CHƯƠNG 3. KIỂM SOÁT GEN TỔNG HỢP PROTEIN, CHỨC NĂNG TẾ BÀO, VÀ TÁI SẢN XUẤT TẾ BÀO

Hầu như mọi người đều biết về gen, nó nằm trong nhân của tất cả các tế bào trong cơ thể, kiểm soát di truyền từ cha mẹ sang đời con, nhưng nhiều người không nhận ra rằng những gen này cũng kiểm soát các chức năng thay đổi từng ngày của các tế bào cơ thể. Các gen kiểm soát chức năng tế bào bằng cách xác định chất nào được tổng hợp trong tế bào, các cấu trúc, enzyme, những chất hóa học.

Hình 3-1

Hình 3-1 cho thấy sơ đồ chung của kiểm soát gen. Mỗi gen, nó gồm có axit deoxyribonucleic (ADN), kiểm soát sự hình thành của một acid nucleic, đó là axit ribonucleic (RNA); RNA này sau đó phổ biến khắp nơi trong tế bào để kiểm soát sự hình thành của một loại protein đặc hiệu. Toàn bộ quá trình, bắt đầu từ phiên mã của mã di truyền trong nhân đến dịch mã của RNA và sự hình thành của protein trong tế bào chất, thì thường được gọi là biểu hiện gen.

Bởi vì có khoảng 30.000 gen khác nhau trong mỗi tế bào, nó có thể tạo thành một số lượng lớn các protein tế bào khác nhau. Trên thực tế, các phân tử RNA phiên mã từ cùng đoạn của DNA (tức là, cùng một gen) có thể được xử lý bằng nhiều cách bởi tế bào, dẫn đến phiên bản thay thế khác nhau các protein. Tổng số protein khác nhau được sản xuất bởi các loại tế bào khác nhau trong cơ thể người được ước tính có ít nhất 100.000.

Một số các protein trong tế bào là protein cấu trúc, nó kết hợp với những phân tử lipid khác và carbohydrate, hình thành nên cấu trúc khác nhau của các bào quan trong tế bào đã được thảo luận trong Chương 2. Tuy nhiên, phần lớn các protein là enzyme xúc tác các phản ứng hóa học khác nhau trong tế bào. Ví dụ, các enzym thúc đẩy các phản ứng oxy hóa nhằm cung cấp năng lượng cho tế bào, cùng với sự tổng hợp của các chất hóa học trong tế bào, chẳng hạn như lipid, glycogen, và adenosine triphosphate (ATP).

GEN TRONG NHÂN TẾ BÀO KIỂM SOÁT TỔNG HỢP PROTEIN

Trong nhân tế bào, một số lượng lớn các gen được gắn vào cuối trong phân tử xoắn kép cực kỳ dài của ADN có trọng lượng phân tử đo lên đến hàng tỷ. Một đoạn rất ngắn của một phân tử đó được thể hiện trong Hình 3-2. Phân tử này bao gồm một số hợp chất hóa học đơn giản gắn với nhau theo một mô hình được lặp đi lặp lại, các đặc điểm đó được giải thích trong các đoạn tiếp theo.

Hình 3-2

Hình 3-3

Cấu trúc cơ bản của DNA

Hình 3-3 cho thấy các hợp chất hóa học cơ bản liên quan đến sự hình thành của DNA. Các hợp chất này bao gồm: (1) axit photphoric, (2) một đường tên là deoxyribose, và (3) bốn bazơ nitơ (hai purin, adenine và guanine; và hai pyrimidine, thymine và cytosine). Axit photphoric và deoxyribose hình thành nên hai sợi xoắn, đó là xương sống của phân tử DNA, các bazơ nitơ nằm giữa hai sợi và kết nối chúng lại với nhau, như minh họa trong Hình 3-6.

Hình 3-4

Hình 3-5

Hình 3-6 & 3-7

Nucleotides

Giai đoạn đầu tiên của sự hình thành DNA là kết hợp một phân tử axit photphoric, một phân tử deoxyribose, và một trong bốn bazơ để hình thành một axit nucleotide. Do đó bốn nucleotide riêng biệt được hình thành, mỗi nucleotide cho một trong bốn bazơ: deoxyadenylic, deoxythymidylic, deoxyguanylic, và axit deoxycytidylic. Hình 3-4 cho thấy cấu trúc hóa học của axit deoxyadenylic, và Hình 3-5 cho thấy ký hiệu đơn giản cho bốn nucleotide hình thành DNA.

Các nucleotide được sắp xếp để hình thành hai sợi DNA bằng liên kết lỏng lẻo với nhau

Hình 3-6 cho thấy cách thức mà số lượng lớn nucleotide liên kết với nhau để tạo thành hai sợi DNA. Hai sợi lần lượt liên kết lỏng lẻo với nhau bởi các liên kết ngang yếu (weak crosslinkages), như minh họa trong Hình 3-6 bởi các đường nét đứt ở giữa. Lưu ý rằng xương sống của mỗi sợi DNA được tạo ra xen kẽ các phân tử axit photphoric và phân tử deoxyribose. Kế đến, các bazơ purine và pyrimidine được gắn với các phân tử deoxyribose. Sau đó, bằng liên kết hydro lỏng lẻo (đường nét đứt) giữa các purine và pyrimidine, hai sợi DNA tương ứng được liên kết với nhau.

Lưu ý các chú ý sau đây, tuy nhiên:

1. Mỗi adenine (bazơ purine) của một sợi luôn liên kết với thymine (bazơ pyrimidin) của sợi còn lại.
2. Mỗi guanine (bazơ purine) của một sợi luôn liên kết với cytosine (bazơ pyrimidin) của sợi còn lại.

Do đó, trong Hình 3-6, trình tự các cặp bazơ nitơ bổ sung là CG, CG, GC, TA, CG, TA, GC, AT và AT. Bởi vì sự lỏng lẻo của các liên kết hydro, hai sợi có thể tách nhau ra, và chúng làm như vậy nhiều lần trong quá trình thực hiện chức năng của chúng trong tế bào.

Để đưa DNA của Hình 3-6 vào đúng vị trí vật lý thích hợp của nó, chỉ một khả năng là cảm biến hai đầu và xoắn chúng lại thành một đường xoắn ốc. Mười cặp nucleotide có mặt đầy đủ trong một vòng xoắn của phân tử DNA, như trong Hình 3-2.

MÃ DI TRUYỀN

Tầm quan trọng DNA nằm trong khả năng kiểm soát sự hình thành của protein trong tế bào, mà nó hoàn thành bằng cách thức của một mã di truyền. Đó là, khi hai sợi của một phân tử DNA được tách ra, các bazơ purine và pyrimidine nhô ra ở mặt bên của mỗi sợi DNA được tiếp xúc, được thể hiện bằng sợi ở hàng đầu trong Hình 3-7. Đó là những bazơ nhô ra hình thành mã di truyền.

Mã di truyền bao gồm những “bộ ba” liên tiếp của các bazơ – đó là, mỗi ba bazơ kế tiếp là một mã. Các bộ ba cuối cùng liên tiếp kiểm soát trình tự các axit amin trong phân tử protein được tổng hợp trong tế bào. Lưu ý trong Hình 3-6 rằng sợi ở hàng đầu của DNA, đọc từ trái sang phải, có mã di truyền GGC, AGA, CTT, với những bộ ba bị tách khỏi nhau bằng các mũi tên. Như chúng ta quan sát mã di truyền này thông qua Hình 3-7 và 3-8, chúng ta thấy rằng, ba bộ ba tương ứng sẽ có quy định vị trí lần lượt cho ba axit amin, proline, serine, và axit glutamic, trong một phân tử mới được hình thành của protein.

Hình 3-8

BỘ MÃ DNA TRONG NHÂN TẾ BÀO ĐƯỢC CHUYỂN MÃ THÀNH MÃ RNA TRONG TẾ BÀO CHẤT – QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ

Bởi vì DNA nằm trong nhân tế bào, nhưng hầu hết các chức năng của tế bào được thực hiện trong tế bào chất, nên phải có một số phương tiện cho những gen DNA của nhân kiểm soát các phản ứng hóa học trong tế bào chất. Việc kiểm soát này đạt được thông qua trung gian của một loại axit nucleic, RNA, sự hình thành của nó được điều khiển bởi DNA của nhân tế bào. Vì vậy, như thể hiện trong Hình 3-7, các mã được chuyển giao cho RNA trong một quá trình gọi là phiên mã. RNA, theo tuần tự, khuếch tán từ nhân thông qua lỗ nhân vào ngăn tế bào chất, nơi mà nó điều khiển tổng hợp protein.

RNA ĐƯỢC TỔNG HỢP TRONG NHÂN TỪ KHUÔN CỦA DNA

Trong tổng hợp RNA, hai sợi của phân tử ADN tách ra tạm thời một trong hai sợi được sử dụng như là một khuôn mẫu để tổng hợp một phân tử RNA. Các mã bộ ba trong DNA là nguyên nhân của sự hình thành các bộ ba bổ sung (gọi là codon) trong RNA. Những codon, lần lượt, sẽ kiểm soát trình tự các axit amin trong protein được tổng hợp trong tế bào chất của tế bào.

Cấu trúc cơ bản của RNA. Cấu trúc cơ bản của RNA gần như giống nhau với cấu trúc cơ bản của DNA, trừ hai sự khác biệt. Đầu tiên, đường deoxyribose không được sử dụng trong việc hình thành RNA. Vị trí đó là một đường mà có thành phần khác deoxyribose, ribose, có chứa thêm một ion OH- nối vào cấu trúc vòng ribose. Thứ hai, thymine được thay thế bằng một pyrimidine, uracil.

Tổng hợp những nucleotide của RNA. Các cấu trúc cơ bản của RNA tổng hợp nên các nucleotide RNA, đúng như mô tả tổng hợp DNA trước đây. Một lần nữa, bốn nucleotide riêng biệt được sử dụng cho sự hình thành của RNA. Các nucleotide chứa các bazơ adenine, guanine, cytosine và uracil. Lưu ý rằng các bazơ này là những bazơ tương tự như trong DNA, ngoại trừ uracil trong RNA thay thế thì thymine trong DNA.

Sự hoạt hóa của nucleotide RNA. Bước tiếp theo trong quá trình tổng hợp RNA là sự kích hoạt các nucleotide RNA bởi một enzyme, RNA polymerase. Kích hoạt này xảy ra bằng cách thêm hai gốc phosphate để mỗi nucleotide để tạo thành triphosphate (thể hiện trong Hình 3-7 bởi hai nucleotide RNA ở bên phải trong quá trình hình thành chuỗi RNA). Hai phosphate cuối cùng được kết hợp với các nucleotide bằng liên kết phosphate cao năng có nguồn gốc từ ATP trong tế bào.

Kết quả của quá trình kích hoạt này là một lượng lớn năng lượng ATP được tạo ra cho mỗi nucleotide. Năng lượng này được sử dụng để thúc đẩy các phản ứng hóa học thêm mỗi nucleotide RNA mới vào cuối của chuỗi RNA đang được tạo thành.

KIỂM SOÁT CHỨC NĂNG GEN VÀ HOẠT ĐỘNG SINH HÓA TRONG TẾ BÀO

Từ cuộc thảo luận của chúng ta cho đến nay, rõ ràng rằng các gen kiểm soát cả chức năng vật lý và hóa học của tế bào. Tuy nhiên, mức độ kích hoạt của các gen tương ứng cũng phải được kiểm soát nếu không, một số bộ phận của tế bào có thể lớn quá khổ hoặc một số phản ứng hóa học có thể bị tăng cường cho đến khi chúng giết chết tế bào. Mỗi tế bào có cơ chế kiểm soát phản hồi bên trong cơ thể mạnh mà vẫn giữ cho các hoạt động chức năng khác nhau của tế bào trong bước với nhau. Đối với mỗi gen (khoảng 30.000 gen trong tất cả), ít nhất một cơ chế phản hồi như vậy tồn tại.

Về cơ bản có hai phương pháp mà các hoạt động sinh hóa trong tế bào được điều khiển: (1) quy định di truyền, trong đó mức độ kích hoạt của các gen và sự hình thành của các sản phẩm gen được tự kiểm soát, và (2) quy định enzyme, trong đó mức độ hoạt động của các enzyme đã được hình thành trong tế bào bị kiểm soát.

ĐIỀU HÒA GEN

Điều hòa gen, hay điều hòa biểu hiện gen, bao gồm toàn bộ quá trình từ phiên mã của mã gen trong nhân đến sự hình thành của các protein trong tế bào chất. Điều hòa biểu hiện gen cung cấp cho tất cả các sinh vật khả năng đáp ứng với những thay đổi trong môi trường của chúng. Động vật có nhiều loại tế bào, mô, cơ quan khác nhau, các điều hòa biểu hiện gen khác nhau cũng cho phép nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể thực hiện các chức năng chuyên biệt của chúng. Mặc dù một tế bào cơ tim chứa mã di truyền tương tự như một tế bào biểu mô ống thận, nhiều gen được biểu hiện trong các tế bào tim mà không được biểu hiện trong các tế bào ống thận. Tiêu chí đánh giá cuối cùng của gen biểu hiện là liệu có hay không (và bao nhiêu) sản phẩm gen (protein) được sản xuất vì các protein thực hiện chức năng tế bào quy định bởi các gen. Điều hòa biểu hiện gen có thể xảy ra tại bất kỳ thời điểm nào trên con đường phiên mã, xử lý RNA, và dịch mã.

Hình 3-13

Các Promoter điều hòa biểu hiện gen. Sự tổng hợp các protein tế bào là một quá trình phức tạp mà bắt đầu với sự phiên mã của DNA thành RNA. Sự phiên mã của DNA được điều khiển bởi các yếu tố điều hòa được tìm thấy trong các promoter của gen (Hình 3-13). Trong tế bào YhocData.com eukaryote (tế bào nhân chuẩn), bao gồm tất cả các động vật có vú, các promoter trung tâm (basal promoter) bao gồm một chuỗi bảy base (TATAAAA) được gọi là TATA box, vị trí gắn với TATA-binding protein (TBP – protein liên kết TATA) và một số yếu tố phiên mã quan trọng khác được gọi là phức hợp TFIID (transcription factor IID – yếu tố phiên mã IID). Ngoài các phức hợp TFIID, vùng này là nơi TFIIB (transcription factor IIB) liên kết với cả DNA và RNA polymerase 2 để tạo điều kiện phiên mã DNA thành RNA. Promoter trung tâm này được tìm thấy trong tất cả các PCG (protein-coding gene – gen mã hóa protein), và polymerase phải liên kết với promoter trung tâm này trước khi nó có thể bắt đầu đi dọc theo sợi DNA để tổng hợp RNA. Các promoter ở vị trí thượng lưu xa hơn về phía vùng bắt đầu phiên mã và chứa một số các vùng liên kết với các yếu tố phiên mã dương, chúng có thể ảnh hưởng đến phiên mã thông qua tương tác giữa các liên kết protein với các promoter trung tâm. Cấu trúc và các vùng liên kết với các yếu tố phiên mã trong các promoter thượng lưu (upstream promotor) thay đổi từng gen để làm tăng các mô hình biểu hiện khác nhau của các gen trong các mô khác nhau.

Phiên mã của gen ở sinh vật nhân chuẩn cũng bị ảnh hưởng bởi các chất enhancer, đó là vùng của DNA có thể ràng buộc các yếu tố phiên mã. Các chất enhancer có thể được đặt một khoảng cách rất lớn từ các gene mà họ hành động hoặc thậm chí trên một nhiễm sắc thể khác nhau. Họ cũng có thể được đặt một trong hai phía thượng lưu hoặc hạ lưu của các gen mà chúng điều ch nh. Mặc dù các enhancer có thể được đặt cách xa gen mục tiêu của họ, họ có thể là tương đối gần khi DNA được cuộn trong hạt nhân. Người ta ước tính rằng có khoảng 110.000 các trình tự gen Enhancer trong hệ gen của con người.

Trong tổ chức của nhiễm sắc thể, điều quan trọng là để tách các gen hoạt động đang được phiên mã với gen bị kiềm hãm. Sự tách biệt này có thể là một thách thức vì nhiều gen có thể được đặt gần nhau trên nhiễm sắc thể. Sự tách biệt này đạt được nhờ insulator nhiễm sắc thể. Các insulator là các trình tự gen cung cấp sự cản trở để một gen đặc hiệu là cô lập, chống lại sự ảnh hưởng phiên mã từ gen xung quanh. Insulator có thể thay đổi rất nhiều trong chuỗi DNA của chúng và các protein liên kết với chúng. Một phương pháp mà insulator có thể được biến đổi là methyl hóa DNA, đó là trường hợp đối với các gen yếu tố tăng trưởng giống Insulin 2 (IGF-2 gen) ở động vật có vú. Alen của người mẹ có một insulator giữa enhancer (trình tự tăng cường) và promoter của gen cho phép liên kết của một chất ức chế phiên mã. Tuy nhiên, trình tự DNA của cha được methyl hóa như là sự ức chế phiên mã không thể liên kết với các insulator và gen IGF-2 được biểu hiện từ các bản sao cha của gen.

BIỆT HÓA TẾ BÀO

Một đặc điểm đặc biệt của tế bào tăng trưởng và tế bào phân chia là tế bào biệt hóa, chúng có liên quan đến những thay đổi trong lý tính và thuộc tính chức năng của các tế bào khi chúng sản sinh ra nhanh trong phôi để hình thành các cấu trúc và bộ phận khác nhau của cơ thể. Sau đây là mô tả thử nghiệm đặc biệt thú vị giúp giải thích quá trình này.

Khi nhân từ tế bào niêm mạc đường ruột của ếch được mổ và cấy vào tế bào trứng ếch mà nhân của tế bào trứng đã được loại bỏ, kết quả thường là sự hình thành con ếch bình thường. Thí nghiệm này cho thấy rằng ngay cả tế bào niêm mạc ruột, một tế bào biệt hóa cao, vẫn chứa đựng tất cả các thông tin di truyền cần thiết cho sự phát triển của các cấu trúc cần cho cơ thể ếch.

Do vậy, điều đó trở nên rõ ràng rằng kết quả sự biệt hóa không phải do mất gen mà do ức chế có chọn lọc của những gen hoạt hóa khác nhau. Trên thực tế, điện tử micrographs gợi ý rằng một số phân đoạn của vòng xoắn DNA được quấn xung quanh lõi histone trở nên rất đặc rằng họ không còn tháo dây đã cuốn để tạo thành các phân tử RNA. Một lời giải thích cho kịch bản này là như sau: nó đã được coi là các tế bào bộ gen bắt đầu từ một giai đoạn của tế bào khác biệt để sản xuất một quy định protein mãi mãi sau khi represses một lựa chọn nhóm các gen. Do đó, gen kiềm chế không bao giờ thực hiện chức năng một lần nữa. Không quan tâm vào cơ chế, tế bào trưởng thành của người sản xuất tối đa khoảng 8.000 – 10.000 protein chứ không phải theo tiềm năng là 30,000 hoặc điều đó sẽ được sản xuất nếu tất cả các gen hoạt động.

Thí nghiệm phôi học cho thấy rằng một số tế bào trong một phôi kiểm soát sự biệt hóa của các tế bào lân cận. Ví dụ, dây sống trung phôi bì ban đầu được gọi là tổ chức sơ khai của phôi bởi vì nó tập trung hình thành trong khu vực phần còn lại của sự phát triển phôi. Nó có sự khác biệt vào một trục trung bì có chứa segmentally sắp xếp somites và, như là kết quả của inductions trong mô xung quanh, nguyên nhân hình thành cơ bản tất cả các bộ phận của cơ thể.

Một ví dụ về sự cảm ứng xảy ra khi các nước mắt đang phát triển tiếp xúc với ngoại bì của người đứng đầu và gây ra các ngoại bì dày lên thành một ống kính tấm đó gập vào trong để tạo thành các ống kính của mắt. Do đó, một phần lớn của phôi phát triển như một kết quả của cảm ứng, một bộ phận của cơ thể ảnh hưởng đến một bộ phận khác, và bộ phận này vẫn còn tác động đến các bộ phận khác nữa.

Như vậy, mặc dù sự hiểu biết về tế bào biệt hóa vẫn còn mơ hồ, chúng ta có kiến thức của nhiều cơ chế kiểm soát mà sự biệt hóa có thể xảy ra.

APOPTOSIS – TẾ BÀO CHẾT THEO CHƯƠNG TRÌNH

100 nghìn tỷ tế bào của cơ thể đều là thành viên của một cộng đồng có tổ chức cao, trong đó tổng số lượng tế bào được quy định không chỉ bằng cách kiểm soát tỷ lệ phân chia tế bào mà còn bằng cách kiểm soát tỉ lệ của tế bào chết. Khi các tế bào không còn cần thiết hoặc trở thành một mối đe dọa cho sinh vật, nó sẽ trải qua một sự tự chết tế bào chết theo chương trình, hay apoptosis. Quá trình này liên quan đến một đợt li giải protein đặc hiệu gây ra làm cho tế bào co lại và ngưng tụ, tháo rời khung tế bào của nó, và làm thay đổi bề mặt tế bào, vì vậy mà thực bào lân cận, chẳng hạn như một đại thực bào, có thể gắn vào màng tế bào và tiêu hóa tế bào.

Trái ngược với cái chết được lập trình, các tế bào chết bởi kết quả của một chấn thương cấp tính thường trương phồng lên và vỡ ra do mất tính toàn vẹn của màng tế bào, một quá trình này được gọi là hoại tử tế bào. Tế bào hoại tử có thể làm tràn các thành phần trong tế bào, gây ra phản ứng viêm và tổn thương đến các tế bào lân cận. Tuy nhiên, apoptosis, là một sự chết tế bào có lập trình, kết quả của phân giải và thực bào của các tế bào trước khi xảy bất kì sự rò rỉ các thành phần của nó, và các tế bào lân cận thường vẫn khỏe mạnh.

Apoptosis được bắt đầu bởi kích hoạt của một tập hợp các protease gọi caspases, đó là các enzym được tổng hợp và được tích trữ trong tế bào dưới dạng không hoạt động procaspases. Cơ chế hoạt hóa của caspases rất phức tạp, nhưng khi được kích hoạt, các enzyme sẽ tách ra và kích hoạt những procaspas khác, gây ra một dòng thác nhanh chóng phá vỡ protein trong tế bào. Các tế bào do đó dỡ bỏ bản thân, và những thành phần còn lại của nó nhanh chóng bị tiêu hóa bởi các thực bào lân cận.

Một số tiền to lớn của quá trình apoptosis xảy ra trong các mô đang được tu sửa trong phát triển. Ngay cả ở người trưởng thành, tỷ tế bào chết mỗi giờ trong các mô như ruột và tủy xương và được thay thế bằng tế bào mới. Lập trình chết tế bào, tuy nhiên, thường là sự cân bằng sự hình thành các tế bào mới ở người trưởng thành khỏe mạnh. Nếu không, các mô của cơ thể sẽ co lại hoặc phát triển quá mức. Các nghiên cứu gần đây cho thấy những bất thường của quá trình apoptosis có thể đóng một vai trò quan trọng trong các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer, cũng như trong các bệnh ung thư và các rối loạn tự miễn dịch. Một số loại thuốc đã được sử dụng thành công cho điều trị hóa xuất hiện để tạo ra apoptosis trong các tế bào ung thư.

TẾ BÀO UNG THƯ

Ung thư được gây ra trong hầu hết các trường hợp bằng đột biến hoặc một số kích hoạt bất thường của gen kiểm soát tăng trưởng và phân chia tế bào. Gen tiền đột biến ung thư là những gen bình thường mã hóa cho nhiều protein khác nhau mà điều khiển sự kết dính, tăng trưởng và sự nhìn. Nếu bị đột biến hoặc kích hoạt quá mức, gen tiền ung thư có khả năng gây ung thư. Nhiều khoảng 100 gen ung thư khác nhau đã được phát hiện ra trong ung thư ở người.

Ngoài ra có mặt trong tất cả các tế bào là những gen chống ung thư, còn được gọi là gen diệt khối u, ngăn chặn các hoạt động của gen đặc hiệu ung thư. Do đó, nếu bị mất hoặc làm bất hoạt gen chống ung thư có thể cho phép gen ung thư hoạt động dẫn đến ung thư.

Bởi một vài lý do, chỉ một phần nhỏ của tế bào trong cơ thể bị đột biến thì bất cứ lúc nào dẫn đến ung thư. Đầu tiên, hầu hết các tế bào bị đột biến ít có khả năng sống sót hơn tế bào bình thường, và chúng chết một cách dễ dàng. Thứ hai, chỉ có một vài trong số các tế bào đột biến sống sót trở thành ung thư bởi vì hầu hết ngay cả tế bào đột biến vẫn có phản hồi bình thường của kiểm soát ngăn chặn tăng trưởng quá mức. Thứ ba, các tế bào có nguy cơ ung thư thường bị phá hủy bởi hệ thống miễn dịch của cơ thể trước khi chúng phát triển thành ung thư. Hầu hết các tế bào đột biến có hình dạng protein khác thường với tế bào sinh dưỡng của chúng bởi vì những gen của chúng bị biến đổi và các protein đó hoạt hóa miễn dịch của cơ thể, khiến nó tạo ra các kháng thể hay các tế bào lympho phản ứng chống lại các tế bào ung thư, tiêu diệt chúng. Những người có hệ miễn dịch bị ức chế, chẳng hạn như những người sử dụng thuốc immunosuppressant sau khi cấy ghép thận hoặc tim, khả năng ung thư sẽ tăng và nhân lên gấp 5 lần. Thứ tư, sự hiện diện đồng thời của một số yếu tố kích hoạt gen ung thư khác thì thường cần thiết để gây ra ung thư. Ví dụ, một trong những gen có thể thúc đẩy nhanh chóng sinh sản của một dòng tế bào, nhưng không xảy ra ung thư vì một đột biến không cùng một lúc để hình thành nên sự cần thiết cho những mạch máu.

Cái gì đã gây ra sự thay đổi gen? Xét rằng hàng nghìn tỷ tế bào mới được hình thành mỗi năm ở người, một câu hỏi hay hơn có thể được hỏi tại sao tất cả chúng ta không phát triển hàng triệu hay hàng tỷ tế bào đột biến ung thư. Câu trả lời … DNA trong các sợi NST được nhân rộng trong mỗi tế bào trước khi nguyên phân có thể xảy ra, cùng với quá trình đọc và sửa chữa như cắt và sửa chữa những sợi DNA bất thường trước khi quá trình nguyên phân được tiến hành. Mặc dù có những sự phòng ngừa trước, có lẽ một tế bào được hình thành trong vài triệu vẫn có ý nghĩa đột biến tiêu biểu.

Vì vậy, một cơ hội là tất cả những gì cần thiết cho đột biến diễn ra, vì vậy chúng ta có thể giả sử rằng một số lượng lớn ung thư chỉ đơn thuần là một kết quả không may mắn xảy ra. Tuy nhiên, xác suất của đột biến tăng lên rất nhiều khi một người tiếp xúc với một số hóa chất, vật lý hay yếu tố sinh học, bao gồm những điều sau đây:

1. Như nhiều người đã biết đến bức xạ ion hóa, chẳng hạn như X-Quang, tia gamma, hạt bức xạ từ chất phóng xạ, và thậm chí ánh sáng tia cực tím, có thể dẫn đến cá thể đó bị ung thư. Ion hình thành trong mô tế bào dưới tác động của các bức xạ thì ảnh hưởng cao và có thể đứt gãy sợi DNA, gây ra nhiều đột biến.
2. Các chất hóa học của một số loại nào đó cũng có xu hướng cao cho việc gây đột biến. Được phát hiện thời gian dài trước đó nhiều thuốc nhuộm dẫn xuất của anilin có khả năng gây ra ung thư, và do đó người lao động trong nhà máy hóa chất sản xuất chúng, nếu không được bảo vệ, thì đặc biệt sẽ dẫn đến ung thư. Các chất hóa học có thể gây đột biến được gọi là các chất sinh ung thư. Các chất sinh ung thư hiện nay mà gây ra số ca tử vong lớn nhất thì nằm trong những người hút thuốc lá. Những chất sinh ung thư gây ra khoảng một phần tư của tất cả các bệnh ung thư tử vong.
3. Các chất kích thích vật lý cũng có thể dẫn đến ung thư, chẳng hạn như việc tiếp tục mài mòn các thành ruột bởi một số loại thức ăn. Những hư hại ở các mô dẫn đến nguyên phân nhanh chóng để thay thế của các tế bào. Sự phân bào càng nhanh chóng, cơ hội sẽ lớn hơn cho các đột biến.
4. Ở nhiều gia đình, có một mạnh mẽ di truyền xu hướng đến ung thư. Kết quả của chiều hướng di truyền đó từ thực tế là hầu hết các bệnh ung thư không yêu cầu một đột biến nhưng cần hai hay nhiều đột biến trước khi ung thư xảy ra. Trong gia đình được đặc biệt predisposed để ung thư, điều đó giả sử rằng một hoặc nhiều ung thư gen đã đột biến trong bộ gen thừa kế. Vì vậy, đến nay ít các đột biến phải diễn ra trong những thành viên gia đình trước khi một ung thư bắt đầu để phát triển.
5. Trong thí nghiệm ở nhiều động vật, một số loại virus có thể gây ra một số loại ung thư, bao gồm bệnh bạch cầu. Hiện tượng này thường xảy ra một trong hai cách. Trong trường hợp DNA virus, sợi DNA của virus có thể chèn trực tiếp chính nó vào một trong những nhiễm sắc thể, do đó gây đột biến dẫn đến ung thư. Trong trường hợp của RNA virus, một trong số được virus mang theo với nó là một enzyme được gọi là yếu tố phiên mã ngược là nguyên nhân DNA được sao chép từ RNA. Các DNA được sao chép sau đó chèn chính nó vào bộ gen các tế bào động vật, dẫn đến ung thư.

Đặc tính xâm lấn của tế bào ung thư. Các sự khác biệt lớn giữa một tế bào ung thư và một bình thường tế bào như sau:

1. Tế bào ung thư không chú ý đến giới hạn tăng trưởng tế bào, bởi vì các tế bào này có lẽ không yêu cầu tất cả các yếu tố tăng trưởng cần thiết để gây ra sự phát triển của tế bào bình thường.
2. Tế bào ung thư thường ít chất kết dính với nhau hơn là tế bào bình thường. Do đó, nó có xu hướng đi lang thang thông qua các mô, nhập vào dòng máu, và được vận chuyển đi khắp cơ thể, nơi chúng tạo nên nguồn gốc phát sinh cho nhiều ung thư mới phát triển.
3. Một số bệnh ung thư cũng sản xuất angiogenic yếu tố hình thành nhiều mạch máu mới để phát triển ung thư, do đó cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho ung thư tăng trưởng.

Tại sao tế bào ung thư lại giết chết tế bào bình thường? Câu trả lời cho câu hỏi về lý do trên thường là đơn giản. Những mô ung thư cạnh tranh với những mô bình thường các chất dinh dưỡng. Vì tế bào ung thư tiếp tục sinh sản vô thời hạn, với số lượng nhân từng ngày, tế bào ung thư sớm có nhu cầu cơ bản tất cả các chất dinh dưỡng có sẵn của cơ thể hoặc một phần thiết yếu trong cơ thể. Do đó, những mô bình thường dần dần duy trì cái chết dinh dưỡng.

Nguồn: Guyton and Hall textbook of Medical Physiology. Chapter 3: Genetic Control of Protein Synthesis, Cell Function, and Cell Reproduction