Nghiên cứu mới về bệnh Alzheimer lây lan trong não người

Các nhà nghiên cứu của Đại học Case Western Reserve lần đầu tiên khi nghiên cứu prion đã xác định được những đặc điểm của bề mặt prion ở con người chịu trách nhiệm cho sự sao chép trong não. Prion là những protein bị gấp khúc gây ra các bệnh nan y.

Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu là giúp đưa ra chiến lược để ngăn chặn bệnh prion ở người - và chuyển dịch các phương pháp tiếp cận mới để điều trị bệnh Alzheimer và bệnh thoái hóa thần kinh khác.

Các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra nguyên nhân chính xác của bệnh Alzheimer, nhưng phần lớn đồng ý rằng mọi vấn đề về protein đóng vai trò trong sự xuất hiện và tiến triển của bệnh. Bệnh Alzheimer ảnh hưởng đến hơn 6 triệu người ở Hoa Kỳ và Hiệp hội Alzheimer ước tính rằng việc chăm sóc họ sẽ tiêu tốn khoảng 355 tỷ đô la Mỹ trong năm 2021.

Giáo sư Jiri Safar tại Trường Y Case Western Reserve, dẫn đầu Báo cáo nghiên cứu "Các miền bên ngoài khác biệt về cấu trúc thúc đẩy sự nhân lên của các prion chính của con người", được công bố trên tạp chí PLOS Pathogens ngày 17 tháng 6. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Safar ở Khoa Bệnh học & Trung tâm Proteomics và Tin sinh học tại Trường Y Đại học Case Western Reserve; Trung tâm Khoa học Sinh học Synchrotron tại Phòng thí nghiệm Brookhaven ở New York.

Prion lần đầu tiên được phát hiện vào cuối những năm 1980 như một tác nhân sinh học chứa protein có thể tự tái tạo trong tế bào sống mà không cần axit nucleic. Tác động của prion đến sức khỏe cộng đồng là lây truyền qua người, qua động vật đối với bệnh não xốp ở bò (BSE, "bệnh bò điên") thúc đẩy đáng kể sự phát triển của khái niệm khoa học mới về protein tự tái tạo.

Các prion của con người có thể liên kết với protein bình thường lân cận trong não và gây ra các lỗ cực nhỏ. Về bản chất, chúng biến não thành cấu trúc giống như bọt biển; dẫn đến chứng mất trí nhớ và tử vong. Những khám phá này đã tạo ra cuộc tranh luận khoa học về việc liệu các cơ chế giống prion có thể liên quan đến nguồn gốc và sự lây lan của rối loạn thoái hóa thần kinh khác ở người hay không.

Giáo sư Jiri Safar nói: “Các bệnh do prion ở người có thể coi là những rối loạn thoái hóa thần kinh không đồng nhất và ngày càng nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng chúng là do các chủng prion riêng biệt của con người gây ra. Tuy nhiên, nghiên cứu về cấu trúc của prion ở người đã bị tụt hậu so với tiến bộ gần đây về prion trong phòng thí nghiệm của loài gặm nhấm, một phần do các đặc điểm phân tử phức tạp của chúng và những yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn sinh học cần thiết để điều tra bệnh luôn gây tử vong và không có phương pháp điều trị”.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển quy trình ba bước mới để nghiên cứu prion ở người:

• Các prion có nguồn gốc từ não người lần đầu tiên được tiếp xúc với chùm tia X đồng bộ cường độ cao. Chùm sáng đó tạo ra gốc hydroxyl, với chùm ánh sáng ngắn, đã thay đổi một cách có chọn lọc và tăng dần thành phần hóa học bề mặt của prion. Một số đặc tính độc đáo của nguồn sáng này gồm cường độ rất lớn của nó; nó có thể sáng hơn hàng triệu lần ánh sáng từ mặt trời đến Trái đất.

• Một số biến đổi hóa học nhanh chóng của prion bằng các chùm ánh sáng ngắn được theo dõi bằng kháng thể chống prion. Những kháng thể nhận ra đặc điểm bề mặt của prion và phép đo khối phổ xác định vị trí chính xác của sự khác biệt dựa trên chủng, đặc hiệu của prion, cung cấp mô tả thậm chí chính xác hơn về các khuyết tật của prion.

• Các prion được chiếu sáng sau đó được phép tái tạo trong ống nghiệm. Sự mất dần hoạt động sao chép của chúng khi synctron điều chỉnh chúng đã giúp xác định những yếu tố cấu trúc quan trọng chịu trách nhiệm cho sự sao chép và lan truyền của prion trong não.

Mark Chance, phó trưởng khoa nghiên cứu tại Trường Y, cho biết: “Nghiên cứu này là bước quan trọng đầu tiên để xác định vị trí về cấu trúc phản ánh sự khác biệt giữa prion có chẩn đoán khác nhau và tính ăn mòn. Vì vậy, bây giờ chúng ta có thể hình dung việc tạo ra một số phân tử nhỏ để liên kết với những vị trí tạo mầm; sao chép này và ngăn chặn sự tiến triển của bệnh prion ở người”. Phương pháp tiếp cận cấu trúc này cũng tạo ra khuôn mẫu để xác định vị trí quan trọng về cấu trúc trên các protein bị gấp khúc ở bệnh khác như Alzheimer, liên quan đến sự lan truyền protein từ tế bào này sang tế bào khác theo cách tương tự như prion.