Tạo sinh thần kinh: Khám phá cơ chế điều tiết mới

Đặc trưng

Hệ thống thần kinh được tạo thành từ sự kết hợp của rất nhiều các tế bào thần kinh. Tuy nhiên, chỉ một số lượng rất nhỏ protein

• tham gia vào việc sản xuất,
• và xác định danh tính của hàng tỷ tế bào thần kinh này.

Chúng được gọi là protein tăng sinh. Chúng có nhiệm vụ

• điều chỉnh sự phát triển của não,
• và hình thành tế bào thần kinh.

Điều này có nghĩa chúng sản xuất các tế bào thần kinh chức năng từ các tế bào gốc thần kinh. Các protein tăng sinh này là yếu tố phiên mã. Chúng kiểm soát việc biểu hiện của các protein khác.

Vấn đề

Chúng được biểu hiện rất rõ trong thời kỳ đầu hình thành tế bào thần kinh. Khía cạnh quan trọng của hệ thống sản xuất này vẫn còn được làm sáng tỏ. Các nhà khoa học dựa trên

• việc điều chỉnh thời gian hoạt động chính xác của các protein tăng sinh,
• và cách thức điều hòa của chúng,
• để hiểu cách biệt hóa tế bào thần kinh.

Câu hỏi

Bằng cách nào một tập hợp rất nhỏ các protein biểu hiện trong một khoảng thời gian rất hạn chế lại kiểm soát việc tạo ra một số lượng tế bào thần kinh đa dạng như vậy? Nguyên nhân và ảnh hưởng gây nên việc biểu hiện thoáng qua của các protein này là gì? Và cuối cùng, liệu cơ chế cho phép tạo sinh thần kinh có giúp sức trong việc bảo tồn các loài?

Thực nghiệm tạo sinh thần kinh

Kết quả

Các nghiên cứu trước đây ở Drosophila, hay trên ruồi giấm, và trên chuột đã chỉ ra

• việc biểu hiện của các protein tăng sinh bắt đầu ở mức rất thấp trong tế bào gốc thần kinh,
• sau đó nó tăng lên bằng cách tự kích hoạt.

Sự gia tăng đến đột ngột và kết thúc cũng rất nhanh. Do đó, hoạt động của các protein dễ bị kích thích có hai đặc điểm:

• biên độ hoạt động đáng kể, dễ dàng giải thích bằng cách tự kích hoạt
• và thời gian giới hạn.

Thách thức

Làm thế nào một protein tự động kích hoạt biểu hiện của chính nó lại có thể biến mất ở đỉnh của việc biểu hiện đó? Các kết quả cho thấy sự tồn tại của một cơ chế không xác định

• ghi đè quá trình tự động kích hoạt,
• và đồng bộ hóa biên độ – thời gian biểu hiện protein tự nhiên.

Giải pháp

Bước 1

Để trả lời những câu hỏi này, nhóm của Bassem Hassan đã nghiên cứu sự kiểm soát và cơ chế biểu hiện của protein tăng sinh trong quá trình phát triển võng mạc. Các protein được đề cập kiểm soát sự khác biệt của tế bào thần kinh võng mạc từ tế bào gốc thần kinh.

Bước 2

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một cơ chế “tất cả hoặc không có gì”. Cơ chế nhị phân này có thể vô hiệu hóa các protein dễ mắc bệnh. Quá trình biến đổi hóa học có thể đảo ngược (phosphoryl hóa) trong một phần protein được bảo tồn cao giữa các loài khác nhau, từ ruồi giấm, chuột sang người. Chính cơ chế này cho phép thiết lập một mạng lưới các nơron chức năng.

3. Sự thật của quá trình tạo sinh thần kinh

Ghi nhận

Trên thực tế, việc ức chế quá trình phosphoryl hóa này làm thay đổi hoạt động của các protein tăng sinh. Nó gây ra

• những thay đổi trong biểu hiện của các gen mục tiêu,
• ngăn cản sự phát triển bình thường của não.

Những thay đổi này

• cản trở tín hiệu giữa các tế bào thần kinh,
• và có tác động tiêu cực đến số lượng và sự đa dạng của chúng.

Điều thú vị là sự ức chế của cơ chế nhị phân này tạo ra những thay đổi về số lượng trong sự biểu hiện của các gen mục tiêu. Sự kiểm soát thời gian tinh vi và chính xác của sự hình thành thần kinh dường như

• được điều chỉnh bởi sự cân bằng giữa
• số lượng các protein dễ bị kích hoạt và không hoạt động.

Hứa hẹn

Những kết quả này, được xác nhận trong một mô hình thử nghiệm tạo sinh thần kinh khác. Do đó nó tiết lộ sự tồn tại của một cơ chế

• vừa nâng cao khả năng bảo tồn giữa các loài,
• vừa điều chỉnh sự hình thành thần kinh,
• và tạo ra số lượng tế bào thần kinh đa dạng, đầy đủ trong quá trình phát triển não bộ.

Các đột biến ngăn cản sự biến đổi hóa học này gây ra các bệnh ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ thần kinh. Do đó, việc làm sáng tỏ cơ chế này cuối cùng có thể cho phép phát triển các giải pháp điều trị. Hơn nữa, trong suốt đời người, việc tạo ra các tế bào thần kinh mới

• giúp duy trì tất cả các khả năng nhận thức,
• và đóng một vai trò quan trọng trong việc lưu trữ trí nhớ.

Hiểu được vai trò của cơ chế tạo sinh thần kinh ở người lớn mở ra bước ngoặt trong cuộc chiến chống lại các bệnh thoái hóa. Chúng bao gồm các hội chứng suy giảm trí nhớ, bệnh Alzheimer, tổn thương não, trầm cảm,…

Xem thêm bài viết

• Cách trị bệnh tự miễn: Liệu pháp tế bào và giá trị ứng dụng
• Liệu pháp ozone và bệnh ung thư: Những thông tin căn bản cần biết
• Liệu pháp ozone cho bệnh Lyme và những rủi ro khoa học đã chứng minh

Nguồn: VIB – Flanders Interuniversity Institute for Biotechnology