Mangold et al. chứng minh rằng nhiễm HSV-1 gây ra sự khác biệt về phiên mã đặc trưng cho chủng trong tế bào thần kinh của người bị nhiễm. Ảnh hiển vi điện tử quét (độ phóng đại 5,77K) cho thấy một tế bào thần kinh SH-SY5Y của con người đã biệt hóa hoàn toàn, được sử dụng trong nghiên cứu này. Nhà cung cấp hình ảnh: Colleen Mangold, Penn State

Tại sao một số người bị mụn rộp quanh môi lại có những tổn thương đau đớn, trong khi những người khác không có triệu chứng gì nhưng vẫn lây lan vi-rút? Một nghiên cứu mới được thực hiện tại Penn State phát hiện ra rằng những khác biệt này có thể là do sự biến đổi trong cách một số chủng herpes simplex (HSV-1) – loại vi rút gây mụn rộp cũng như mụn rộp sinh dục – kích hoạt biểu hiện gen trong tế bào thần kinh.

Moriah Szpara, phó giáo sư sinh học, hóa sinh và sinh học phân tử cho biết: “HSV-1 xuất hiện ở hơn một nửa dân số toàn cầu. “Nó không chỉ gây ra các vấn đề tái phát, chẳng hạn như mụn rộp và mụn rộp sinh dục, mà nghiên cứu gần đây đã liên quan đến việc nhiễm HSV-1 mãn tính với sự phát triển của bệnh sau này trong cuộc sống, bao gồm cả các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer.”

Szpara giải thích rằng vòng đời của HSV-1 bắt đầu khi tiếp xúc với bề mặt niêm mạc, nơi nó xâm nhập vào các tế bào da, tái tạo và có thể hình thành tổn thương tại chỗ. Virus cũng xâm nhập vào các đầu dây thần kinh cục bộ trên da và truyền vào các tế bào thần kinh trong hệ thần kinh. Ở đó, virus có thể nằm im cho đến khi nó hoạt động trở lại vào những dịp trong tương lai. Tổn thương tế bào thần kinh và các phản ứng miễn dịch của vật chủ được kích hoạt bởi các phản ứng tái hoạt động của virus được cho là góp phần vào quá trình thoái hóa thần kinh lâu dài.

“Vì mỗi người mang một phiên bản HSV-1 khác nhau một cách tinh tế, điều này có thể giải thích một số khác biệt trong phản ứng của con người đối với nhiễm trùng; ví dụ: tại sao mọi người có các yếu tố khởi phát khác nhau cho sự bùng phát của họ hoặc tại sao một số người lại trải qua những vết loét đau đớn hơn. Sự khác biệt trong tần suất bùng phát virus, hoặc trong các kiểu biểu hiện gen do virus gây ra, cũng có thể ảnh hưởng đến các tỷ lệ khác nhau mà những người bị nhiễm trùng mãn tính sẽ phát triển các bệnh thoái hóa thần kinh. ”

Để điều tra nguyên nhân của sự khác biệt trong các phản ứng, Szpara và các đồng nghiệp của cô đã lây nhiễm các tế bào thần kinh của con người với một trong ba chủng HSV-1 được biết là khác nhau về khả năng gây bệnh cho hệ thần kinh. Tiếp theo, họ sử dụng giải trình tự sâu để xác định và định lượng các transcriptomes – toàn bộ bộ RNA thông tin (mRNA) được tạo ra trong tế bào tại bất kỳ thời điểm nào – của các tế bào thần kinh trong quá trình lây nhiễm bởi HSV-1.

Theo Szpara, khi một tế bào thần kinh bị nhiễm HSV-1, bộ phiên mã kết quả bao gồm toàn bộ tập hợp mRNA được tạo ra bởi cả tế bào thần kinh người và virus HSV-1. Bằng cách xem xét thời gian và số lượng mRNA được biểu hiện trong quá trình lây nhiễm, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn về các protein sẽ sớm được tạo ra từ các mRNA đó. Chính các protein của virus và thế hệ con virus mới được tạo ra trong quá trình lây nhiễm là nguyên nhân cuối cùng dẫn đến các vấn đề sức khỏe.

“Bằng cách kiểm tra đồng thời cả bản sao của virus và tế bào thần kinh trong các tế bào bị nhiễm, Szpara cho biết: chúng tôi có thể quan sát sự tác động qua lại giữa thời gian sản xuất mRNA của virus và sản xuất protein, và các phản ứng tiếp theo của vật chủ.

Các nhà khoa học đã sử dụng hai kỹ thuật bổ sung – nhuộm huỳnh quang miễn dịch của tế bào thần kinh và phương pháp thấm phương Tây để tìm mức protein của virus — để quan sát kết quả biểu hiện của virus và gen vật chủ. Họ cũng sử dụng kính hiển vi điện tử quét để quan sát trực tiếp những thay đổi về hình thái tế bào thần kinh trong quá trình lây nhiễm.

Phát hiện của họ xuất hiện trực tuyến trên tạp chí PLOS Pathogens vào ngày 22 tháng 3.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các biến thể di truyền khác nhau của HSV-1 gây ra các kiểu biểu hiện gen khác nhau trong các tế bào thần kinh của con người. Cụ thể, họ phát hiện ra rằng các biến thể virus biểu hiệncủa chúng gen với tỷ lệ và số lượng khác nhau, điều này có thể góp phần vào thời gian và mức độ nghiêm trọng khác nhau của các triệu chứng bên trong vật chủ. Ví dụ, họ phát hiện ra rằng một trong những biến thể có độc lực thấp hơn trên các mô hình động vật, hiển thị tốc độ biểu hiện của virus và gen chủ trong tế bào thần kinh khác nhau và có vẻ chậm chạp. Trong một ví dụ khác, họ phát hiện ra rằng một biến thể gây ra những thay đổi lớn hơn trong biểu hiện của các gen liên quan đến sự kết dính tế bào (hoặc khả năng các tế bào gắn vào nhau), có thể ảnh hưởng đến sự lây lan từ tế bào này sang tế bào khác của HSV-1.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng những kiểu biểu hiện gen khác nhau này phụ thuộc vào việc tế bào bị nhiễm là tế bào thần kinh hay tế bào da.

Szpara cho biết: “Cùng với nhau, những dữ liệu này chứng minh tầm quan trọng của việc nghiên cứu các yếu tố đặc trưng cho chủng vi rút và loại tế bào có thể góp phần vào sự rối loạn thần kinh in vivo. Nó cũng làm nổi bật tính đặc hiệu của các tương tác với vật chủ HSV-1”. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng sự khác biệt quan sát được giữa các biến thể của virus trong các mô hình dựa trên tế bào như tế bào thần kinh có thể được sử dụng để giúp hiểu những tương tác phức tạp hơn của virus với vật chủ.”

Nguồn: medicalxpress