1. Giới thiệu

Ở các trung tâm thụ tinh trong ống nghiệm hiện nay, kỹ thuật tiêm tinh trùng vào bào tương noãn (ICSI – Intra-cytoplasmic Sperm Injection) hiện đang là kỹ thuật được sử dụng ngày càng nhiều. Trong đó, việc chọn lọc noãn trưởng thành là một trong các tiêu chí góp phần không nhỏ vào sự thành công của kỹ thuật này. Quá trình chọn lọc noãn trưởng thành chỉ đơn giản dựa vào hình thái, chủ yếu dựa vào sự xuất hiện của thể cực thứ nhất. Trưởng thành noãn được chia thành trưởng thành về nhân và trưởng thành tế bào chất. Cho đến nay, vẫn chưa có tiêu chí cụ thể đánh giá được sự trưởng thành về tế bào chất trong khi sự trưởng thành về nhân có thể được xác định bởi sự phóng thích hoàn toàn thể cực thứ nhất. Bài này chúng ta sẽ phân tích các cơ chế phân tử trong suốt quá trình trưởng thành của noãn từ giai đoạn túi mầm (GV – germ vesicle) đến giai đoạn MII (metaphase II).

2. Cơ chế phân tử của quá trình trưởng thành nhân noãn

Nhìn chung, quá trình trưởng thành nhân noãn được chia thành 6 giai đoạn chính, mỗi giai đoạn được điều hòa bởi nhiều yếu tố nội sinh trong noãn ^[5]: (1) giai đoạn phá vỡ túi mầm (GVBD); (2) NST đóng xoắn; (3) hình thành hệ thống spindle; (4) phân chia các cặp NST tương đồng về hai cực tế bào; (5) phóng thích thể cực; (6) meiotic re-arrest. Trong phần 1, chúng ta sẽ bàn luận về những diễn biến phân tử của sự trưởng thành noãn từ giai đoạn phá vỡ túi mầm đến khi NST đóng xoắn cực đại.

Sự tiếp tục quá trình giảm phân của noãn được khởi phát để đáp ứng với tác dụng của hormone LH (Luteinizing hormone) ở tuổi dậy thì khi noãn bắt đầu tích tụ dịch nang. Noãn lúc này sẽ nhận hormone progesterone từ các tế bào cumulus qua các thụ thể của hormone này gắn trên màng sinh chất của noãn. Khi các hormone đã hoàn toàn tiếp xúc với thụ thể, cytoplasmic domain của thụ thể khởi phát một tín hiệu phân tử nội bào làm hạn chế sự tổng hợp cAMP nội sinh ^[1]. Ngoài ra, một nghiên cứu đã cho thấy sự tiếp tục quá trình giảm phân của noãn còn được điều hỏa bởi sự ngừng tương tác giữa noãn và các tế bào granulosa ^[4]. Trong nghiên cứu này, người ta tách noãn ra khỏi các tế bào granulosa và nhận thấy các noãn này thoát khỏi sự bắt giữ chu trình tế bào tại Prophase I và tiếp tục giảm phân. Như chúng ta đã biết, noãn và các tế bào này tương tác với nhau bằng tương tác gap junction (cầu nối liên bào) và các tế bào cumulus liên tục cung cấp cAMP cho noãn. Chính vì thế, khi các tương tác này giảm đi, lượng cAMP cung cấp cho noãn cũng giảm đi đáng kể. Kết quả của cả hai hiện tượng trên làm giảm nồng độ cAMP nội bào. Nồng độ cao cAMP nội bào dẫn đến kích hoạt yếu tố ức chế phiên mã PKAR/c, yếu tố này kiểm soát không cho noãn phiên mã các protein cần thiết để tiếp tục chu trình tế bào, chính vì thế ở giai đoạn GV chu trình tế bào của noãn bị bắt giữ ở prophase I. Khi nồng độ cAMP giảm, yếu tố ức chế phiên mã PKAR/c bị bất hoạt, noãn tiếp tục phiên mã dịch mã các protein đặc trưng, trong đó, 2 protein CyclinA và Cdk2 tham gia hình thành phức hợp protein CyclinB/Cdc2 đồng thời phosphoryl hóa phức hợp này (do bản chất của Cdk2 là một kinase protein). Sau khi được phosphoryl hóa, CyclinB/Cdc2 hoạt động như một kinase protein, làm phá vỡ túi mầm (GVBD).

Sở dĩ CyclinB/Cdc2 có thể làm tan túi mầm (màng nhân noãn) là vì màng nhân của noãn cấu tạo chủ yếu bởi các protein lamin kết hợp với nhau (một nghiên cứu sử dụng các kháng thể kháng các lamin này đã xác định được màng nhân noãn được cấu tạo bởi 2 loại protein – lamin B và lamin AC) ^{[3], [6]}. Nhưng khi sự phosphoryl hóa quá mức, các lamin rời nhau ra, màng nhân tan biến. Dưới kính hiển vi quang học, ta có thể nhận biết GVBD qua hiện tượng mất màng nhân noãn (hình 2.1).

Các NST đóng xoắn là bước chuẩn bị quan trọng cho sự phân chia các NST này về các tế bào con sau giảm phân, đảm bảo trong suốt quá trình phân chia, các NST không bị vướng vào các thành phần khác trong tế bào dẫn đến đứt gãy vật chất di truyền. Các chuỗi DNA dài cuộn xoắn quanh lõi octamer histone gồm 4 loại protein Histone H2A, H2B, H3 và H4, tạo thành các nucleosome chưa hoàn chỉnh. Sau đó, protein histone H1 đến gắn vào phức hợp trên, hình thành phức hợp nucleosome hoàn chỉnh. Do các histone H1 này có ái lực với nhau nên chúng giúp các nucleosome thành cấu trúc xoắn chặt chẽ hơn; quá trình này được điều hòa bởi MPF (Maturation Promoting Factor).
Một số nghiên cứu cho thấy sự phosphoryl hóa protein histone H3 ở vị trí Ser10 (đuôi amino) tạo thuận lợi cho các yếu tố hỗ trợ đóng xoắn (được gọi là các condensin) tiếp xúc với sợi nhiễm sắc. Condensin là một phức hợp gồm 5 protein được bảo tồn trong quá trình tiến hóa, bao gồm nhân SMC (structure maintenance of chromosomes) ở dạng heterodimer và 3 tiểu phần non-SMC (hình 1.2) ^[2]. Như vậy, ở cuối prophase I, NST đã đạt trạng thái đóng xoắn cực đại.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.            Anja Schmitt, A.R.N., Signalling pathways in oocyte meiotic maturation. Journal of Cell Science, 2002. 115: p. 2457 - 2459.
2.            Franck Bazile, J.S.-P., Damien D'Amours, Three-step model for condensin activation during mitotic chromosome condensation. Cell Cycle, 2010. 9(16): p. 3263 - 3275.
3.            Maul G., S.G., Jimenez S., et al., Detection of nuclear lamin B epitopes in oocyte nuclei from mice, sea urchins, and clams using a human autoimmune serum. Devel Biol, 1987. 121: p. 368 - 375.
4.            Racowsky C., B.K., In vitro and in vivo studies reveal that hamster oocyte meiotic arrest is maintained only transiently by follicular fluid, but persistently by membrana/cumulus granulosa cell contact. Devel Biol, 1989. 134: p. 297 - 306.
5.            Seang Lin Tan, R.-C.C., William M Buckett, In-vitro maturation of human oocytes: Basic science to clinical application. 2007.
6.            Stuurman N., H.S., Aebi U., Nuclear lamins: their structure, assembly, and interactions. J. Struct Biol, 1998. 122: p. 42 - 66.

 

Mời xem tiếp phần 2

Từ khóa: trưởng thành noãn, cơ chế phân tử, MII