Phát hiện bào quan mới liên quan đến di căn ung thư

Hình ảnh 3D về di căn ung thư vú ở người cho thấy sự hình thành của bào quan mới được mô tả (màu đỏ tươi) trong tế bào ung thư (màu lục lam). Nhân tế bào ung thư và tế bào xương bình thường đều có màu xanh lam. Hình ảnh kết xuất của Mark Esposito và Gary Laevsky.

Một số nhà nghiên cứu ung thư hàng đầu của Đại học Princeton đã phát hiện ra bằng chứng về sự phân tách pha lỏng-lỏng (liquid-liquid phase separations): lĩnh vực nghiên cứu sinh học mới nghiên cứu cách thức giọt chất lỏng của các vật chất sống liên kết tạo thành mỗi giọt chất lỏng khác, tương tự như các chuyển động được thấy trong các ngọn đèn dung nham hoặc trong thủy ngân lỏng.

Yibin Kang, giáo sư Sinh học Phân tử của Warner-Lambert / Parke-Davis, cho biết, chúng tôi tin rằng đây là lần đầu tiên sự phân tách pha có liên quan đến di căn ung thư. Ông là tác giả chính của bài báo đăng trên trang bìa của tạp chí Nature Cell Biology mới đây.

Kang nói, việc phát hiện ra một bào quan mới là một cuộc cách mạng. Ông đã so sánh nó với việc tìm thấy một hành tinh mới trong hệ mặt trời của chúng ta. Một vài bào quan chúng ta đã biết từ hơn 100 năm, và đột nhiên, chúng ta tìm thấy một bào quan mới.

“Điều này sẽ thay đổi một số nhận thức cơ bản về tế bào là gì và làm gì. Mọi người đều đi học và được học rằng “ti thể là nhà máy của tế bào” và một vài điều khác, nhưng giờ đây định nghĩa cổ điển của chúng ta về những gì bên trong tế bào, về cách tế bào tự tổ chức và kiểm soát, hành vi của nó… đang bắt đầu thay đổi. Nghiên cứu của chúng tôi đánh dấu một bước tiến rất cụ thể trong đó”, Mark Esposito, nhận bằng tiến sĩ năm 2017, cựu sinh viên và hiện đang là nghiên cứu sinh sau tiến sỹ tại phòng thí nghiệm của Kang, tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết.

Công trình nghiên cứu phát triển được nhờ sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của ba giáo sư của Đại học: Kang; Ileana Cristea, giáo sư sinh học phân tử và chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực khối phổ (Mass spectrometer - MS) của mô sống; và Cliff Brangwynne, giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học, đồng thời là Giám đốc của Sáng kiến ​​kỹ thuật sinh học Princeton, người tiên phong trong việc nghiên cứu sự tách pha trong các quá trình sinh học.

“Ileana là một nhà hóa sinh, Cliff là một nhà lý sinh và kỹ sư, và tôi là một nhà sinh học ung thư - một nhà sinh học tế bào. Đại học Princeton chỉ là một nơi tuyệt vời để mọi người kết nối và cộng tác. Chúng tôi có một khuôn viên rất nhỏ. Tất cả các khoa khoa học đều ở ngay cạnh nhau. Phòng thí nghiệm của Ileana ngay trên cùng tầng của Lewis Thomas với tôi. Những mối quan hệ rất thân thiết này, giữa các lĩnh vực nghiên cứu rất đa dạng, cho phép chúng tôi mang lại các công nghệ từ nhiều góc độ khác nhau và cho phép tạo ra các đột phá để hiểu rõ hơn cơ chế chuyển hóa trong ung thư - quá trình tiến triển, di căn của nó”, Kang nói.

Bước đột phá mới nhất, bao gồm bào quan chưa được đặt tên, bổ sung thêm hiểu biết mới về vai trò của con đường tín hiệu Wnt, đạt giải Nobel 1995. Con đường Wnt rất quan trọng đối với sự phát triển phôi thai ở vô số sinh vật, từ côn trùng không xương sống nhỏ bé đến con người. Eric Wieschaus phát hiện ra rằng ung thư có thể “bấu vào” con đường này, về cơ bản là làm hỏng khả năng phát triển nhanh như phôi, để phát triển các khối u.

Nghiên cứu sau đó đã tiết lộ rằng con đường tín hiệu Wnt đóng nhiều vai trò trong việc phát triển xương khỏe mạnh cũng như ung thư di căn đến xương. Kang và các đồng nghiệp của ông hiện đang nghiên cứu sự tương tác phức tạp giữa Wnt, một phân tử tín hiệu có tên TGF-b và một gen chưa được biết đến có tên DACT1 khi họ phát hiện ra bào quan mới này.

Nhà nghiên cứu ung thư Princeton Yibin Kang (trái) và Mark Esposito (phải) đã phát hiện ra một bào quan mới vào tháng 4 năm 2019. Bào quan vẫn chưa được đặt tên, có vai trò trong việc di căn xương và được hình thành thông qua sự phân tách pha lỏng-lỏng - khi các đốm màu lỏng của vật chất sống hòa vào nhau. Kang nói: “Chúng tôi tin rằng đây là lần đầu tiên sự phân tách giai đoạn có liên quan đến di căn ung thư. Ảnh nguồn: Yibin Kang và Mark Esposito.

Thông qua một loạt các thí nghiệm chi tiết và phức tạp, các nhà nghiên cứu đã chắp nối được vấn đề đó là: các khối u xương ban đầu tạo ra tín hiệu Wnt, để phát tán (lan truyền) qua xương. Sau đó, TGF-b, có nhiều trong xương, ngăn chặn tín hiệu Wnt. Sau đó, các khối u kích thích sự phát triển của các tế bào hủy xương, hỗ trợ loại bỏ các mô xương cũ. (Xương khỏe mạnh liên tục được bổ sung trong một quá trình gồm hai phần: tế bào hủy xương loại bỏ một lớp xương, sau đó nguyên bào xương tái tạo lại xương bằng vật liệu mới.) Điều này làm tăng thêm nồng độ TGF-b, thúc đẩy tích trữ DACT1 nhiều hơn và ức chế Wnt dẫn đến di căn xa hơn.

Việc khám phá vai trò của DACT1 và bào quan này, Kang và nhóm nghiên cứu đã tìm ra các mục tiêu khả thi mới cho các loại thuốc điều trị ung thư.

“Ví dụ, nếu chúng ta có một cách để phá vỡ phức hợp DACT1, khối u có lẽ sẽ ‘phổ biến’, nhưng nó sẽ không bao giờ có thể ‘lớn lên’ để di căn, đe dọa tính mạng. Đó là hy vọng của chúng tôi”, Kang nói.

Kang và Esposito gần đây đã đồng sáng lập KayoThera để theo đuổi việc phát triển các loại thuốc cho bệnh nhân ung thư giai đoạn cuối hoặc di căn, trên cơ sở nghiên cứu chung của họ ở phòng thí nghiệm Kang.

Kang cho biết: “Công trình nghiên cứu cơ bản mà Mark đang thực hiện vừa trình bày những phát hiện đột phá về khoa học vừa có thể dẫn đến những đột phá về y học”.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng DACT1 cũng đóng nhiều vai trò khác mà nhóm của họ chỉ mới bắt đầu khám phá. Bằng kỹ thuật MS, nhóm của Cristea đã tiết lộ hơn 600 loại protein khác nhau trong bào quan bí ẩn. MS cho phép các nhà khoa học tìm ra thành phần chính xác của hầu hết mọi chất được chụp ảnh trên kính hiển vi.

Esposito nói, đây chỉ là phần nổi của tảng băng chìm trong một lĩnh vực sinh học mới.

Brangwynne, đồng tác giả của bài báo, cho biết cầu nối giữa phân tách pha và nghiên cứu ung thư vẫn còn trong giai đoạn sơ khai, nhưng nó đã cho thấy tiềm năng to lớn.

“Vai trò của các chất ngưng tụ phân tử sinh học trong bệnh ung thư - cả nguồn gốc và sự lây lan của nó khi di căn - vẫn còn chưa được hiểu rõ. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết mới về tác động qua lại của các con đường truyền tín hiệu ung thư và lý sinh ngưng tụ, và nó sẽ mở ra những con đường điều trị mới”, Brangwynne cho biết.

Nguồn: https://medicalxpress.com/news/2021-03-team-organelle-involved-cancer-metastasis.html