Một tế bào thần kinh trong não người trưởng thành bình thường có thể có hơn một ngàn đột biến di truyền mà không hiện diện trong các tế bào xung quanh nó, theo một nghiên cứu mới của các nhà khoa học tại Viện Y học Howard Hughes (HHMI). Phần lớn những đột biến này dường như phát sinh trong khi các gen đang hoạt động, sau khi não hoàn thành sự phát triển.
“Chúng tôi phát hiện ra rằng những gen mà não sử dụng nhiều nhất là những gen mỏng manh nhất và có khả năng bị đột biến nhiều nhất”, Christopher Walsh, nhà nghiên cứu tại Bệnh viện Nhi Boston, người dẫn dắt nghiên cứu, cho biết.
Vẫn chưa rõ những đột biến xuất hiện một cách tự nhiên này ảnh hưởng như thế nào đến các chức năng của một bộ não bình thường, hoặc mức độ chúng góp phần gây bệnh nhưng bằng cách lần theo sự phân bố của các đột biến giữa các tế bào, Walsh và đồng nghiệp của ông đã biết được thông tin mới về cách thức não người phát triển. “Bộ gen của một tế bào thần kinh giống như một hồ sơ khảo cổ học của nó”, Walsh nói. “Chúng tôi có thể biết được dòng truyền thừa của nó trong mô hình có chung các đột biến. Bây giờ chúng tôi biết rằng nếu chúng tôi kiểm tra đủ các tế bào trong đủ các bộ não, chúng tôi có thể giải cấu trúc toàn bộ mô hình phát triển của bộ não người”.
Các tế bào với nhiều hình dạng, kích thước và chức năng khác nhau gắn bó mật thiết với nhau bên trong bộ não và trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học vẫn tự hỏi sự đa dạng đó được tạo ra như thế nào. Các nhà khoa học tiếp tục quan tâm đến sự biến đổi gen giữa các tế bào thần kinh do bằng chứng thí nghiệm cho thấy các đột biến chỉ ảnh hưởng đến một phần nhỏ của các tế bào trong não có thể gây ra bệnh thần kinh nghiêm trọng. Tuy nhiên cho đến gần đây, các nhà khoa học muốn khám phá sự đa dạng đó đã bị cản trở bởi số lượng ít ỏi của ADN bên trong tế bào thần kinh: Mặc dù các nhà nghiên cứu có thể phân lập vật liệu di truyền từ một tế bào thần kinh đơn lẻ thì vẫn không đủ ADN để giải mã trình tự, do đó không thể so sánh các tế bào với nhau.
Nhóm của Walsh sử công nghệ đã được phát triển trong vài năm qua để mở rộng toàn bộ bộ gen của từng tế bào. Hiện nay, với rất nhiều ADN đã có sẵm, các nhà khoa học hoàn toàn có thể giải mã trình tự hệ gen của từng tế bào thần kinh và qua đó để tìm những nơi mà mã di truyền của tế bào khác với mã của các tế bào khác.
Các nhà khoa học đã phân lập và giải mã trình tự bộ gen của 36 tế bào thần kinh từ các bộ não khỏe mạnh được ba người trưởng thành hiến tặng sau khi chết. Để so sánh, các nhà khoa học cũng giải mã trình tự ADN mà họ phân lập từ các tế bào trong tim của mỗi người. Nỗ lực đó mang lại một lượng dữ liệu lớn và nhóm của Walsh đã hợp tác với Park và Semin Lee, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong nhóm của Park, để hiểu rõ về nó.
Những gì họ thấy là bộ gen của mỗi tế bào thần kinh đều là duy nhất. Mỗi bộ gen có hơn 1.000 đột biến điểm (các đột biến làm thay đổi một chữ cái của mã di truyền) và chỉ có một vài đột biến xuất hiện trong nhiều hơn một tế bào. Hơn nữa, bản chất của sự thay đổi này là không hoàn toàn giống những gì các nhà khoa học đã dự kiến.
“Chúng tôi kỳ vọng rằng những đột biến này trông giống như các đột biến ung thư”, Walsh nói. Ông giải thích rằng những đột biến ung thư có xu hướng phát sinh khi ADN sao chép không đầy đủ trong quá trình chuẩn bị cho phân bào, “nhưng trong thực tế, chúng có một dấu hiệu duy nhất của riêng chúng. Các đột biến này dương như phần lớn xuất hiện trong não khi các tế bào đang biểu hiện gen của chúng”.
Các tế bào thần kinh không phân chia, và trong phần lớn thời gian, ADN của chúng được bó chặt và được bảo vệ không bị hư hại. Khi một tế bào cần bật một gen, nó làm ADN duỗi ra, để lộ ra gen để gen này có thể được sao chép thành ARN, bước đầu tiên trong quá trình sản xuất protein. Dựa vào các loại và địa điểm của các đột biến mà họ tìm thấy trong tế bào thần kinh, các nhà khoa học kết luận rằng hầu hết tổn thương ADN đều xảy ra trong quá trình ADN duỗi ra và sao chép.
Trong khi hầu hết những đột biến trong các tế bào thần kinh là duy nhất, một tỷ lệ nhỏ xuất hiện trong nhiều hơn một tế bào. Điều đó báo hiệu rằng những đột biến này được bắt đầu khi các tế bào não tương lai vẫn đang phân chia, một quá trình được hoàn tất trước khi sinh. Những đột biến sớm này được truyền lại khi các tế bào phân chia và di trú và các nhà khoa học đã có thể sử dụng chúng để tái tạo lại một phần lịch sử của sự phát triển của não.
“Chúng tôi biết rằng các tế bào có chung một đột biến nhất định có liên quan với nhau, vì vậy chúng tôi có thể nghiên cứu các tế bào khác nhau ở người trưởng thành liên quan với nhau như thế nào trong quá trình phát triển”, Mollie Woodworth, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Walsh, giải thích. Việc lập bản đồ của họ tiết lộ rằng các tế bào có liên hệ chặt chẽ với nhau có thể di trú khá xa nhau trong não người trưởng thành. Một miếng vá của mô có thể chứa các tế bào từ năm dòng truyền thừa khác nhau được tách ra trước khi bộ não đang phát triển thậm chí tách ra từ các mô khác ở thai nhi. “Chúng tôi có thể xác định các đột biến đã xảy ra rất sớm, trước khi bộ não tồn tại và chúng tôi thấy rằng các tế bào có những đột biến này nằm cạnh các tế bào có các đột biến hoàn toàn khác”, Woodworth nói. Trong thực tế, các nhà khoa học tìm thấy, một tế bào thần kinh đặc biệt có thể liên quan chặt chẽ hơn với một tế bào trong tim so với sự liên quan với một tế bào thần kinh lân cận.
Các nhà khoa học nói rằng các loại tế bào pha trộn với nhau có các nguồn gốc phát triển khác nhau có thể bảo vệ não khỏi những tác động của các đột biến phát sinh sớm có hại. Mặc dù hầu hết các đột biến mà các nhà khoa học đã đưa vào danh mục là vô hại, tuy nhiên họ đã gặp các đột biến phá vỡ gen, khi bị suy giảm trong não, có thể gây bệnh. “Bằng cách pha trộn các loại tế bào với nhau, các tế bào ở cạnh các tế bào khác và chịu trách nhiệm cho một nhiệm vụ tương tự không liên quan chặt chẽ với nhau, do đó, chúng không có khả năng có chung cùng các đột biến có hại”, Michael Lodato, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Walsh, cho biết. Điều đó có thể làm giảm nguy cơ đột biến đặc biệt làm ảnh hưởng đến một chức năng cục bộ của não, ông giải thích.
Tuy nhiên, các nhà khoa học nói rằng, sự phong phú của các đột biến có thể ảnh hưởng đến chức năng của một bộ não bình thường. “Tới mức độ nào những đột biến vô tính này thường định hình sự phát triển của não, theo một cách tiêu cực hoặc tích cực”? Walsh nói. “Tới mức độ nào chúng ta có một miếng vá não làm việc hoàn toàn không đúng cách, nhưng không quá nhiều mà chúng ta gọi là bệnh? Đó là một câu hỏi mở lớn”.
Nguồn: vista.gov.vn