Tính toàn năng cảm ứng và tái lập trình

Các tế bào biệt hóa có thể được đưa về trạng thái toàn năng bằng các yếu tố xác định như thế nào, và điều này cho thấy gì về khả năng đảo ngược của bản sắc tế bào.

Definition

Tái lập trình là sự chuyển đổi thực nghiệm của một tế bào từ trạng thái biệt hóa này sang trạng thái khác hoặc trở lại trạng thái kém biệt hóa hơn; tính toàn năng cảm ứng là sự tái lập trình cụ thể của một tế bào biệt hóa về trạng thái toàn năng bằng cách đưa vào một tập hợp các yếu tố điều hòa xác định.

Scope

Chủ đề này bao gồm tái lập trình tế bào: chuyển nhân, cảm ứng tính toàn năng bằng các yếu tố phiên mã xác định, và chuyển đổi trực tiếp (chuyển biệt hóa) giữa các loại tế bào. Nó đề cập đến ý nghĩa của việc tái lập trình đối với việc tìm hiểu cách duy trì bản sắc tế bào và tạo ra các tế bào phù hợp với bệnh nhân, đồng thời giữ các ứng dụng được đóng khung như ý nghĩa hơn là hướng dẫn.

Core questions

• Một tế bào biệt hóa có thể được đưa về trạng thái toàn năng như thế nào?
• Những yếu tố nào đủ để cảm ứng tính toàn năng?
• Một loại tế bào biệt hóa có thể được chuyển đổi trực tiếp thành loại khác không?
• Tái lập trình cho thấy điều gì về cách duy trì bản sắc tế bào?

Key concepts

• Chuyển nhân
• Tế bào gốc toàn năng cảm ứng
• Các yếu tố tái lập trình xác định
• Chuyển đổi trực tiếp (chuyển biệt hóa)
• Khả năng đảo ngược của bản sắc tế bào

Key theories

Tái lập trình dựa trên yếu tố phiên mã

Việc đưa vào một sự kết hợp xác định của các yếu tố phiên mã có thể ghi đè lên chương trình biệt hóa của tế bào và đưa nó về trạng thái toàn năng, chứng minh rằng bản sắc được duy trì tích cực bởi các yếu tố điều hòa chứ không phải được cố định bởi sự thay đổi di truyền không thể đảo ngược.

Mechanisms

Bằng chứng ban đầu cho thấy bản sắc tế bào có thể đảo ngược đến từ việc chuyển nhân, trong đó một nhân biệt hóa được đặt vào trứng có thể hỗ trợ sự phát triển, cho thấy bộ gen vẫn còn nguyên vẹn. Tái lập trình về tính toàn năng đạt được bằng cách buộc biểu hiện một tập hợp nhỏ các yếu tố phiên mã kích hoạt lại mạng lưới tính toàn năng và thiết lập lại trạng thái nhiễm sắc chất và biểu hiện gen; các tế bào toàn năng cảm ứng thu được giống với tế bào gốc phôi. Trong chuyển đổi trực tiếp, các yếu tố đặc trưng của một dòng biệt hóa được đưa vào một loại tế bào khác để thay đổi bản sắc của nó mà không đi qua trạng thái toàn năng. Các quá trình này cho thấy trạng thái biệt hóa là một trạng thái cân bằng điều hòa mà các yếu tố đầu vào xác định có thể làm thay đổi.

Clinical relevance

Tái lập trình cho phép tạo ra các tế bào phù hợp với bệnh nhân để mô hình hóa bệnh, thử nghiệm thuốc và các liệu pháp tế bào tiềm năng, đồng thời cung cấp một công cụ để nghiên cứu cách thiết lập bản sắc tế bào. Mục này mang tính giáo dục và không cung cấp hướng dẫn y tế.

History

Các thí nghiệm chuyển nhân cho thấy một nhân biệt hóa vẫn giữ được toàn bộ tiềm năng phát triển. Dựa trên điều này, việc chứng minh rằng các yếu tố phiên mã xác định có thể cảm ứng tính toàn năng trong các tế bào biệt hóa đã mở ra một lĩnh vực mới và được công nhận, cùng với công trình chuyển nhân trước đó, bằng giải Nobel.

Key figures

• Shinya Yamanaka
• John Gurdon

Seminal works

• takahashi2006
• gilbert2016

Frequently asked questions

Tế bào gốc toàn năng cảm ứng là gì?

Chúng là các tế bào biệt hóa, chẳng hạn như tế bào da, đã được đưa về trạng thái toàn năng — có khả năng hình thành nhiều loại tế bào — bằng cách đưa vào một tập hợp các yếu tố phiên mã xác định.

Tái lập trình có làm thay đổi DNA của tế bào không?

Không. Tái lập trình thay đổi gen nào hoạt động bằng cách thiết lập lại trạng thái điều hòa và nhiễm sắc chất; trình tự DNA cơ bản vẫn giữ nguyên, đó là lý do tại sao quá trình này có thể đảo ngược.