Các nhà khoa học giải thích những gì khiến tế bào não phát triển trong một trật tự cụ thể

Các nhà nghiên cứu đã nhận diện được toàn bộ 10 yếu tố vận hành sự phát triển của các dạng tế bào não trong hệ thị giác của ruồi giấm – bao gồm cả những gì các neuron phát triển.

Phát hiện này được xuất bản trên Nature, mở ra những con đường mới cho nghiên cứu về sự phát triển của não tiến hóa trong những loài khác nhau và nắm giữ manh mối về y học tái sinh.

Não người gồm có 80 tỉ neuron. Những tế bào thần kinh khác nhau về hình thức, chức năng và sự kết nối với những neuron khác để hình thành mạng thần kinh. Sự phức hợp cho phép não thực hiện nhiều chức năng của nó, từ kiểm soát lời nói và thị giác đến lưu trữ kỷ niệm và tạo ra các trạng thái cảm xúc.

Trong khi các nhà khoa học nhận diện được nhiều dạng neuron thì chính sự phức hợp xuất hiện trong suốt quá trình phát triển của não lại là câu hỏi trung tâm về sinh học thần kinh phát triển và y học tái sinh. “Hiểu về cách bộ não người phát triển như thế nào có thể cho phép chúng ta lặp lại các quá trình xử lý phát triển trong tương lai ở phòng thí nghiệm để tạo ra các dạng cụ thể của neuron trong một đĩa Petri – và có tiềm năng chuyển chúng trong các bệnh nhân – hoặc kích hoạt các tế bào gốc thần kinh trong các cơ thể sống để chế tạo hoặc thay thế các neuron bị mất”, theo Claude Desplan, giáo sư sinh học tại NYU và tác giả chính của nghiên cứu.

Nghiên cứu về bộ não người hết sức thách thức nên các nhà nghiên cứu thường phụ thuộc vào các sinh vật mô hình, ví dụ như chuột và ruồi, để khám phá các cơ chế phức tạp trong các quá trình xử lý của bộ não. Trong động vật có xương sống như chuột và người, và không xương sống, như ruồi giấm, các dạng neuron khác nhau đều được tạo ra một cách liên tục khi bộ não phát triển, với các dạng cụ thể của neuron được tạo ra đầu tiên và cá dạng được sinh ra sau đó từ những tế bào gốc nguyên bản.

Cơ chế do các tế bào gốc thần kinh tạo ra các neuron khác nhau theo thời gian được gọi là mẫu hình theo thời gian (temporal patterning) Bằng sự biểu hiện các phân tử khác nhau – các nhân tố phiên mã theo thời gian hay tTFs – mà điều chỉnh sự biểu hiện của các gene cụ thể ở mỗi cửa số thời gian, các tế bào gốc neuron tạo ra các neuron khác nhau.

Trong nghiên cứu mới xuất bản trên Nature, các nhà nghiên cứu tìm hiểu các bộ não của ruồi giấm Drosophila và khám phá ra toàn bộ các tTFs cần thiết để tạo ra gần như 120 dạng neuron của tủy xương, một cấu trúc não cụ thể trong hệ thị giác của ruồi giấm. Họ đã sử dụng công nghệ giải trình tự mRNA đơn tế bào hiện đại bậc nhất hiện nay để thu được transcriptome, bản phiên mã tập hợp tất cả các bản phiên mã RNA, bao gồm mã hóa và không mã hóa, nghĩa là tất cả các gene biểu hiện trong một tế bào cụ thể – của hơn 50.000 tế bào sau đó được nhóm lại trong các dạng tế bào hiện diện trong tủy xương đang phát triển.

Tập trung vào các tế bào gốc neuron, các nhà nghiên cứu nhận diện được toàn bộ các tTFs đã được xác định các cửa sổ khác nhau trong vùng não và mạng di truyền kiểm soát biểu hiện của các tTFs đó cho phép sự tiếp nối về thời gian này diễn ra.

“Phần lớn các tTFs đã được nhận biết trước đây trong hệ thị giác của não bộ đều sử dụng các kháng nguyên có sẵn; chúng tôi mới nhận diện thêm 10 tTFs có thể định rõ các loại neuron trong vùng não đó”, theo nhận xét của Nikolaos Konstantinides, một trong số các tác giả, hiện là trưởng một nhóm nghiên cứu ở Viện nghiên cứu Jacques Monod ở Paris và là cựu postdoct ở phòng thí nghiệm của Desplan.

Các nhà nghiên cứu giờ đã nhận biết được các tương tác di truyền cho phép sự tiếp nối thời gian và cách tiến triển này liên quan đến “trật tự sinh” của tất cả các neuron trong tủy xương, liên quan đến các cửa sổ thời gian cụ thể với việc tạo ra các dạng neuron cụ thể. Sự tiếp nối này rất cần thiết vì nó tạo ra sự đa dạng neuron của vùng não theo một trật tự có sẵn.

“Sự suy yếu của tiến trình nối tiếp thời gian có thể dẫn đến việc giả sút sự đa dạng neuron, dẫn đến thay đổi sự phát triển của não bộ”, Isabel Holguera, một nghiên cứu sinh postdoct tại Khoa Sinh học NYU và là một trong số các tác giả thứ nhất, nói.

Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra các bước ban đầu của quá trình các tế bào gốc neuron trưởng thành thành neuron, một giai đoạn trong sự phát triển của neuron được gọi là biệt hóa. Họ tìm thấy quá trình biệt hóa cho neuron ruồi và neuron vỏ não người tương tự nhau, với mẫu hình tương tự các gene được biểu hiện qua vô số giai đoạn biệt hóa khác nhau.

“Phái hiện của chúng tôi cho thấy việc hiểu về cơ chế phát triển của neuron trong ruồi giấm có thể đem lại cái nhìn xuyên suốt cho quá trình tương đương ở người”, đồng tác giả Anthony Rossi, hiện làm postdoct ở Harvard và là cựu thành viên trong phòng thí nghiệm của Desplan, nói về ý nghĩa của nghiên cứu này.

Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://medicalxpress.com/news/2022-04-scientists-brain-cells-specific.html

https://www.techexplorist.com/brain-cells-develop-specific-order/46274/