sắc - nói cách khác, DNA mắc hội chứng Werner chuyển sang trạng thái tự do, "rối loạn".

Điều tương tự cũng có thể được quan sát thấy trong quá trình lão hóa bình thường: khi so sánh trạng thái của các nhiễm sắc thể ở một số người ở các độ tuổi khác nhau, họ thấy rằng một người càng lớn tuổi, DNA của anh ta càng được đóng gói trong nhân kém hơn. Rõ ràng, với progeria, quá trình tương tự xảy ra nhanh hơn và bắt đầu sớm hơn - có lẽ đã ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển cá thể. Tại sao tình trạng rối loạn, không phân li của các nhiễm sắc thể lại có thể dẫn đến hậu quả như vậy? Nếu một gen ở dạng dị sắc, điều này có nghĩa là gen đó không hoạt động, bị tắt, ở trạng thái không hoạt động. Nếu quá trình đóng gói yếu đi, thì các gen của chúng ta sẽ bắt đầu hoạt động và sẽ không hoạt động. Chỉ cần hoạt động không cần thiết như vậy có thể dẫn đến lão hóa. Mặt khác, người ta biết rằng ở dạng dị sắc, kín có các yếu tố di truyền di động nhảy từ nơi này sang nơi khác trong DNA, do đó gây ra các đột biến không mong muốn.

Liệu việc giải nén và rối loạn chung trong DNA có thực sự kéo theo tất cả những thay đổi đó là đặc điểm của các tế bào lão hóa hay không, và liệu điều này có xảy ra trong tất cả các trường hợp progeria, cả thời thơ ấu và người lớn hay không, sẽ được chỉ ra bằng các thí nghiệm tiếp theo. Tuy nhiên, nếu điều này là đúng, các nhà sinh học có thể tập trung vào bao bì DNA như một mục tiêu thuốc tiềm năng có thể giúp trì hoãn sự lão hóa, cả sớm và bình thường.