Ngày đăng: [Wednesday, October 05, 2016]
GS Yoshinori Ohsumi
Bài ọọc liên quan:
Về GS Yoshinori Ohsumi
Kể từ năm 1901, giải thưởng Nobel đã được trao cho các nhà khoa học đã thực hiện các khám phá quan trọng nhất vì lợi ích của nhân loại.
Một hội đồng gồm 50 giáo sư tại Karolinska Institutet, một trường đại học y khoa tại Solna trong khu vực đô thị ở Stockholm, Thụy Điển, và một trong những trường đại học y khoa lớn nhất và uy tín nhất trên thế giới hằng năm duyệt các công trình nghiên cứu và ứng dụng y khoa trên tooàn cầu để trao giải Nobel Y học.
Chiều ngày 03/10/2016, giải thưởng Nobel Sinh lý và Y khoa được trao cho chỉ một mình GS Yoshinori Ohsumi về cơ chế tự thực bào - autophagy.
Yoshinori Ohsumi sinh ra vào ngày 09 Tháng 02 năm 1945 tại Fukuoka, Nhật Bản. Ông đã nhận bằng cử nhân khoa học - B.Sci. - trong năm 1967 và bằng tiến sĩ khoa học - D.Sci. - trong năm 1974, cả hai bằng đều từ University of Tokyo. Trong 3 năm kế tiếp từ 1974-1977, ông làm một thành viên sau tiến sĩ tại Rockefeller University ở thành phố New York.. Sau ba năm làm việc tại Rockefeller University, ông trở về trường đại học Tokyo.
Ông được bổ nhiệm làm giảng viên ở University of Tokyo vào năm 1986, và thăng chức Phó Giáo sư vào năm 1988, cũng trong năm này ông thành lập nhóm nghiên cứu của ông.
Năm 1996, ông chuyển đến Viện Sinh học Cơ bản - National Institute for Basic Biology - tại thành phố Okazaki, Nhật Bản, tại đây ông được bổ nhiệm làm giáo sư. Từ năm 2004 đến 2009, ông cũng là giáo sư tại Graduate University for Advanced Studies ở Hayama, Nhật Bản. Năm 2009 ông được phong giáo sư danh dự suốt đời tại National Institute for Basic Biology và tại Graduate University for Advanced Studies, và là giáo sư tại các nơi Advanced Research Organization, Integrated Research Institute, Tokyo Institute of Technology.
Sau khi nghỉ hưu vào năm 2014, ông vẫn tiếp tục phục vụ như là giáo sư tại Viện Nghiên cứu sáng tạo - Institute of Innovative Research, và Viện Công nghệ Tokyo - Tokyo Institute of Technology. Hiện nay, ông là người đứng đầu của Đơn vị nghiên cứu Sinh học tế bào của cả 2 Viện Nghiên cứu sáng tạo, Viện Công nghệ Tokyo.
Autophagy là gì?
Tự thực bào - autophagy - là một quá trình cơ bản về thoái hóa và tái chế các thành phần của tế bào.
Quá trình sống, hoạt động của tế bào cũng không thoát ra khỏi tiến trình sinh lão bệnh và tử. Trong đó, có sự thoái hóa, lão hóa và xả rác của tế bào chất và các cơ quan trong tế bào. Tự thực bào làm nhiệm vụ tiêu hủy và tái tạo sự thoái hóa và chất liệu rác bên trong tế bào, và tiêu hủy các tác nhân gây bệnh xâm nhập vào cơ thể sinh vật.
Từ autophagy từ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp auto, có nghĩa là "tự", và phagein, có nghĩa là "ăn". Như vậy, autophagy được hiểu là "tự ăn uống". Khái niệm này nổi lên trong những năm 1960, khi các nhà nghiên cứu đầu tiên quan sát thấy rằng các tế bào có thể tiêu diệt các tế bào chất của mình bên trong màng tế bào. Tế bào chất bị thoái hóa được đựng trong các túi và được vận chuyển đến một ngăn tái chế, được gọi là lysosome. Khó khăn trong việc nghiên cứu hiện tượng này cho đến khi, trong một loạt các thí nghiệm được làm sáng tỏ vào đầu những năm 1990, khi GS Yoshinori Ohsumi sử dụng nấm men bánh mì để xác định gen cần thiết cho autophagy.
Khám phá của Ohsumi đã đưa sự hiểu biết của chúng ta về cách thức các tế bào tái chế tế bào chất của nó. Những khám phá của ông đã mở đường dẫn đến sự hiểu biết về tầm quan trọng cơ bản của autophagy trong nhiều quá trình sinh lý, chẳng hạn như trong việc thích ứng với sự đói hoặc đáp ứng với nhiễm trùng. Đột biến ở những gene tham gia vào quá trình autophagy có thể gây ra bệnh tật, và quá trình tự thực bào cũng tham gia vào một số bệnh lý bao gồm cả ung thư và bệnh về thần kinh.
Suy thoái - một chức năng trung tâm trong tất cả các tế bào sống
Vào giữa những năm 1950, các nhà khoa học quan sát thấy một ngăn di động chuyên biệt mới, được gọi là một bào quan, có chứa men tiêu hóa protein, tinh bột và chất béo. Ngăn chuyên biệt này được gọi là một "lysosome" và có chức năng như một nhà máy đại tu sự xuống cấp của các thành phần tế bào. Nhà khoa học Bỉ Christian de Duve đã được trao giải Nobel Sinh lý và Y khoa năm 1974 cho việc khám phá ra lysosome.
Những quan sát mới trong những năm 1960 cho thấy một lượng lớn các tế bào chất, và thậm chí cả các bào quan, có thể đôi khi được tìm thấy bên trong lysosome. Do đó, các tế bào xuất hiện để có một chiến lược để cung cấp hàng hóa lớn đến lysosome. Phân tích trên sinh hóa và trên kính hiển vi tiết lộ thêm một loại mới của túi vận chuyển hàng hóa của tế bào mang đến các lysosome cho sự suy thoái (Hình 1). Sau phát hiện ra lysosome thì Christian de Duve và các nhà khoa học đưa ra khái niệm đặt ra autophagy "tự thực bào", để mô tả quá trình này. Các túi chứa tế bào chất và bào quan thoái hóa được đặt tên là autophagosomes - thể tự thực bào.
Hình 1: Autophagosome: Thể tự thực bào.
Các tế bào của chúng ta có các ngăn chuyên biệt khác nhau. Lysosome tạo thành một khoang như vậy và có chứa các enzym tiêu hóa tế bào chất. Một bào quan mới được gọi là autophagosome - thể tự thực bào - đã được quan sát thấy trong các tế bào. Autophagosome, nó nuốt tế bào chất, chẳng hạn như protein và các bào quan bị tổn thương. Cuối cùng, nó chui vào các lysosome, nơi mà tế bào chất được phân hủy thành các thành phần nhỏ hơn. Quá trình này cung cấp cho các tế bào chất dinh dưỡng và vật liệu xây dựng cho việc tái tạo.
Trong suốt những năm 1970 và 1980 các nhà nghiên cứu tập trung vào việc làm sáng tỏ một hệ thống sử dụng để phân huỷ protein, cụ thể là "proteasome" - thể tiêu hóa protein. Trong lĩnh vực nghiên cứu này Aaron Ciechanover, Avram Hershko và Irwin Rose đã được trao giải Nobel năm 2004 Hóa học cho "Sự phát hiện của sự thoái hóa protein qua trung gian ubiquitin".
Các proteasome có hiệu quả trên những protein bị thóái hóa theo kiểu từng cặp tương ứng nhau, nhưng cơ chế này đã không giải thích làm thế nào các tế bào tái tạo được phức hợp protein lớn hơn và các bào quan bị suy thoái. Quá trình autophagy có thể có câu trả lời, và nếu như vậy, các cơ chế của nó là gì?
Một thí nghiệm mang tính đột phá
Yoshinori Ohsumi đã hoạt động tích cực trong những lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, nhưng khi bắt đầu thí nghiệm của riêng mình vào năm 1988, ông tập trung nỗ lực của mình vào sự thoái hóa protein trong không bào - vacuole - một bào quan tương ứng với các lysosome trong các tế bào của con người.
Tế bào nấm men là tương đối dễ dàng để nghiên cứu và do đó chúng thường được sử dụng như một mô hình cho các tế bào của con người. Chúng đặc biệt hữu ích cho việc xác định các gene quan trọng trong chu trình phức tạp của tế bào.
Nhưng Ohsumi phải đối mặt với một thách thức lớn; tế bào nấm men có kích thước nhỏ và các cấu trúc bên trong của chúng không dễ dàng phân biệt dưới kính hiển vi, và do đó ông không chắc chắn liệu quá trình autophagy có diễn ra ở tế bào nấm men không?
Ohsumi lý luận rằng nếu ông có thể làm gián đoạn quá trình thoái hoá trong không bào trong khi quá trình autophagy hoạt động, sau đó những autophagosomes được tích lũy trong không bào và trở thành có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi. Vì thế, ông nuôi cấy nấm men đột biến thiếu các enzyme phân hủy không bào và đồng thời kích thích quá trình autophagy bằng cách làm đói các tế bào.
Các kết quả thật bất ngờ! Trong vòng vài giờ, các không bào đã được lấp đầy với các túi nhỏ không bị thoái hóa (Hình 2). Các túi này là thể tự thực bào - autophagosomes chứa tế bào chất cần tái tạo - và thử nghiệm Ohsumi đã chứng minh rằng authophagy tồn tại trong tế bào nấm men. Nhưng quan trọng hơn, bây giờ ông đã có một phương pháp để xác định và mô tả các gene chủ yếu liên quan đến quá trình này. Đây là một đột phá lớn và Ohsumi công bố kết quả vào năm 1992.
Hình 2: Nấm men
Trong nấm men (bảng điều khiển bên trái) một ngăn lớn được gọi là không bào tương ứng với các lysosome trong các tế bào động vật có vú. Ohsumi tạo men thiếu các enzyme phân hủy không bào. Khi các tế bào nấm men bị bỏ đói, autophagosomes nhanh chóng tích lũy trong không bào (bảng điều khiển trung). Thí nghiệm của ông đã chứng minh rằng quá trình autophagy tồn tại trong nấm men. Bước tiếp theo, Ohsumi nghiên cứu hàng ngàn các đột biến gene của tế bào nấm men (bên phải) và xác định được 15 gene cần thiết cho quá trình autophagy.
Gene chủ chốt của quá trình autophagy được phát hiện
Ohsumi nay đã tận dụng các chủng nấm men mẫu cho mình, trong đó autophagosomes tích lũy trong khi tế bào bị bỏ đói. Quá trình tích lũy này sẽ không xảy ra nếu gene quan trọng cho quá trình autophagy bị bất hoạt. Ohsumi thí nghiệm với các tế bào nấm men với một hóa chất ngẫu nhiên có các đột biến ở nhiều gen, và sau đó ông đã tạo ra được quá trình autophagy. Sự thành công bắt đầu!
Trong vòng một năm khám phá của mình về quá trình autophagy trong nấm men, Ohsumi đã xác định được gene chủ chốt đầu tiên cho quá trình autophagy. Trong loạt kết quả nghiên cứu tiếp theo của mình, các protein được mã hóa bởi các gene chức năng đặc trưng. Kết quả cho thấy autophagy được điều khiển bởi một dòng thác của những protein và phức hợp protein, mỗi gene điều phối một giai đoạn riêng biệt của sự hình thành và khởi đầu của thể tự thực bào - autophagosome (Hình 3).
Hình 3: Các giai đoạn hình thành thể tự thực bào - autophagosome
Ohsumi nghiên cứu chức năng của protein được mã hóa bởi những gene chủ chốt trong quá trình autophagy. Ông mô tả những tín hiệu do stress làm khởi đầu quá trình autophagy và cơ chế mà các protein và phức hợp protein thúc đẩy các giai đoạn khác nhau của sự hình thành autophagosome như thế nào.
Autophagy - một cơ chế thiết yếu trong tế bào của chúng ta
Sau khi phát hiện những thành phần cho quá trình autophagy trong tế bào men bia, một câu hỏi quan trọng vẫn còn. Liệu có một cơ chế tương ứng để kiểm soát quá trình này trong các sinh vật khác? Chẳng bao lâu sau câu hỏi này nó được trả lời rõ ràng rằng các cơ chế hầu như giống hệt hoạt động trong các tế bào ở người của chúng ta.
Nhờ Ohsumi và những người khác tiếp bước sau ông, bây giờ chúng ta biết rằng điều khiển quá trình autophagy là chức năng sinh lý quan trọng mà tế bào chất cần phải được phân hủy và tái chế.
Autophagy có thể giúp cung cấp nhiên liệu nhanh chóng cho vật chất và xây dựng cho việc đổi mới thành phần tế bào, và do đó là điều cần thiết cho các phản ứng của tế bào trong quá trình sinh lý đói và các đáp ứng khác của tế bào do stress gây ra.
Sau khi lây nhiễm, autophagy có thể loại bỏ vi khuẩn và virus xâm nhập tế bào.
Autophagy góp phần vào sự phát triển của phôi và biệt hóa tế bào.
Các tế bào cũng sử dụng quá trình autophagy để loại bỏ các protein bị hư hỏng và các bào quan già nua, một cơ chế kiểm soát chất lượng là rất quan trọng để đối phó với những hậu quả tiêu cực của quá trình lão hóa.
Quá trình autophagy bị gián đoạn có liên quan đến bệnh Parkinson, tiểu đường loại 2 và các rối loạn khác xuất hiện ở người già.
Đột biến ở gene chủ chốt của quá trình autophagy có thể gây bệnh di truyền.
Rối loạn các công đoạn trong dây chuyền autophagy cũng có liên quan đến ung thư.
Những nghiên cứu hiện đang được tập trung để phát triển các loại thuốc có thể nhắm mục tiêu quá trình autophagy trong các bệnh khác nhau.
Autophagy đã được biết đến với hơn 50 năm nhưng tầm quan trọng cơ bản của nó trong sinh lý học và y học đã chỉ được công nhận sau khi mô hình nghiên cứu của Yoshinori Ohsumi trong những năm 1990.
Đối với khám phá của Yoshinori Ohsumi, ông được trao giải Nobel năm nay trong sinh lý học hay y học là điều xứng đáng, vì đột phá những bí hiểm của hoạt động sống của tế bào. Ngoài việc đột phá bí hiểm này GS Ohsumi còn đưa ra một mô hình nghiên cứu tế bào từ nấm men mà trước ông chưa ai dùng, họ chỉ dùng tế bào động vật để nghiên cứu về sinh học phân tử tế bào con người.
Đối với khám phá của Yoshinori Ohsumi, ông được trao giải Nobel năm nay trong sinh lý học hay y học là điều xứng đáng, vì đột phá những bí hiểm của hoạt động sống của tế bào. Ngoài việc đột phá bí hiểm này GS Ohsumi còn đưa ra một mô hình nghiên cứu tế bào từ nấm men mà trước ông chưa ai dùng, họ chỉ dùng tế bào động vật để nghiên cứu về sinh học phân tử tế bào con người.
Asia Clinic, 16h16' ngày thứ Tư, 05/10/2016
