Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu những con giun siêu nhỏ, các nhà khoa học đã xác định được một mạch não điều khiển hành vi lặp đi lặp lại – cung cấp manh mối tiềm năng để hiểu một số tình trạng tâm thần của con người.
Sự lặp lại có thể hữu ích nếu bạn đang cố gắng ghi nhớ một bài thơ, thành thạo một đoạn riff guitar hoặc chỉ rèn luyện những thói quen tốt. Tuy nhiên, khi loại hành vi này trở nên bắt buộc, nó có thể cản trở cuộc sống bình thường – một trở ngại đôi khi được quan sát thấy trong các bệnh tâm thần như hội chứng Tourette và rối loạn phổ tự kỷ. Giờ đây, các nhà khoa học của Rockefeller đã xác định được một mạch não làm cơ sở cho sự lặp lại ở giun, một phát hiện cuối cùng có thể làm sáng tỏ hành vi tương tự ở người.
Nghiên cứu giun tròn siêu nhỏ C. Elegans, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khiếm khuyết trong một loại protein khiến động vật định hướng lại nhiều lần. Được mô tả trong Truyền thông Tự nhiên , những quan sát này được hỗ trợ bởi nghiên cứu trước đây trên chuột và cho thấy các cơ chế tương tự có thể thúc đẩy hành vi lặp đi lặp lại ở một loạt động vật, bao gồm cả con người.
Dọn dẹp hóa chất
Các nhà khoa học ban đầu đặt ra để hiểu làm thế nào tế bào hình sao, tế bào hình ngôi sao được tìm thấy trong não động vật có vú, giúp tế bào thần kinh thực hiện công việc của họ. Astrocytes được cho là chịu trách nhiệm, trong số những thứ khác, xử lý các chất hóa học thần kinh dư thừa tại các khớp thần kinh, các kết nối giữa các tế bào thần kinh. Nhiệm vụ này rất quan trọng vì nếu hóa chất không được loại bỏ kịp thời, chúng có thể kích thích tế bào thần kinh theo những cách không ngờ tới, phá vỡ chức năng não bình thường. Để hiểu rõ hơn về quá trình này, Menachem Katz, một cộng tác viên nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Shai Shaham, đã tìm đến các tế bào thần kinh đệm C. Elegantans CEPsh , mà ông nghi ngờ là tương đương sâu của tế bào hình sao.
Xác nhận sự nghi ngờ này, Katz, Shaham và các đồng nghiệp của họ đã sử dụng trình tự mRNA để chỉ ra rằng tế bào hình sao của chuột và CEPsh glia có dấu hiệu di truyền tương tự nhau. Trong số những điểm tương đồng khác, cả hai loại tế bào đều tạo ra protein GLT-1, phiên bản động vật có vú chịu trách nhiệm làm sạch glutamate hóa học khỏi các khớp thần kinh. Phát hiện này, theo Shaham, đã cho các nhà nghiên cứu một cơ hội duy nhất để xác định cách thức tế bào hình sao và GLT-1 hoạt động.
“Các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu các chức năng của tế bào hình sao trong nhiều năm và ở động vật có vú không dễ dàng vì những tế bào này rất cần thiết để giữ cho tế bào thần kinh sống sót”, ông nói. “Nhưng ở C. Elegans chỉ có bốn tế bào thần kinh đệm CEPsh và chúng không cần thiết cho sự sống của nơ-ron. Điều này cho phép chúng tôi điều tra vai trò cụ thể của các chất vận chuyển glutamate, mà không phải lo lắng về tác dụng phụ của bệnh thần kinh.”
Để làm như vậy, các nhà nghiên cứu đã tạo ra C. Elegans thiếu GLT-1. Đáng ngạc nhiên, sự suy giảm này đã không dẫn đến sự tích lũy glutamate tại các khớp thần kinh, như mong đợi. Thay vào đó, những con giun biểu hiện sự dao động ở mức độ glutamate synap – và một khiếm khuyết hành vi đặc biệt.
“Những con vật này đã thay đổi hướng của chúng với tốc độ điên rồ. Chúng chỉ tiếp tục tiến lên và quay lại, tiến về phía trước và quay trở lại”, Shaham, Giáo sư Gia đình Richard E. Salomon nói. “Và khi chúng tôi phân tích hành vi này, chúng tôi đã phát hiện ra rằng họ đã làm như vậy theo một mô hình thực sự thú vị.”
Xoay, rẽ, rẽ
Điều đó hoàn toàn bình thường đối với C. Elegans thay đổi khóa học mọi lúc mọi nơi. Thông thường, sâu sẽ tự định hướng lại khoảng 90 giây một lần. Nhưng những con giun thiếu GLT-1 , các nhà nghiên cứu nhận thấy, đã đưa hành động này đến mức cực đoan: trong khoảng thời gian 90 giây, các con vật thực hiện không phải một lần đảo ngược, mà là những đợt nổ của chúng. “Như thể một khi họ bắt đầu hành động, họ không thể ngừng lặp lại”, Katz nói.
Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy việc loại bỏ thụ thể glutamate MGL-2 đã chặn cả các đảo ngược lặp đi lặp lại và dao động glutamate synap. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng khi glutamate không được làm sạch một cách hiệu quả, hóa chất kích thích MGL-2, từ đó kích hoạt sự giải phóng glutamate nhiều hơn. Quá trình này sau đó lặp lại trên một vòng lặp; và mỗi khi glutamate được giải phóng, nó sẽ kích hoạt tế bào thần kinh chịu trách nhiệm bắt đầu đảo ngược.
“Những phát hiện này cho thấy một mô hình đơn giản về cách lặp lại có thể xảy ra ở giun”, Katz nói. “Và, hóa ra, mô hình này có thể giữ trong các hệ thống thần kinh phức tạp hơn.”
Thật vậy, các thí nghiệm trong quá khứ đã chỉ ra rằng đột biến GLT-1 gây ra sự chải chuốt lặp đi lặp lại ở chuột và các hợp chất chặn phiên bản chuột của MGL-2 loại bỏ hành vi tương tự trong các bối cảnh khác. Kết hợp với những phát hiện mới ở C. Elegans, nghiên cứu này cho thấy rằng việc tiết glutamate bất thường có thể tạo ra các hành vi lặp đi lặp lại trên khắp vương quốc động vật – làm tăng khả năng chúng có thể liên quan đến việc hiểu sự lặp lại bệnh lý ở người.
Phù hợp với ý tưởng này, các nghiên cứu di truyền ở người đã tìm thấy các đột biến liên quan đến tín hiệu glutamate ở bệnh nhân rối loạn ám ảnh cưỡng chế và rối loạn phổ tự kỷ, cả hai đều có thể đi kèm với hành vi lặp đi lặp lại.
“Chúng tôi thực sự phấn khích khi thấy những liên kết này trong tài liệu khoa học bởi vì điều đó có nghĩa là những phát hiện của chúng tôi có thể giúp khám phá ra một cơ chế hợp lý nằm dưới một nhóm bệnh quan trọng của con người”, Shaham nói. “Và, rộng hơn, chúng tôi đang chỉ ra rằng các gen ứng cử viên bị ảnh hưởng trong bệnh ở người có thể được nghiên cứu và xác minh ở loài giun đơn giản hơn.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Rockefeller . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :