Nang Tâm Não Sửa Đổi Gen Đang Mở Khóa Bí Mật của Rối loạn Tự kỷ

Có hàng trăm gen đã được liên kết với rối loạn tự kỷ (ASD), một loạt các điều kiện phức tạp ảnh hưởng đến hành vi, phát triển xã hội và giao tiếp của hàng chục triệu người trên toàn thế giới. Nhưng việc xác định chính xác tác động của những gen đó và cách chúng liên quan đến ASD đã rất khó khăn. “Không ai có thể nghiên cứu về một bộ não con người thực sự khi nó phát triển,” như Paola Arlotta, giáo sư sinh tế bào và sinh lý tái tạo tại Đại học Harvard, nói. Nhưng một phương pháp mới dựa trên việc tạo ra đám tế bào não trong phòng thí nghiệm đang đem lại kết quả hứa hẹn.

Arlotta và đồng nghiệp tại Harvard và Viện Broad của Harvard và MIT đã làm việc với các tổ chức—cụm tế bào não ba chiều được tạo ra từ tế bào gốc—thường chỉ vài milimét. Khi cho phép tổ chức phát triển, chúng bắt đầu phát triển các loại tế bào não khác nhau và bắt đầu tổ chức thành các mạng nguyên thủy mô phỏng một số, nhưng không phải tất cả, kiến trúc của bộ não con người.

Tế bào não được phát triển từ tế bào gốc được quyên góp bởi những người có ASD đã được sử dụng để nghiên cứu về tình trạng này trong quá khứ. Nhưng Arlotta và đội ngũ của bà đi một bước xa hơn, như họ mô tả trong một bài báo mới đây được xuất bản trên tạp chí Nature. Họ đã tạo ra các tổ chức não biến đổi gen của vỏ não con người, mỗi cái có một đột biến trong một trong ba gen được cho là liên quan đến tự kỷ.

Mục tiêu là phân tích chính xác làm thế nào những khác biệt trong DNA có thể đóng góp vào những thay đổi về cấu trúc não và hành vi, những đặc điểm của tình trạng này. Arlotta và đồng nghiệp bắt đầu với một gen có tên là CHD8, và họ bắt đầu nhận thức được những sự khác biệt sớm hơn dự kiến. “Chỉ cần nhìn vào bình từ bên ngoài, đã rõ ràng là tổ chức não 'đột biến' lớn hơn,” Arlotta nói. Điều này trùng khớp với một phát hiện trước đó rằng một số người có ASD có bệnh đầu nhiều—một tình trạng có nghĩa là não của họ có kích thước lớn hơn về thể tích.

Sau khi phát triển tổ chức não, giai đoạn đầu tiên của phân tích liên quan đến việc xác định trình tự RNA của tế bào thần kinh đã phát triển trong tổ chức não và so sánh nó với tế bào từ tổ chức không biến đổi phát triển từ cùng một nguồn tế bào gốc. (RNA là một phân tử truyền đạt mang theo các hướng dẫn từ DNA đến các phần của tế bào thực hiện các hướng dẫn đó.) Bằng cách kết hợp trình tự RNA với thông tin về các loại protein được tạo ra bởi tổ chức não, các nhà nghiên cứu có thể xác định loại tế bào não đang được phát triển và sự trưởng thành của những tế bào đó.

Ngay lập tức, Arlotta và đồng nghiệp đã chú ý đến điều gì đó khác biệt. Thời điểm phát triển tế bào trong tổ chức biến đổi dường như không đồng bộ so với những tế bào có phiên bản gen “bình thường”. “Chúng tôi đã có một khoảnh khắc eureka khi chúng tôi làm gen đầu tiên và phát hiện ra rằng có hai nhóm tế bào đang phát triển với thời gian sai lầm—quá nhanh hoặc chậm so với phần còn lại của tế bào,” Arlotta nói.

Sự kết hợp của các tế bào—một số trưởng thành hơn những gì họ nên có, một số ít hơn—có thể gây ra sự khác biệt lớn trong phát triển não khi các tế bào cố gắng “nối dây” với nhau thành các mạng sau này. “Vấn đề với việc tế bào thần kinh trưởng thành hơn là chúng nằm ngoài bước,” giải thích Deep Adhya, một nghiên cứu viên tại Đại học Cambridge nghiên cứu về tự kỷ và phát triển não sử dụng tế bào gốc. “Nếu sự phát triển của tế bào thần kinh không đồng bộ não sẽ phát triển khác nhau.”

Đó là một lý thuyết về sự khác biệt nhận thức thấy ở những người có tự kỷ. “Có dấu hiệu cho thấy cân bằng giữa cảm giác từ dưới lên và kiểm soát từ trên xuống có thể bị thay đổi,” Matthew Belmonte nói, người nghiên cứu về sinh lý học thần kinh và hành vi trong tự kỷ tại Com DEALL Trust và Đại học Nottingham Trent. Nói cách khác, một số người có tự kỷ có thể gặp khó khăn trong việc lọc thông tin đang đến—điều này có thể do sự khác biệt cơ bản trong cấu trúc não như những gì Arlotta thấy trong tổ chức não.

Sau khi làm việc với CHD8, Arlotta và đội ngũ của bà phát triển thêm hai loại tổ chức não, lần này tập trung vào hai gen khác đã được liên kết với tình trạng: ARID1B và SUV420H1. Mặc dù những gen này làm những điều khác nhau, chúng có những gì Arlotta gọi là hiệu ứng “hội tụ” trên phát triển não—giống như CHD8, đột biến trong những gen này cũng thay đổi thời điểm phát triển tế bào trong tổ chức não và ảnh hưởng đến cân bằng giữa tế bào kích thích và tế bào ức chế. “Nhiều gen cuối cùng gây ra bệnh có thể hoạt động theo cách khác nhau: Chúng hội tụ không phải về các gen chúng sử dụng, mà về con đường chúng ảnh hưởng,” bà nói.

Để làm phức tạp thêm, khi Arlotta và đội ngũ của bà thay đổi ngữ cảnh gen—đặt những đột biến gen giống nhau vào tế bào gốc lấy từ người quyên góp khác nhau—họ phát hiện ra những ảnh hưởng khác nhau đối với sự phát triển não. “Sức mạnh bị sửa đổi bởi ngữ cảnh,” bà nói. “Đó thực sự là toàn bộ gen di truyền quan trọng.”

Tự kỷ là một phổ các đặc điểm khác nhau và chồng lấn, và công việc này xác nhận nghi ngờ rằng nguyên nhân gen của nó cũng có thể là một phổ: các gen khác nhau chồng lấn theo cách khác nhau và tương tác với phần còn lại của hồ sơ gen của mỗi người để gây ra những thay đổi khác nhau về mức độ và loại hình. Một bộ biến thể gen rộng tạo ra một tập hẹp các thay đổi trong chức năng não, và chúng tiếp tục có rất nhiều ảnh hưởng—và chỉ bằng cách khám phá điều đó chúng ta có thể có được câu trả lời, Belmonte lý luận. “Nếu bạn cố gắng định rõ mọi thứ theo góc độ gen, bạn thực sự đang chặt tại gốc, và nếu bạn nhìn vào các hiện tượng được định rõ hẹp, bạn đang chặt tại cành,” ông nói.

Arlotta hy vọng công việc với tổ chức não sẽ giúp các nhà khoa học xây dựng hình ảnh tốt hơn về quy trình đằng sau ASD, và có thể bắt đầu chia phổ đó thành một số lượng nhỏ hơn các “thùng” có thể hỗ trợ trong việc điều trị và liệu pháp, hoặc chỉ đơn giản là giúp hiểu biết chung về tự kỷ hơn. Ba gen mà nghiên cứu này nghiên cứu tất cả đều dẫn đến sự thay đổi trong cân bằng giữa tế bào kích thích và tế bào ức chế, một bước tiến có thể làm cho các công ty dược phẩm có khả năng phát triển thuốc mà có thể giải quyết cân bằng này trong những trường hợp nặng nề. “Có lẽ một số gen hội tụ vào một quá trình và một số hội tụ vào quá trình khác,” Arlotta nói. “Nhưng nếu chúng ta có thể tóm gọn tình trạng siêu phức tạp này thành một số loại, đó sẽ là điều kỳ diệu cho phương pháp điều trị.”

Nghiên cứu cũng chứng minh giá trị của các tế bào tổ chức như một nền tảng thử nghiệm, theo lời của Arlotta. Cô mô tả chúng như là 'một không gian mới của sự khám phá' để nghiên cứu sự phát triển của não người và cho biết nghiên cứu này làm nổi bật tầm quan trọng của thời điểm khi các tế bào thần kinh phát triển và kết nối. 'Sự phát triển là một bản giao hưởng', Arlotta nói. 'Nó giống như đi đến một buổi hòa nhạc và đột nhiên những cây đàn viôlông bị lệch nhịp so với các nhạc cụ khác. Bản nhạc bạn nhận được ở cuối cùng rất khác biệt.'

Những Điều Tuyệt Vời Này Từ Mytour

• 📩 Tin tức mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận những bản tin của chúng tôi!
• Dưới đây là những 'người ngoại ô' của Thế vận hội Robot
• Bọt lớn đang ăn mòn hệ sinh thái Bắc Cực đã tuyệt chủng
• Cách bắt đầu với YouTube Music
• Nên chơi gì trước khi Horizon Forbidden West
• Tuần làm việc 4 ngày có khuyết điểm. Người lao động vẫn muốn nó
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có trước đây với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 🎧 Âm thanh không đúng? Kiểm tra tai nghe không dây, thanh âm và loa Bluetooth yêu thích của chúng tôi