Mở đầu Chu kỳ phân chia tế bào là cơ sở để tất cả sinh vật tồn tại. Ở sinh vật đơn bào, phân chia tế bào cho ra cơ thể mới. Sinh vật đa bào phải qua nhiều lần phân bào để thay thế các tế bào già cỗi trong cơ thể trưởng thành. Những đòi hỏi chung cho phân bào là sự tái bản trung thực DNA, và nhiễm sắc thể tái bản phải đi về hai tế bào con. Chu kỳ tế bào gồm các quá trình giúp tế bào thực hiện được các yêu cầu trên. Tuyệt đại đa số tế bào tăng gấp đôi lượng tế bào chất và các bào quan trong mỗi chu kỳ tế bào, do đó phải có sự điều hoà phối hợp các quá trình xảy ra trong nhân và tế bào chất. Trong quá khứ, chu kỳ tế bào được nghiên cứu bằng cách quan sát các sự kiện phân ly nhiễm sắc thể, theo dõi tái bản DNA bằng cách nhập các tiền thân phóng xạ của DNA vào DNA. Kết cục là có những bức tranh chu kỳ tế bào rất khác nhau ở các loài khác nhau. Gần đây, người ta đã nghiên cứu ra hệ thống kiểm soát chu kỳ tế bào điều hoà toàn bộ chu kỳ. Các protein kiểm soát chu kỳ xuất hiện cách đây hàng tỷ năm mà vẫn bảo tồn trong tiến hoá và do đó có thể hoạt động thay thế cho nhau từ nấm men cho đến con người. Hình thành một bức tranh về kiểm soát chu kỳ tế bào cho tất cả sinh vật. Về chu kỳ tế bào Chu kỳ tế bào gồm nhiều pha, trong đó pha M và pha cuối là thấy rõ nhất và kịch phát nhất. Trước kia người ta chỉ phân biệt pha M và gian kỳ. Độ dài của chu kỳ tế bào rất khác nhau. Ngắn nhất là phân cắt phôi ruồi giấm diễn ra trong 8 phút. Chu kỳ tế bào gan ở động vật có vú là 1 năm. Chu kỳ nhanh nhất ở tế bào động vật có vú trưởng thành là 24h. Đa số tế bào có pha M là 1h. Gian kỳ dài hơn nhiều mà trước kia gọi là pha tĩnh. Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây cho thấy đây là giai đoạn rất sôi động của mô tăng sinh Sơ đồ chuẩn gồm các pha sau: G1, S, G2, M. Từ M đến S là G1, từ S đến M là G2. Gian kỳ kéo dài đủ cho tái bản DNA và G1, G2 dành cho tăng trưởng. Tế bào phôi phân cắt chỉ có S và M. Nhiều tế bào chuyên hoá chuyển sang pha đặc biệt gọi là pha G0. Có thể nhận biết pha S bằng nghiên cứu phóng xạ tự ghi, nhuộm kháng thể chống bromdeoxyuridine. Quần thể tế bào đang phân chia nhanh nhưng không đồng thời. Thường khoảng 30% ở pha S và nó sẽ nhập phóng xạ khi cho một xung ngắn chất tiền thân phóng xạ. Theo tỷ lệ tế bào có dấu (chỉ số đánh dấu) có thể ước lượng độ dài pha S. Theo tỷ lệ tế bào pha M có thể ước lượng độ dài pha M. Bằng cách cho xung 3H ?" thymidine hoặc BrdU và để tế bào đi qua hết chu kỳ qua từng độ dài thời gian nhất định ta có thể định giá được G1 và G2. Bằng cách đo hàm lượng DNA bằng máy phân loại tế bào bằng kích hoạt huỳnh quang cũng giúp phân biệt tế bào ở G1 và G2. (Hàm lượng DNA trong tế bào tỷ lệ thuận với mật độ huỳnh quang). Sự kiểm soát chu kỳ tế bào Hệ thống kiểm soát chu kỳ tế bào là một bộ máy hoá sinh hoạt động có chu kỳ, bao gồm các protein tương tác với nhau, điều hoà một quá trình xuôi theo một chiều gồm nhân đôi và chia đôi toàn vật chất tế bào. Trong chu kỳ chuẩn, kiểm soát thực hiện như các phanh hãm ở các trạm kiểm soát (check point). Các tín hiệu ngược thông báo về diễn biến của chu kỳ có thể làm chậm hay ngừng nếu pha trước chưa kết thúc. Các phanh hãm là quan trọng, nó cho phép chu kỳ tế bào được điều chỉnh bằng các tín hiệu môi trường. Môi trường thường tác động ở hai trạm kiểm soát chính: Một là ở G1, trước khi bước vào pha S. Hai là ở G2, trước khi bước vào pha M. Trạm kiểm soát G1 ở nấm men gọi là điểm xuất phát. Điểm G1 khai mào cho tổng hợp DNA. Điểm G2 khai mào cho pha M. Hệ thống kiểm soát chu kỳ tế bào là bộ máy dựa trên kinaz protein. Về lịch sử, ta biết được việc điều khiển chu kỳ tế bào là nhờ các nghiên cứu trạm kiểm soát G2, điểm bước vào M. Hệ thống kiểm soát chu kỳ tế bào dựa trên 2 họ protein then chốt: - Kinaz protein phụ thuộc cyclin (cdk ?" cylin dependent kinases) - phần xúc tác. Kích hoạt thúc đẩy quá trình đi xuôi chiều bằng cách photphoryl hoá protein ở gốc serin và threonin. - Protein hoạt hoá (phần điều chỉnh), bám vào cdk và kiểm soát sự photphoryl hoá protein đích thích hợp. Chu kỳ ghép lại, hoạt hoá và tháo rời phức hệ cdk ?" cyclin là những sự kiện chính trong chu kỳ tế bào. Goị là cyclin vì nó tổng hợp và tan rã có chu kỳ trong mỗi chu kỳ tế bào, có 2 loại cyclin: - Cyclin mitotic, bám cdk vào G2 để tế bào bước vào M. - Cyclin G1, bám cdk vào G1 và cần cho tế bào bước vào pha S. Nấm men có một họ cdk cho cả hai trạm kiểm soát. Ở động vật có vú, có ít nhất 2 cdk khác nhau, mỗi thứ cho một trạm kiểm soát. Tóm lược như sau: Cyclin M tăng dần trong G2 và kết hợp với cdk để tạo phức hợp MPF. Đầu tiên, MPF không có hoạt tính, sau nhờ enzym gắn và khử photphoryl hoá làm nó trở thành có hoạt tính. Hoạt tính MPF tăng lên có tính bùng nổ do cơ chế liên hệ ngược kiểu dây chuyền; MPF có hoạt tính lại kích thích enzym hoạt hoá MPF, khi tới điểm kịch phát cực đại, xung MPF hoạt tính đẩy tế bào đi vào pha M. MPF phân giải đột ngột do phân giải cyclin mitotic vào điểm chuyển tiếp trung kỳ - hậu kỳ làm tế bào thoát khỏi pha M. Mỗi bước hoạt hoá hay bất hoạt đều đánh dấu một bước chuyển tiếp trong chu kỳ tế bào. Hà Nội - Sài Gòn đường dài như nỗi nhớ ai gọi tên em tha thiết mấy cho vừa Được LG sửa chữa / chuyển vào 16:26 ngày 29/12/2003
Với tế bào phôi đang phân cắt, nhân không có ý nghĩa gì, tuy nhiên ở tế bào bình thường, tế bào chỉ phân chia khi DNA được tái bản hoàn chỉnh. Noãn bào ếch đang lớn ngừng ở pha G2, sau khi có kích thích hormon chuyển qua M giảm phân, đi qua M1, không có pha S và chuyển sang M2, ngừng ở trung kỳ của M2. Ức chế ở M2 chỉ được giải tỏa khi thụ tinh. MPF kiểm soát sự bước vào M Hai thí nghiệm quan trọng về chất điều chỉnh phân bào trong tế bào chất: - Thí nghiệm tiêm tế bào chất lấy từ noãn bào thuộc các pha khác nhau. Người ta thấy trạng thái nhân phù hợp với tế bào chất tiêm vào. - Thí nghiệm lai các tế bào khác pha với nhau. Có thể gây hội tụ nhiễm sắc thể ở pha G1, pha S hay G2. Người ta đã chiết MPF từ trứng Xenopus, tinh sạch, chứng minh tính chất enzym kinaz protein, gắn phosphat vào gốc serin và threonin. Nó gồm 2 thành phần: cyclin mitotic và kinaz phụ thuộc cyclin gọi là cdk2. Phép thử tiêm noãn bào chứng minh vai trò quan trọng của MPF. Nồng độ của nó tăng trong M và giảm trong gian kỳ. Hiện tượng này là chung cho các loài khác nhau. Hàm lượng MPF tăng giảm trong tế bào chất và diễn ra với cả các tế bào không nhân. Chu kỳ tích tụ và phân hủy cyclin kiểm soát hoạt hóa và bất hoạt MPF Tế bào phôi có thể phân chia không nhân nhưng không thể phân chia nếu không có tổng hợp protein. Nghiên cứu bằng 35S-metionine, người ta thấy nồng độ cyclin tăng trong gian kỳ, giảm đột ngột ở điểm chuyển tiếp trung-hậu kỳ của pha M. Nghiên cứu nhân tinh trùng trong hệ vô bào (từ trứng ếch), người ta thấy rõ vai trò của cyclin. Loại bỏ mRNA cyclin cũng làm ngừng chu kỳ tế bào. Phân hủy cyclin gây thoát khỏi pha M Phân rã cyclin bởi proteolysis ở điểm chuyển tiếp trung-hậu kỳ pha M cần có trình tự tín hiệu để phân hủy. Vai trò của cyclin được nghiên cứu bằng cyclin lùn, không có trình tự tín hiệu để phân hủy, có khả năng kích hoạt MPF nhưng không có khả năng phân hủy. Cyclin này kích thích tế bào đi vào pha M nhưng không thoát được. MPF có thể tự xúc tác để hoạt hóa chính mình Tiêm một lượng nhỏ MPF vào noãn bào ngừng giảm phân, thấy bản thân lượng MPF được nhân lên trong noãn. Quá trình dây chuyền giống như phản ứng nổ. Tác động của kinaz của MPF MPF có tác dụng gây hội tụ nhiễm sắc thể, làm vỡ màng nhân, tái tạo bộ khung của thoi phân bào: - MPF photphoryl hóa histon H1 sẽ gây hội tụ nhiễm sắc thể - MPF photphoryl hóa lamin (màng nhân được hình thành chủ yếu từ các tấm lamin) làm vỡ màng nhân. - MPF photphoryl hóa protein liên kết vi ống. Trong thí nghiệm In vitro, ta có thể thấy thay đổi khi cho MPF vào dịch vô bào có chứa trung thể. Cả cyclin và cdk đều có thể liên kết rất chặt với trung thể Hà Nội - Sài Gòn đường dài như nỗi nhớ ai gọi tên em tha thiết mấy cho vừa
