Sự cố vận chuyển trong tế bào não có thể dẫn đến bệnh Alzheimer, Parkinson
Sau khi nghiên cứu quá trình này ở chuột và ruồi, các nhà khoa học cho rằng việc không vận chuyển được các cỗ máy phân tử phá vỡ protein trong tế bào có thể là trung tâm của các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer và Parkinson.
Khả năng loại bỏ các protein bị hư hỏng, hình dạng sai hoặc dư thừa theo yêu cầu là một chức năng quan trọng trong tế bào sống. Quá trình này xảy ra tại các vị trí cụ thể trong ô.
Một số vị trí này có thể cách thân tế bào hơn 1 mét trong tế bào thần kinh, hoặc tế bào thần kinh vì chúng nằm dọc theo sợi trục của chúng, là những sợi dài mỏng liên kết chúng với các tế bào thần kinh khác.
Tế bào sử dụng các máy phân tử phức tạp gọi là proteasomes để phân hủy protein tại các vị trí hoạt động cụ thể của chúng.
Một trong những dấu hiệu của bệnh thoái hóa thần kinh là sự tích tụ của các protein không thể phân hủy.
Ví dụ bao gồm sự tích tụ của beta-amyloid trong bệnh Alzheimer và alpha-synuclein trong bệnh Parkinson.
Khi các protein chưa phân loại tích tụ, chúng sẽ dính vào nhau và các chất khác, làm tắc nghẽn các tế bào não và phá vỡ chức năng của chúng. Các tế bào cuối cùng ngừng hoạt động và chết.
Vận chuyển thất bại
Nghiên cứu mới, được thực hiện bởi các nhà khoa học tại Đại học Rockefeller ở New York, NY, ủng hộ ý kiến rằng việc không vận chuyển được proteasomes có thể là nguyên nhân gây ra sự tích tụ protein xảy ra trong bệnh thoái hóa thần kinh.
Các nhà nghiên cứu báo cáo phát hiện của họ trong hai bài báo gần đây - một trong Tế bào phát triển và cái khác trong PNAS.
Giáo sư Hermann Steller, tác giả cao cấp của cả hai nghiên cứu cho biết: “Đây là nghiên cứu đầu tiên tìm ra cơ chế mà proteasomes di chuyển đến các đầu dây thần kinh để thực hiện công việc của chúng.
Ông nói thêm: “Khi cơ chế này bị phá vỡ, sẽ có những hậu quả nghiêm trọng đối với chức năng và sự tồn tại lâu dài của các tế bào thần kinh.”
Trong nghiên cứu đầu tiên, ông và các đồng nghiệp đã điều tra proteasomes ở ruồi giấm và chuột. Ở đó, họ phát hiện ra rằng chất ức chế proteasome protein 31 (PI31) rất cần thiết cho việc vận chuyển các proteasome trong sợi trục của tế bào thần kinh.
Có vẻ như PI31 giúp proteasomes kết hợp với các động cơ phân tử đưa chúng đi theo, và nó cũng thúc đẩy chuyển động của các động cơ. Không có PI31, quá trình vận chuyển proteasome chấm dứt.
Thao tác gen làm sáng tỏ hơn
Trong nghiên cứu thứ hai, các nhà nghiên cứu đã điều tra PI31 kỹ lưỡng hơn bằng cách điều khiển gen của nó.
Họ chế tạo ra những con chuột im lặng PI31 gen trong hai loại tế bào não có sợi trục dài.
Khi gen bị tắt, những tế bào đó không thể sản xuất protein PI31 và vận chuyển các proteasomes.
Các nhà khoa học đã thấy làm thế nào điều này dẫn đến sự tích tụ các protein bất thường ở các đầu của sợi trục dài, hay còn gọi là “các đầu xa của tế bào thần kinh”.
Họ cũng thấy rằng các tế bào thần kinh bị thiếu PI31 trông rất kỳ quặc.
Các "khiếm khuyết về cấu trúc" đặc biệt đáng chú ý ở các nhánh của sợi trục và ở khớp thần kinh, tạo thành các điểm nối giữa các nơ-ron.
“Đáng chú ý, những thay đổi cấu trúc này ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn theo tuổi tác,” GS Steller nhận xét.
Ông giải thích rằng khi họ quan sát những con chuột có những khiếm khuyết đó, nó nhắc nhở họ về “những khiếm khuyết nghiêm trọng về hành vi và giải phẫu mà chúng ta thấy trong một số bệnh thoái hóa thần kinh ở người”.
Tiềm năng cho các phương pháp điều trị mới
Các nhà nghiên cứu tin rằng phát hiện của họ sẽ bổ sung kiến thức ngày càng tăng về vai trò của PI31 trong các bệnh thoái hóa thần kinh.
Ví dụ: có một loại Parkinson nghiêm trọng xảy ra sớm hơn trong đời so với các loại khác do đột biến trong PARK15 gen.
Các nhà khoa học đã đề xuất rằng vì PARK15 tương tác với PI31, sự gián đoạn của nó có thể cản trở hoạt động của proteasome.
Các nhà nghiên cứu đang khám phá cách sử dụng PI31 và các phân tử mà nó tương tác làm mục tiêu thuốc.
Họ hy vọng rằng nó có thể dẫn đến các phương pháp điều trị can thiệp sớm vào quá trình bệnh vì PI31 hoạt động trong quá trình hình thành ban đầu của các tế bào thần kinh.
Một con đường khác mà họ đang theo đuổi là làm thế nào để quá trình vận chuyển proteasome bị tạm dừng di chuyển trở lại.
Mặc dù nghiên cứu mới tập trung vào cơ chế hình thành protein, nhưng GS Steller không tin rằng đó là nguyên nhân gốc rễ mà chỉ là triệu chứng của một điều gì đó lớn hơn đang xảy ra.
“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng nó thực sự bắt đầu với một khiếm khuyết cục bộ trong proteasomes, dẫn đến việc không phân hủy được các protein quan trọng đối với chức năng thần kinh.”
Giáo sư Hermann Steller
