Làm thế nào bộ não nhận biết thời điểm nên "dọn rác"
Bộ não có dịch vụ dọn phòng riêng, một cơ chế tinh vi giúp dọn dẹp các mảnh vụn còn sót lại từ hoạt động tế bào. Tuy nhiên các nhà khoa học vẫn gặp khó khăn trong việc xác định chính xác cách thức bộ não nhận biết khi nào nên bắt đầu "nhặt rác" tế bào này.
Một nhóm các nhà khoa học do Yale dẫn đầu đã xác định được một loại protein quan trọng trong quá trình tự thực bào (autophagy). Protein đó là ATG-9, ức chế hoạt động tại các khớp thần kinh (synap) và báo hiệu nhu cầu tăng cường autophagy, trong đó các mảnh vỡ tế bào thần kinh được tạo ra bởi tình trạng gia tăng hoạt động của tế bào sẽ bị thực bào và phân hủy, được báo cáo ngày 21 tháng 1 trên tạp chí Neuron.
Các đột biến ảnh hưởng đến sự dẫn truyền ATG-9 tại các điểm giao nhau của tế bào thần kinh, được gọi là khớp thần kinh, có thể giúp giải thích vì sao tự thực bào không xảy ra trong quá trình tăng hoạt động của khớp thần kinh, liên quan đến một số bệnh thoái hóa thần kinh, bao gồm cả bệnh Parkinson.
Daniel Colón-Ramos, Giáo sư Khoa học Thần kinh và Sinh học Tế bào Dorys McConnell Duberg tại Trường Y Yale và là tác giả cấp cao của bài báo cho biết: “Tế bào thần kinh thường xuyên hoạt động và máy móc của chúng có thể bị hao mòn."
Các tế bào thần kinh hoạt động ngày càng tăng, nhu cầu thoái hóa tế bào để loại bỏ các thành phần tế bào bị hư hỏng càng lớn. Trong quá trình tự thực bào, các tế bào thần kinh tạo ra một bào quan được ví như một chiếc xe chở rác, cơ quan này cô lập, vận chuyển và sau đó phá hủy các thành phần tế bào bị hư hỏng. Việc hình thành bào quan ở đâu và khi nào là rất quan trọng vì quá trình thu nhận cần được điều phối và hẹn giờ. Làm thế nào các tế bào thần kinh điều phối quá trình này hiện vẫn là một bí ẩn.
Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Colón-Ramos và tác giả đầu tiên Sisi Yang, một ứng viên tiến sĩ tại Yale với mối quan tâm đến chức năng của protein ATG-9, họ tập trung quan sát gần khớp thần kinh của các tế bào thần kinh trong một nghiên cứu mới gần đây. Sử dụng phương pháp tiếp cận phân tử di truyền, họ phát hiện ra rằng ATG-9 theo dõi hoạt động của tế bào thần kinh bằng cách trải qua một quá trình gọi là chu kỳ bóng synap, trong đó các tế bào tiết ra chất dẫn truyền thần kinh thực hiện các chức năng của não. Khi hoạt động của synap tăng lên, họ phát hiện ra, chu kỳ bóng synap và dẫn truyền ATG-9 cũng vậy. Điều này báo hiệu sự cần thiết của hiện tượng tự thực bào.
Ông Yang nói: "Chúng tôi nghĩ rằng khi các tế bào thần kinh này thực hiện chức năng của chúng và truyền thông tin, ATG-9 hoạt động như một loại nhật ký hoạt động, khi hoạt động của tế bào thần kinh tăng lên, sẽ giúp cảnh báo các tế bào tăng hoạt động tự thực bào để tiến hành dọn dẹp. Do đó, ATG-9 hoạt động giống như một người điều phối hoạt động khớp thần kinh và autophagy."
Các phát hiện cũng bổ sung một manh mối khác về bệnh lý cơ bản của các bệnh thoái hóa thần kinh có liên quan đến suy giảm chức năng autophagy. Ví dụ, một số đột biến liên quan đến hoạt động của khớp thần kinh - bao gồm một đột biến di truyền được xác định ở người và có liên quan đến bệnh Parkinson - ảnh hưởng đến việc vận chuyển ATG-9 tại các khớp thần kinh và cản trở khả năng tự thực bào khi hoạt động tế bào thần kinh tăng lên.
Colón-Ramos cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng ở cả tế bào thần kinh của động vật có xương sống và không xương sống, quá trình vận chuyển ATG-9 tại khớp thần kinh ảnh hưởng đến khả năng tự thực bào của tế bào,” ông cho biết thêm:"Thực tế là những tổn thương di truyền tương tự này có liên quan đến rối loạn thoái hóa thần kinh hiện cung cấp các mục tiêu để kích hoạt lại quá trình tự thực bào, từ đó ngăn ngừa các rối loạn chức năng tế bào thần kinh được quan sát thấy trong các bệnh thoái hóa thần kinh."
Các phòng thí nghiệm của Pietro de Camilli của Yale, Giáo sư Khoa học Thần kinh John Klingenstein và giáo sư sinh học tế bào, Jihong Bai thuộc Trung tâm Ung thư Fred Hutchinson có trụ sở tại Seattle cũng đóng góp vào nghiên cứu.