​

Để kiểm soát chuyển động cơ bắp, ruồi giấm, giống như các loài động vật khác, có một tập hợp các tế bào thần kinh gọi là tế bào thần kinh vận động, kết nối các sợi cơ đến dây thần kinh, một cấu trúc tương tự như dây cột sống, và từ đó kết nối với não. Trong quá trình phát triển phôi, các tế bào thần kinh gửi đi các sợi trục thần kinh, từ cấu trúc dây thần kinh đến mục tiêu của chúng. Ban đầu, nhiều sợi trục thần kinh cùng di chuyển với nhau thành cụm, nhưng khi chúng di chuyển về phía trước, thì một số sợi trục thần kinh phải thoát khỏi "đường cao tốc" tại các điểm cụ thể để đến được mục tiêu cụ thể.

Trong thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, các sợi trục thần kinh khi di chuyển cùng nhau có những protein trên bề mặt hoạt động như vô tuyến 2 chiều, cho phép các sợi trục thần kinh giao tiếp với nhau và phối hợp với những người bạn đồng hành của mình, để đảm bảo rằng tất cả các sợi cơ đều được kết nối với một tế bào thần kinh . "Khi sợi trục thần kinh không chia nhánh, hoặc khi chúng chia nhánh quá sớm và quá thường xuyên, thì ruồi giấm và có lẽ cả các loài động vật khác, có thể sẽ không đạt được những kết nối thần kinh quan trọng," tiến sĩ Alex Kolodkin, giáo sư về khoa học thần kinh tại Viện Khoa học Cơ bản Y sinh tại Trường Y Đại học Johns Hopkins, nhận xét.

Giáo sư Kolodkin cho biết, ở trung tâm của hệ thống thông tin là một loại protein gọi là Sema - 1a, vốn được biết là cư trú trên bề mặt của sợi trục tế bào thần kinh vận động. Nếu một sợi trục láng giềng có một loại protein khác, gọi là PlexA, trên bề mặt của sợi trục này, thì nó sẽ bị Sema - 1a đẩy ra và sẽ “quay lưng” với bó sợi thần kinh. Vì vậy, Sema - 1a hoạt động như một tín hiệu chỉ dẫn và PlexA là thụ thể của nó. Trong nghiên cứu ruồi giấm, các nhà khoa học phát hiện ra rằng Sema - 1a cũng có thể hoạt động như một thụ thể cho PlexA. "Chúng tôi từng nghĩ rằng cặp protein bề mặt này hoạt động như vô tuyến 2 chiều, với thông tin di chuyển theo một hướng", Kolodkin cho biết. Nhưng, "những gì chúng tôi tìm thấy là thông tin hướng dẫn đi theo cả hai chiều."

Nhóm nghiên cứu Trường Đại học  Johns Hopkins đã xác định hệ thống "hai chiều" này bằng cách bất hoạt hoặc tác động đến gen của ruồi giấm và sau đó quan sát chuyện gì xảy với sự phân nhánh của tế bào thần kinh vận động. Trong các thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu khám phá ra các protein khác nằm bên trong các sợi trục vận động mà Sema - 1a tương tác sau khi nhận được tín hiệu PlexA. Ví dụ, khi gen của một protein gọi là Pebble bị xóa đi thì các sợi trục thần kinh vận động gắn lại thành chụm với nhau chứ không chia nhánh. Trong khi đó, khi gen của protein RhoGAPp190 bị xóa đi, thì các sợi trục thần kinh vận động phân nhánh quá sớm và không nhận ra được mục tiêu cơ cần đến của mình.

Thông qua một loạt các kiểm tra sinh hóa, nhóm nghiên cứu của Kolodkin phát hiện thấy rằng, Pebble và RhoGAPp190 đều hoạt động trên một loại protein thứ ba là Rho1. Khi Rho1 được kích hoạt, nó làm sụp đổ các cấu trúc hỗ trợ bên trong sợi thần kinh, làm cho nó "khập khiễng" và không thể tiếp tục đi đến mục tiêu. Sema - 1a có thể gắn kết với Pebble hoặc với RhoGAPp190, và sau đó, những protein này có thể liên kết với Rho1. Liên kết với Pebble sẽ kích hoạt Rho1, làm cho sợi trục thần kinh phân nhánh xa nhau. Tuy nhiên, liên kết với RhoGAPp190 làm ngưng hoạt động của Rho1, khiến cho sợi trục thần kinh vẫn nằm thành các bó với nhau. Vì vậy, giáo sư Kolodkin cho rằng, sự cân bằng về số lượng Pebble và số lượng RhoGAPp190 có thể quyết định hoạt động của sợi trục thần kinh, mặc dù yếu tố quyết định sự cân bằng này vẫn còn chưa biết.

"Đây là tín hiệu phức tạp và chúng tôi vẫn chưa hiểu nó được điều khiển ra sao, nhưng chúng tôi đã tiến được một bước gần hơn đến đó," Kolodkin cho biết. Ông lưu ý rằng một “họ hàng” của protein Sema - 1a ở người đã được cho thấy có mối liên quan đến bệnh tâm thần phân liệt, mặc dù chi tiết về vai trò của protein này trong căn bệnh này vẫn chưa được rõ. "Thí nghiệm của chúng tôi khẳng định tầm quan trọng của việc nghiên cứu và hiểu về protein này,” Kolodkin kết luận.

Các tác giả khác của nghiên cứu gồm Sangyun Jeong và Katarina Juhaszova đến từ Đại học Johns Hopkins.

Nghiên cứu được hỗ trợ kinh phí từ Viện Quốc gia về Rối loạn Thần kinh và Đột quỵ và Viện Y khoa Howard Hughes.

http://www.hopkinsmedicine.org/news/media/releases/nerve_cell_branching_and_connectivity

Thanh Vân - Dostdongnai, theo Eurekalert.