Khám phá đồng hồ thiết lập tốc độ phát triển của phôi thai

Tại sao thời kỳ mang thai ở một số loài lại kéo dài hơn những loài khác? Các nhà nghiên cứu tại Viện Francis Crick đã tìm ra đồng hồ thiết lập tốc độ phát triển của phôi thai và phát hiện ra cơ chế hoạt động dựa trên cách protein được tạo ra và phân hủy. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science cũng có thể giúp chúng ta hiểu cách các loài động vật có vú khác nhau tiến hóa từ loài khác và giúp cải tiến các phương pháp điều trị bệnh tái tạo.

Tất cả các động vật có vú đều tuân theo các bước giống nhau để phát triển từ phôi thai đến trưởng thành. Điều này liên quan đến cùng một chuỗi các sự kiện, theo cùng một trình tự, sử dụng các gen và tín hiệu phân tử tương tự. Tuy nhiên, tốc độ tiến triển qua các bước này có sự khác biệt đáng kể giữa các loài này với loài khác. Ví dụ, tế bào thần kinh vận động - tế bào thần kinh điều khiển chuyển động của cơ - mất khoảng ba ngày để phát triển ở chuột, nhưng hơn một tuần để phát triển ở người.

Để hiểu điều gì chi phối tốc độ này ở các loài khác nhau, nhà nghiên cứu Teresa Rayon và các đồng nghiệp trong phòng thí nghiệm Động lực học phát triển của James Briscoe tại Crick đầu tiên đã nuôi cấy tế bào thần kinh vận động từ tế bào gốc trong phòng thí nghiệm, để họ có thể định thời gian phát triển của tế bào mà không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên trong phôi thai.

Sử dụng tế bào gốc của chuột và người, họ nhận thấy sự khác biệt về tốc độ giữa các loài. Các tế bào thần kinh vận động của con người mất nhiều hơn gấp đôi thời gian hình thành các tế bào thần kinh vận động của chuột, vì vậy họ biết câu trả lời phải nằm trong chính tế bào chứ không phải môi trường xung quanh.

Họ cũng kiểm tra xem các gen có phải là nguyên nhân hay không, bằng cách đưa chuỗi DNA của người vào tế bào chuột. Tuy nhiên, điều này không làm thay đổi tốc độ phát triển, vì vậy câu trả lời cũng không nằm ở gen.

Thay vào đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sự khác biệt về tốc độ protein bị phá vỡ và thay thế giải thích sự khác biệt về tốc độ giữa hai loài. Protein liên tục được đảo trộn - tạo ra và phân hủy - trong các tế bào, và điều này xảy ra nhanh gấp đôi trong tế bào chuột so với tế bào người. Tốc độ luân chuyển protein trong tế bào chuột nhanh hơn này dẫn đến tốc độ hình thành tế bào thần kinh vận động nhanh hơn.

Teresa Rayon giải thích, "Các tế bào thần kinh vận động của người và chuột sử dụng các gen và phân tử giống nhau cho sự phát triển phôi thai của chúng, chỉ mất nhiều thời gian hơn để quá trình diễn ra ở người. Protein đơn giản là ổn định hơn ở người so với phôi chuột và điều này làm chậm tốc độ sự phát triển của loài người."

"Giống như thể phôi chuột và phôi người đang đọc cùng một bản nhạc và chơi cùng một giai điệu nhưng máy đếm nhịp ở người chậm hơn so với chuột. Bây giờ chúng tôi đã tìm thấy máy đếm nhịp, chúng tôi muốn hiểu cách thay đổi tốc độ của nó. "

Điều này ảnh hưởng như thế nào đến nghiên cứu và điều trị

Hiểu được các cơ chế kiểm soát tốc độ phát triển có ý nghĩa đối với y học tái tạo và việc sử dụng tế bào gốc trong việc tìm hiểu bệnh tật. Khả năng tăng tốc hoặc làm chậm sự phát triển của tế bào gốc có thể giúp tinh chỉnh các phương pháp sản xuất các loại tế bào cụ thể cho các ứng dụng nghiên cứu và điều trị và nó cũng có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc liên quan đến việc làm chậm sự phát triển của tế bào trong các bệnh như ung thư.

James Briscoe, người đứng đầu nhóm các nhà nghiên cứu cho biết, "Những thay đổi trong thời gian phát triển, còn được gọi là thời kỳ dị hình, đóng một vai trò sâu sắc trong sự tiến hóa của sự khác biệt về hình dạng và kích thước cơ thể giữa các loài. Ví dụ, não người lớn hơn do các tế bào của nó phát triển trong một khoảng thời gian dài hơn trong quá trình phát triển phôi thai so với các tế bào tương đương ở chuột. Vì vậy, ngoài các ứng dụng thực tế, việc hiểu được cách kiểm soát nhịp độ phát triển của phôi có khả năng giúp chúng ta hiểu các loài khác nhau tiến hóa như thế nào. "

Nguồn: Viện Crick Francis