Nghiên cứu xác định protein trong hệ thống thị giác giúp ổn định nhịp sinh học
Các nhà khoa học đã xác định được một loại protein trong hệ thống thị giác của chuột dường như là chìa khóa để ổn định nhịp sinh học của cơ thể bằng cách đệm phản ứng của não với ánh sáng
Các nhà khoa học tại Trường Y thuộc Đại học Johns Hopkins và Viện Y tế Quốc gia đã xác định được một loại protein trong hệ thống thị giác của chuột dường như là chìa khóa để ổn định nhịp sinh học của cơ thể bằng cách đệm phản ứng của não với ánh sáng. Các tác giả nghiên cứu cho biết phát hiện này được công bố ngày 5 tháng 12 trên tạp chí PLoS Biology , thúc đẩy nỗ lực điều trị tốt hơn chứng rối loạn giấc ngủ và tình trạng lệch múi giờ.
"Nếu nhịp sinh học được điều chỉnh theo mọi thay đổi nhanh chóng về ánh sáng, chẳng hạn như nhật thực hoặc ngày rất tối và mưa, chúng sẽ không hiệu quả lắm trong việc điều chỉnh các hành vi định kỳ như ngủ và đói. Loại protein mà chúng tôi đã xác định giúp kết nối não trong quá trình phát triển thần kinh." để cho phép phản ứng ổn định trước những thách thức về nhịp sinh học hàng ngày,” Alex Kolodkin, Tiến sĩ, giáo sư tại Khoa Khoa học thần kinh Johns Hopkins và phó giám đốc Viện Khoa học Y sinh Cơ bản cho biết.
Kolodkin đồng chủ trì nghiên cứu với Tiến sĩ Samer Hattar, trưởng bộ phận Ánh sáng và Nhịp sinh học tại Viện Sức khỏe Tâm thần Quốc gia.
Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng hầu hết các sinh vật sống đều có "đồng hồ sinh học", một tập hợp các nhịp sinh học hoạt động theo chu kỳ khoảng 24 giờ và ảnh hưởng đến sự tỉnh táo, buồn ngủ, thèm ăn và nhiệt độ cơ thể, cùng các hành vi mang tính chu kỳ khác.
Việc đảo lộn hệ thống này - chẳng hạn như thông qua làm việc theo ca hoặc di chuyển đường dài qua nhiều vùng thời gian và ánh sáng ở con người - có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.
Các nghiên cứu trước đây cho thấy mối liên hệ giữa sự rối loạn dai dẳng trong nhịp sinh học với việc tăng nguy cơ ung thư, trầm cảm và một loạt các vấn đề y tế khác.
Hệ thống sinh học về cơ bản được "huấn luyện" bằng cách tiếp xúc với ánh sáng.
Mặc dù các nhà nghiên cứu đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong vài thập kỷ qua trong việc phác thảo các cơ chế chịu trách nhiệm về nhịp sinh học, nhưng vẫn chưa rõ làm thế nào mà bộ não lại kết nối với chúng.
Để tìm hiểu thêm, Kolodkin và Hattar, cùng với các tác giả đầu tiên của nghiên cứu là John Hunyara, Kat Daly và các đồng nghiệp của họ, đã tìm kiếm cơ sở dữ liệu về các phân tử sinh học có trong quá trình phát triển ở trung tâm điều khiển nhịp sinh học của não chuột - nhân siêu âm (SCN).
Nằm sâu bên trong não chuột và não người ở vùng dưới đồi, SCN nằm gần các khu vực kiểm soát thị giác và tạo kết nối với các tế bào não dẫn đến võng mạc, bộ phận cảm nhận ánh sáng của mắt.
Nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng tập trung vào một loại protein bề mặt tế bào có tên là teneurin-3 (Tenm3), một phần của họ protein lớn hơn đóng vai trò quan trọng trong việc lắp ráp mạch hệ thống thị giác và nói chung là trong các mạch hệ thống thần kinh trung ương khác.
Khi các nhà nghiên cứu biến đổi gen chuột để ngăn chặn việc sản xuất Tenm3, những con vật này phát triển ít kết nối hơn giữa võng mạc và SCN so với những con vật có Tenm3 nguyên vẹn.
Tuy nhiên, những con chuột thiếu Tenm3 đã phát triển khả năng kết nối nhiều hơn giữa các tế bào trong lõi và vỏ của SCN, nơi Tenm3 có xu hướng định vị.
Để xem Tenm3 có thể ổn định nhịp sinh học như thế nào hoặc khiến chúng bị gián đoạn dù chỉ bởi một chút ánh sáng, các nhà khoa học đã thiết kế một loạt thí nghiệm.
Đầu tiên, họ huấn luyện những con chuột thiếu Tenm3 theo chu kỳ sáng/tối kéo dài 12 giờ, sau đó chuyển giai đoạn tối lên trước sáu giờ.
Những con chuột có Tenm3 còn nguyên vẹn mất khoảng bốn ngày để điều chỉnh lại nhịp sinh học của chúng theo sự thay đổi, được đo bằng chẩn đoán mô hình hoạt động của chu kỳ giấc ngủ bình thường.
Tuy nhiên, những con vật không có Tenm3 lại điều chỉnh nhanh hơn nhiều, trong khoảng một nửa thời gian.
Khi các nhà nghiên cứu thực hiện một thí nghiệm tương tự với ánh sáng mờ gấp đôi so với thử nghiệm trước đó, những con chuột còn nguyên vẹn Tenm3 phải mất khoảng 8 ngày để điều chỉnh chu kỳ sinh học của chúng, nhưng chỉ khoảng 4 ngày đối với những con chuột không có Tenm3.
Thậm chí chỉ cần một xung ánh sáng mờ kéo dài 15 phút đã kích hoạt những con chuột thiếu Tenm3 - nhưng không phải những con chuột có protein Tenm3 bình thường - tạo ra một chất hóa học trong não đóng vai trò là đại diện cho việc tiếp xúc với ánh sáng, cho thấy độ nhạy cao hơn đối với các tín hiệu ánh sáng là cần thiết để cài đặt hoặc đặt lại đồng hồ sinh học.
Những phát hiện này gợi ý cho các tác giả rằng Tenm3 giúp điều khiển não để duy trì nhịp sinh học ổn định ngay cả khi mức độ tiếp xúc với ánh sáng thay đổi.
Hattar cho biết, bằng cách tìm hiểu thêm về hệ thống này và vai trò của Tenm3, các nhà nghiên cứu cuối cùng có thể chẩn đoán và điều trị những trục trặc dẫn đến chứng mất ngủ và các rối loạn giấc ngủ khác ở người, hoặc có thể phát triển các phương pháp điều trị chứng jet lag.
Nguồn Johns Hopkins Medicine
- Cơ chế hình thành trí nhớ của AI được phát hiện rất giống với cơ chế của não(29/12/2023)
- Tế bào của tương lai: Chìa khóa để lập trình lại nhận dạng tế bào(28/12/2023)
- Thuốc chống ung thư đầy hứa hẹn nhắm vào protein KRAS(26/12/2023)
- Enzyme không thể phân biệt DNA nhân tạo với DNA thật(24/12/2023)
- Giấc ngủ rất không đều liên quan đến nguy cơ mắc chứng mất trí nhớ cao hơn(22/12/2023)
- Ánh sáng xanh có khả năng thúc đẩy hoặc cản trở giấc ngủ theo điều khiển(21/12/2023)
Các bài khác
- Thuốc PERUZI trong điều trị các bệnh tim mạch(18/10/2023)
- Lambertu - Pyridostigmin 60 mg - Thuốc thiết yếu trong điều trị bệnh nhược cơ (myasthenia gravis)(11/10/2023)
- Một phương pháp điều trị đầy hứa hẹn cho tình trạng suy nhược do ung thư(8/10/2023)
- Điều trị bệnh tiểu đường thai kỳ an toàn và hiệu quả(5/10/2023)
- Sử dụng corticoid an toàn và hiệu quả(29/9/2023)
- FDA chấp thuận Vắc xin phòng bệnh than Cyfendus(15/9/2023)
- Thuốc Zurzuvae điều trị bệnh trầm cảm sau sinh đầu tiên được FDA chấp nhận(9/9/2023)
- Vắc xin Beyfortus phòng bệnh đường hô hấp dưới RSV ở trẻ sơ sinh(25/8/2023)
- Thuốc nhỏ mắt Xdemvy để điều trị viêm bờ mi do Demodex(22/8/2023)
- Vitamin K bảo vệ chống lại bệnh tiểu đường(5/7/2023)