Phát hiện hàng nghìn vi protein chưa từng biết đến trong não người

Kết quả này giúp hoàn thiện bản đồ protein của não bộ, đồng thời mở ra hướng đi triển vọng trong việc nghiên cứu quá trình lão hóa và các bệnh lý thoái hóa thần kinh.

Bên trong tế bào, các chuỗi vi protein ngắn (màu xanh neon) tập trung xung quanh ti thể – nhà máy năng lượng của tế bào.

Vi protein là những chuỗi protein rất ngắn, thường chứa không quá 150 axit amin. Do kích thước khiêm tốn với độ dài trung bình chỉ khoảng 58 axit amin, chúng thường bị bỏ sót bởi các phương pháp phân tích thông thường.

GS Alan Saghatelian thuộc Viện Salk cho biết, vi protein là thành phần đã bị ngó lơ suốt nhiều thập kỷ. Việc lập bản đồ chi tiết sẽ giúp giới khoa học giải mã rõ hơn cơ chế vận hành của gene cũng như những biến đổi trong não khi con người già đi hoặc phát bệnh.

Một tế bào vi thần kinh đệm, trong đó có một loại vi protein chưa được xác định (màu cam) tích tụ xung quanh nhân của nó (màu xanh).

Nhóm tác giả đã phân tích dữ liệu khối phổ từ hơn 600 mẫu vỏ não trán của cả người khỏe mạnh và bệnh nhân Alzheimer. Nhờ kết hợp cơ sở dữ liệu tự xây dựng cùng công cụ máy học ShortStop, các nhà nghiên cứu đã sàng lọc hàng nghìn ứng viên để chọn ra 1.067 vi protein có độ tin cậy cao nhất.

Tất cả những vi protein này đều chưa từng được ghi nhận trên UniProtKB, cơ sở dữ liệu trung tâm về protein lớn nhất thế giới.

Một phát hiện bất ngờ đã xuất hiện khi nhóm nghiên cứu khảo sát gene MKKS. Giới khoa học trước đây tin rằng gene này chủ yếu mã hóa cho một protein dài 570 axit amin.

Tuy nhiên, dữ liệu thực tế lại cho thấy sự xuất hiện vượt trội của một vi protein ngắn chỉ gồm 63 axit amin. Nồng độ của vi protein này cũng ghi nhận mức sụt giảm đáng kể ở những mẫu não của bệnh nhân mắc Alzheimer.

Não khỏe mạnh bên trái với mật độ vi protein MKKS dồi dào, giúp ti thể hoạt động hô hấp bình thường và duy trì năng lượng tế bào, bên phải là MKKS sụt giảm nghiêm trọng, làm suy giảm chức năng ti thể và đi kèm với sự tích tụ của các mảng xơ/độc tố thần kinh.

Đi sâu vào phân tích tế bào vi thần kinh đệm, lớp tế bào đóng vai trò dọn dẹp và bảo vệ miễn dịch trong não, nhóm nghiên cứu nhận thấy vi protein MKKS tập trung nhiều xung quanh ti thể.

Khi dùng công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR-Cas9 để can thiệp loại bỏ vi protein này, khả năng tiêu thụ oxy và sản sinh năng lượng của ti thể lập tức bị suy giảm. Điều đó chứng minh các vi protein không phải là sản phẩm dư thừa mà giữ vai trò sinh học trực tiếp trong tế bào.

Mặc dù nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở khu vực vỏ não trán, phương pháp này hoàn toàn có thể áp dụng cho nhiều vùng não khác. Việc tiếp tục khai phá thế giới vi protein hứa hẹn sẽ đem lại những góc nhìn hoàn toàn mới cho y học trong nỗ lực tìm kiếm liệu pháp điều trị các hội chứng suy giảm trí nhớ và thoái hóa thần kinh.

Có bao nhiêu tế bào thần kinh bên trong bộ não?