Các nhà nghiên cứu hiện nay đã nghiên cứu các cơ chế của một protein gọi là SOD1 được biết là đóng một vai trò trong bệnh xơ cứng teo cơ, và họ phát hiện ra một số phát hiện đáng ngạc nhiên.
Các nhà khoa học nhận thấy rằng trong khi các uẩn nhỏ của SOD1 có thể điều khiển bệnh thần kinh, thì có thể các tập hợp lớn hơn thực sự có thể giúp bảo vệ các tế bào thần kinh.
Tác giả nghiên cứu hàng đầu Cheng Zhu, Ph.D. – từ Đại học Bắc Carolina tại Chapel Hill (UNC-Chapel Hill) – và các đồng nghiệp gần đây đã báo cáo kết quả của họ trong.
Chứng xơ cứng teo bên cạnh (ALS), còn được gọi là bệnh Lou Gehrig, là một bệnh thoái hóa thần kinh được ước tính có ảnh hưởng đến khoảng 14.000-15.000 người ở Hoa Kỳ.
Trong ALS, các tế bào thần kinh vận động – đó là các tế bào thần kinh kiểm soát chuyển động cơ tự nguyện – sẽ dần dần xấu đi. Khi bệnh tiến triển, các triệu chứng sẽ xấu đi, và những người mắc bệnh cuối cùng sẽ mất khả năng đi lại, nói chuyện và thở.
Không có cách điều trị ALS, và phần lớn những người bị tình trạng này qua đời do suy hô hấp. Điều này thường xảy ra nhất trong vòng 3–5 năm triệu chứng khởi phát.
Nguyên nhân chính xác của ALS vẫn chưa rõ ràng, nhưng các nhà nghiên cứu đã xác định được đột biến trong gen SOD1 như là một thủ phạm có thể.
Các nghiên cứu đã gợi ý rằng những đột biến này dẫn đến việc sản sinh ra các protein SOD1 độc hại, và những cấu trúc dạng xơ này có thể phá hủy các tế bào thần kinh vận động.
Trimers, fibrils, và neurons
Như Zhu và các đồng nghiệp giải thích, có hai loại cốt liệu dạng sợi được hình thành bởi các protein SOD1: các uẩn nhỏ, chỉ được tạo thành từ một vài protein SOD1; và các tập hợp lớn hơn, hoặc các sợi nhỏ, bao gồm một số protein SOD1.
Trong một nghiên cứu trước đây, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng cốt liệu dạng sợi được tạo thành từ ba protein SOD1 – được gọi là “trimers” – có thể phá hủy các tế bào giống tế bào thần kinh vận động. Tuy nhiên, bằng chứng về độc tính của các sợi lớn hơn, đã được thưa thớt, với nhiều nghiên cứu không cho thấy rằng chúng gây hại cho tế bào thần kinh.
Hơn nữa, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng các loại thuốc được phát triển để làm rõ các uẩn sợi lớn hơn từ các tế bào thần kinh vận động đã cho thấy không thành công trong các thử nghiệm lâm sàng.
Điều này đặt ra câu hỏi: liệu xơ lớn có tập hợp được nguyên nhân gây tử vong thần kinh không? Để tìm hiểu, Zhu và các đồng nghiệp đã đặt ra để so sánh hiệu ứng của trimers và các sợi lớn hơn trên nơron – nhưng điều này không phải là không có những khó khăn của nó.
“Một thách thức”, Zhu lưu ý, “là các cấu trúc nhỏ hơn như trimers có xu hướng tồn tại chỉ thoáng qua trên con đường để tạo thành các cấu trúc lớn hơn.”
“Nhưng chúng tôi đã có thể tìm thấy một đột biến SOD1”, ông nói thêm, “ổn định cấu trúc trimer và một đột biến khác thúc đẩy việc tạo ra các sợi lớn hơn tại các chi phí của các cấu trúc nhỏ hơn.”
“Vì vậy, chúng tôi đã có thể tách các hiệu ứng của hai loại protein này.”
Các sợi lớn hơn bảo vệ, không phá hủy
Trong nghiên cứu của họ, các nhà nghiên cứu đã đánh giá ảnh hưởng của các protein SOD1 đột biến trên các tế bào mô phỏng các tế bào thần kinh vận động bị phá hủy ở những người bị ALS.
So với các tế bào giống tế bào thần kinh vận động có các protein SOD1 bình thường, các nhà khoa học phát hiện ra rằng các protein SOD1 đột biến hình thành nên các trimers đã giết chết các tế bào giống tế bào thần kinh.
“Nhìn vào các đột biến SOD1 khác nhau, chúng tôi quan sát thấy mức độc tính tương quan với mức độ hình thành trimer”, Zhu nói.
Tuy nhiên, họ phát hiện ra rằng khi đột biến SOD1 tạo ra các protein tạo thành các sợi lớn hơn ngăn chặn trimers, chức năng của các tế bào thần kinh vận động giống như tế bào có thể so sánh với các tế bào SOD1 bình thường. Điều này cho thấy rằng các sợi lớn hơn bảo vệ tế bào thần kinh, không phá hủy chúng.
Theo các nhà nghiên cứu, những phát hiện này chỉ ra rằng việc thúc đẩy sự hình thành fibril trong não có thể là một điều trị tiềm năng cho ALS được kích hoạt bởi các đột biến trong gen SOD1.
Và những lợi ích có thể không bị giới hạn trong ALS; một số bệnh thoái hóa thần kinh – bao gồm bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer – được điều khiển bởi các uẩn loại fibril.
“Mặc dù ALS liên quan đến SOD1 đại diện cho một phần nhỏ của tất cả các trường hợp ALS, phát hiện ra nguồn gốc của độc tính thần kinh trong tổng hợp SOD1 có thể làm sáng tỏ nguyên nhân cơ bản của toàn bộ một lớp bệnh thoái hóa thần kinh.”
Tác giả cấp cao Nikolay Dokholyan, Tiến sĩ, UNC-Chapel Hill
Các nhà nghiên cứu hiện đang có kế hoạch tìm hiểu thêm về cách thức các protein SOD1 đột biến sản sinh ra các con trâu và xác định các loại thuốc có thể ngăn chặn sự hình thành của chúng.
