Phát hiện ra một phần chưa từng thấy ở tế bào

Một bào quan mới đã được phát hiện trong tế bào người — và các nhà khoa học gọi nó là "hemifusome".

Giống như các cơ quan có kích thước đầy đủ trong cơ thể chúng ta, các bào quan bên trong tế bào là những cấu trúc chuyên biệt thực hiện các chức năng cụ thể. Trong khi quan sát các sợi duy trì hình dạng của tế bào, Seham Ebrahim , một trợ lý giáo sư tại Đại học Virginia, và nhóm của bà đã nhận thấy một cấu trúc mới liên tục xuất hiện trong các hình ảnh 3D mà họ tạo ra.

Những gì thoạt đầu có vẻ như là một hiện vật trong hình ảnh hóa ra lại là một bào quan mới có thể tham gia vào quá trình phân loại, tái chế và loại bỏ protein trong tế bào người. Ebrahim ví hình dạng của hemifusome giống như hình dạng của một người tuyết đội khăn quàng cổ; hãy tưởng tượng một cái đầu nhỏ gắn vào một cơ thể lớn hơn, với một đường viền mỏng ngăn cách hai đầu.

Bào quan này có đường kính khoảng 100 nanomet, nhỏ hơn một nửa kích thước của ty thể nhỏ - nguồn năng lượng chính của tế bào.

Các nhà khoa học có thể quan sát hemifusome vì họ sử dụng phương pháp gọi là chụp cắt lớp điện tử đông lạnh (cryo-ET) để tạo ra hình ảnh của chúng. Kỹ thuật này liên quan đến việc đông lạnh nhanh các tế bào từ bốn dòng tế bào nuôi trong phòng thí nghiệm để bảo quản càng nhiều cấu trúc của chúng càng tốt, giúp tạo ra hình ảnh 3D rõ nét.

"Nó giống như một bức ảnh chụp nhanh trong thời gian mà không có bất kỳ loại hóa chất hay bất kỳ loại vết bẩn nào", Ebrahim nói với Live Science. Sử dụng kỹ thuật chụp ảnh này, họ có thể nhìn vào bên trong các tế bào ở "trạng thái rất tự nhiên", như thể chúng là những quả cầu thủy tinh, bà nói.

Có liên quan: Gặp gỡ 'frodosome', một bào quan hoàn toàn mới

Trong bài báo của họ, được công bố trên tạp chí Nature Communications vào tháng 5, các nhà nghiên cứu đã viết rằng các bước xử lý khắc nghiệt mà các kỹ thuật chụp ảnh khác áp dụng cho tế bào có thể đã ngăn cản việc quan sát hemifusome sớm hơn. Ngoài ra, với các kỹ thuật khác sử dụng hình ảnh để nghiên cứu lưu lượng truy cập diễn ra trong tế bào sống, bào quan này có thể quá nhỏ để có thể nhìn thấy, xuất hiện nhiều nhất là dưới dạng mờ, Ebrahim nói thêm.

Ebrahim và các đồng nghiệp của cô đang xem xét một cấu hình các túi mà họ chưa từng quan sát trước đây. Các túi là các cấu trúc giống như quả bóng được sử dụng để vận chuyển những thứ như protein và hormone bên trong và giữa các tế bào. Nghiên cứu mới cho thấy hai túi hợp nhất với nhau bằng một lớp rào cản hai lớp chất béo giữa chúng.

"Ngay cả từ góc độ vật lý sinh học, đây vẫn là một bước đột phá", Ebrahim cho biết, "bởi vì về mặt sinh lý học, con người luôn dự đoán hoặc đưa ra giả thuyết rằng các túi có thể tồn tại ở trạng thái hợp nhất nửa này… nhưng đây là lần đầu tiên nó thực sự được nhìn thấy trong một tế bào sống". Quan sát này đã truyền cảm hứng cho cái tên hemifusome, vì hemifusion ám chỉ sự hợp nhất một phần của hai lớp kép.

Hình ảnh chụp cắt lớp điện tử lạnh này (bên trái) và hai sơ đồ tương ứng (ở giữa và bên phải) làm nổi bật cấu trúc đặc biệt của một hemifusome, trong đó hai màng túi kết nối với nhau thông qua một màng hemifusion. (Nguồn hình ảnh: Được cung cấp bởi UVA Health)

Hình ảnh chụp cắt lớp điện tử lạnh này (bên trái) và hai sơ đồ tương ứng (ở giữa và bên phải) làm nổi bật cấu trúc đặc biệt của một hemifusome, trong đó hai màng túi kết nối với nhau thông qua một màng hemifusion. (Nguồn hình ảnh: Được cung cấp bởi UVA Health)

Ebrahim lập luận rằng hemifusome có thể được phân loại là bào quan vì chúng là các đơn vị chức năng độc lập bên trong tế bào, trái ngược với các cấu trúc "thoáng qua" xuất hiện tạm thời khi màng hình thành và phân chia. Trong bài báo, bà viết rằng hemifusome không có khả năng là hiện tượng tạo tác của cryo-ET.

Yi-Wei Chang , phó giáo sư khoa hóa sinh và vật lý sinh học tại Trường Y khoa Perelman thuộc Đại học Pennsylvania, người không tham gia vào nghiên cứu này , cho biết: "Những phát hiện của Ebrahim "cho thấy rằng các hemifusome mà họ hình dung là các chất trung gian tế bào thực sự, chứ không phải là sự biến dạng do đóng băng".

Chang cho biết qua email với Live Science rằng khi vai trò và chức năng của hemifusome được xác nhận thông qua các nghiên cứu sâu hơn, chúng có thể được công nhận là một loại cấu trúc trung gian riêng biệt thực hiện một phần quá trình hợp nhất trong tế bào động vật có vú.

Với công trình hiện tại của họ, các nhà nghiên cứu có thể xác nhận rằng hemifusome tồn tại, nhưng họ vẫn chưa xác định được vai trò chính xác của bào quan, vòng đời hoặc thành phần của nó. Ebrahim đưa ra giả thuyết rằng hemifusome là tiền thân của một số loại túi nhất định. Bà tin rằng hemifusome có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tái chế hoặc thải bỏ màng tế bào, điều này rất quan trọng để ngăn ngừa sự tích tụ của các chất trong tế bào có thể làm tắc nghẽn hoạt động của chúng nếu được phép tích tụ.

Các nhà nghiên cứu viết rằng hiểu biết sâu hơn về cách thức hoạt động của hemifusome cũng có thể mở ra hiểu biết mới về cách các bệnh như Alzheimer biểu hiện. Bệnh Alzheimer có liên quan đến việc loại bỏ không đúng cách các mảng protein bất thường trong não, dẫn đến tích tụ theo thời gian.

Ebrahim cho biết: "Nếu không có phương pháp chụp cắt lớp điện tử lạnh, chúng ta đã bỏ lỡ khám phá này", đồng thời nói thêm rằng "có lẽ vẫn còn cả một thế giới ngoài kia mà chúng ta vẫn phải tìm kiếm".

Bạn thích bài viết này? Để biết thêm những câu chuyện như thế này, hãy theo dõi chúng tôi trên MSN bằng cách nhấp vào nút +Theo dõi ở đầu trang này.

Theo MSSN