Phát hiện ra protein có thể dẫn đến các phương pháp điều trị mất thính giác mới
Một nghiên cứu di truyền mới trên chuột đã xác định được hai loại protein giúp tổ chức sự phát triển của các tế bào lông thu nhận sóng âm thanh ở tai trong.
Các nhà nghiên cứu tại Trường Y khoa Johns Hopkins ở Baltimore, MD, tin rằng phát hiện của họ có thể nắm giữ chìa khóa để đảo ngược chứng mất thính giác phát sinh từ các tế bào tóc bị hư hỏng.
Một bài báo gần đây trên tạp chí eLife cung cấp một tài khoản đầy đủ của cuộc điều tra.
"Các nhà khoa học trong lĩnh vực của chúng tôi", Tiến sĩ Angelika Doetzlhofer, phó giáo sư khoa học thần kinh tại Johns Hopkins cho biết, "từ lâu đã tìm kiếm các tín hiệu phân tử kích hoạt sự hình thành của các tế bào lông cảm nhận và truyền âm thanh."
Cô cho biết thêm: “Những tế bào tóc này đóng vai trò chính trong việc mất thính giác và biết thêm về cách chúng phát triển sẽ giúp chúng tôi tìm ra cách thay thế các tế bào tóc bị hư hỏng.
Ở động vật có vú, khả năng nghe dựa vào hai loại tế bào phát hiện âm thanh: tế bào lông trong và tế bào lông ngoài.
Cả hai loại tế bào lông này đều nằm bên trong ốc tai, một lỗ rỗng hình xoắn ốc ở tai trong. Tế bào lông hút tạo thành một kiểu riêng biệt bao gồm ba hàng tế bào bên ngoài và một hàng tế bào bên trong.
Các tế bào cảm nhận sóng âm thanh khi chúng đi xuống cấu trúc giống như vỏ sò và truyền tải thông tin đến não.
Phát triển và rụng các tế bào tóc
Các vấn đề với tế bào tóc và các dây thần kinh kết nối chúng với não là nguyên nhân dẫn đến hơn 90% việc mất thính giác.
Hầu hết các loài động vật có vú và chim đều có khả năng tự động thay thế các tế bào lông bị mất hoặc bị hư hỏng, nhưng điều này không xảy ra ở người. Một khi chúng ta mất đi các tế bào tóc, dường như việc mất thính giác là không thể phục hồi được.
Việc sản xuất các tế bào lông trong ốc tai trong quá trình phát triển phôi là một quá trình phức tạp và có tổ chức cao liên quan đến thời gian và vị trí chính xác.
Quá trình này bắt đầu khi các tế bào chưa trưởng thành ở bên ngoài ốc tai biến đổi thành các tế bào lông hình thành hoàn chỉnh.
Từ bên ngoài ốc tai, sự biến đổi có trật tự sau đó tiến hành như một làn sóng dọc theo lớp màng bên trong của hình xoắn ốc cho đến khi nó chạm đến vùng trong cùng.
Mặc dù các nhà khoa học đã khám phá ra nhiều điều về sự hình thành tế bào lông, nhưng các tín hiệu phân tử điều khiển “mô hình tế bào chính xác” vẫn chưa rõ ràng.
Làm thế nào để các tín hiệu làm cho phần phù hợp của quá trình xảy ra vào đúng thời điểm để "thúc đẩy sự khác biệt của giác quan thính giác và hướng dẫn mô hình phân loại của nó?"
Các protein và độ dốc tín hiệu
Để cố gắng trả lời câu hỏi, Doetzlhofer và các đồng nghiệp của cô đã nghiên cứu sự phát triển của ốc tai trong phôi chuột. Họ đã nghiên cứu các protein truyền tín hiệu có vai trò trong việc hình thành tế bào lông ở ốc tai đang phát triển.
Hai trong số các protein mà các nhà nghiên cứu đã thu hút sự chú ý của họ: Activin A và follistatin.
Họ đã thấy mức độ của hai loại protein đã thay đổi như thế nào trong quá trình biến đổi tế bào tiền thân thành tế bào lông trưởng thành dọc theo bên trong của xoắn ốc tai.
Mức độ protein dường như thay đổi theo thời gian và vị trí của mô hình phát triển.
Mức Activin A thấp ở phần ngoài cùng của ốc tai khi các tế bào chưa trưởng thành bắt đầu phát triển thành tế bào lông và cao ở phần trong cùng của hình xoắn ốc, nơi các tế bào chưa trưởng thành chưa bắt đầu biến đổi.
Các tác giả đề cập đến sự thay đổi mức protein từ cao đến thấp như là độ dốc tín hiệu.
Họ lưu ý: “Các độ dốc tín hiệu đóng một vai trò cơ bản trong việc kiểm soát sự tăng trưởng và sự khác biệt trong quá trình phát triển của phôi thai.
Hai protein 'hoạt động theo những cách trái ngược nhau'
Trong khi gradient tín hiệu Activin A đi theo một chiều, di chuyển theo một làn sóng hướng vào trong, thì gradient tín hiệu follistatin đi theo hướng khác, giống như một làn sóng di chuyển ra ngoài.
Doetzlhofer giải thích: “Trong tự nhiên, chúng tôi biết rằng Activin A và follistatin hoạt động theo những cách trái ngược nhau để điều chỉnh tế bào.
Những phát hiện này dường như cho thấy rằng hai protein kiểm soát sự phát triển chính xác và tinh vi của các tế bào lông dọc theo đường xoắn ốc tai bằng cách cân bằng lẫn nhau.
Điều tra sâu hơn bằng cách sử dụng cả chuột bình thường và chuột biến đổi gen đã xác nhận quan điểm này.
Tăng Activin A trong ốc tai của chuột bình thường làm cho tế bào lông trưởng thành quá sớm.
Ngược lại, các tế bào lông hình thành quá muộn ở những con chuột được biến đổi gen tạo ra quá nhiều follistatin hoặc không tạo ra Activin A nào cả. Kết quả là một mô hình vô tổ chức của các tế bào lông ở bên trong xoắn ốc tai.
“Hoạt động của Activin A và follistatin được tính thời gian chính xác trong quá trình phát triển đến mức bất kỳ sự xáo trộn nào cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến tổ chức của ốc tai.”
Tiến sĩ Angelika Doetzlhofer
Doetzlhofer gợi ý rằng những phát hiện này có thể dẫn đến các phương pháp điều trị mới để phục hồi thính giác bị suy giảm do mất các tế bào lông.
