Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Tim ngựa vằn phát triển thành dạng uốn cong trong đĩa petri (trái). Khi không bổ sung yếu tố Frizzled-7a cần thiết cho con đường tín hiệu phân cực tế bào, nó vẫn duy trì dạng hình ống (phải). Nguồn: Anne M. Merks, MDC

Khi bắt đầu phát triển, tim mang dạng hình ống đơn giản. Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Y học phân tử Max Delbrück (MDC) đã mô tả cách trái tim tự định hình thành dạng cấu trúc S đặc trưng cũng như cách tâm thất và tâm nhĩ định hình và phát triển. Phát hiện của nhóm nghiên cứu sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về sự tiến triển của bệnh tim bẩm sinh.

Ở Đức, khoảng một trong số 100 trẻ em được sinh ra mắc một khuyết tật về tim. Cho đến nay, nguyên nhân gây ra bệnh tim bẩm sinh được biết đến rất ít. Nhưng hiện nay đã có thêm nhiều hiểu biết quan trọng đến từ một nghiên cứu về sự phát triển tim của phôi thai được thực hiện bởi nhóm nghiên được dẫn dắt bởi Tiến sĩ Daniela Panáková, hiện là trưởng nhóm nghiên cứu về Tín hiệu điện hóa trong quá trình phát triển và dịch bệnh tại MDC, Berlin.

Bằng cách tiến hành các thí nghiệm trên cá ngựa vằn, Panáková và cộng sự tại MDC, Đại học Potsdam, và Đại học Zürich đã xác định được cơ chế tim bắt đầu hình thành cấu trúc hoàn thiện. Công trình của nhóm đã được xuất bản cùng với một nghiên cứu về sự phát triển của tim trong giai đoạn sớm ở cá ngựa vằn trong cùng số báo trên Nature Communications. Bài báo này là kết quả của nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Christian Mosimann thuộc Viện Khoa học Đời sống Phân tử tại Đại học Zürich, cùng với sự tham gia của nhóm nghiên cứu của Panáková. Các tác giả đã công bố về cách mà tim bắt đầu phát triển thành dạng ống thông qua dòng chảy liên tục của các tế bào tim tiền thân.

Các tế bào tim phải tìm “hàng xóm mới”

Anne Margarete Merks làm việc tại phòng thí nghiệm của Panáková và là một trong hai tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi tiếp tục với câu hỏi làm cách nào mà cấu trúc dạng ống này có thể uốn cong thành cấu trúc dạng chữ S đặc trưng của tim, và sau đó tiếp tục hình thành tâm thất và tâm nhĩ của tim ngựa vằn. Để quá trình này xảy ra, các tế bào tim thế hệ thứ hai cần hợp nhất vào cấu trúc thẳng của tim và tìm kiếm vị trí chính xác." Cô giải thích rằng điều này liên quan đến sự tái sắp xếp vị trí của tế bào. Merks cho biết thêm: "Các tế bào sẽ thay đổi “hàng xóm” và tìm các tế bào mới để chia sẻ vùng gian bào.”

Dựa trên kết quả của cô và đồng sự công bố, quá trình này được kiểm soát bởi một con đường truyền tín hiệu, được định nghĩa là một chuỗi các phản ứng hóa học làm cho tế bào đáp ứng với các tín hiệu ngoại bào. Con đường tín hiệu này được gọi là con đường PCP. PCP là chữ viết tắt của 'phân cực tế bào phẳng - planar cell polarity'. Hai thành phần đặc biệt quan trọng đối với con đường tín hiệu này là các phân tử Fzd7a và Vangl2. Merks cho biết: “Khi chúng ta bất hoạt các gene mã hóa cho những phân tử này trên cá ngựa vằn, tim không thể phát triển chính xác. Rõ ràng, các tế bào tim không thể định vị được các tế bào lân cận ở các bước tiếp theo của quá trình hình thành tim."

Sức căng của mô rất quan trọng

Con đường truyền tín hiệu PCP không chỉ ảnh hưởng đến các tế bào riêng lẻ mà còn ảnh hưởng đến toàn bộ mô tim. Merks cho biết: "Nếu con đường tín hiệu bị gián đoạn theo một cách nào đó, sức căng của mô sẽ thay đổi. Nếu không có sức căng chính xác, quá trình hình thành cấu trúc vòng không thể diễn ra và quá trình hình thành tim sẽ bị phá hủy. Trong các thí nghiệm tiếp theo, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sự thay đổi trong sức căng của mô là do con đường truyền tín hiệu PCP bị gián đoạn từ đó làm thay đổi khung xương tế bào của tế bào cơ tim. Khung xương tế bào bao gồm các protein actin và myosin và hoạt hóa các tế bào cơ, do đó toàn bộ cơ gắn kết với nhau.

Merks cho biết: “Thông thường, chúng tôi quan sát thấy rằng khung xương tế bào trong các tế bào tim không giống nhau ở các vị trí khác nhau, nhưng chúng đều phân cực. Bề mặt của các tế bào khác với bản chất của chúng.” Nếu con đường tín hiệu PCP bị gián đoạn, sự phân cực này bị mất. Kết quả là, tim đang ở dạng ống thẳng không thể tiếp tục thay đổi thành dạng cấu trúc đúng của tim. Merks giải thích: "Đặc biệt, cấu trúc dạng ống của tim không thể tiếp tục phát triển một cách chính xác.” Hầu hết bệnh tim bẩm sinh là do xuất hiện các vấn đề trong giai đoạn phát triển này của tim.

Kết quả này có thể mô phỏng trên người

Merks và cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm trên cá ngựa vằn, bởi vì loài động vật này có ưu điểm là tim phát triển rất nhanh và bắt đầu đập chỉ 24 giờ sau khi thụ tinh. Panáková cho biết: "Nhưng chúng tôi tin tưởng rằng những phát hiện của chúng tôi có thể ứng dụng được trên động vật có vú, bao gồm cả người. Con đường tín hiệu PCP được bảo tồn cao về mặt tiến hóa và các gene có liên quan đến con đường truyền tín hiệu này đã được xác định trên người và những gene này có liên quan đến bệnh tim bẩm sinh."

Tiếp đến, Panáková và nhóm nghiên cứu của bà đang lên kế hoạch thực hiện các nghiên cứu trên mô tim từ những bệnh nhân mắc bệnh tim bẩm sinh gồm Tứ chứng Fallot (Tetralogy of Fallot) và DORV (Thất phải hai đường ra). Họ sẽ thu nhận mô từ Biobank điều hành bởi Mạng lưới thẩm quyền cho các khuyết tật tim bẩm sinh. Thông qua các thí nghiệm của nhóm, các nhà nghiên cứu tại MDC định hướng sẽ xác định chính xác mức độ làm gián đoạn con đường tín hiệu PCP nào sẽ dẫn đến sự phát triển của các bệnh này.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180604093140.htm