Các nhà sinh học của Đại học Brown đã tìm thấy một phân tử mới trong ruồi giấm là chìa khóa để trao đổi thông tin cần thiết để tạo ra đôi cánh đúng cách. Họ cũng đã phát hiện ra bằng chứng cho thấy một loại protein tương tự có thể tồn tại ở người và có thể liên quan đến các vấn đề như sứt môi, hoặc suy buồng trứng sớm.
CUNG CẤP, R.I - Khi chúng làm việc cùng nhau để tạo thành các bộ phận cơ thể, các tế bào trong việc phát triển các sinh vật giao tiếp như những công nhân tại một công trường xây dựng. Các nhà sinh học của Đại học Brown phát hiện ra một phân tử tín hiệu mới ở ruồi, không chỉ giúp giải thích cách thức các tế bào kéo dài mà còn cung cấp manh mối mới cho các nhà nghiên cứu nghiên cứu về sự phát triển của con người như thế nào, ví dụ như trong trường hợp sứt môi và vòm miệng.
Đối với tất cả sự đa dạng của sự sống, các tế bào động vật chỉ sử dụng một bộ protein nhỏ cho các tín hiệu công việc phối hợp xây dựng. Vì lý do đó, Kristi Wharton, phó giáo sư sinh học phân tử, sinh học tế bào và sinh hóa, nghiên cứu các protein và con đường này ở ruồi giấm có thể cho phép các nhà sinh học và bác sĩ giải thích sự phát triển và các quá trình tế bào khác xảy ra trong nhiều loại sinh vật và mô.
Kristi Wharton nghiên cứu các protein thuyền đáy đáy thủy tinh, cho phép các sinh vật định hình mô thành cánh, tay, nội tạng và mọi thứ khác. Tín dụng hình ảnh: Mike Coemat / Brown University
Chúng tôi quan tâm đến cách thức hình thành của một bàn tay hoặc cách mô hình của một cánh hình thành, ông Wharton nói. Làm thế nào để các tế bào biết vị trí của chúng trong một mô đang phát triển?
Ở người, một họ chính của các phân tử tín hiệu truyền tải những chất đó là protein hình thái xương (BMP). Trong ruồi giấm, các protein hậu môn trực tiếp mang tên Thuyền đáy kính (Gbb), vì một dạng đột biến làm cho ấu trùng xuất hiện rõ ràng thay vì màu trắng đục. Cho đến nay, sự khôn ngoan thông thường là tín hiệu đến từ một dạng ruồi của BMP được gọi là Gbb15.
Nghĩ về thời gian dài nhất là protein nhỏ hơn này là sản phẩm duy nhất được hình thành và quan trọng để truyền tín hiệu, theo ông Wharton. Nhưng chúng tôi đã tìm thấy một dạng khác của phân tử tín hiệu này mà trước đây không biết.
Wharton và cựu đồng nghiệp sau tiến sĩ Takuya Akiyama giới thiệu phân tử mới, Gbb38, trong ấn bản ngày 3 tháng 4 của tạp chí Science Signaling. Các thí nghiệm cho thấy trong các mô nơi có nhiều, đặc biệt là các bộ phận của cánh, Gbb38 tỏ ra chịu trách nhiệm cho hoạt động tín hiệu nhiều hơn Gbb15 và có vẻ đặc biệt quan trọng để mang tín hiệu đường dài.
Liên kết có thể với con người
Ngoài những phát hiện trên ruồi, Akiyama còn phát hiện ra rằng đột biến gen tạo ra BMP ở người phản ánh trực tiếp mã di truyền tạo ra Gbb38 ở ruồi, xảy ra ở những người bị sứt môi (có hoặc không có hở hàm ếch) và rối loạn sinh sản suy buồng trứng sớm và hội chứng ống Mullerian kéo dài. Nói cách khác, một đột biến làm gián đoạn quá trình sản xuất Gbb38 ở ruồi, tương tự như các đột biến liên quan đến rối loạn phát triển ở các mô khác nhau ở người.
Phân tích di truyền học không chứng minh rằng các đột biến cản trở việc sản xuất protein tín hiệu tương tự ở người sẽ là nguyên nhân của những căn bệnh đó, Wharton nói. Trên thực tế, một BMP dạng dài hơn như Gbb38 vẫn chưa được phát hiện ở người. Nhưng phát hiện mới ít nhất cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu để điều tra liên kết đó, có lẽ là đầu tiên ở chuột, cô nói.
Một lợi ích tiềm năng khác của phát hiện này, cô nói, đó là việc tìm thấy một chất tương tự Gbb38 ở người có thể cải thiện việc sử dụng BMP hiện tại như là phương pháp trị liệu để sửa chữa xương, bệnh về cột sống và tái tạo các khiếm khuyết xương maxillofacial.
Nếu các dạng BMP lớn của con người thực sự có mặt, được đề xuất bởi ba đột biến của con người, thì chúng có thể là một lựa chọn thay thế rất hữu ích cho các BMP ngắn vì các dạng lớn hoạt động mạnh hơn về tín hiệu và có các tính chất khác nhau trong vivo, Người Wharton nói.
Khám phá trên cánh
Trong bài báo mới, được hỗ trợ bởi một kháng thể được cung cấp bởi tác giả thứ hai Guillermo Marques của Đại học Alabama, Akiyama và Wharton đã có thể khám phá Gbb38 vì trước tiên họ hỏi chuyện gì đã xảy ra khi họ làm gián đoạn việc tạo ra Gbb15. Khi họ làm điều đó, bằng cách thay đổi các hướng dẫn di truyền cho biết các enzyme cắt Gbb15 ra khỏi protein dài hơn, họ nhận thấy rằng hoạt động báo hiệu chỉ giảm nhẹ thay vì hoàn toàn biến mất như sự khôn ngoan thông thường đã dự đoán.
Nghiên cứu sâu hơn cho thấy rằng có một nơi khác mà enzyme có thể cắt để tạo ra protein. Cắt tại điểm đó mang lại protein Gbb38 dài hơn. Khi họ làm gián đoạn sự phân tách đó ở ruồi, các nhà nghiên cứu thấy rằng tín hiệu bị cản trở đáng kể. Việc giảm tín hiệu hoàn toàn đến từ việc ngắt cả Gbb15 và Gbb38.
Trong khi đó, tại các khu vực của mô cánh, Akiyama thấy rằng việc ngắt Gbb15 chỉ gây ra hậu quả cho việc truyền tín hiệu giữa các tế bào lân cận. Làm gián đoạn Gbb38, trong khi đó, giữ nguyên tín hiệu cục bộ, nhưng tạo ra các vấn đề xa hơn đáng kể.
Loại protein nhỏ không có thể di chuyển rất xa trên mô. Tuy nhiên, chúng tôi thấy protein lớn có phạm vi rất dài. Điều đó có thể cung cấp một câu trả lời cho câu hỏi lâu dài về những gì điều chỉnh phạm vi của các phân tử tín hiệu này.
Quan điểm của các nhà sinh học phát triển, do đó, thực sự có thể rõ ràng hơn trong một chiếc thuyền đáy kính lớn hơn.
Viện Khoa học Y khoa Quốc gia đã tài trợ cho nghiên cứu.