Các nhà khoa học khám phá cơ chế di truyền đằng sau sự rò rỉ mạch máu não trong hội chứng Rett

Các nhà khoa học khám phá ra yếu tố di truyền đằng sau các mạch máu não bị rò rỉ trong hội chứng Rett

Các nhà nghiên cứu MIT đã phát hiện ra rằng hai đột biến gen phổ biến gây ra hội chứng Rett, mỗi đột biến kích hoạt một chuỗi sự kiện phân tử làm tổn hại đến tính toàn vẹn cấu trúc của các mạch máu não đang phát triển, khiến chúng bị rò rỉ. Nghiên cứu này truy tìm nguồn gốc của vấn đề đến sự biểu hiện quá mức của một microRNA cụ thể (miRNA-126-3p) và cho thấy rằng việc giảm mức độ miRNA này giúp khắc phục khiếm khuyết mạch máu.

Hội chứng Rett là một rối loạn phát triển nghiêm trọng ảnh hưởng đến cả não và cơ thể. Nó được gây ra bởi các đột biến khác nhau trong gen MECP2 được biểu hiện rộng rãi, nhưng các triệu chứng đầu tiên không trở nên rõ ràng cho đến khi trẻ bị ảnh hưởng (chủ yếu là các bé gái) đạt 2-3 tuổi. Vì đó là thời điểm quan trọng trong sự phát triển của các mạch máu não, các nhà thần kinh học tại Viện Picower về Học tập và Trí nhớ tại MIT đã bắt đầu một nghiên cứu để mô hình hóa cách hai đột biến MeCP2 phổ biến nhưng khác biệt có thể ảnh hưởng đến sự phát triển mạch máu và góp phần vào bệnh lý thần kinh sâu sắc của bệnh.

Để thực hiện nghiên cứu được công bố gần đây trên Molecular Psychiatry, tác giả chính Tatsuya Osaki và tác giả cấp cao Mriganka Sur đã phát triển các nuôi cấy mô người tiên tiến để mô hình hóa sự phát triển mạch máu, có và không có đột biến MeCP2. Các nuôi cấy không chỉ cho phép họ mô hình hóa và quan sát chặt chẽ cách các đột biến ảnh hưởng đến các mạch máu, mà còn cho phép họ phân tích các vấn đề quan sát được ở cấp độ phân tử và sau đó kiểm tra một biện pháp can thiệp giúp ích.

“Vai trò của microRNA trong hội chứng Rett đã được chứng minh, nhưng giờ đây, việc chứng minh rằng miRNA-126-3p thực sự nằm sau MeCP2 và liên quan trực tiếp đến rối loạn chức năng tế bào nội mô là một phần quan trọng của câu đố hội chứng Rett,” Sur, Giáo sư Khoa học Thần kinh Newton tại Viện Picower và Khoa Khoa học Não bộ và Nhận thức của MIT cho biết.

Xây dựng mạch máu và phát hiện rò rỉ

Dựa trên nhiều năm kinh nghiệm kỹ thuật mô, bao gồm cả thời gian làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của đồng tác giả và Giáo sư kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật sinh học Roger D. Kamm của MIT, Osaki đã xây dựng "mạng lưới vi mạch máu ba chiều" bằng cách sử dụng các tế bào gốc đa năng cảm ứng (tế bào iPS) của người được hiến tặng bởi bệnh nhân mắc hội chứng Rett. Các tế bào được hiến tặng đã được cảm ứng để trở thành tế bào gốc, và sau đó là tế bào nội mô (xương sống của mạch máu). Được nhúng trong một loại gel và trộn với các tế bào nguyên bào sợi, các tế bào nội mô tự lắp ráp thành các mạng lưới ống, mà Osaki sau đó kết nối với hệ vi lỏng để cung cấp tuần hoàn.

Một bộ nuôi cấy mang đột biến R306C. Osaki đã tạo ra một hệ vi mạch máu đối chứng giống hệt về mặt di truyền, ngoại trừ việc nó không có đột biến. Một bộ nuôi cấy khác có đột biến R168X. Và một lần nữa, Osaki ghép nó với một nuôi cấy đối chứng giống hệt nhau ngoại trừ đột biến bằng cách sử dụng CRISPR.

Nhóm nghiên cứu đã chọn hai đột biến này vì mỗi đột biến tương đối phổ biến nhưng ảnh hưởng đến gen MeCP2 khác nhau, Sur cho biết. Việc phát hiện ra rằng mỗi đột biến gây ra hội chứng Rett khác biệt này cuối cùng dẫn đến việc tăng cường miRNA-126-3p và làm suy yếu tính toàn vẹn của mạch máu cho thấy rằng các vấn đề về mạch máu thực sự là một đặc điểm trung tâm của bệnh.

“Có một điểm chung giữa các đột biến này,” Sur nói.

Đặc biệt, các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy rằng các mạch máu mang một trong hai đột biến cho thấy sự giảm biểu hiện của một protein gọi là ZO-1, rất quan trọng để đảm bảo rằng các mối nối giữa các tế bào nội mô trong mạch máu tạo thành một lớp niêm phong chặt chẽ (giống như vữa trong sàn gạch). ZO-1 cũng không định vị được các mối nối đó tốt như vậy. Chắc chắn rồi, các xét nghiệm sâu hơn cho thấy rằng các nuôi cấy mạch máu đột biến Rett tương đối dễ bị rò rỉ so với các đối chứng.

Những thiếu sót tương tự đã được thể hiện rõ trong một nuôi cấy tế bào khác mà nhóm nghiên cứu tạo ra, trong đó họ thêm các tế bào hình sao để mô phỏng chặt chẽ hơn hàng rào máu não (BBB), vốn kiểm soát chặt chẽ những gì có thể đi vào hoặc ra khỏi mạch máu và vào não. Các vấn đề về BBB bị nghi ngờ rộng rãi là góp phần vào các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer, Huntington và ALS và chứng mất trí nhớ trán thái dương.

Để hiểu rõ hơn về cách các vấn đề về mạch máu có thể làm suy yếu chức năng thần kinh trong hội chứng Rett, các nhà nghiên cứu đã cho các tế bào thần kinh tiếp xúc với môi trường từ các nuôi cấy mạch máu Rett của họ. Những tế bào thần kinh đó cho thấy hoạt động điện giảm, một dấu hiệu có thể cho thấy rằng các chất bài tiết từ các tế bào nội mô Rett đã làm gián đoạn các tế bào thần kinh.

Bắt được thủ phạm

Nói chung, vai trò của MeCP2 là ức chế sự biểu hiện của các gen khác. Do đó, kỳ vọng của các nhà khoa học là khi MeCP2 bị tổn thương bởi các đột biến, kết quả là nhiều gen sẽ được biểu hiện quá mức. Tuy nhiên, ZO-1 đã bị điều chỉnh giảm. Phải có điều gì đó giải thích cho điều đó và miRNA là một nghi phạm, Osaki cho biết, vì chúng hoạt động như những người điều chỉnh sự biểu hiện gen.

“Đó là lý do tại sao chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng chúng tôi nên có một số chất trung gian giữa đột biến MeCP2 và việc điều chỉnh giảm ZO-1 và sự gia tăng tính thấm của BBB,” Osaki nói. "Chúng tôi tập trung vào các microRNA."

Thật vậy, bằng cách lập hồ sơ các miRNA trong cul Rett