Nghiên cứu mới hé lộ cơ chế sinh học của chứng tự kỷ

Ảnh minh họa.

Một nhóm nhà khoa học Israel và quốc tế đã xác định hàng trăm gene giữ vai trò thiết yếu trong giai đoạn sớm của quá trình phát triển não bộ, qua đó hé lộ những nền tảng sinh học quan trọng của các rối loạn phát triển thần kinh, trong đó có tự kỷ, đồng thời mô tả một bệnh lý di truyền hoàn toàn mới gây cản trở sự phát triển của não.

Nghiên cứu, đăng trên tạp chí khoa học uy tín Nature Neuroscience, sử dụng công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR quy mô lớn để xác định một cách hệ thống những gene cần thiết khi tế bào gốc phôi thai biệt hóa thành tế bào não.

Công trình do Giáo sư Sagiv Shifman (Đại học Hebrew) chủ trì, phối hợp với Giáo sư Binnaz Yalcin thuộc INSERM (Pháp), cùng các nhà khoa học đến từ Israel, Pháp và Nhật Bản.

Nhóm nghiên cứu đặt ra một câu hỏi nền tảng của khoa học thần kinh: những gene nào là cần thiết để hình thành một bộ não khỏe mạnh, và điều gì xảy ra khi quá trình này bị gián đoạn?

Bằng phương pháp “tắt” từng gene trên toàn bộ hệ gene, các nhà khoa học đã vô hiệu hóa gần 20.000 gene trong tế bào gốc phôi thai khi chúng chuyển thành tế bào thần kinh.

Cách tiếp cận này cho phép nhóm nghiên cứu theo dõi chi tiết những gene không thể thiếu cho quá trình biệt hóa thần kinh - tức quá trình mà một tế bào ban đầu “học” cách trở thành tế bào não hoặc tế bào thần kinh. Kết quả, họ xác định được 331 gene thiết yếu cho sự hình thành neuron, trong đó nhiều gene trước đây chưa từng được liên hệ với sự phát triển não bộ.

Giáo sư Shifman cho biết không phải tất cả các rối loạn phát triển thần kinh đều bắt nguồn từ cùng một dạng rối loạn gene, mà thời điểm gene bị ảnh hưởng trong quá trình phát triển não đóng vai trò then chốt.

Theo nghiên cứu, những gene cần thiết cho sự sống cơ bản của tế bào thường liên quan đến tình trạng chậm phát triển toàn diện. Ngược lại, các gene đặc biệt quan trọng ở những giai đoạn nhất định của quá trình hình thành tế bào thần kinh lại có mối liên hệ chặt chẽ hơn với tự kỷ. Điều này phần nào lý giải vì sao tự kỷ có biểu hiện khác biệt so với các rối loạn phát triển thần kinh khác, dù có thể trùng lặp triệu chứng.

Giáo sư Shifman nhấn mạnh các gene liên quan đến tự kỷ thường tập trung ở những bước phát triển sớm, khi các tế bào tiền thân thần kinh và neuron được hình thành, thay vì ở các gene cần thiết chung cho sự tồn tại của tế bào.

Đáng chú ý, trong 331 gene thiết yếu được xác định, chỉ khoảng 100 gene từng được biết đến là có liên quan đến các rối loạn phát triển thần kinh. Phần lớn còn lại là những ứng viên mới, mở rộng đáng kể danh sách gene mà giới khoa học có thể tiếp tục nghiên cứu trong tương lai.

Ngoài tự kỷ, nhóm nghiên cứu còn phát hiện một rối loạn phát triển thần kinh mới liên quan đến đột biến gene PEDS1. Gene này cần thiết cho việc sản xuất plasmalogen - một loại lipid đặc biệt có nhiều trong myelin, lớp bao cách điện quanh sợi thần kinh. Khi PEDS1 bị bất hoạt, quá trình hình thành tế bào thần kinh bị gián đoạn, dẫn đến não có kích thước nhỏ hơn bình thường.

Phân tích di truyền ở 2 gia đình không có quan hệ huyết thống cho thấy trẻ em mang đột biến hiếm ở gene PEDS1 đều bị chậm phát triển nghiêm trọng và teo não. Các thí nghiệm tiếp theo xác nhận việc bất hoạt gene này làm rối loạn sự hình thành và di chuyển của neuron, qua đó giải thích rõ cơ chế sinh học đứng sau các biểu hiện lâm sàng.

Nghiên cứu cũng cung cấp thêm manh mối về kiểu di truyền của bệnh. Các gene tham gia điều hòa phiên mã và cấu trúc nhiễm sắc thể thường liên quan đến bệnh trội, chỉ cần một bản sao gene bị đột biến đã gây bệnh.

Trong khi đó, các gene chuyển hóa như PEDS1 thường gắn với bệnh thể ẩn, đòi hỏi cả hai bản sao gene đều bị đột biến. Phát hiện này có thể giúp bác sỹ ưu tiên xác định gene nghi ngờ khi phân tích kết quả xét nghiệm di truyền.

Giáo sư Shifman cho biết bản đồ “tính thiết yếu” của gene này sẽ là nền tảng cho các khám phá tiếp theo, bao gồm nghiên cứu cơ chế của các gene tự kỷ cụ thể, sự khác biệt giới tính trong chẩn đoán và cơ sở sinh học của sự đa dạng biểu hiện lâm sàng của tự kỷ./.

(TTXVN/Vietnam+)