Nhiều năm nghiên cứu trên chuột dẫn đến việc phát hiện ra cách thức autophagy giữ cho các tế bào gốc thần kinh sẵn sàng thay thế các tế bào thần kinh và não bị tổn thương.
Sâu bên trong não của bạn, một quân đoàn tế bào gốc nằm sẵn sàng biến thành não mới và tế bào thần kinh bất cứ khi nào và bất cứ nơi nào bạn cần chúng nhất. Trong khi chờ đợi, chúng giữ mình trong trạng thái sẵn sàng vĩnh viễn - sẵn sàng trở thành bất kỳ loại tế bào thần kinh nào bạn có thể cần khi các tế bào của bạn già đi hoặc bị hư hỏng.
Giờ đây, nghiên cứu mới từ các nhà khoa học tại Đại học Y Michigan đã tiết lộ một cách quan trọng mà họ thực hiện: thông qua một loại vệ sinh lò xo nội bộ, giúp loại bỏ rác trong các tế bào và giữ chúng ở trạng thái tế bào gốc.
Trong một bài báo được xuất bản trực tuyến trên tạp chí Nature Neuroscience, nhóm U-M cho thấy một loại protein đặc biệt, được gọi là FIP200, chi phối quá trình làm sạch này trong các tế bào gốc thần kinh ở chuột. Không có FIP200, các tế bào gốc quan trọng này chịu thiệt hại từ các sản phẩm thải của chính chúng - và khả năng biến thành các loại tế bào khác giảm đi.
Đây là lần đầu tiên quá trình tự làm sạch tế bào này, được gọi là autophagy, được chứng minh là rất quan trọng đối với các tế bào gốc thần kinh.
Các phát hiện có thể giúp giải thích tại sao não lão hóa và hệ thần kinh dễ bị bệnh hoặc tổn thương vĩnh viễn, vì tốc độ chậm tự làm sạch sẽ cản trở khả năng của cơ thể để triển khai tế bào gốc để thay thế các tế bào bị hư hỏng hoặc bị bệnh. Nếu phát hiện chuyển từ chuột sang người, nghiên cứu có thể mở ra con đường mới để phòng ngừa hoặc điều trị các bệnh về thần kinh.
Người đàn ông trên máy tính xách tay. Tín dụng: Shutterstock / ollyy
Trong một bài báo đánh giá liên quan vừa được công bố trực tuyến trên tạp chí Autophagy, nhà khoa học hàng đầu của U-M và các đồng nghiệp từ khắp nơi trên thế giới thảo luận về bằng chứng ngày càng tăng rằng autophagy rất quan trọng đối với nhiều loại tế bào gốc mô và tế bào gốc phôi cũng như tế bào gốc ung thư.
Khi các phương pháp điều trị dựa trên tế bào gốc tiếp tục phát triển, các tác giả cho biết, việc hiểu được vai trò của autophagy trong việc bảo tồn tế bào gốc Sức khỏe và khả năng trở thành các loại tế bào khác nhau sẽ ngày càng quan trọng.
Quy trình tạo ra các tế bào thần kinh mới từ các tế bào gốc thần kinh và tầm quan trọng của quá trình đó, được hiểu khá rõ, nhưng cơ chế ở cấp độ phân tử vẫn chưa rõ ràng, theo ông Jun-Lin Guan, tiến sĩ cấp cao tác giả của bài báo FIP200 và là tác giả tổ chức của bài viết đánh giá tế bào gốc và tế bào gốc. Tại đây, chúng tôi chỉ ra rằng autophagy rất quan trọng để duy trì các tế bào gốc thần kinh và sự biệt hóa, và cho thấy cơ chế mà nó xảy ra.
Thông qua autophagy, các tế bào gốc thần kinh có thể điều chỉnh mức độ của các loại oxy phản ứng - đôi khi được gọi là các gốc tự do - có thể tích tụ trong môi trường oxy thấp của các vùng não nơi các tế bào gốc thần kinh cư trú. Nồng độ ROS cao hơn bất thường có thể khiến các tế bào gốc thần kinh bắt đầu biệt hóa.
Guan là giáo sư trong bộ phận Phân tử & Di truyền học của Khoa Nội tổng hợp U-M, và Khoa Sinh học Tế bào & Phát triển.
Một con đường dài để khám phá
Phát hiện mới, được thực hiện sau 15 năm nghiên cứu với sự tài trợ của Viện Y tế Quốc gia, cho thấy tầm quan trọng của đầu tư vào khoa học phòng thí nghiệm - và vai trò của sự ngẫu nhiên trong nghiên cứu.
Guan đã nghiên cứu vai trò của FIP200 - có tên đầy đủ là protein tương tác gia đình kinase tương tác với protein 200 kD - trong sinh học tế bào trong hơn một thập kỷ. Mặc dù anh ấy và nhóm của anh ấy biết nó rất quan trọng đối với hoạt động của tế bào, nhưng họ không có mối liên hệ đặc biệt nào với nhau. Cùng với các đồng nghiệp ở Nhật Bản, họ đã chứng minh tầm quan trọng của nó đối với bệnh tự kỷ - một quá trình có tầm quan trọng đối với nghiên cứu bệnh tiếp tục phát triển khi các nhà khoa học tìm hiểu thêm về nó.
Một phần lý do của quá trình autophagy rất quan trọng đối với các tế bào gốc thần kinh là vì nó ngăn chặn sự tích tụ của các loài oxy phản ứng gốc tự do (ROS). Không có FIP200, số lượng tế bào gốc thần kinh trong não chuột đã giảm (cột thứ hai). Khi những con chuột thiếu FIP200 nhận được một loại thuốc chống oxy hóa, nồng độ tế bào gốc thần kinh của chúng đã phục hồi gần như bình thường (cột thứ ba, so với cột thứ nhất). Một số chuột không đáp ứng với thuốc (cột thứ tư).
Cách đây vài năm, nhóm nghiên cứu guan đã tình cờ phát hiện ra manh mối rằng FIP200 có thể quan trọng trong tế bào gốc thần kinh khi nghiên cứu một hiện tượng hoàn toàn khác. Họ đã sử dụng những con chuột không có FIP200 để so sánh trong một nghiên cứu, khi một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ quan sát nhận thấy rằng những con chuột trải qua sự co rút nhanh chóng của các vùng não nơi các tế bào gốc thần kinh cư trú.
Hiệu ứng đó thú vị hơn những gì chúng ta thực sự có ý định nghiên cứu, ông Gu nói, vì nó cho rằng nếu không có FIP200, một thứ gì đó đã gây ra thiệt hại cho nhà của các tế bào gốc thần kinh thường thay thế các tế bào thần kinh trong quá trình tổn thương hoặc lão hóa.
Vào năm 2010, họ đã làm việc với các nhà khoa học U-M khác để cho thấy tầm quan trọng của FIP200 đối với một loại tế bào gốc khác, đó là những tế bào tạo ra tế bào máu. Trong trường hợp đó, việc xóa gen mã hóa FIP200 dẫn đến sự tăng sinh và suy giảm cuối cùng của các tế bào như vậy, được gọi là tế bào gốc tạo máu.
Nhưng với các tế bào gốc thần kinh, họ báo cáo trong bài báo mới, xóa gen FIP200 khiến các tế bào gốc thần kinh bị chết và nồng độ ROS tăng lên. Chỉ bằng cách cho chuột uống chất chống oxy hóa n-acetylcystein, các nhà khoa học mới có thể chống lại tác dụng.
Quan nói rõ rằng autophagy sẽ rất quan trọng trong các loại tế bào gốc khác nhau. mô liên kết) tế bào gốc.
Nghiên cứu riêng của gu Quan đang nghiên cứu các tác động hạ nguồn của khiếm khuyết trong tự trị tế bào gốc thần kinh - ví dụ, cách giao tiếp giữa các tế bào gốc thần kinh và các hốc của chúng bị ảnh hưởng. Nhóm nghiên cứu cũng đang xem xét vai trò của autophagy trong tế bào gốc ung thư vú, vì những phát hiện hấp dẫn về tác động của việc xóa FIP200 đối với hoạt động của gen ức chế khối u p53, rất quan trọng trong ung thư vú và các loại ung thư khác. Ngoài ra, họ sẽ nghiên cứu tầm quan trọng của p53 và p62, một thành phần protein quan trọng khác để tự trị, đối với sự tự đổi mới và biệt hóa tế bào gốc thần kinh, liên quan đến FIP200.
Qua Đại học Michigan