Phương pháp mới xác định protein trong não sống

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp tiếp cận thành công để xác định các protein bên trong các loại tế bào thần kinh khác nhau trong não của một động vật sống.

Nghiên cứu do các nhà nghiên cứu từ trường Đại học Northwestern và trường Đại học Pittsburgh dẫn dắt, đưa ra một bước tiến khổng lồ trong việc tìm hiểu hàng triệu protein riêng biệt của não. Là khối cấu tạo của tất cả các tế bào bao gồm tế bào thần kinh, protein nắm giữ chìa khóa để hiểu rõ hơn về các bệnh não phức tạp như Parkinson và Alzheimer, có thể dẫn đến việc phát triển các phương pháp điều trị mới.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một loại virus để gửi một loại enzyme đến một vị trí chính xác trong não của một con chuột sống. Có nguồn gốc từ đậu tương, enzyme di truyền gắn thẻ các protein lân cận của nó vào một vị trí xác định trước.

Sau khi xác thực kỹ thuật này bằng cách chụp ảnh não với huỳnh quang và kính hiển vi điện tử, các nhà nghiên cứu nhận thấy kỹ thuật của họ đã chụp nhanh toàn bộ tập hợp các protein (hoặc proteome) bên trong các tế bào thần kinh sống, tiếp theo sau khi chết có thể phân tích bằng phương pháp quang phổ khối lượng.

Yevgenia Kozorovitskiy của Northwestern, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Trước đây đã thực hiện công việc tương tự trong nuôi cấy tế bào. Nhưng các tế bào trong một cái đĩa không hoạt động giống như cách chúng hoạt động trong não và chúng không có các protein giống nhau tại những vị trí giống nhau để làm những việc giống nhau. Thực hiện công việc này trong mô phức tạp của não chuột khó hơn rất nhiều. Giờ đây, chúng ta có thể sử dụng năng lực proteomics đó và đưa nó vào các mạch thần kinh thực tế hơn với lực kéo di truyền tuyệt vời".

Bằng cách gắn thẻ hóa học các protein và các chất lân cận của chúng, các nhà nghiên cứu giờ đây có thể thấy cách các protein hoạt động trong một khu vực cụ thể, có kiểm soát và thấy cách chúng hoạt động với nhau trong một proteome.

Cùng với vi rút mang enzyme đậu tương, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng vi rút của họ để mang một protein huỳnh quang màu xanh lá cây riêng biệt.

Kozorovitskiy nói: “Về cơ bản, virus hoạt động như một thông điệp mà chúng tôi truyền tải. Trong trường hợp này, thông điệp mang loại enzyme đậu tương đặc biệt này. Sau đó, trong một thông điệp riêng biệt, chúng tôi gửi protein huỳnh quang màu xanh lá cây để cho chúng tôi biết đã  gắn thẻ những tế bào thần kinh nào. Nếu các tế bào thần kinh có màu xanh lá cây, thì chúng tôi biết rằng đã biểu hiện enzym đậu tương trong các tế bào thần kinh đó".

Kozorovitskiy là Giáo sư nghiên cứu sinh học phân tử của Soretta và Henry Shapiro, phó giáo sư sinh học thần kinh tại trường Đại học Nghệ thuật và Khoa học Weinberg của Northwestern, đồng thời là thành viên của Viện Hóa học về các quá trình sống. Bà đồng chỉ đạo công việc với Matthew MacDonald, một trợ lý giáo sư tâm thần học tại Trung tâm Y tế trường Đại học Pittsburgh.

Nhắm mục tiêu protein

Trong khi nhắm mục tiêu di truyền đã hoàn toàn biến đổi sinh học và khoa học thần kinh, nhắm mục tiêu protein đã bị tụt hậu một cách đáng tiếc. Các nhà nghiên cứu có thể khuếch đại và sắp xếp chuỗi gen và RNA để xác định các khối xây dựng chính xác của chúng.

Tuy nhiên, protein không thể được khuếch đại và sắp xếp theo trình tự giống nhau. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu phải phân chia protein thành các peptit và sau đó ghép chúng lại với nhau, đây là một quá trình chậm và không hoàn hảo.

Kozorovitskiy nói: “Chúng tôi đã có thể thu được rất nhiều lực kéo với việc giải trình tự gen và RNA, nhưng các protein đã nằm ngoài vòng lặp. Tuy nhiên, mọi người đều nhận ra tầm quan trọng của protein. Protein là tác nhân cuối cùng trong tế bào của chúng ta. Biết được vị trí của protein, chúng hoạt động ra sao và cách chúng hoạt động tương tác với nhau thực sự quan trọng ”.

Vasin Dumrongprechachan, một ứng viên tiến sĩ tại phòng thử nghiệm của Kozorovitskiy và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Proteomics dựa trên quang phổ khối lượng là một kỹ thuật mạnh mẽ. Với cách tiếp cận của chúng tôi, chúng tôi có thể bắt đầu thiết lập bản đồ proteome của các mạch não khác nhau với độ chính xác và độ đặc hiệu cao. Chúng tôi thậm chí có thể định lượng để xem có bao nhiêu protein hiện diện trong các phần khác nhau của tế bào thần kinh và não bộ ”.

Bước tiếp theo: hiểu rõ hơn về các bệnh não

Hiện tại, hệ thống mới này đã được xác nhận và sẵn sàng đi vào hoạt động, các nhà nghiên cứu có thể áp dụng nó vào các mô hình bệnh tật của chuột để hiểu rõ hơn về các bệnh thần kinh.

Dumrongprechachan nói: “Chúng tôi hy vọng sẽ mở rộng cách tiếp cận này để bắt đầu xác định các thay đổi sinh hóa trên các protein tế bào thần kinh xảy ra trong các mô hình hoạt động cụ thể của não  bộ hoặc với những thay đổi do thuốc hoạt động thần kinh gây ra để tạo điều kiện cho cải thiện lâm sàng”.

Kozorovitskiy nói: “Chúng tôi mong muốn đưa điều này vào các mô hình liên quan đến các bệnh về não và kết nối những nghiên cứu này với hoạt động của proteomics sau khi chết trong não người. Những mô hình đó đã sẵn sàng cho áp dụng và chúng tôi không thể chờ đợi lâu”.

Trường Đại học Northwestern

Bình Minh dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ