Gắn thẻ protein tí hon để thăm dò nguồn gốc của bệnh trầm cảm
Theo các nhà nghiên cứu, khả năng này đã mất gần một thập kỷ để có thể nghiên cứu sự điều hòa serotonin ở một cấp độ mới, điều này rất quan trọng vì vai trò quan trọng của serotonin trong việc điều chỉnh tâm trạng, sự thèm ăn và giấc ngủ.
Protein điều hòa mà các nhà khoa học đã gắn thẻ thành công được gọi là chất vận chuyển serotonin. Nó mở rộng qua màng tạo thành bề mặt bên ngoài của dây thần kinh và hoạt động giống như một máy hút bụi hút các phân tử serotonin vào cơ thể tế bào và tránh xa các thụ thể đích serotonin trên các tế bào khác, điều chỉnh nồng độ serotonin trong khu vực xung quanh tế bào.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng chất vận chuyển serotonin là một đối tượng nghiên cứu quan trọng vì chúng là mục tiêu của các loại thuốc phổ biến nhất được sử dụng để điều trị trầm cảm, bao gồm Prozac, Paxil và Lexapro.
“Nếu bạn quan tâm đến sức khỏe tâm thần, thì các chất vận chuyển serotonin là một đối tượng lý tưởng,” Tiến sĩ Sandra Rosenthal, Chủ tịch Hóa học Jack và Pamela Egan, người chỉ đạo nghiên cứu cùng với Tiến sĩ Randy Blakely, cho biết. Allan D. Bass Giáo sư Dược học và Tâm thần học.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng các vấn đề với quy định vận chuyển serotonin cũng có liên quan đến chứng tự kỷ. Hai năm trước, Blakely và nhà di truyền học James Sutcliffe đã báo cáo việc phát hiện ra nhiều thay đổi trong protein vận chuyển serotonin khiến chất vận chuyển trở nên “hoạt động quá mức” ở những người mắc chứng tự kỷ.
Gần đây, Blakely và Jeremy Veenstra-VanderWeele, M.D., đã báo cáo rằng những con chuột biểu hiện một trong những phương tiện vận chuyển hoạt động cao này có nhiều thay đổi về hành vi giống với những thay đổi được thấy ở trẻ tự kỷ.
Các nhà khoa học cho biết, nỗ lực tìm hiểu cách thức hoạt động của những người vận chuyển này đã bị hạn chế bởi khó khăn trong việc nghiên cứu hành vi của chúng.
Nghiên cứu sinh hóa học Jerry Chang, người đã phát triển kỹ thuật gắn thẻ cho biết: “Trước đây, chúng tôi chỉ giới hạn ở những bức ảnh chụp nhanh hiển thị vị trí của các phân tử vận chuyển tại một thời điểm cụ thể. “Giờ đây, chúng tôi có thể theo dõi chuyển động của chúng trên bề mặt tế bào trong thời gian thực và xem chuyển động của chúng liên quan như thế nào đến hoạt động hấp thụ serotonin.”
Các thẻ huỳnh quang mà các nhà nghiên cứu sử dụng là các hạt kích thước nano được gọi là chấm lượng tử được làm từ hỗn hợp cadmium và selen. Các hạt chỉ lớn hơn một chút so với các protein mà chúng đang gắn thẻ: Bạn sẽ phải xâu 10.000 hạt lại với nhau để kéo dài chiều rộng của một sợi tóc người, các nhà nghiên cứu giải thích.
Các chấm lượng tử phát ra ánh sáng màu khi được chiếu sáng và những thay đổi nhỏ về kích thước của chúng khiến chúng phát sáng với nhiều màu sắc khác nhau. Một trong những nhà nghiên cứu, Ian D. Tomlinson, Tiến sĩ, đã phát triển một chuỗi phân tử đặc biệt gắn vào chấm lượng tử ở một đầu và gắn vào một dẫn xuất thuốc ở đầu kia liên kết với chất vận chuyển serotonin.
Khi một hỗn hợp có chứa các chấm lượng tử này được ủ với các tế bào thần kinh được nuôi cấy, thuốc sẽ gắn vào chất vận chuyển. Khi protein di chuyển xung quanh, nó kéo theo chấm lượng tử đằng sau nó giống như một đứa trẻ ôm quả bóng trên dây, ông giải thích. Khi khu vực được chiếu sáng, các chấm lượng tử hiển thị trong kính hiển vi dưới dạng các điểm ánh sáng có màu.
Đưa quy trình mới của họ vào sử dụng, các nhà nghiên cứu đã xem xét các phần mở rộng của tế bào thần kinh có liên quan đến việc tiết ra serotonin. Từ nghiên cứu trước đó, các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng các chất vận chuyển sẽ tập trung ở các phần giàu cholesterol của những phần mở rộng này, được gọi là bè, mặc dù mức độ phân giải với các phương pháp tiếp cận tiêu chuẩn là không đủ để cung cấp bất kỳ manh mối nào về những gì chúng đang làm ở đó.
Các nghiên cứu về chấm lượng tử đã chứng minh rằng có hai chất vận chuyển riêng biệt: những chất có thể di chuyển tự do quanh màng và những chất hoạt động như thể chúng không thể di chuyển. Họ phát hiện ra rằng những người vận chuyển bất động nằm trong các bè.
Khi họ kích thích tế bào tăng hoạt động của chất vận chuyển, họ rất ngạc nhiên về những gì đã xảy ra. Rosenthal báo cáo: “Chúng tôi nhận thấy rằng những người vận chuyển trong bè bắt đầu di chuyển nhanh hơn nhiều, trong khi chuyển động của những người khác không thay đổi chút nào,” Rosenthal báo cáo.
Vì những người vận chuyển được huy động không rời khỏi bè, chúng dường như quay xung quanh bên trong một khoang hạn chế, như thể được giải phóng khỏi dây xích thường khiến chúng khuất phục. Những quan sát này cho thấy có khả năng là hai quần thể được kiểm soát bởi các con đường điều tiết khác nhau.
Blakely cho biết: “Bây giờ chúng ta có thể theo dõi quy định của người vận chuyển đang thực sự diễn ra, chúng ta sẽ có thể tìm ra danh tính của các protein neo và các tín hiệu mà các protein này phản hồi để cho phép người vận chuyển chuyển đổi qua lại giữa mức độ hoạt động thấp và cao,” Blakely nói.
Ông nói thêm: “Hiện tại, các loại thuốc chống trầm cảm phải đóng hoàn toàn các chất vận chuyển serotonin của não để đạt được lợi ích lâm sàng,” ông nói thêm, lưu ý rằng điều này có thể tạo ra một số tác dụng phụ khó chịu, chẳng hạn như buồn nôn, tăng cân, các vấn đề tình dục, mệt mỏi và buồn ngủ.
Ông nói: “Bằng cách hiểu được các cơ chế cơ bản giúp chuyển hoạt động của chất vận chuyển serotonin lên và xuống một cách tự nhiên, chúng ta có thể phát triển các loại thuốc tạo ra các tác dụng phụ nhẹ hơn và thậm chí có hiệu quả cao hơn. “Tầm nhìn của chúng tôi cũng tập trung vào việc chuyển những gì chúng tôi đã học được với các chất vận chuyển serotonin bình thường sang sự hiểu biết về các chất vận chuyển hiếu động mà chúng tôi đã tìm thấy ở trẻ tự kỷ.”
Nguồn: Đại học Vanderbilt
