Cơ sở giao tiếp giữa các tế bào nằm trong choanoflagellate

Con người và choanoflagellate có cấu trúc một tế bào có đặc điểm nào chung? Chắc chắn là nhiều hơn những gì chúng ta có thể biết được. Một nghiên cứu mới về hệ gen của choanoflagellate cho thấy những sinh vật cổ đại có cùng tỉ lệ protein mà các tế bào của các sinh vật cao cấp hơn bao gồm cả con người đã sử dụng để giao tiếp với nhau.

Theo một bài viết được đăng tải trên tờ Proceedings of the National Academies of Sciences, kết quả nghiên cứu giúp xác nhận vai trò làm sợi dây liên kết tiến hóa của choanoflagellate giữa các sinh vật đơn bào và các sinh vật đa bào. Kết quả cũng cho rằng kiến thức thu được về hệ gen của sinh vật đơn bào có thể chứng minh các protein được sử dụng với tác dụng hỗ trợ tế bào giao tiếp có lẽ còn mang các vai trò khác nữa. Các nhà nghiên cứu thuộc đại học California, San Francisco và Phòng thí nghiệm sinh học phân tử Châu Âu tại Heidelberg, Đức.

Choanoflagellate, hay ít nhất là tổ tiên của chúng, từ lâu đã được cho là cầu nối giữa vi sinh vật chỉ có một tế bào và metazoan – sinh vật đa bào. Có rất nhiều đầu mối dẫn đến kết luận này, trong đó bao gồm việc choanoflagellate có cấu trúc tương tự với tế bào riêng rẽ của bọt biển, không giống các flagellate khác, chúng sử dụng đuôi để đẩy cơ thể di chuyển trong dòng nước chứ không dùng đuôi để kéo cơ thể đi.

Hình minh họa choanoflagellate. Các nhà nghiên cứu mới đây đã khám phá ra rằng sinh vật chỉ có cấu tạo một tế bào này độc nhất vô nhị vì chúng có chứa các phân tử mà các tế bào của sinh vật đa bào sử dụng để giao tiếp với nhau. Kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ cơ chế mà sinh vật đa bào tiến hóa đồng thời mở ra khám phá các công dụng chưa hề được biết đến của các phân tử giao tiếp nói trên. (Ảnh: Mateus Zica)

Bằng cách phân tích hệ gen mới được sắp xếp trình tự của choanoflagellate, các nhà nghiên cứu đã phám ra một điểm tương đồng nữa giữa choanoflagellate với hầu hết các metazoan: mã gen của choanoflagellate có chứa điểm đánh dấu của 3 loại phân tử mà tế bào sử dụng để có được các protein phát tín hiệu phospho-tyrosine.

Động vật phụ thuộc vào quá trình phosphoryl hóa tyrosine để thực hiện rất nhiều giao tiếp quan trọng giữa các tế bào, trong đó bao gồm phản ứng của hệ thống miễn dịch, phản ứng kích thích hệ thống hooc-mon và các phản ứng thiết yếu khác. Đường tín hiệu phospho-tyrosine sử dụng hệ thống ba phần gồm các hợp phần phân tử để thực hiện các phản ứng giao tiếp.

Tyrosine kinases (TyrK) “viết” thông tin giữa các tế bào bằng cách thêm biến đổi phospho-tyrosine, protein tyrosine phosphatases (PTP) là các phân tử thay đổi hoặc “xóa” biến đổi phospho-tyrosine; Src Homolgy 2 (SH2) là các phân tử “đọc” biến đổi phospho-tyrosine từ đó mà tế bào tiếp nhận có thể hiểu được thông tin.

Nếu không có 3 phân tử nói trên giúp các tế bào của chúng ta “viết, đọc và sửa chữa” thông tin hóa học thì cơ thể của chúng ta sẽ không bao giờ có thể thực hiện được những chức năng phức tạp cần thiết cho quá trình tồn tại ví dụ như sinh sản, tiêu hóa thức ăn hay thậm chí cả việc hô hấp.

Các phân tích di truyền khác cho thấy một số loại vi sinh vật có chứa một vài phân tử nói trên với tỉ lệ nhỏ nhưng không sinh vật nào có chứa cả 3 loại phân tử. Có thể chúng không cần công cụ giúp giao tiếp giữa các tế bào do chúng chỉ có cấu trúc đơn bào. Tuy nhiên điều khiến choanoflagellate trở nên độc nhất vô nhị chính là chúng có cả 3 phân tử cần thiết. Hơn nữa chúng lại có với số lượng lớn thường thấy ở các sinh vật đa bào to lớn hơn.

Các nhà nghiên cứu kết luận rằng sự xuất hiện của hệ thống tín hiệu ba thành phần có lẽ có vai trò quan trọng trong sự phát triển của sinh vật metazoan, nhờ đó tế bào của metazoan có khả năng giao tiếp với nhau theo nhiều cách phức tạp.

Wendell Lim – nhà nghiên cứu thuộc đại học California, San Francisco đồng thời là một trong những tác giả của bài viết – cho biết: “Nghiên cứu cung cấp tư liệu về tiến hóa. Có lẽ chính tổ tiên của choanoflagellate đã hình thành các phân tử hóa học nói trên đầu tiên”.

Các nhà nghiên cứu cũng cho rằng đặc điểm di truyền nhằm biểu hiện 3 phân tử có thể cung cấp cho tế bào nhiều khả năng giao tiếp khác nhau, trong đó có những khả năng được sử dụng trong tế bào đơn lẻ.

Đối với David Pincus, tác giả chính của bài viết, nghiên cứu nói lên rằng đối với chỉ một tế bào đơn độc mang cả 3 phân tử “chắc chắn phải có số lượng tín hiệu nhất định tồn tại, dường như các tín hiệu đó có thể được phân phối đến bất cứ chức năng nào sinh vật muốn thực hiện”.

Các tác giả tin rằng việc nghiên cứu các chức năng khác sẽ mang lại kiến thức quan trọng vào việc điều trị cũng như sửa chữa quá trình phát triển tế bào dị thường ở các bệnh nhân ung thư hoặc mắc các chứng rối loạn khác.