THÔNG TIN LIÊN TẾ BÀO (Cell Signaling) Trong cơ thể đa bào, các tế bào có các cấu trúc liên kết cũng như chức năng phối hợp với nhau. Các tế bào phối hợp chức năng với nhau nhờ cơ chế thông tin liên tế bào. Thông tin này được thực hiện chủ yếu qua cơ chế hoá học, qua tương tác giữa các phân tử truyền tin do tế bào này phát ra và các phân tử nhận tin (thụ thể) trên tế bào khác (tế bào đích). Tùy theo đặc điểm tương tác giữa các tế bào ta có thể phân biệt các dạng thông tin liên tế bào khác nhau. I. PHÂN LOẠI THÔNG TIN LIÊN TẾ BÀO: 1- Paracrine (cận tiết). Các tế bào thông tin với nhau ở khoảng cách gần. Phân tử truyền tin trong trường hợp này không đi xa được do một trong các nguyên nhân (hoặc nhiều nguyên nhân kết hợp): được tế bào đích tóm bắt ngay, bị enzym ngoại bào phân hủy ngay, hoặc bị chất nền ngoại bào giữ lại. Nhiều yếu tố phát triển (growth hormon) có cơ chế tác dụng paracrine.  Autocrine (tự tiết) là một trường hợp riêng của cận tiết, trong đó tế bào đích có cấu tạo và chức năng giống hệt tế bào phát ra phân tử truyền tin, khi nhận tin, tế bào đích tiếp tục phát ra nhiều hơn nữa các phân tử truyền tin trước khi bắt đầu một đáp ứng khác. Tác dụng tự tiết giúp các dòng tế bào cùng nhau đáp ứng với một tín hiệu (hiệu ứng cộng đồng). 2- Endocrine (Nội tiết). Phân tử truyền tin trong trường hợp này được gọi là các hormone, chúng có thời gian tồn tại khá lâu, được tiết vào máu và tuần hoàn trong cơ thể, đạt tới tế bào đích ở một mô hay cơ quan khác. Hormone thường có nồng độ rất thấp nhưng ái lực rất cao với thụ thể. Tác dụng của hormone thường kéo dài hơn nhiều so với các dạng thông tin liên tế bào khác. Kiểu truyền thông tin này đặc trưng cho các tế bào tuyến nội tiết. 3- Synaps. Đây là dạng thông tin thực hiện bởi các tế bào thần kinh. Điện thế động chạy trên sợi trục thần kinh với tốc độ khá lớn, trên khoảng cách khá xa, khi tới gần tế bào đích, sợi trục hình thành cấu trúc tiền synap. Phân tử truyền tin trong trường hợp này gọi là chất trung gian thần kinh (neurotransmitter) được xuất bào qua màng tiền synap, khuyếch tán qua khoảng cách ngắn đến các thụ thể nằm trên màng tế bào đích (màng hậu synap). Đây là kiểu thông tin giữa tế bào thần kinh với nhau hoặc với tế bào khác (cơ, tuyến). 4- Liên kết khe. Một dạng thông tin liên tế bào nữa được thực hiện bằng cách khuyếch tán trực tiếp các phân tử nhỏ giữa các tế bào cùng loại nằm cạnh nhau và có những lỗ hổng trên màng bào tương thông thương với nhau. Đây cũng là loại thông tin tạo ra hiệu ứng cộng đồng để các tế bào cùng loại (trong cùng một mô) cùng nhau đáp ứng với tín hiệu điều khiển từ bên ngoài. II. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA CƠ CHẾ THÔNG TIN LIÊN TẾ BÀO:  Các thành phần chính của cơ chế thông tin liên tế bào gồm có phân tử truyền tin (do tế bào truyền tin phát ra), thụ thể (phân tử nhận tin trên tế bào đích) và chuỗi truyền tin tiếp sau thụ thể. 1. Phân tử truyền tin. Phân tử truyền tin có thể là protein, peptid, acid amin, nucleotid, steroid, retinoid, dẫn chất acid béo, thậm chí một số chất khí như oxid nitơ (NO) và monoxid carbon (CO). Phần lớn các phân tử truyền tin được tổng hợp trong Tế bào truyền tin qua liên kết khe có cấu tạo gồm các connexon lưới nội bào, điều vận qua Golgi rồi giải phóng vào môi trường ngoại bào nhờ cơ chế xuất bào. Một số phân tử truyền tin là các protein xuyên màng, sau khi được đưa ra phía ngoài màng bào tương chúng vẫn tiếp tục gắn trên bề mặt tế bào. Trường hợp này sự thông tin tế bào xảy ra khi có tiếp xúc trực tiếp giữa tế bào truyền tin với tế bào đích. Trong một số trường hợp khác, phân tử truyền tin là chất khí hoặc phân tử kị nước nhỏ, có thể dễ dàng khuyếch tán qua màng bào tương. Đặc điểm chung của các chất truyền tin là thường có nồng độ rất thấp (<10 - 8 M) và thời gian tồn tại không lâu, nhưng ái lực liên kết cao đối với thụ thể. 2. Thụ thể (Phân tử nhận tin) Thụ thể là những protein của tế bào đích có khả năng gắn một cách đặc hiệu đối với phân tử truyền tin rồi gây ra những biến đổi đáp ứng ở tế bào đích. Trong phần lớn trường hợp, thụ thể là những protein xuyên màng (cell surface receptors) có phần lớn cấu trúc nằm trên bề mặt ngoài màng bào tương, một số trường hợp khác thụ thể nằm ở bên trong bào tương (intracellular receptors). a. Thụ thể trên bề mặt tế bào:  Thụ thể trên bề mặt tế bào có thể chia thành 3 loại chính: thụ thể-kênh ion, protein G và thụ thể gắn enzym.  Thụ thể - Kênh ion. Các kênh ion, ngoài phần kênh ưa nước xuyên màng ra, còn chứa các phần phân tử tạo thành cánh cổng đóng kín cửa ra vào kênh và phần khác để tiếp nhận các thông tin điều khiển mở kênh. Trường hợp thông tin điều khiển mở kênh là một phân tử hoá học, phần tiếp nhận thông tin chính là một thụ thể. Có nhiều thụ thể-kênh ion đã được nghiên cứu khá rõ ràng, chẳng hạn kênh ion Na + mở bằng thụ thể acetylcholin, kênh Cl - mở bằng thụ thể glycin trên màng tế bào thần kinh.  Protein G (Protein gắn GTP): Đây là một họ các thụ thể-protein xuyên màng 7 lần. Thụ thể có hai cấu hình không gian: dạng gắn GTP (hoạt hoá) và dạng gắn GDP. Sau khi liên kết với phân tử truyền tin và hoạt hóa, protein G tác dụng gián tiếp lên các protein màng khác gây ra chuỗi truyền tin thứ cấp: - Adenylyl-cyclaz, enzym tổng hợp AMP vòng, - Phospholipaz C-, giải phóng phân tử inositol-P 3 , gây ra mở kênh Ca ++ trên lưới nội bào, hoặc giải phóng diacylglycerol màng làm hoạt hoá enzym C-kinaz, enzym này gắn phosphat lên các protein và hoạt hóa chúng.  Thụ thể gắn enzym. Đây là những protein xuyên màng một lần, vừa là thụ thể nhưng lại vừa có thể trực tiếp xúc tác gắn phosphat lên các protein khác.  Có một số thụ thể không nằm trên màng bào tương mà lại là protein nội bào, đó là trường hợp của thụ thể với các phân tử khí (NO hay CO) và siêu họ thụ thể steroid. Tương tác của thụ thể với phối tử của nó nói chung chỉ dựa trên các liên kết phi hoá trị, nhưng nhờ cấu trúc không gian của protein ăn khớp với cấu trúc phân tử chất truyền tin, tạo thành nhiều liên kết phi hoá trị (ái lực liên kết lớn) và tương tác mang tính đặc hiệu cao. b. Siêu họ thụ thể nội bào:  Nhiều chất truyền tin có bản chất kị nước như steroid hormon, thyroid hormon, retinoid, vitamin D Mặc dù có cấu tạo hoá học rất khác nhau nhưng chúng đều có thụ thể nằm sâu trong nhân của tế bào đích. Các đặc điểm chung của chúng là:  Phân tử kị nước (khá nhỏ) dễ lọt qua màng để tác dụng lên thụ thể nội bào;  Có thể gắn lên các protein màng trong trạng thái lưu hành trong máu (tác dụng như hormon);  Thời gian tồn tại khá lâu (hàng giờ với steroid, hàng ngày với thyroid);  Thụ thể nằm trong nhân.  Thụ thể của các chất truyền tin kị nước là những protein điều hoà gen, ở trạng thái liên kết với ADN. Khi gắn với chất truyền tin, các protein này thay đổi cấu hình, gây ra hoạt hoá gen (thể hiện gen, tổng hợp ARN). 3. Chuỗi truyền tin sau thụ thể. Các thụ thể gắn trên màng bào tương sau khi gắn với phân tử truyền tin có thể gây ra loạt phản ứng hoá học tiếp theo như hoạt hóa protein G hay enzym proteinkinaz, mở kênh Ca ++ gây ra tăng nồng độ Ca ++ dịch bào tương tại chỗ, hoạt hóa enzym tổng hợp AMP vòng và các phân tử truyền tin thứ cấp khác như inositol - P3 Kết quả của chuỗi truyền tin sau thụ thể là nồng độ các chất truyền tin thứ cấp cao hơn hẳn nồng độ chất truyền tin đầu tiên, và chính các chất truyền tin thứ cấp này mới gây ra các đáp ứng của tế bào. III. CHƯƠNG TRÌNH NHẬN TIN:  Mỗi tế bào trong cơ thể có thể tiếp xúc với hàng trăm loại phân tử truyền tin; tổ hợp các phân tử truyền tin có thể tác động lên một tế bào lên tới con số hàng triệu. Tuy nhiên, việc truyền và nhận tin được chương trình hoá do trật tự cao của quá trình thể hiện các gen, trong đó bao gồm gen mã hoá các protein thụ thể cũng như cơ chế sản xuất ra phân tử truyền tin. Thông tin được đảm bảo đúng địa chỉ, nhờ tương tác giữa phân tử truyền tin (còn gọi là ligand, phối tử) với thụ thể là tương tác có tính đặc hiệu rất cao.  Tế bào đích sau khi nhận tin có thể có những đáp ứng tức thì: co cơ, dãn cơ, xuất bào, mở kênh ion , hoặc những đáp ứng với thời gian kéo dài hơn như biệt hoá hay phân chia. Cùng một chất truyền tin nhưng khi tác dụng lên các loại tế bào khác nhau có thể gây ra các đáp ứng khác nhau. Chẳng hạn cùng một chất truyền tin là acetylcholin được phóng thích ở đầu tận cùng sợi trục của neuron sẽ gây ra co cơ ở tế bào cơ trơn, gây dãn cơ ở tế bào cơ tim, và gây ra sự xuất bào ở các tế bào tuyến (chế tiết chất tiết).  Nói chung, các tế bào động vật bậc cao đều có sẵn chương trình phát triển ghi trong bộ gen, quy định trình tự thể hiện các loại gen khác nhau. Trường hợp không nhận được tín hiệu nào khác, chương trình này tự động quy định tế bào phải chết sau một thời gian nào đó. Hiện tượng này gọi là chết tế bào theo chương trình (apoptosis). Các tín hiệu truyền tin có thể làm thay đổi chương trình định sẵn nói trên, khiến cho tế bào có thể chuyển hướng phát triển tiếp tục. Đáp ứng này thường được đảm bảo độ tin cậy cao nhờ cơ chế thông tin kép - tế bào cần nhận được hai tín hiệu khác nhau đồng thời mới có thể đáp ứng biệt hoá hay phân chia. Ví dụ một tế bào nhận được thông tin A, B và C sẽ thay đổi chương trình định sẵn để tiếp tục tồn tại. Nếu tế bào này nhận thêm thông tin D và E thì đáp ứng của tế bào sẽ là tăng sinh (tăng phân bào). CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ: 1. Cận tiết xảy ra khi phân tử truyền tin: A. Được tế bào đích tóm bắt ngay B. Bị enzym ngoại bào thủy phân C. Phải đi vào máu D. Không cần có thụ thể E. Tất cả đều sai 2. Hiệu ứng cộng đồng của các tế bào cùng thực hiện chức năng nhờ cơ chế: A. Synap B. Liên kết khe C. Paracrine D. Endocrine E. Tất cả đều sai 3. Acetylcholin có thể gây ra tác dụng sau, TRỪ MỘT: A. Co cơ B. Dãn cơ C. Xuất bào D. Tăng chế tiết E. Tăng hấp thu 4. Thụ thể của chất truyền tin steroid nằm ở: A. Màng bào tương B. Màng nhân C. Màng lưới nội bào trơn D. Lưới nội bào hạt . CỦA CƠ CHẾ THÔNG TIN LIÊN TẾ BÀO:  Các thành phần chính của cơ chế thông tin liên tế bào gồm có phân tử truyền tin (do tế bào truyền tin phát ra), thụ thể (phân tử nhận tin trên tế bào đích). (tế bào đích). Tùy theo đặc điểm tương tác giữa các tế bào ta có thể phân biệt các dạng thông tin liên tế bào khác nhau. I. PHÂN LOẠI THÔNG TIN LIÊN TẾ BÀO: 1- Paracrine (cận tiết). Các tế. nằm trên màng tế bào đích (màng hậu synap). Đây là kiểu thông tin giữa tế bào thần kinh với nhau hoặc với tế bào khác (cơ, tuyến). 4- Liên kết khe. Một dạng thông tin liên tế bào nữa được