Nobel y học 2013 vinh danh nghiên cứu phát hiện sự vận chuyển của tế bào

Cống hiến lớn lao của họ được ghi nhận nhờ việc giải thích thành công sự hoạt động của hệ thống “dịch vụ thư tín ở cấp độ tế bào”. Cụ thể hơn, các nhà bác học này đã chỉ ra cách thức làm thế nào mà tế bào có thể vận chuyển được liên tục protein và các phân tử sinh học khác từ vị trí ban đầu đến điểm đích. Quá trình này được xem là thiết yếu trong việc giải phóng các hoạt chất dẫn truyền thần kinh, sự tiết hormone insulin và hàng loạt các chức năng khác.

Nhà miễn dịch học Hidde Ploegh nghiên cứu tại viện Whitehead ở Cambride, bang Massachusetts nêu quan điểm rằng không cần phải bàn cãi các phát minh này chính là nền tảng của sinh học tế bào “Khi chúng tôi giảng dạy sinh học tế bào, rất nhiều cách thức của hệ thống vận chuyển không bào được nêu ra như thể chúng đã luôn hoạt động cùng nhau”. (Hệ thống vận chuyển không bào là một quá trình vận chuyển chủ động các chất vào ra tế bào qua màng sinh chất, trong đó có sự thay đổi và tái tạo của màng để tạo nên các bóng hoặc túi dạng không bào-vacuoles. Quá trình này thường bao gồm sự nhập bào (endocytosis) và xuất bào (exocytosis) - ND).

Rothman và Schekman đã bắt đầu công việc của họ một cách riêng rẽ vào cuối những năm 70 của thế kỷ trước, khi nhận thấy sự tham gia của các túi không bào (vesicle) trong sự vận chuyển chất. Nhưng ở thời điểm đó, có rất ít hiểu biết về vai trò của những cấu trúc này như làm thế nào để chúng hỗ trợ sự vận chuyển của các chất chuyển động hỗn loạn trong nội bào. Tuy vậy, để xác định cách thức tế bào hình thành túi, đóng gói vi chất và vận chuyển đến đâu hoặc làm cách nào để chúng dung hợp với màng sinh chất của tế bào khác, họ đã chọn các cách tiếp cận rất khác nhau.

Nhóm của Rothman đã nghiên cứu vấn đề theo quan điểm hóa sinh. Trước hết, họ lây nhiễm tế bào động vật với một số loại virus. Sau đó tách chiết ra các protein đặc biệt từ virus đó, vốn được giả thiết là đã hình thành và tham gia hệ thống vận chuyển không bào trong tế bào mẹ. Một trong số các protein virus được sử dụng làm phân tử đánh dấu (marker) để kiểm tra hành trình trong hệ thống này.  Họ đã tinh sạch được một số protein có vai trò đặc biệt quan trọng hỗ trợ các túi không bào dung hợp với màng sinh chất của tế bào đích gọi là yếu tố nhạy cảm N-ethylmaleimide (NSF).

Trong khi đó, ở bên kia vịnh San Francisco, đại học California, Schekman và các cộng sự lại chọn cách tiếp cận dựa trên các phương pháp di truyền học. Đầu tiên, họ gây tạo các đột biến trên nấm men Saccharomyces cerevisiae và sàng lọc các chủng đột biến không mang enzyme liên quan đến sự giao tiếp của tế bào. Công việc này đã dẫn đến sự phát hiện ra 23 gen “bí mật” và điều quan trọng nhất là một trong số chúng được xác định mã hóa cho protein NSF.

Bình luận về sự phát hiện trên, Marino Zerial, một nhà sinh học phân tử làm việc tại viện Tế bào và Di truyền học phân tử Max Planck, Dresden, Đức cho rằng: rõ ràng là các nhà hóa sinh đã không thích phương thức tiếp cận theo kiểu di truyền học còn nhà di truyền học thì dường như không chắc chắn về phương pháp tiếp cận hóa sinh học.

Nhưng các công việc sau đó tiếp tục được tiến hành cuối những năm 80 bởi 2 nhóm này, họ đã tìm ra cơ chế căn bản của sự dung hợp các túi không bào. Cụ thể hơn, protein gắn bám trong màng của túi có thể nhận ra các protein trên màng của tế bào đích thông qua cơ chế “chìa và khóa”.

Trong khi đó nhóm làm việc dưới sự lãnh đạo của Sudhof lại tập trung vào sự dung hợp không bào ở các neuron thần kinh để tìm hiểu sự giao tiếp giữa chúng thông qua các chất hoạt hóa thần kinh được đóng gói trong túi. Bắt đầu từ cuối những năm 1980, Sudhof và một đội ngũ được lãnh đạo bởi Richard Scheller – hiện đang làm việc tại công ty công nghệ sinh học Genetech, bang California – đã nhận diện được một số protein liên quan. Sudhof cũng đã phát hiện ra cơ chế dung hợp của các túi không bào này được kích thích bởi Canxi.

Theo nhà sinh hóa William Wickner, làm việc tại trường Y Dartmouth ở Hanover bang New Hamsphire: “Đó là một câu chuyện tuyệt vời, bởi chỉ trong thời gian ngắn chừng 25-30 năm toàn bộ quá trình vận chuyển các vi chất của tế bào đã được làm sáng tỏ và đó chính là công sức đóng góp của bộ 3 nhà khoa học.”

Cả ba nhà nghiên cứu này từng được nhận giải Nghiên cứu cơ bản trong y học Albert Lasker, một giải có uy tín khá cao, mà những người đoạt giải này thường là ứng viên cho giải Nobel sau đó.

Buổi lễ vinh danh chính thức ba khoa học gia này sẽ được tổ chức trọng thể vào ngày 10 tháng 12 năm nay ở Stockholm, thủ đô của đất nước Thụy Điển tươi đẹp và cùng sở hữu giải thưởng trị giá 1,2 triệu USD.

Ảnh: Từ trái qua phải, Sudhof ,Schekman và Rothman những người đã phát hiện ra sự tương tác của các túi không bào với tế bào đích cũng là chủ nhân của Nobel Y học 2013.

Nguồn: http://www.nature.com/news/cell-transport-carries-off-nobel-1.13900

Tác giả: Ewen Callaway

Người dịch tin bài: TS. Nguyễn Huy Thuần

Bộ môn CNSH, Khoa CNSH-CNTP, trường ĐHNL Thái Nguyên