Đề tài Một số hiểu biết về centromere và telomere

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM LỚP 09CSH1 BÀI TƯỜNG TRÌNH MỘT SỐ HIỂU BIẾT VỀ CENTROMERE VÀ TELOMERE Sinh viên thực hiện: Đinh Hùng Cường 0918057 Trần Thị Phượng Diễm 0918066 Trần Thị Ngọc Diệp 0918068 Nguyễn Thị Diệu 0918069 Lê Minh Duy 0918074 Nguyễn Quốc Duy 0918076 Phạm Vũ Dũng 0918084 Võ Tiến Dũng 0918087 Nguyễn Hữu Dương 0918090 Nguyễn Thái Dương 0918091 TP. Hồ Chí Minh, Tháng 11 - 2011 Nội dung chính: Chương I – CENTROMERE TỔNG QUAN Định nghĩa Vị trí của Centromere trên nhiễm sắc thể CẤU TRÚC Cấu trúc về trình tự DNA – CDE Cấu trúc về protein VAI TRÒ TRONG NGUYÊN PHÂN VÀ GIẢM PHÂN Nguyên phân Giảm phân MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Chương II – TELOMERE LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TELOMERE Cấu trúc của Telomere Chức năng của Telomere ENZYME TELOMERASE TELOMERE – TELOMERASE & CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Telomere – chìa khóa kéo dài tuổi thọ Telomere và ung thư Một số phát hiện thú vị liên quan đến Telomere Tài liệu tham khảo: Telomere and telomerase in cancer. Hekio Higama Cơ sở di truyền học phân tử và tế bào. Đinh Đoàn Long và Đỗ Lê Thăng. Di truyền học. Phạm Thành Hổ. Telomere Position Effect in Human Cells. Joseph A. Baur, Ying Zou, Jerry W. Shay,* Woodring E. Wright T-loops and the origin of telomeres. Joseph A. Baur, Ying Zou, Jerry W. Shay,* Woodring E. Wright Telomere length, stem cells and aging. Maria A Blasco www.wikipedia.com Một số tài liệu khác của các anh chị khóa trên. Chương I: CENTROMERE TỔNG QUAN Định nghĩa. Centromere là một vùng DNA thường tìm thấy gần giữa một nhiễm sắc thể, nơi hai chromatid tiếp xúc. Nó tham gia vào sự phân chia của tế bào, là điểm gắn tơ vô sắc. Sau 2 thập kỷ nghiên cứu phân tích hóa sinh và di truyền, các nhà khoa học đã biết rằng mỗi centromere là một vùng nhiều chất nhiễm sắc. Mặc dù có sự khác biệt về cấu tạo phân tử ở các loài khác nhau nhưng chức năng centromere của tất cả tế bào eukaryote có tính bảo tồn cao trong quá trinh tiến hóa. Vị trí Centromere trên NST. Centromere chia thể nhiễm sắc thành hai vai, chiều dài của hai vai phụ thuộc vào vị trí centromere. Người ta thành lập chỉ số centromere (centromere index Ic) để xác định vị trí của centromere và phân loại các thể nhiễm sắc : Ic = P/(P+Q) P: chiều dài vai ngắn Q: chiều dài vai dài Nhiễm sắc thể là tâm giữa nếu vai (p va q) là xấp xỉ bằng chiều dài. Từ đó ta có thể phân loại NST theo vị trí của tâm động thành: NST tâm mút, NST tâm lệch, NST tâm giữa và NST tâm cận giữa. NST tâm mút: telocentric Tâm động nằm ở phần cuối NST, có thể mở rộng cả 2 đầu mút NST. Tất cả NST của chuột đều là NST tâm mút. Ở người không có NST tâm mút, tuy nhiên một số nhà khoa học coi các NST tâm lệch 21, 22, Y là các NST tâm mút. NST X tâm mút của Drosophila có thể chuyển thành dạng “X dính” nhờ phân chia của tâm động theo chiều vuông góc với bình thường. Do sự phân chia khác thường đó 2 chromatid thay vì phân li về 2 cực lại dính nhau làm mất đoạn và tạo ra NST tâm giữa. Hình 1 : Các loại NST Hậuquả của đột biến cấu trúc NST tâm mút: Mất đoạn (mất đỉnh): mất đoạn dài tạo hiện tượng “giả trội” thường gây chết do sự mất cân bằng bộ gen. Đảo đoạn mang tâm động: Nếu không có trao đổi chéo xảy ra trong giảm phân I thì kì sau giảm phân I NST bình thường. Xảy ra trao đổi chéo thì 1 nửa sản phẩm mất sức sống. NST tâm lệch: acrocentric Tâm động nằm gần 1 đầu mút của NST. Ở người có 5 cặp NST tâm lệch là 13,14,15, 21, 22. Khi ở trạng thái dị hợp tử thì đảo đoạn gây nên một số thay đổi về di truyền và tế bào, do đó người ta có thể dễ dàng phát hiện ra đoạn đảo. Khi có đảo đoạn ngoài tâm động thì sẽ không có sự thay đổi vị trí hai vế, còn khi có đảo đọan quanh tâm động sẽ dẫn đến thay đổi vế của thể nhiễm sắc, có thể biến NST tâm lệch thành NST tâm giữa và ngược lại. NST tâm giữa: metacentric NST là tâm giữa nếu vai (p và q) là xấp xỉ bằng chiều dài. Trong một số trường hợp, một NST tâm giữa được hình thành bởi cân bằng chuyển vị Robertsonian. Sự hợp nhất của hai NST tâm lệch có thể tạo thành một NST tâm giữa. NST tâm cận giữa: submetacentric Là NST có tâm động nằm gần giữa, có hai vai gần bằng nhau. CẤU TRÚC Cấu trúc về trình tự DNA – CDE Sự truyền vật liệu di truyền trong tế bào của sinh vật nhân thực điển hình dựa vào cơ chế nguyên phân và giảm phân. Trong những quá trình đó, những sợi thoi vô sắc gắn vào những vùng chuyên biệt trên nhiễm sắc thể, gọi là centromere, là cấu trúc phức tạp được tạo thành từ DNA và những protein của centromere. Trong quá trình nảy chồi của nấm men (Saccharomcyces cerevisiae), chiều dài đoạn DNA centromere (CEN DNA) cần thiết để phân bào là 125bp và có thể được chia làm 3 vùng trình tự bảo tồn CDEI, CDEII, CDEIII. Cho đến nay, 15 đến 16 CEN DNA của nấm men đã được cô lập và tìm kiếm trình tự. Một nghiên cứu của Hieter và các cộng sự cho thấy sự chọn lọc chức năng của CEN DNA dựa vào các plasmid ARS mang một gen SUP11 tRNA. Các plasmid ARS trong nấm men S. Cerevisiae có khả năng tự tái tạo, nhưng trong quá trình phân chia của tế bào, các plasmid ARS rất hiếm khi được truyền cho các tế bào con do đó chúng được tích lũy ở tế bào mẹ. CEN DNA có trong plasmid sẽ giúp cho chúng được phân ly đúng cách. Nhiều bản sao của gen SUP11 tRNA sẽ chết và chỉ có plasmid có CEN DNA sống sót. Đoạn DNA chèn cắt bằng EcoRI được dòng hóa vào vector YRp14-ARS1, chứa nhân tố ARS1, gene SUP11 mang yếu tố ARS1 và marker URA3 có thể chọn lọc được. Việc chuyển những plasmid đã được chèn gene vào trong nấm men chủng YJH11 không mang lại sự biến đổi trừ các plasmid mang một đoạn chứa 4.5 kb của EcoRI được gọi là A3. Hơn thế nữa sự tách dòng của A3 và chức năng được thử nghiệm sinh ra một đoạn chứa 2.55 kb BglII-EcoRI cho thấy CEN có hoạt động. Việc giải trình tự của đoạn này đã phát hiện được chuỗi trình tự DNA đặc trưng của CEN được đưa ở hình 1A, chuỗi trình tự này đồng nhất 100% với chuỗi trình tự CEN8 mới được công bố trong một phần nghiên cứu trình tự của nhiễm sắc thể thứ VIII từ S. Cerevisiae. Để chứng minh trình tự này có thể hoạt động như CEN DNA trong cơ thể, chuỗi trình tự đó đã được chuyển vào một đoạn nhiễm sắc thể nhân tạo và kiểm tra khả năng phân li khi sử dụng hệ thống cycloheximit R/S. Đến khi kết thúc, đoạn A3 EcoRIDNA được chuyển vào pBluescript (Stratagene) và sau đó tự sao chép như đoạn BamHISall trong phân đoạn nhiễm sắc thể vector pKE5. Chuyển đổi các vector phân mảnh dài vào chủng YJH6 của nấm men dẫn đến sự hình thành của một đoạn nhiễm sắc thể bổ sung khoảng 125 kb mang đoạn DNA A3. Sự tách ra của những nhiễm sắc thể trong quá trình biến đổi thông qua OFAGE tạo ra những nhiễm sắc thể mới (hình 2A). Sự lai ghép của đoạn DNA A3 với nhiễm sắc thể bị phá hủy tạo ra 2 đoạn xác định. Một đại diện cho nhiễn sắc thể VIII. Dải còn lại là nhiễm sắc thể mới được tạo ra. Sử dụng hệ thống R/S, mức độ hao hụt các đoạn nhiễm sắc thể trong giảm phân được xác định là 1.1x10-3. Nó tương tự như tỷ lệ tổn thất thu được của các CEN DNAs khác khi phân tích với hệ thống này. Từ chức năng của những CEN DNAs của tất cả 16 nhiễm sắc thể của nấm men cho phép chúng ta xác định được trình tự tương đồng cuối cùng cho CEN DNA của nấm men. Vị trí trung tâm của tất cả các CEN DNAs là vùng giàu AT nhất là trình tự của nhân tố CDEII (87-98% A:T và T:A) (vùng trung tâm của 3 trình tự liền kề nhau của centromeric là vùng trình tự CDEII giàu AT và có chiều dài khoảng 75-100bp). Vùng trình tự DNA giàu AT thường có xu hướng thay đổi vị trí xắp xếp của các trình tự A:T và T:A bp, nhưng các nhân tố này không mang trình tự nhận biết trình tự bảo tồn. Điều đó có nghĩa là vùng trình tự của nhân tố CDEII từ hai dòng S. cerevisiae từ vùng địa lý khác nhau là hoàn toàn được bảo tồn, nó cho thấy vai trò quan trọng của vùng trình tự đặc trưng của mỗi nhân tố trong cấu trúc và chức năng của centromere. Như vậy, việc thay thế một phần trình tự CDEII một cách ngẫu nhiên trong vùng trình tự giàu AT làm giảm đáng kể chức năng của centromere trong nguyên phân và giảm phân. CDEI và CDEIII nằm liền kề ở hai đầu của CDEII, là vùng có mức độ bảo tồn cao và mang các trình tự hai chiều. CDEI gồm có vùng trình tự có độ bảo tồn cao có chiều dài là 8bp có măt ở cả 16 CEN DNAs. Chỉ có vị trí 5 của CEN2 và 1 của CEN9 là không phù hợp với các trình tự tương đồng. Trong sự tương phản, nhân tố CDEIII dài 26 bp đã cho thấy 1 phần tương đồng giữa 16 CEN DNA, trừ vùng trung tâm có độ bảo tồn cao (vị trí 11-17) và 2 cặp G:C ở vị trí 2 và 8. Phần còn lại của vùng trình tự này là 1 đầu giàu T:A ở đầu 5’ và 1 đầu giàu A:T ở đầu 3’. Sự giống nhau của toàn bộ các chuỗi trình tự giữa 16 CEN DNAs rất thấp, làm cho các CEN DNAs giống như không có chung một tổ tiên. Cách khác, sự sao chép các chuỗi trình tự phải xuất hiện một thời gian dài trước đây, trong khi đó vủng trình tự của các CDEII trong các CEN DNA rất khác nhau. Vùng Centromere của nhiễm sắc thể số VIII đã được sao chép từ vùng centromere của nhiễm sắc thể thứ XI, vì một vài gene liên kết centromere đã được tìm thấy là bản sao của NST XI. Hình 2: Trình tự vùng tâm động – các CDE So với bộ gene của những sinh vật eukaryote bậc cao hơn, thì hệ gene của nấm men giàu AT hơn. Nghiên cứu đầy đủ của chuỗi trình tự của 3 nhiễm sắc thể nấm men đã cho thấy số lượng trung bình của AT là 61.7%. Dọc chiều dài của nhiễm sắc thể nấm men còn có các vùng giàu (G+C) và nghèo (G+C) mỗi đoạn dài khoảng 50 kb. Centromere luôn luôn được tìm thấy trong một vùng nghèo (GC), Trình tự AT có thể lên tới 65%. Các nhà khoa học đã nghiên cứu 40 bp đầu tiên ở hai đầu trái và phải của 16 CEN DNAs và đã thấy rằng 3 nhân tố bảo tồn centromere nằm trong vùng có trình tự AT trung bình 75%. 50 bp bên trái CDEI và bên phải CDEIII có số lượng AT tương ứng 71 và 68%. Vì vậy chuỗi trình tự xung quanh các CEN DNA của nấm men có số lượng AT cao hơn các vùng khác của nhiễm sắc thể. Trường hợp ngoại lệ là các trình tự bên trái của CEN2 và những trình tự xung quanh CEN14. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng trong trường hợp của CEN6 centromere, chức năng không phụ thuộc vào các vùng có số lượng AT đặc biệt khi chúng không nằm xung quanh DNA. Sự hạ thấp số lượng AT trái và phải của CEN6 từ 75-80% xuống còn 38-44% không làm giảm hoạt động của centromere trong quá trình nguyên phân và giảm phân. Như vậy sự thay đổi tự nhiên trong số lượng AT của các chuỗi xung quanh CEN DNA cho thấy sự độc lập của vùng trình tự 120 bp tạo nên các nhân tố CDEI, CDEII và CDEIII trong cấu trúc và chức năng của Centromere. Do đó không rõ lý do tại sao CEN DNA của nấm men lại nằm trong vùng trình tự đặc biệt giàu A:T. CDE – Centromere DNA Element – là những nhân tố có vùng trình tự DNA xác định của centromere mang vùng trình tự bảo tồn và trình tự tương đồng. Có 3 nhân tố chính là CDEI, CDEII và CDEIII. Vùng trung tâm của 3 trình tự liền kề nhau của centromere là vùng trình tự CDEII giàu AT và có chiều dài khoảng 75-100bp. (87-98% A:T và T:A bp). Vùng trình tự DNA giàu AT thường có xu hướng thay đổi vị trí xắp xếp của các trình tự A:T và T:A bp, nhưng các nhân tố này không mang trình tự nhận biết trình tự bảo tồn.Chỉ có một số vị trí nhất định của CDEII được bảo tồn. CDEII là nhân tố mang vùng trình tự tương đồng quy định chức năng của centromere. Việc thay thế một phần trình tự CDEII một cách ngẫu nhiên trong vùng trình tự giàu AT làm giảm đáng kể chức năng của centromere trong nguyên phân và giảm phân. CDEI và CDEIII nằm liền kề ở hai đầu của CDEII, là vùng có mức độ bảo tồn cao và mang các trình tự hai chiều. CDEI là vùng có trình tự ngắn nhất (ở nấm men có chiều dài khoảng 8 bp), có độ bảo tồn cao và xuất hiện ở hầu hết các CEN DNA (ở nấm men có vị trí 5 của CEN2 và 1 của CEN9 là không phù hợp với các trình tự tương đồng). Đây là vùng trình tự cần thiết cho việc duy trì sự gắn kết của các chromatid trong suốt quá trình giảm phân 1 Nhân tố CDEIII dài 26 bp đã cho thấy 1 phần tương đồng giữa các CEN DNA, trừ vùng trung tâm có độ bảo tồn cao (ở nấm men vị trí 11-17 và 2 cặp G:C ở vị trí 2 và 8). Phần còn lại của vùng trình tự này là 1 đầu giàu T:A ở đầu 5’ và 1 đầu giàu A:T ở đầu 3’. Sự thay đổi các cặp đơn ở vùng trình tự 2 chiều của CDEIII làm tăng số lượng nhiễm sắc thể bị mất Hình 3: Trình tự DNA của CEN8 ở nấm men . (B) Các CDE của CEN8. Hình kim cương tượng trưng cho trục của 2 trình tự đối xứng và mũi tên chỉ chiều của những chuỗi thuận nghịch. (C) Vị trí tương đồng của các centromere DNAs. Chuỗi trình tự của 16 CEN DNA được gióng cột và xác định vùng tương đồng. Những số ở dưới chỉ vị trí của các Nu trong chuỗi DNA. Những chữ hoa chỉ số lần xuất hiện của các Nu xuất hiện 14-16 lần, những chữ thường 1-13 lần. R chỉ 1 purine. Các số được gạch chân chỉ các phần còn lại được dùng để xác định vùng tương đồng. Cấu trúc về các protein Công trình nghiên cứu của William C. Earnshaw và Naomi Rothfield 1985 về kháng thể từ huyết thanh bệnh nhân scleroderma ( bệnh xơ cứng da) và bệnh tự miễn dịch cho thấy có sự ảnh hưởng đến hoạt động của centromere. Họ gọi các protein đó là protein centromere (CENP) kháng thể (antibodies centromere proteins) A, B, and C. Sự miễn dịch ở bệnh nhân scleroderma là một dấu hiệu quan trọng để biết được chức năng của protein trong centromere. Cấu trúc centromere hoàn chỉnh là một phức hợp rất phức tạp với sự tham gia của nhiều loại protein đóng vai trò khác nhau bao gồm: DNA lõi chromosome liên kết inner Kinetochore và phức hợp protein kinetochore . DNA chromosome liên kết inner kinetochore: chứa trình tự bảo tồn giàu trình tự bảo tồn giàu A-T có kích thước khoảng 220bp, 15-20 nm. Được chia thành 3 cùng theo bảng sau: Bảng 1: trình tự và chức năng vùng DNA của centromere Vùng I II III Trình tự 5’A(G)TCACA(G)TG3’ >90% A-T 25Bp Được bảo tồn cao Chức năng Phân li NST về các cực tế bào trong nguyên phân và giảm phân I Đóng vai trò quan trọng trong chức năng centromere Đóng vai trò quan trọng trong xác định cấu trúc DNA Hình 4: Trình tự bảo tồn của CDE Inner kinetochore là phức hợp protein trong đó có 2 loại được chú ý nhiều: CENP-A (centromere proteins ): dạng biến thể protein H3 thay thế cho H3 của nucleosomes, CENP-A là cơ sở cho centromere hoạt động. Với tế bào thiếu CENP-A sự phân chia xảy ra không còn chính xác. CENP-B là loại protein liên kết với trình tự lặp lại trên DNA của tâm động. Ở người, vùng lặp lại này được biết đến là alpha satellite DNA. Một đơn vị trên alpha satellite DNA có chiều dài là 117bp, chứa trình tự 17bp gắn với CENP-B tao thành CENP-B box. CENP-B gắn vào DNA satetillite trên 2 nucleosome. Trên chromosome có thể chứa từ hàng trăm tới hàng ngàn hộp CENP-B tiềm ẩn à centromere có sự bất động chiều dài và vị trí trên NST. Ngoài ra còn có sự tham gia của nhiều loại CENP khác. Ngày nay người ta đã biết được 20 loại CENP khác và có thể tăng hơn nữa trong thời gian tới khi chúng ta hiểu rõ về sự hình thành kinetochore. Hình 5: Các protein của inner kinetochore Cấu trúc centromere có thể được chia làm 3 hệ thống như sau: DNA chromosome liên kết với inner kinetochore Tương tác của protein Kinetochore và bề mặt trục vô sắc. Vi ống gắn trùng hợp và trực tiếp lên motor và một protein khác là một phần của trục kiểm soát (spindle checkpoint), cho phép chỉ những tế bào có sự gắn đúng trục sẽ tiến đến anaphase. Hoạt động kinetochore protein đặt dưới sự kiểm soát của hệ thống tế bào bởi những phức hợp có chức năng điều hòa: APC, phức hợp thúc đẩy kỳ sau (anaphase-promoting); CEN, DNA tâm động; SCF, phức hợp ubiquitin-ligase. Hình 6: Các protein của kinetochore Hình 7: Outer kinetochore Nguyên nhân dịch chuyển nhờ vi ống có protein dynein và kinesin VAI TRÒ TRONG NGUYÊN PHÂN VÀ GIẢM PHÂN Nguyên phân Nguyên phân là một cơ chế di truyền của tế bào, nhằm tạo ra hai tế bào giống nhau hoàn toàn về số lượng và thành phần thông tin di truyền. Để làm được như vậy, NST trong tế bào phải được nhân đôi, sau đó phân ly và hình thành hai tế bào con. Tâm động, nhất là thành phần kinetochore, có vai trò quan trọng trong sự phân ly NST trong quá trình này. Nguyên phân gồm có 4 giai đoạn chính: Kỳ đầu: màng nhân bắt đầu tiêu biến, 2 trung thể bắt đầu tách ra. Kỳ giữa: màng nhân tiêu biến, các sợi vô sắc xâm nhập vào vùng nhân. Sau đó các NST kép xếp thành một hàng ở mặt phẳng xích đạo. Kỳ sau: các sợi vô sắc co rút, kéo các NST về 2 cực tế bào. Kỳ cuối: hình thành màng nhân, màng tế bào phân cách để tạo thành 2 tế bào con. Hình 8: Các giai đoạn của nguyên phân. Ở đầu kỳ giữa, mỗi NST hình thành hai kinetochore ở tâm động, mỗi kinetochore gắn với một chromatid. Một kinetochore là một phức hợp protein giống như một cái vòng để sợi vô sắc móc vào, đó là nơi mà các sợi vô sắc gắn vào NST (khoảng 1 – 40 sợi, trung bình là 20 sợi). Dù cấu trúc và chức năng của kinetochore vẫn chưa được hiểu hết nhưng nó được biết là có chứa các dạng “động cơ ở cấp phân tử”. Khi một sợi vô sắc kết nối với kinetochore, động cơ được kích hoạt, dùng ATP để kéo NST về 2 trung thể. Hoạt động của động cơ cùng với sự polymere hóa và depolymer hóa các vi sợi đã cung cấp lực kéo cần thiết cho sự phân chia các nhiễm sắc tử của NST sau này. Khi mà thoi vô sắc đạt đến kích thước thích hợp, sợi vô sắc bắt đầu tìm kinetochore để gắn vào. Một số sợi không gắn vào kinetochore tìm và tương tác với các sợi không gắn vào kinetochore khác ở cực bên kia của tế bào. Tương tự như việc “câu cá”. Kinetochore là “lưỡi câu” bắt “cá” là các chromatid. Trung thể giống như cái cần quay kéo các sợi vô sắc hay “dây câu”. Khi mỗi kinetochore được gắn vào một chùm sợi vô sắc và NST đã xếp hàng ở mặt phẳng xích đạo, tế bào tiến hành Anaphase (Kỳ sau). Lúc này có hai hiện tượng xảy ra: đầu tiên, các protein nối hai chromatid bị cắt đi. Những chromatid này giờ đây giờ đây tách ra và được kéo về hai cực tế bào bằng việc co rút các sợi vô sắc. Sau đó, các sợi không gắn vào kinetochore dài ra, kéo các trung thể càng xa ra hai cực tế bào. Chưa rõ lực nào gây ra sự chuyển động của trung thể về hai cực mặc dù có lý thuyết cho rằng nguyên nhân nằm ở sự lắp ráp và tan rã nhanh chóng của các vi sợi. Nếu như không có tâm động, các sợi vô sắc sẽ không gắn vào NST, khiến chúng dù đã nhân đôi nên không thể phân ly, gây ra hiện tượng lệch bội, đa bội hóa. Nếu như NST có nhiều tâm động, thì có thể gây ra hiện tượng NST không thể phân ly hoặc bi đứt gãy. Giảm phân Sự phân bào giảm nhiễm là một cơ chế di truyền của tế bào, nhằm tạo ra 4 tế bào con có số NST giảm đi một nửa, hình thành giao tử. Quá trình giảm phân gồm giảm phân I và giảm phân II. Hình 9: Các giai đoạn của quá trình giảm phân Giảm phân I gồm có 4 giai đoạn chính: Kỳ đầu: Màng nhân bắt đầu tiêu biến, 2 trung thể bắt đầu tách ra, có thể có sự trao đổi chéo giữa các cặp NST tương đồng. Kỳ giữa: Các cặp NST kéo sắp xếp thành 2 hàng ở mặt phẳng xích đạo. Kỳ sau: Các sợi vô sắc đính lên các NST kép, kéo chúng về 2 cực của tế bào. Kỳ cuối: Hình thành màng nhân và màng tế bào, hình thành 2 tế bào con có số NST giảm còn một nửa. Ở kỳ đầu, 2 trung thể, mỗi trung thể chứa 1 cặp trung tử trong tế bào động vật, di chuyển đến 2 cực của tế bào. Những trung thể này đã được nhân đôi trong pha S, lúc bấy giờ đảm nhiệm chứng năng trung tâm điều khiển các vi sợi nhằm se chúng lại, đóng vai trò là dây và cột của tế bào. Những vi sợi này xâm nhập vào vùng nhân sau khi bao nhân bị phân hủy, gắn với NST tại kinetochore. Kinetochore đóng vai trò là một động cơ, kéo các NST dọc theo vi sợi hướng về trung tử. Có 4 kinetochore trên mỗi cặp nhiễm sắc thể tương đồng, nhưng ở giảm phân I, cặp kinetochore của 2 chromatid dính với nhau thành một đơn vị chức năng. Ở kỳ sau I, các sợi vô sắc co rút, tách các NST tương đồng (có thể chứa các đoạn tái tổ hợp) ra. Vì mỗi NST có một cặp kinetochore thực hiện chung một chức năng nên cả NST đó sẽ bị kéo về cực. Giảm phân hai về hình thức giống với nguyên phân. Nhưng ở kỳ đầu giảm phân II, tâm động chứa hai kinetochore được gắn với những sợi vô sắc từ trung tử ở mỗi cực. Mặt phẳng xích đạo lúc này quay 90o so với giảm phân I, làm cho các sợi vô sắc đính lên cả 2 kinetochore của cùng một NST kép. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Công trình nghiên cứu William C Earnshaw và Naomi Rothfield 1985 về kháng thể từ huyết thanh bệnh nhân scleroderma ( bệnh xơ cứng da), bệnh tự miễm dịch cho thấy sự có ảnh hưởng hoạt động centromere Hậu quả của đột biến cấu trúc NST telocentric: Mất đoạn (mất đỉnh): mất đoạn dài tạo hiện tượng “giả trội” thường gây chết do sự mất cân bằng bộ gen Đảo đoạn mang tâm động: Không có trao đổi chéo xảy ra trong giảm nhiễm 1 thì kì sau 1 NST bình thường. Xảy ra trao đổi chéo thì 1 nửa sản phẩm mất sức sống Khi ở trạng thái dị hợp tử thì đảo đoạn gây nên một số thay đổi về di truyền và tế bào, do đó người ta có thể dễ dàng phát hiện ra đoạn đảo. Khi có đảo đoạn ngoại tâm sẽ không làm thay đổi vị trí hai vế, còn khi có đảo đọan quanh tâm sẽ dẫn đến thay đổi vế của thể nhiễm sắc, có thể biến thể nhiễm sắc tâm cận mút (acrocentric chromosome) thành thể nhiễm sắc cận tâm (metacentric chromosome) và ngược lại. Robertsonian translocation (Chuyển vị Robertsonian) là hình thức chuyển đoạn phổ biến của NST, sắp xếp lại NST mà được hình thành bởi sự hợp nhất của toàn bộ vai dài của 2 acrocentric không tương đồng. Được đặt tên theo nhà côn trùng di truyền học người Mỹ WRB Robertson, người đầu tiên mô tả Robertsonian translocation ở châu chấu vào năm 1916. Hình 10: Robertsonian translocation. Cơ chế: Chuyển  đoạn  thuận nghịch được thực hiện giữa 2 NST tâm đầu A và B, khi A bị đứt phía dưới tâm động tạo vai dài mất tâm động, còn B bị đứt ở đầu mút ngắn trên tâm động, 2 đoạn nối nhau tạo NST tâm đều mang tâm động của B. Đoạn có tâm động A với vai ngắn nối với đoạn ngắn của B hình thành NST con có tâm động A. NST con mới có nhiều chất dị nhiễm sắc không quan trọng nên thường mất đi trong quá trình phân bào hoặc sau vài thế hệ. Chuyển đoạn Robertson có hậu quả làm giảm số lượng NST. Khoảng 1/1000 trẻ sơ sinh có 1 Robertsonian translocation. Các hình thức thường gặp nhất của translocations Robertsonian là giữa nhiễm sắc thể 13 và 14, 13 và 21, và 21 và 22, bởi vì các vai ngắn của nhiễm sắc thể này mã hóa cho rRNA hiện diện trong nhiều bản sao. Hậu quả: Một Robertsonian translocation gây nên các kết quả: hình thức cân bằng không làm vượt quá hoặc thâm hụt của vật liệu di truyền và không gây khó khăn về sức khỏe. Hình thức không cân bằng, translocations Robertsonian gây mất nhiễm sắc thể, bổ sung và kết quả của hội chứng dị tật nhiều, bao gồm trisomy 13 ( hội chứng Patau ) và trisomy 21 ( hội chứng Down ). Chẳng hạn, khoảng 5% số người mắc hội chứng Down (Down syndrome) có một bố mẹ là dị hợp về một chuyển đọan. Cụ thể trong trường hợp này, vai dài nhiễm sắc thể 21 (đọan 21q) bị đứt ra và gắn vào chỗ đứt trên vai ngắn nhiễm sắc thể 14; người bố hoặc mẹ này ở trạng thái dị hợp với kiểu hình bình thường, nhưng có nguy cơ gây hội chứng Down ở đời con do sự phân ly sai hình xảy ra trong giảm phân. Hình 11: 6 sản phẩm có thể có của sự phân ly Theo nguyên tắc, khi giảm phân, thể dị hợp chuyển đoạn có thể tạo ra bốn loại giao tử, với xác suất ngang nhau, thuộc hai nhóm có bộ nhiễm sắc thể cân bằng và không cân bằng sau đây: [14 ; 21] : [14 + 21q] : [14] : [(14 + 21q) ; 21] Khi các giao tử này thụ tinh với các giao tử bình thường [14 ; 21] sẽ cho ra bốn kiểu hợp tử tương ứng là: [(14)2 ; (21)2] : [(14;14 + 21q) + 21] : [(14)2 + 21] : [(14;14 + 21q) + (21)2] ↓ ↓ ↓ ↓ Bình thường : Thể dị hợp chuyển đọan : Thể một 21 : Thể ba 21 (46) (45) (45; chết) (46) Bởi vì các cá thể nhận được chỉ một nhiễm sắc thể 21 sẽ bị chết, nên chung cuộc có khoảng 1/3 số trẻ sống (từ một thể dị hợp chuyển đoạn như vậy) được kỳ vọng là mắc hội chứng Down. Trên thực tế, tỷ lệ này thấp hơn 1/3, chủ yếu là do một số cá thể không sống sót được ở thời kỳ thai. Người có 46 NST, các vượn người (hắc tinh tinh, khỉ đột, đười ươi) có 48 NST. NST thứ hai của người gồm hai đoạn giống 2 NST khác nhau của các vượn người. Rất có thể từ tổ tiên chung, một chuyển đoạn Robertson đã tạo nên loài người do sự nối lại của 2 NST khác nhau, làm giảm số lượng NST còn 46 thay vì 48 như ở các loài vượn người. Chương II: TELOMERE LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU. Đầu thế kỷ 15, khi khoa học bắt đầu tìm hiểu cơ chế nhân đôi của các gene, một vấn đề nảy sinh là phần tận cùng của một trong hai mạch của chuỗi DNA không thể được nhân đôi. Chính vì vậy, theo lý thuyết NST sẽ bị ngắn đi sau mỗi lần phân bào, nhưng thực tế thì không phải như vậy. Những nghiên cứu và khám phá về telomere và telomerase bắt nguồn từ thập niên 1930, qua công trình nghiên cứu của Barbara McClintock và Hermann Muller (cả hai được trao giải Nobel y sinh học). Lúc đó, hai nhà khoa học này phát hiện rằng hai phần đầu và cuối của mỗi nhiễm sắc thể rất cần thiết để duy trì sự ổn định DNA. Giáo sư Muller đặt tên cho hai phần này là telomere, ghép từ hai chữ trong tiếng Hi Lạp là telos (có nghĩa là cuối) và meros (có nghĩa là phần). Trong khi đó, McClintock chú ý thấy nếu không có hai “nút” này, các nhiễm sắc thể sẽ dính vào nhau, và thay đổi một cách bất thường. Do đó, chức năng của telomere là bảo vệ không cho nhiễm sắc thể bị dính vào nhau và chống lại sự “xói mòn” của DNA.Tuy nhiên, cơ chế hoạt động của các "đầu mút" này ra sao còn là điều bí ẩn. Hermann Muller và Barbara McClintock lần lượt được trao giải Nobel vào các năm 1946 và 1983. Vào đầu những năm 1980, trong một buổi họp khoa học, nhà di truyền học Elizabeth Blackburn trình bày kết quả nghiên cứu về giải mã gen đơn bào tetrahymena. Bà cho rằng, ở đoạn cuối nhiễm sắc thể của đơn bào xuất hiện nhiều lần chuỗi CCCCAA không chức năng. Trình tự của đoạn "đầu dây" này được Elizabeth Blackburn xác định trên NST của trùng roi Tetrahymena Cả phần "bao đầu dây" là sự lặp đi lặp lại của trình tự này. Cũng vào thời điểm đó Jack Szostak chứng minh rằng khi đưa NST kích thước nhỏ (được hình thành khi DNA virus kết hợp với protein histon) vào nấm men, NST này sẽ nhanh chóng bị thoái hóa. Hai tác giả quyết định tiến hành thí nghiệm đưa đoạn CCCCAA của trùng roi vào tế bào nấm men. Kết quả đoạn trình tự này đã bảo vệ NST. Như vậy cấu trúc phần đỉnh NST của một loài này có thể bảo vệ NST của loài khác mặc dầu hai loài ở mức thang tiến hóa rất xa nhau. Các nghiên cứu tiếp theo chứng minh rằng trình tự DNA của phần đầu NST có mặt ở hầu hết các loài động, thực vật, từ a míp cho đến người. Một câu hỏi được đặt ra là cơ chế nào đã bảo vệ hay tạo mới đoạn mút quan trọng này? Câu hỏi này được Carol Greider và giáo sư hướng dẫn tìm lời giải đáp vào lễ giáng sinh 1984 bằng phát hiện dấu hiệu của một enzym trong dịch chiết tế bào. Enzyme được đặt tên telomerase, được tinh sạch và tiếp tục xác định cấu trúc. Một kết quả gây ngạc nhiên là telomerase gồm cả RNA và protein. Phần RNA chứa trình tự CCCCAA và đóng vai trò làm khuôn mẫu tổng hợp telomere trong khi phần protein đảm bảo cho enzym hoạt động. Enzym này kéo dài đoạn đầu mút và tạo điều kiện để DNA polymerases (enzym tác động vào quá trình kéo dài chuỗi DNA) thực hiện sao chép dọc chiều dài cho đến tận điểm cuối NST). Vài năm sau đó, một số nhà khoa học khác cũng chứng minh được enzym telomerase không chỉ xuất hiện trong cơ thể đơn bào mà cả ở các loài ếch, chuột. Các nghiên cứu mới cũng xác định, chúng có ở hầu hết các sinh vật với tế bào nhân chuẩn, kể cả ở con người. Mặc dù enzym telomerase của mỗi loài khác nhau, nhưng trên nguyên tắc chúng đều có chức năng như nhau. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TELOMERE Cấu trúc Telomere Vị trí của Telomere Hình 12: Vị trí của Telomere và Centromere trên NST Hình 13: Telomere ở người chứa hàng ngàn trình tự lặp lại của 6 Nucleotide: TTAGGG Telomere là các trình tự giàu U lặp đi lặp lại nằm ở hai đầu mút của nhiễm sắc thể. Các trình tự lặp lại này không mã hóa thông tin di truyền. Hình 14: Telomere nằm ở đầu mút của các NST Các trình tự lặp lại thường là TTAGGG, Telomere có chiều dài 5000 – 15000 base. Trình tự lặp lại và số lần lặp lại của trình tự tại telomere là khác nhau giữa các loài. Hình 15: Một số trình tự lặp lại ở Telomere của một số loài. Cấu trúc T-loop của Telomere Hình 16: T-loop Ở trạng thái khi tế bào không phân chia, tức là từ pha G2 trở đi, thì telomere sẽ liên kết với một số loại protein gắn chuyên biệt lên các trình tự nằm ở hay gần vùng telomere nhằm tạo nên một cấu trúc phức tạp và vững chắc, được gọi là T-loop. Cấu trúcT-loop này đóng vai trò bảo vệ đầu mút DNA nhiễm sắc thể khỏi tác động của các enzyme hay các đáp ứng không thích hợp gây nguy hại đến DNA, cũng như hiện tượng dung hợp các đầu mút nhiễm sắc thể hay hiện tượng tái tổ hợp tương đồng giữa các vùng telomere. Các protein telomere liên quan rất quan trọng để duy trì sự ổn định telomere và điều chỉnh chiều dài telomere. Protein trong T-loop: Cấu trúc T-loop của Telomere liên quan tới các loại protein bám trên mạch: POT1 (Protection of telomeres-1) khi hình thành cấu trúc T-loop, một đoạn DNA phía dưới vòng cung do DNA uốn lại, sẽ tách ra làm 2 mạch đơn, protein POT1 bám vào mạc 3’, làm nhiệm vụ bảo vệ mạch và ngăn không cho 2 mạch bắt cặp lại với nhau. Các phức hợp TRF1 và TRF2 cùng các protein tương tác với chúng Hình 17: Phức hợp protein TRF2 (Telomere Repeat binding Factor-2) gồm TRF2, phức hợp [MRE11, RAD50, NBS1], WRN (Werner Syndrome Helicase_enzyme helicase có trong hội chứng Werner-lão hóa nhanh), ERCC1/XPF (một enzyme endonuclease) làm nhiệm vụ bảo vệ đoạn cuối nhiễm sắc thể, kết hợp cùng POT1 ngăn chặn sự bắt cặp dung hợp giữa các đoạn cuối NST với nhau. Ngoài ra, TRF2 còn tương tác với yếu tố phát tín hiệu sửa chữa NST để bảo về telomere khỏi các enzyme sửa chữa. Phức hợp protein TRF1 (Telomere Repeat binding Factor-1) gồm TRF1, Tankyrase ½, PINX1, Tin2 và POT1, có vai trò trong việc kiểm soát sự tăng chiều dài telomere thông qua việc tiếp nhận telomerase lên telomere. Ngoài ra, còn có các enzyme khác như Ku70/80, DNA-PK, Bloom helicase. Ngoài cấu trúc T-loop, telomere và tiền telomere vẫn bị ràng buộc bởi cấu trúc nucleosomes với nhiều loại protein histone khác nhau, đặc trưng của từng vùng cấu trúc chromatin. Các điểm histone liên quan đến sự trimethyl hóa của H3K9 và H4K20 bởi trung tâm xác đinh khác biệt màu sắc từ 3-9 monolog (Suv39h và h2) và trung tâm xác định khác biệt màu sắc 4-20 monolog (Suv4-20 và h2). Hơn nữa, các protein chromatin HP1α , HP1β và HP1γ được gắn vào các vùng cấu trúc telomere và tiền telomere nhờ sự liên quan đến dư lượng H3K9 trimethyl hóa. Giải thích vì sao vùng telomere lại không có gene: Vùng telomere lànhững vùng dị nhiễm sắc chất, được điều hòa bởi cơ chế bít gene qua biến đổi histon và DNA. Bít gene là một hiệu ứng vị trí, nghĩa là gene bị bít do hiệu ứng của nó trên NST, chứ không phải do đáp ứng lại các tín hiệu của môi trường. Bít gene có thể lan tỏa dọc trên phân tử DNA, làm tắt sự biểu hiện của nhiều gene. Vì được điều hòa bởi cơ chế bít gene này nên những vùng này chứa các đoạn DNA lặp lại ở mức độ rất cao và mang rất ít, thậm chí hoàn toàn không có sự biểu hiện gene mã hóa protein. Một sinh vật nhân thực được nghiên cứu nhiều về hiện tượng bít gen này là nấm men Saccharomyces cereviseae, bít gene được thực hiện qua quá trình methyl hóa và loại Acetyl hóa histone vùng telomere là một trong những vùng có gene bị bít. Đoạn NST này dài khoảng 1_5kb, kết đặc và gấp khúc.Các chất nhiễm sắc ở vùng này được acetyl hóa ở mức thấp hơn so với các vùng khác của NST và các gene chỉ được biểu hiện yếu.Có 3 gene mã hóa cho protein điều hòa bít gene là SIR2, 3 4. Ba protein được các gene này mã hóa hình thành nên phức hệbít gene tại vùng chất nhiễm sắc mà chúng gắnvào. Trong các protein này, IS2 là một histone deacetylase. Phức hệ bít gen được huy động tới đầu mút bởi một protein liên kết đặc hiệu với trình tự lặp lại ở đầu mút (protein RAP1). Sự huy động này khởi đầu cho hoạt động loại nhóm acetyl tại đuôi histone. Các histone bị loại acetyl bị các phức hệ bít gene nhận ra, sau đó hiện tượng loại acetyl hóa lan rộng theo NST, tạo nên một vùng dị nhiễm sắc chất kết đặc. Sự lan tỏa này chỉ giới hạn ở vùng đầu mút vì một số cơ chế khác làm cản trở sự lan tỏa hiệu ứng của SIR2, trong đó chủ yếu là sự metyl hóa đoạn đuôi của histone H3. Đó là lí do làm cho vùng telomere không có gen. Chức năng của Telomere Telomere và các protein gắn khảm trên vùng này thực hiện hai chức năng qaun trọng: Giúp phân biệt đầu mút thật sự của NST với các đoạn dứt gẵy khác trên cùng NST hoặc từ các NST khác trong cùng một tế bào. Nhờ vậy, cơ chế sửa sai của tế bào sẽ phân biệt được đâu là đầu mút và đâu là đoạn đứt gãy để không sửa chữa nhầm. mặt khác, DNA ở vùng đầu mút có ần số tái tổ hợp cao nên dễ bị phân giải, chính các protein gắn kết với vùng đầu NST sẽ giúp hạn chế vấn đề này. Telomere quyết định tính toàn vẹn cấu trúc cho từng NST, nếu NST không được bảo vệ bởi telomere, trong giai đoạn anaphase của nguyên phân,khi hai centromere bị kéo về hai phía đối diện, DNA ở giữa sẽ bị đứt ra, kết quả là làm NST bị hư hỏng, tách rời ra, cuối cùng bị biến mất trong tế bào. Telomere có nhiệm vụ bảo vệ đầu mút của NST. Một hiện tượng xảy ra trong quá trình sao chép DNA là DNA polymerase không thể tổng hợp bù đoạn mồi ở hai đầu mút NST, vì vậy sau mỗi lần phân bào, telomere sẽ ngắn dần đi, và khi đầu mút NST quá ngắn, chạm vào đoạn gene chức năng quan trọng, thì tế bào sẽ dần bị già hóa và chết. Mỗi lần NST phân chia telomere bị mất khoảng 50 – 100 base, Độ dài Telomere được xem như thước đo tuổi thọ của tế bào. Telomere ó nhiệm vụ bảo vệ sự bền vững của nhiễm sắc thể, chống lại sự suy thoái, chống lại sự tổ hợp sai lạc và sắp xếp lại trong quá trình sao chép DNA Telomere điều hòa gen Giúp nhiễm sắc thể bám vào màng nhân, tránh làm cho nhiễm sắc thể bị dính và biến dạng Mỗi lần NST phân chia telomere bị mất khoảng 50 – 100 base, chúng phân chia tới khi telomere trở nên quá ngắn không phân chia được nữa. Độ dài Telomere được xem như thước đo tuổi thọ của tế bào. ENZYME TELOMERASE Telomerase là một ribonucleoprotein bao gồm một phân tử RNA bản mẫu (TERC) và một enzyme phiên mã ngược (TERT). Thành phần RNA của telomerase người có chừng 445 nucleotide, trong đó các nucleotide 46-56 là vị trí gắn vào đầu cùng 3’-OH của telomere, và đó là khuôn để từ đó thêm vào các nucleotide của telomere. Telomerase ở người cầu thành bởi các thành phần chính sau: telomerase RNA (hTR hay hTERC), phân tử telomerase phiên mã ngược (hTERT), và dyskerin (DKC1). Các gene quy định các thành phần này được phân bố trên các nhiễm sc thể khác nhau của genome của người. Gene hTERT được dịch mã thành một protein gồm 1132 acid amin. Chuỗi polypeptide hTERT này được cuộn với hTERC, một RNA không quy định tính trạng gồm 451 nucleotide. hTERT có một cấu trúc kiểu găng tay hở cho phép nó trùm lên sợi nhiễm sắc thể để thêm vào các trình tự lặp lại telomere. . TERT bao gồm 1132 amino acids phục vụ cho quá trình kéo dài mạch telomere từ TERC (như retrovirus). Telomerase không chỉ có trên thực vật mà nó còn hiện diện ở hầu hết các tế bào eukaryote. Cần chú ý rằng telomere không phải là chìa khóa cho sự toàn thế của tế bào thực vật. Telomerase sao chép đoạn lặp lại TTAGGG (trình tự ở người và động vật có xương sống) vào đuôi chromosome, nhằm duy trì chiều dài của vùng telomere ở cuối NST sau quá trình nhân đôi. Telomerase được biểu hiện ở tế bào mầm và tế bào gốc, còn hầu hết các tế bào soma trường thành không biểu hiện telomerase. Vì thế, NST bị ngắn dần sau mỗi chu kỳ tế bào, đến một lúc nào đó chiều dài vùng elomere không đủ để bảo vệ đầu mút NST sẽ dẫn đến Apoptosis (tế bào chết theo chương trình). Hoạt động sao chép đầu mút NST phân tử DNA của enzyme telomerase: Telomerase là một enzyme phiên mã ngược đặc biệt, nó mang sẵn RNA của chính mình làm khuôn để tổng hợp DNA, nhờ vào enzyme hTERT có hoạt tính phiên mã ngược dùng mạch RNA để tổng hợp nên mạch đơn DNA.Vì thế, nó là một ribonucleoprotein có nhiệm vụ là giúp kéo dài telomere trong tế bào. Để có thể hoạt động được, hTERT phải kết hợp với các protein khác như EST2, TEP1, SSB, DKC1. hTERC là một đoạn RNA có trình tự 5’-CUAACCCUAAC-3’, được sử dụng làm khuôn và một phần bắt cặp bổ sung vào đầu các 5’ telomere. Enzyme này có khả năng nhận ra vùng giàu G ở đầu 3’. Khi hoạt động hTERC sau khi gắn với đầu tận cùng DNA của nhiễm sắc thể sẽ được hTERT xúc tác tổng hợp các deoxynucleotide vào đuôi 3’ của các đoạn telomere lặp lại. Khuôn RNA sau đó lại được dịch chuyển qua vị trí đuôi 3’ của đoạn telomere vừa mới tổng hợp. Quá trình phiên mã ngược nhờ hTERT được xảy ra trong suốt quá trình sao mã DNA. Kết quả là telomerase sẽ thêm được các đoạn 5’-GGTTAG vào đuôi 3’ của mạch DNA. Enzyme này không tổng hợp các nucleotic vào các vị trí còn trống trên mạch DNA đang được tổng hợp mới giống như hoạt tính của csc enzyme DNA và RNA polymerase ,mà thay vào đó nó xúc tác phản ứng kéo dài chuỗi DNA từ đầu 3’ của mạch khuôn dựa trên trình tự RNA đối mã của nó. Nhờ vậy nhiều đoạn trình tự TTTAGGG lặp lại liên tiếp được tổng hợp từ đầu 3’ của mạch khuôn. Dựa trên mạch mới tổng hợp này, DNA polymerase có thể tiến hành tổng hợp đoạn DNA ở đầu mút của mạch đối diện. Hoạt động của telomerase TELOMERE – TELOMERASE & CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN. Telomere - chìa khóa kéo dài tuổi thọ. Từ ngàn đời nay, sinh-lão-bệnh-tử dường như là khi hoạt đông, enzyme này vòng quay tất yếu của cuộc sống. Tuy nhiên con người luôn luôn mong muốn tìm ra m ột phương pháp có thể giúp mình trẻ mãi không già. Khám phá của ba nhà khoa học đạt giải Nobel Sinh học –Y khoa năm 2009 đã mở ra một triển vọng mới cho con người trên con đường đi tìm phương pháp “cải lão hoàn đồng”. Trong sinh học, lão hóa (tiếng Anh: senescence, xuất phát từ senex trong tiếng Latin có nghĩa là "người già", "tuổi già") là trạng thái hay quá trình tạo nên tuổi tác, già nua. Lão hóa tế bào là một hiện tượng khi các tế bào phân lập trở nên hạn chế khả năng phân chia trong môi trường nuôi cấy. Lão hóa cơ thể đề cập đến quá trình trưởng thành và già nua của sinh vật. Những quá trình này không liên quan đến cơ chế apoptosis (chết tế bào theo chương trình). Tuổi già của sinh vật thường kèm theo biểu hiện giảm khả năng chống chọi với stress, mất dần cân bằng nội mội và tăng nguy cơ mắc bệnh tật. Do đó, cái chết là một kết cục cuối cùng của lão hóa. Một số nhà khoa học trong lĩnh vực biogerontology cho rằng tuổi già bản thân nó là một loại bệnh và có thể cứu chữa được, mặc dù đây là một vấn đề đang tranh cãi. Các nhà khoa học đã tập trung vào việc nghiên cứu một cơ chế sửa chữa tế bào cản trở sư lão hóa và có thể giúp ngăn ngừa bệnh tật. Trong nghiên cứu mới này, các nhà khoa học đã tiến hành thực hiện đối với mótố người Do thái thuộc dòng Ashkenazi(Do thái gốc Đức), môt dân tộc thuần chủng mà hệ di truyển đã được nghiên cứu sâu rộng. Ba nhóm người đã tham gia nghiên cứu: một nhóm gồm 86 người rất già (trung bình 97 tuổi) nhưng khoẻ mạnh; một nhóm gồm 175 người là con cháu của nhóm thứ nhất và nhóm đối chiếu gồm 93 người mà bố mẹ có một tuổi thọ bình thường. C ác nh à khoa học thực hiện việc nghiên cứu trên nhằm tìm giải đáp cho hai v ấn đề:1.Có phải những người sống thọ có khuynh hướng có những telomere dài hay không? 2. Và nếu đúng như vậy, thì liệu các biến thái của các gene liên quan việc mã hóa cho các telomerase của những người này có liên hệ tới sự tạo thành các telomere dài hay không?”  Kết quả nghiên cứu đã dẫn đến câu trả lời là “CÓ” cho cả hai vấn đề. V à kết quả nghiên cứu cũng cho thấy: các vị cao niên sống trên 100 tuổi có trong cơ thể một cơ chế đặc biệt, hoạt động 24/7 để sửa chữa các”phẩn cứng” (hardware) của cơ thể, trong khi đó trung tâm kiểm soát tế bào trong cơ thể  của những người sống bình thường thì lại suy yếu dần theo thời gian. Nhóm người già đã “thừa hưởng những gene đột biến (mutanf genes) làm cho hệ tạo thành telomesase có nhiều hoạt tính hơn và có khả năng duy trì chiểu dài của các telomere một cách hiệu nghiệm hơn. Phần lớn những người già này không mắc những bệnh liên quan tới tuổi già như bệnh tim mach và tiểu đường_ những bệnh gây nhiểu tử vong nhất cho các người lớn tuổi. T ừ các nghiên cứu thú vị trên , các nhà khoa học đang tiến đến tìm hiểu cơ chế: theo đó các biến đổi di truyền của telomerase duy trì được chiểu dài telomere.Sau cùng, họ hi vọng có thể triển khai những thuốc “nhái theo” các telomerase mà các cụ sống trăm tuổi đã may mắn có đ ược. Như vậy, trên hành trình tiến đến mục tiêu trường sinh bất tử, rõ ràng, con người đã có lí do để hi v ọng … Hiện nay, đã có một số tổ chức tiến hành thương mại hóa ý t ưởng đạt giải Nobel trên bằng các dịch vụ liên quan đến Telomere, như: đo chiều dài telomere để tiên đoán tuổi thọ, đo chiều dài telomere để chẩn đoán nguy cơ mắc bệnh tim và các bệnh khác.Tuy nhiên,hiêụ quả v à ý nghĩa về m ặt x ã hội của phương pháp trên vẫn đang là vấn đề mang nhiều tranh cãi. Telomere và ung thư: Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới, hằng năm có trên dưới 9 triệu người chết vì ung thư các loại, chưa kể khoảng 15 triệu người khác mới mắc bệnh.Những nghiên cứu về di truyền phân tử gần đây đã cho chúng ta một số hiểu biết cơ bản về bản chất, cơ chế phát sinh các bệnh ung thư khác nhau. Nhiều nghiên cứu cho thấy ung thư xảy ra do cơ thể mất khả năng kiểm soát sự phân bào. Một chu trình tế bào bình thường gồm hai pha là: pha sinh trưởng (G1, G2) xen kẽ với một pha sao chép DNA (pha S) và phân bào. Thời gian kéo dài của chu trình tế bào cũng như từng pha của nó được điều khiển chặt chẽ bởi các tín hiệu nội bào và ngoại bào để đảm bảo tế bào phân chia hợp lí. Một tế bào bình thường có thể phân chia 20-70 lần rồi già và chết. Sự rối lọan ở các protein thực hiện chức năng điều khiển sự phân bào có thể làm cho quá trình phân bào không được kiểmsoát, kết quả là tế bào phân chia liên tục và chuyển sang trạng thái ung thư. Nhưng vì sao tế bào ung thư có thể duy trì được sự bất tử mà không bị già hóa như các tế bào bình thường? Câu trả lời nằm ở enzyme telomerase. Đầu mút của nhiễm sắc thể đều có các đoạn telomere để bảo vệ. Sau mỗi lần phân bào, đầu mút lại ngắn dần, đến lúc vượt qua giới hạn Hayflick của tế bào, thì đoạn telomere bảo vệ cũng mất đi, dẫn tới việc tế bào bị già và chết. Nhưng ở các tế bào ung thư, người ta quan sát được: đoạn telomere ở đầu mút ngắn hơn các tế bào bình thường, nhưng luôn được duy trì. Sở dĩ tế bào ung thư có thể duy trì được đoạn telomere bảo vệ như vậy là nhờ enzyme telomerase. Cơ chế họạt động của enzyme này đã đựơc nghiên cứu kĩ và thu được nhiều kết quả, mở ra nhiều hướng ứng dụng enzyme này để điều trị bệnh ung thư. Chúng ta biết rằng cơ thể rất khó chống lại các tế bào ung thư, vì hệ thống miễn dịch của ta khó có thể tìm và tiêu diệt những tế bào bất thường này. Vì enzyme telomerase rất cần thiết cho nhiều loại tế bào ung thư để duy trì sự bất tử của chúng nên nếu bất hoạt được enzyme này, ta hoàn toàn có thể khống chế được ung thư. Nếu có thể điều chế được loại thuốc hay vaccine có khả năng ức chế hoạt đ ộng của enzyme telomerase mà không ảnh hưởng đến các tế bào gốc hay tế bào mầm thì ung thư có thể được đẩy lùi. Đây cũng là một hướng nghiên cứu rất khả quan hiện nay. Như vậy: việc phát hiện ra sự duy trì hoạt động của telomerase ở mức thích hợp sẽ giúp giảm quá trình lão hóa, lại đi song hành với việc phát hiện ra nếu telomerase quá “hung hăng” chúng ta sẽ bị ung thư và chết nhanh hơn. Đây quả là trò oái oăm của tạo hóa. Giải Nobel trên mang ý nghĩa về mặt triết học nhiều hơn là sinh học. Đó là ý nghĩa của sự công bằng của tạo hóa, có sự sống thì phải có cái chết. Cho dù thế nào đi chăng nữa, con người vẫn tìm thấy niềm an ủi rằng: từ hạt bụi nào đó trong tỷ tỷ hạt bụi trong vũ trụ, ta lại có cơ may được hiện diện một lần trong cuộc đời này. Một số phát hiện thú vị liên quan đến Telomere 2004: phụ nữ bị stress khi sống chung với đứa trẻ bị bệnh được tìm thấy có telomere ngắn hơn. Các nghiên cứu khác cho thấy rằng thiền định hoặc các hình thức giảm căng thẳng có thể kéo dài telomere. 2007: nghiên cứu đàn ông ở Scotland cho thấy những người có telomere dài nhất có 1/2 khả năng phát triển bệnh tim ít hơn những người có telomere ngắn hơn. Chiều dài telomere cũng liên hệ đến cholesterol khi dự đoán nguy cơ phát triển bệnh tim mạch. 2009: người có telomere ngắn liên quan đến di truyền bệnh tủy xương. 2010:  chuột không cho dung dịch để kéo dài telomere trong một số tế bào sẽ chết sớm hơn so với chuột bình thường.Tác dụng đảo ngược lão hóa xảy ra sau khi được tiêm dung dịch đó vào. 2011: nghiên cứu ở Anh cho thấy những người có trình độ giáo dục ít có telomere ngắn hơn so với những người có trình độ giáo dục cao hơn. Những người có hoàn cảnh nghèo già mau hơn và bị nhiều bệnh liên quan đến tuổi già.