Annual Review of Genetics

Tự thực bào (autophagy) là quá trình tự phá hủy các thành phần tế bào, trong đó các tự bào quan màng đôi thu gom các bào quan hoặc phần tế bào chất và hợp nhất với lysosome hoặc vacuole để phân giải bởi các hydrolase hiện diện. Quá trình tự thực bào được kích thích trong phản ứng với các loại căng thẳng bên ngoài hoặc bên trong tế bào và các tín hiệu như đói, thiếu yếu tố tăng trưởng, căng thẳng lưới nội chất (ER stress) và nhiễm trùng do tác nhân gây bệnh. Sự thiếu hụt trong quá trình tự thực bào có vai trò quan trọng trong các bệnh lý ở người, bao gồm ung thư, thoái hóa thần kinh và các bệnh truyền nhiễm. Chúng tôi trình bày kiến thức hiện tại về các gen chính cấu thành cơ chế tự thực bào ở eukaryote từ nấm men đến tế bào động vật có vú, cũng như các con đường tín hiệu cảm nhận trạng thái của các hình thức căng thẳng khác nhau và kích thích quá trình tự thực bào để duy trì sự sống và cân bằng nội môi của tế bào. Chúng tôi cũng xem xét những tiến bộ gần đây về các cơ chế phân tử điều tiết cơ chế tự thực bào ở nhiều cấp độ, từ kích hoạt phiên mã đến sửa đổi protein sau phiên mã.

Cuộc sống là sự tương tác giữa cấu trúc và năng lượng, tuy nhiên vai trò của sự thiếu hụt năng lượng trong bệnh tật con người vẫn chưa được khám phá đầy đủ bởi y học hiện đại. Vì ty thể sử dụng phosphoryl hóa oxi (OXPHOS) để chuyển đổi calo từ thực phẩm thành năng lượng có thể sử dụng, tạo ra các dạng oxy phản ứng (ROS) như là sản phẩm phụ độc hại, tôi giả thuyết rằng sự suy chức năng ty thể đóng vai trò trung tâm trong một loạt các rối loạn liên quan đến tuổi tác và các loại ung thư khác nhau. Bởi vì DNA ty thể (mtDNA) xuất hiện hàng ngàn bản sao mỗi tế bào và mã hóa các gen thiết yếu cho sản xuất năng lượng, tôi đề xuất rằng sự khởi phát muộn và diễn biến tiến triển của các bệnh liên quan đến tuổi tác là kết quả của sự tích lũy các đột biến soma trong mtDNA của các mô sau phân bào. Các biểu hiện theo mô cụ thể của những bệnh này có thể xuất phát từ vai trò và nhu cầu năng lượng khác nhau của các mô khác nhau. Sự khác biệt về khuynh hướng cá nhân và khu vực đối với các bệnh thoái hóa và ung thư có thể là kết quả từ sự tương tác giữa lượng calo ăn uống hiện đại và các đa hình gen mtDNA cổ xưa. Do đó, ty thể tạo ra một liên kết trực tiếp giữa môi trường của chúng ta và các gen của chúng ta, và các biến thể mtDNA mà cho phép tổ tiên của chúng ta điều chỉnh năng lượng với quê hương tổ tiên của họ đang ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng ta ngày nay.

Mitochondria đóng vai trò then chốt trong việc kích hoạt quá trình apoptosis ở các tế bào có vú. Các thành viên của gia đình Bcl-2 điều chỉnh việc giải phóng các protein từ không gian giữa màng trong và màng ngoài của mitochondria, những protein này, khi đã vào được trong chất tế bào, sẽ kích hoạt các protease caspase làm tan rã các tế bào và tín hiệu cho việc thực bào hiệu quả các xác tế bào. Ở đây, chúng tôi xem xét tài liệu phong phú về các protein được giải phóng từ không gian giữa màng và xem xét các bằng chứng di truyền ủng hộ và phản đối vai trò của chúng trong việc kích hoạt apoptosis. Chúng tôi cũng so sánh và đối chiếu các con đường apoptosis ở Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, và động vật có vú, những điều này chỉ ra rằng còn nhiều bí ẩn lớn cần được giải quyết.

Quorum sensing là một quá trình giao tiếp giữa tế bào, trong đó vi khuẩn sử dụng sự sản xuất và phát hiện các hóa chất ngoại bào gọi là autoinducers để theo dõi mật độ quần thể tế bào. Quorum sensing cho phép vi khuẩn đồng bộ hóa biểu hiện gen của nhóm, và do đó hành động một cách thống nhất. Trong bài báo này, chúng tôi xem xét các cơ chế liên quan đến quorum sensing, tập trung vào các hệ thống quorum-sensing của Vibrio harveyi và Vibrio cholerae. Chúng tôi thảo luận về sự khác biệt giữa hai hệ thống quorum-sensing này và sự khác biệt giữa chúng với các hệ thống truyền tín hiệu vi khuẩn điển hình khác. Chúng tôi lập luận rằng các hệ thống quorum-sensing của Vibrio được thiết kế tối ưu để chính xác chuyển đổi thông tin autoinducer ngoại bào thành các thay đổi bên trong trong biểu hiện gen. Chúng tôi mô tả cách mà các nghiên cứu về các hệ thống quorum-sensing của V. harveyi và V. cholerae đã tiết lộ một số cơ chế cơ bản hỗ trợ cho sự tiến hóa của các hành vi tập thể.

Các gãy đôi chuỗi DNA (DSBs) là những tổn thương tế bào có thể gây ra các sự kiện đột biến hoặc chết tế bào nếu không được sửa chữa hoặc được sửa chữa một cách không thích hợp. Tế bào sử dụng hai con đường chính để sửa chữa DSB: nối đầu không tương đồng (NHEJ) và tái tổ hợp đồng di truyền (HR). Sự lựa chọn giữa các con đường này phụ thuộc vào giai đoạn của chu kỳ tế bào và bản chất của các đầu DSB. Một yếu tố quyết định quan trọng trong việc lựa chọn đường sửa chữa là khởi đầu của việc cắt ngắn đầu DNA theo hướng 5′-3′, điều này cam kết tế bào vào sửa chữa phụ thuộc vào sự tương đồng, và ngăn cản sửa chữa bằng NHEJ cổ điển. Tại đây, chúng tôi xem xét các thành phần của cơ chế cắt đầu, vai trò của cấu trúc đầu, và giai đoạn chu kỳ tế bào trong quá trình cắt ngắn, cũng như mối tương tác giữa xử lý các đầu với NHEJ.