Các bệnh mãn tính về xương khớp: Các nhà khoa học giải thích

Các nhà khoa học giải thích vai trò của một loại protein nhất định trong việc tạo ra các tế bào quan trọng để duy trì xương

Các bệnh mãn tính về xương và khớp, chẳng hạn như loãng xương và viêm khớp dạng thấp, ảnh hưởng đến hàng triệu người trên thế giới, đặc biệt là người cao tuổi, làm suy giảm chất lượng cuộc sống của họ. Một yếu tố quan trọng trong cả hai bệnh này là hoạt động quá mức của các tế bào phân hủy xương được gọi là tế bào hủy xương. Tế bào xương được hình thành thông qua sự biệt hóa từ một loại tế bào miễn dịch nhất định được gọi là đại thực bào, sau đó chúng có vai trò mới trong việc duy trì xương và khớp: phá vỡ mô xương để cho phép nguyên bào xương - một loại tế bào khác - sửa chữa và tu sửa hệ thống xương. .

Nói chung, hai quá trình nội bào có liên quan đến sự khác biệt này: đầu tiên, phiên mã - trong đó một RNA thông tin (mRNA) được tạo ra từ thông tin di truyền trong DNA — và sau đó, dịch mã — trong đó thông tin trong mRNA được giải mã để tạo ra các protein thực hiện các chức năng cụ thể trong ô. Kể từ khi phát hiện ra vai trò của một loại protein cụ thể gọi là RANKL trong quá trình hình thành tế bào hủy cốt bào, các nhà khoa học đã giải được một phần đáng kể câu đố mà các đường truyền tín hiệu tế bào và mạng lưới phiên mã điều chỉnh quá trình tạo hủy cốt bào. Tuy nhiên, các quá trình tế bào sau phiên mã liên quan vẫn chưa được hiểu rõ.

Giờ đây, trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Biochemical and Biophysical Research Communications, các nhà khoa học tại Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản, đã làm sáng tỏ vai trò của một loại protein có tên Cpeb4 trong quá trình phức tạp này. Cpeb4 là một phần của họ protein “liên kết yếu tố polyadenyl hóa tế bào chất (CPEB)”, liên kết với RNA và điều chỉnh hoạt động dịch mã và kìm hãm, cũng như cơ chế “nối thay thế” tạo ra các biến thể protein. Tiến sĩ Tadayoshi Hayata, người đứng đầu nghiên cứu, giải thích: “Các protein CPEB có liên quan đến các quá trình sinh học và bệnh tật khác nhau, chẳng hạn như bệnh tự kỷ, ung thư và sự biệt hóa tế bào hồng cầu. Tuy nhiên, chức năng của chúng trong việc biệt hóa tế bào hủy xương không được biết rõ ràng. Do đó, chúng tôi đã tiến hành một loạt các thí nghiệm để xác định đặc tính của một loại protein từ họ này, Cpeb4, sử dụng phương pháp nuôi cấy tế bào của đại thực bào chuột ”.

Trong các thí nghiệm nuôi cấy tế bào khác nhau được tiến hành, các đại thực bào của chuột được kích thích bằng RANKL để kích hoạt sự biệt hóa tế bào hủy cốt bào và sự tiến hóa của quá trình nuôi cấy được theo dõi. Đầu tiên, các nhà khoa học phát hiện ra rằng biểu hiện gen Cpeb4, và do đó lượng protein Cpeb4, tăng lên trong quá trình biệt hóa tế bào hủy xương. Sau đó, thông qua kính hiển vi miễn dịch huỳnh quang, họ hình dung ra những thay đổi về vị trí của Cpeb4 trong tế bào. Họ phát hiện ra rằng Cpeb4 di chuyển từ tế bào chất vào nhân, đồng thời thể hiện các hình dạng cụ thể (các tế bào hủy xương có xu hướng hợp nhất với nhau và tạo thành các tế bào có nhiều nhân). Điều này chỉ ra rằng chức năng của Cpeb4 liên quan đến sự biệt hóa của tế bào hủy xương có thể được thực hiện bên trong nhân.

Để hiểu cách kích thích RANKL gây ra sự tái tổ chức Cpeb4 này, các nhà khoa học đã "ức chế" hoặc kìm hãm một số protein có liên quan đến "hạ nguồn" trong các con đường tín hiệu nội bào được kích hoạt bởi kích thích. Họ đã xác định hai con đường là cần thiết cho quá trình. Tuy nhiên, các thí nghiệm tiếp theo sẽ được yêu cầu để tìm hiểu đầy đủ về chuỗi các sự kiện diễn ra và tất cả các protein liên quan.

Cuối cùng, Tiến sĩ Hayata và nhóm của ông đã chứng minh rằng Cpeb4 là hoàn toàn cần thiết cho sự hình thành tế bào hủy xương bằng cách sử dụng nuôi cấy đại thực bào trong đó Cpeb4 đã bị cạn kiệt tích cực. Các tế bào trong các nền văn hóa này không trải qua quá trình biệt hóa nữa để trở thành tế bào hủy xương.

Tổng hợp lại, kết quả là một bước đệm để hiểu cơ chế tế bào liên quan đến sự hình thành tế bào hủy xương. Tiến sĩ Hayata nhận xét: “Nghiên cứu của chúng tôi làm sáng tỏ vai trò quan trọng của protein liên kết RNA Cpeb4 như một“ tác nhân ảnh hưởng ”tích cực đến sự biệt hóa của tế bào hủy xương. Điều này giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về tình trạng bệnh lý của các bệnh xương khớp và có thể góp phần xây dựng các chiến lược điều trị cho các bệnh chính như loãng xương và viêm khớp dạng thấp ”. Hy vọng rằng, mức độ hiểu biết sâu hơn về quá trình tạo tế bào hủy xương được hỗ trợ bởi nghiên cứu này cuối cùng sẽ chuyển thành chất lượng cuộc sống được cải thiện cho những người sống chung với các bệnh xương khớp đau đớn.

Giới thiệu về Đại học Khoa học Tokyo
Đại học Khoa học Tokyo (TUS) là một trường đại học nổi tiếng và có uy tín, đồng thời là trường đại học tư nhân nghiên cứu chuyên ngành khoa học lớn nhất ở Nhật Bản, với bốn cơ sở ở trung tâm Tokyo và các vùng ngoại ô của nó và ở Hokkaido. Được thành lập vào năm 1881, trường đại học đã không ngừng đóng góp vào sự phát triển của Nhật Bản trong khoa học thông qua việc khắc sâu tình yêu dành cho khoa học trong các nhà nghiên cứu, kỹ thuật viên và nhà giáo dục.
Với sứ mệnh “Sáng tạo khoa học và công nghệ vì sự phát triển hài hòa của thiên nhiên, con người và xã hội”, TUS đã thực hiện nhiều lĩnh vực nghiên cứu từ cơ bản đến khoa học ứng dụng. TUS đã áp dụng cách tiếp cận đa ngành để nghiên cứu và thực hiện nghiên cứu chuyên sâu trong một số lĩnh vực quan trọng nhất hiện nay. TUS là một tổ chức xứng đáng nơi những người giỏi nhất trong khoa học được công nhận và nuôi dưỡng. Đây là trường đại học tư thục duy nhất ở Nhật Bản đào tạo ra người đoạt giải Nobel và là trường đại học tư thục duy nhất ở châu Á đào tạo ra người đoạt giải Nobel trong lĩnh vực khoa học tự nhiên.

Về Phó giáo sư Tadayoshi Hayata từ Đại học Khoa học Tokyo
Kể từ năm 2018, Tiến sĩ Tadayoshi Hayata là Phó Giáo sư và Điều tra viên chính tại Khoa Dược học Phân tử, Khoa Khoa học Dược phẩm, Đại học Khoa học Tokyo. Phòng thí nghiệm của ông tập trung vào chuyển hóa xương, biệt hóa tế bào, dược lý học phân tử, và các lĩnh vực tương tự để hiểu bản chất của các bệnh xương khớp và tìm ra mục tiêu điều trị. Tiến sĩ Hayata có liên kết với một số Hiệp hội Nhật Bản và Hiệp hội Nghiên cứu Xương và Khoáng chất Hoa Kỳ. Ông đã xuất bản hơn 50 bài báo gốc và đưa ra hơn 150 bài thuyết trình tại các hội nghị học thuật. Ngoài ra, công trình nghiên cứu về bệnh loãng xương của ông đã lên báo Nhật Bản nhiều lần.

Thông tin tài trợ
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi JSPS KAKENHI [số tài trợ 18K09053]; Nanken-Kyoten, TMDU (2019); Quỹ Nakatomi; Hỗ trợ Nghiên cứu Astellas; Đóng góp trong học tập của Pfizer; Đóng góp trong học tập của Daiichi-Sankyo; Đóng góp cho Học thuật của Teijin Pharma; Eli Lilly Nhật Bản đóng góp cho học thuật; Đóng góp cho Học thuật Dược phẩm của Otsuka; Đóng góp trong học tập của Shionogi; Đóng góp cho Học thuật Dược phẩm Chugai.