Trái: Tế bào gốc thần kinh bao phủ cả hai bán cầu đại não của cá ngựa vằn trưởng thành. Phóng đại cho phép xác định các tế bào gốc đang tĩnh lặng (chỉ màu xanh lá cây), được kích hoạt (màu xanh lá cây và màu đỏ tươi) và đang trong quá trình biệt hóa (chỉ màu đỏ tươi).

Phải: Tế bào thần kinh được tạo ra bởi các tế bào gốc này trong quá trình trưởng thành. Nhà cung cấp hình ảnh: Nicolas Dray, Laure Mancini và Laure Bally-Cuif, Institut Pasteur

Ở tất cả các động vật có xương sống trưởng thành, tế bào gốc thần kinh có thể được tuyển dụng để tạo ra các tế bào thần kinh mới trong não. Tuy nhiên, ít người biết về những quá trình được gọi là ‘kích hoạt’ này.

Các nhà khoa học tại Viện Pasteur, CNRS và Đại học Tel Aviv phối hợp với École Polytechnique và INRAE ​​đã thực hiện thành công hình ảnh 3-D và phân tích phân bố không gian và thời gian của quá trình kích hoạt tế bào gốc thần kinh trong não trưởng thành của mô hình động vật có xương sống: cá ngựa vằn.

Phát hiện của họ chứng minh cho sự kiện kích hoạt đầu tiên này, tế bào được phối hợp trong thời gian và không gian. Đặc biệt, những kết quả này có thể giúp cải thiện hiểu biết của chúng ta về các quá trình điều chỉnh được kích hoạt trong quá trình hình thành khối u não. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí số ra ngày 5 tháng 4 năm 2021Cell Stem Cell.

Tế bào gốc, được tìm thấy trong nhiều cơ quan trưởng thành ở động vật có xương sống bao gồm cả con người, có khả năng tăng sinh và biệt hóa để tạo ra các tế bào chức năng mới. Ví dụ, các tế bào gốc trong não (tế bào gốc thần kinh) tạo ra các tế bào thần kinh mới khi trưởng thành. Hầu hết thời gian, tế bào gốc thần kinh ở trạng thái không hoạt động được gọi là “tĩnh lặng”. Để tạo ra tế bào thần kinh, trước tiên chúng phải kích hoạt và sau đó phân chia. Giai đoạn kích hoạt này rất quan trọng: nó là điều kiện tiên quyết để tuyển dụng tế bào gốc và cũng rất quan trọng đối với sự tồn tại của chúng (các tế bào kích hoạt quá mức sẽ nhanh chóng cạn kiệt) và vị trí và loại tế bào thần kinh được hình thành.

Các tế bào gốc được theo dõi trong 23 ngày để phân tích vị trí, sự kiện kích hoạt và sự biệt hóa của chúng. Cá được gây mê và quay phim bằng kính hiển vi hai photon 3 ngày một lần. Các dấu chấm hiển thị trung tâm của mỗi tế bào và các mũi tên hiển thị các tế bào gốc đang phân chia. Nhà cung cấp hình ảnh: Viện Pasteur

Trong phạm vi ngách của chúng, các tế bào gốc thần kinh kích hoạt và trở lại trạng thái không hoạt động theo thứ tự ngẫu nhiên và không đồng bộ, cho thấy rằng những sự kiện này có thể được phối hợp với nhau ở cấp độ quần thể tế bào. Các nhà khoa học thuộc Đơn vị Di truyền Thần kinh Cá ngựa vằn tại Viện Pasteur đã chọn cá ngựa vằn để kiểm tra giả thuyết này, vì não của cá ngựa vằn trưởng thành chứa một lượng lớn tế bào gốc thần kinh, tương tự như tế bào gốc của động vật có vú. Thông qua hình ảnh hai photon trong lòng cá (không xâm lấn) của cá trưởng thành, họ có thể quay phim các tế bào gốc trong ngách của chúng trong vài tuần và nghiên cứu mô hình hoạt hóa của mỗi tế bào liên quan đến các tế bào lân cận trong thời gian thực.

Phân tích và mô hình thống kê không gian được thực hiện cả trong thời gian thực và trong các mô phỏng tính toán dài hạn đã chứng minh sự tồn tại của các tương tác ức chế được tạo ra bởi các tế bào được kích hoạt, làm chậm quá trình hoạt hóa của các tế bào gốc lân cận khác vài ngày. Bằng cách quản lý một phân tử dược lý in vivo, các nhà khoa học cũng xác định được con đường phân tử liên quan, được gọi là con đường tín hiệu Notch. Cuối cùng, họ đã chứng minh rằng những tương tác này cho phép sản xuất tế bào thần kinh ổn định trong thời gian và không gian.

“Đây là hình ảnh thời gian thực và dài hạn đầu tiên về toàn bộ quần thể tế bào gốc thần kinh trong não của động vật có xương sống trưởng thành. Những phát hiện này lần đầu tiên chứng minh rằng các sự kiện kích hoạt tế bào gốc thần kinh trong não động vật có xương sống được điều phối kịp thời và Laure Bally-Cuif, nhà khoa học CNRS, tác giả chính của nghiên cứu và là Trưởng Đơn vị Di truyền Thần kinh Zebrafish 1 tại Viện Pasteur, nhận xét. Thật bất ngờ, nghiên cứu này cũng đã chứng minh rằng chính các tế bào gốc có liên quan đến sự phối hợp này. Do đó, nghiên cứu này đã thúc đẩy sự xuất hiện của một khái niệm mới, theo đó các quần thể tế bào gốc tự tổ chức như một hệ thống động cho phép điều phối không gian về mặt hành vi của từng tế bào.

Sự điều hòa như vậy có thể xảy ra trong các khối u có chứa tế bào gốc ung thư, trong đó các tế bào gốc ở các trạng thái im lặng hoặc hoạt hóa khác nhau đã được quan sát thấy. Cũng có khả năng quá trình điều tiết như vậy diễn ra trong quần thể tế bào gốc của các cơ quan trưởng thành khác, nơi tế bào gốc được tìm thấy trong các hốc nhỏ, chẳng hạn như biểu mô.

Nguồn: medicalxpress.com