Các nhà khoa học tại Viện Khoa học Thần kinh (IN), một trung tâm hợp tác giữa Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Tây Ban Nha (CSIC) và Đại học Miguel Hernández de Elche (UMH), đã xác định được một cơ chế quan trọng ở chuột giúp bảo vệ bản sắc riêng biệt của tế bào thần kinh.
Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Cell Reports, đã chỉ ra hai enzyme, KDM1A và KDM5C, hoạt động cùng nhau như những "người giữ vệ sinh biểu sinh". Chức năng chính của cặp enzyme này là vô hiệu hóa các gen không đặc trưng cho tế bào thần kinh, đảm bảo rằng chỉ những chỉ dẫn di truyền phù hợp mới được duy trì hoạt động. Điều này rất quan trọng để duy trì sự chuyên biệt và chức năng tối ưu của tế bào thần kinh trong suốt vòng đời của chúng.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một mô hình chuột biến đổi gen, nơi các gen mã hóa KDM1A và KDM5C bị loại bỏ đồng thời khỏi các tế bào thần kinh trưởng thành trong não. Cách tiếp cận này cho phép họ quan sát trực tiếp hậu quả của việc mất kiểm soát biểu sinh trong các tế bào thần kinh đã phát triển, vượt ra ngoài giai đoạn phát triển ban đầu. Kết quả cho thấy sự kết hợp của hai enzyme này có tác động lớn hơn nhiều so với chức năng riêng lẻ của chúng.
Khi cả hai enzyme này bị lỗi, các tế bào thần kinh bắt đầu biểu hiện các gen không phù hợp, gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng ghi nhớ, học tập và điều chỉnh sự lo lắng của chuột. Sự thay đổi này phản ánh một sự xáo trộn sâu sắc trong cảnh quan biểu sinh của tế bào thần kinh, với nhiều vùng bộ gen tích lũy các dấu ấn biểu sinh thường liên quan đến các gen hoạt động ở những khu vực lẽ ra phải bị im lặng. Hơn nữa, các nhà khoa học còn phát hiện ra sự mất tổ chức trong cấu trúc không gian ba chiều của bộ gen thần kinh. Những thay đổi biểu sinh này dẫn đến những biến đổi trong sinh lý tế bào thần kinh, bao gồm tăng khả năng hưng phấn, từ đó ảnh hưởng xấu đến hành vi và năng lực nhận thức của chuột.
Nghiên cứu này bổ sung vào các công trình trước đó của cùng phòng thí nghiệm, đã chứng minh tầm quan trọng riêng lẻ của KDM1A trong việc duy trì tổ chức bộ gen và ngăn ngừa sự suy thoái liên quan đến tuổi tác, cũng như vai trò của KDM5C trong việc ngăn chặn sự phiên mã sai lệch và tinh chỉnh phản ứng của tế bào thần kinh với các kích thích. Điểm mới đột phá của nghiên cứu hiện tại nằm ở sự hợp tác của hai protein này để bảo tồn bản sắc tế bào thần kinh.
Lĩnh vực biểu sinh, nghiên cứu về cách các yếu tố bên ngoài có thể ảnh hưởng đến biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA, ngày càng cho thấy vai trò thiết yếu của nó trong chức năng não bộ và các rối loạn thần kinh. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng các cơ chế biểu sinh, bao gồm methyl hóa DNA và sửa đổi histone, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các gen liên quan đến tín hiệu dẫn truyền thần kinh, như các gen thụ thể và chất vận chuyển dẫn truyền thần kinh. Sự rối loạn của các gen này có liên quan đến nhiều tình trạng thần kinh khác nhau, bao gồm rối loạn tăng động giảm chú, bệnh Parkinson và tâm thần phân liệt.
Việc nhắm mục tiêu vào các cơ chế biểu sinh này mang lại tiềm năng lớn cho việc phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn cho các rối loạn thần kinh. Đặc biệt, các đột biến trong gen KDM1A và KDM5C đã được liên kết ở người với tình trạng thiểu năng trí tuệ và các rối loạn thần kinh khác. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của các enzyme này trong sự phát triển não bộ và chức năng nhận thức. Các nghiên cứu sâu hơn về cách các enzyme này tương tác giúp làm sáng tỏ nguồn gốc của các bệnh thần kinh, mở ra những con đường mới cho nghiên cứu và phát triển các liệu pháp tiềm năng. Sự hiểu biết về vai trò của các "người giữ vệ sinh biểu sinh" này không chỉ là một bước tiến trong sinh học thần kinh mà còn mang lại hy vọng cho việc tìm ra các giải pháp can thiệp hiệu quả hơn cho các tình trạng suy giảm nhận thức và rối loạn thần kinh ở con người.