GS.TS Christine Holt, Giáo sư danh dự về khoa học thần kinh phát triển tại Đại học Cambridge, đồng chủ nhân Giải Kavli 2026 ngành Thần kinh học. Ảnh: LiwligNorway/The Kavli Prize.

Một sợi trục thần kinh đã bị tách khỏi thân tế bào nhưng phần đầu đang phát triển của nó vẫn nhận biết tín hiệu hóa học và đổi hướng. Khi hoạt động tổng hợp protein bị ngăn lại, khả năng đổi hướng biến mất.

Kết quả ấy đặt ra một câu hỏi trái với cách hiểu phổ biến lúc bấy giờ: nếu nhân và phần lớn bộ máy sản xuất protein nằm trong thân tế bào, đầu sợi trục ở cách xa “trung tâm” lấy đâu ra vật liệu để phản ứng gần như tức thời?

Câu trả lời được GS.TS Christine Holt cùng cộng sự công bố trên tạp chí Neuron năm 2001: sợi trục không hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn protein vận chuyển từ thân tế bào. Phần đầu của nó có thể dịch mã mRNA thành protein ngay tại chỗ.

GS.TS Christine Holt hiện là Giáo sư danh dự về khoa học thần kinh phát triển tại Đại học Cambridge, Anh. Bà có bằng tiến sĩ, là thành viên quốc tế của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ và từng giữ chức Giáo sư khoa học thần kinh phát triển tại Cambridge, theo hồ sơ học thuật chính thức.

Tháng 6/2026, bà được công bố là một trong bốn chủ nhân của Giải Kavli ngành Thần kinh học. Hạng mục trị giá một triệu USD được chia cho bốn nhà khoa học vì đã phát hiện hiện tượng dịch mã protein cục bộ trong tế bào thần kinh và xác lập vai trò của nó đối với sự phát triển cũng như tính dẻo của não bộ. Phần đóng góp nổi bật của GS.TS Christine Holt nằm ở cơ chế dẫn đường cho sợi trục, theo công bố của Giải Kavli.

Một đầu sợi trục vẫn biết đường khi bị tách khỏi thân tế bào

Sợi trục là nhánh dài giúp tế bào thần kinh truyền tín hiệu. Ở người, một sợi trục có thể dài tới khoảng một mét. Trong não đang phát triển, phần tận cùng của sợi trục tạo thành một cấu trúc linh động gọi là nón tăng trưởng. Cấu trúc này dò tìm những tín hiệu hấp dẫn hoặc xua đuổi trong môi trường để đưa sợi trục tới đúng tế bào đích.

Nếu mọi protein đều phải được sản xuất tại thân tế bào rồi vận chuyển dọc theo sợi trục, phản ứng tại một vị trí xa sẽ khó diễn ra đủ nhanh và đủ chính xác.

Manh mối đầu tiên đến với GS.TS Christine Holt trong một thí nghiệm quan sát hệ thị giác của phôi ếch Xenopus. Một mẫu mắt vô tình bị tách ra, nhưng những nón tăng trưởng không còn kết nối với thân tế bào vẫn tiếp tục di chuyển và tìm đường. Bà nhận ra đây không chỉ là phần kéo dài thụ động của tế bào mà là một khoang sinh hóa có mức độ tự chủ nhất định.

Sợi trục có thể kéo dài rất xa thân tế bào, khiến khả năng sản xuất protein ngay tại vị trí cần dùng trở nên đặc biệt quan trọng. Đồ họa: BruceBlaus, CC BY 3.0.

Đến năm 2000, nhóm nghiên cứu kiểm tra trực tiếp khả năng này. Các sợi trục bị cắt khỏi thân tế bào vẫn đáp ứng với tín hiệu dẫn đường. Tuy nhiên, khi chất ức chế tổng hợp protein được đưa vào, đáp ứng biến mất. Nghiên cứu cũng cho thấy quá trình phân hủy protein tại chỗ tham gia vào việc điều chỉnh hướng đi.

Theo tự thuật khoa học của GS.TS Christine Holt, công trình từng bị hai tạp chí từ chối trước khi được Neuron đăng tải. Kết quả ban đầu gây hoài nghi vì đi ngược quan điểm cho rằng sợi trục không có bộ máy tổng hợp protein đáng kể.

Bản hướng dẫn được chuyển đi, protein được làm tại chỗ

Thân tế bào không cần gửi mọi protein thành phẩm tới đầu sợi trục. Thay vào đó, nó có thể vận chuyển các phân tử mRNA, tức những “bản hướng dẫn” mang thông tin tạo protein, tới các vị trí xa. Ribosome có mặt tại đó sẽ đọc mRNA và lắp ráp protein khi nhận được tín hiệu phù hợp.

Một nghiên cứu tiếp theo của nhóm GS.TS Christine Holt, công bố trên Nature Neuroscience năm 2006, cho thấy cơ chế này có tính định hướng rất cao.

Khi nón tăng trưởng của sợi trục võng mạc ếch tiếp xúc với gradient netrin-1, một tín hiệu hấp dẫn, quá trình dịch mã mRNA mã hóa β-actin tăng lên ở phía gần nguồn tín hiệu. Protein β-actin mới được tạo ra giúp tổ chức lại bộ khung tế bào, tạo độ lệch khiến nón tăng trưởng quay về phía netrin-1.

Khi nhóm nghiên cứu chặn riêng quá trình dịch mã β-actin, chuyển động quay theo hướng hấp dẫn bị triệt tiêu, trong khi đáp ứng xua đuổi không mất đi. Điều đó cho thấy các loại tín hiệu có thể kích hoạt những nhóm mRNA khác nhau, thay vì chỉ bật một cơ chế vận động chung.

Nhóm của GS.TS Christine Holt sau đó phát hiện hơn 1.000 loại mRNA trong các nón tăng trưởng được thu riêng lẻ. Con số này phản ánh kho “công thức” rất phong phú, nhưng không có nghĩa tất cả mRNA đều được dịch mã đồng thời hoặc đều giữ vai trò dẫn đường.

Đến năm 2016, nghiên cứu trên sợi trục võng mạc của chuột tiếp tục xác nhận một tập hợp mRNA đang được ribosome xử lý ngay trong sợi trục ở cả giai đoạn phát triển và trưởng thành. Thành phần của tập hợp này thay đổi theo từng giai đoạn như kéo dài, tạo nhánh, hình thành kết nối và duy trì sợi trục. Kết quả được công bố trên Cell và lưu trữ tại PubMed Central.

Từ một “nhà máy trung tâm” tới mạng sản xuất phân tán

Phát hiện về dịch mã cục bộ làm thay đổi đơn vị kiểm soát được dùng để hình dung tế bào thần kinh. Neuron không chỉ là một thân tế bào sản xuất protein rồi phân phối sản phẩm dọc theo các nhánh. Nó vận hành gần giống một mạng sản xuất phân tán, trong đó những vị trí cách xa nhân vẫn có thể tạo đúng protein vào đúng thời điểm.

Cơ chế này giải thích vì sao một sợi trục có thể điều chỉnh hướng đi ở quy mô rất nhỏ. Trong hệ thần kinh trưởng thành, nó còn giúp các nhánh và synap thay đổi độc lập, duy trì kết nối hoặc thích ứng với hoạt động thần kinh.

Ở một lớp nghiên cứu khác, các công cụ mới đang cho phép giới khoa học phát hiện chính xác hơn hoạt động giao tiếp giữa tế bào, như cảm biến giúp “nghe” tín hiệu glutamate giữa các synap.

Khả năng sản xuất protein tại chỗ cũng được quan tâm trong nghiên cứu bệnh thần kinh. Sự điều hòa bất thường của quá trình này đã được ghi nhận trong hội chứng Fragile X và được đặt trong mối liên hệ với các bệnh thoái hóa như sa sút trí tuệ hoặc xơ cứng teo cơ một bên. Đây là hướng tiếp cận bổ sung cho nghiên cứu về một mắt xích protein liên quan bệnh Parkinson.

Từ cơ chế nền tảng tới điều trị vẫn còn khoảng cách

Các thí nghiệm định hình đóng góp của GS.TS Christine Holt chủ yếu được tiến hành trên hệ thị giác của ếch Xenopus và chuột. Chúng chứng minh một cơ chế sinh học nền tảng, không phải hiệu quả điều trị ở người.

Việc phát hiện mRNA hoặc protein liên quan bệnh trong sợi trục cũng chưa đủ để kết luận rằng điều chỉnh chúng sẽ chữa được bệnh. Một liệu pháp tương lai còn phải xác định đúng phân tử cần tác động, đúng loại tế bào, đúng vị trí và thời điểm, đồng thời tránh làm gián đoạn hoạt động dịch mã cần thiết cho neuron khỏe mạnh.

Giá trị bền vững nhất của công trình vì thế không nằm ở một lời hứa điều trị tức thời. Nó nằm ở việc thay đổi mô hình về tế bào thần kinh: thân tế bào không phải nơi duy nhất quyết định protein nào được tạo ra. Ở đầu sợi trục cách xa nhân, những “xưởng” siêu nhỏ vẫn có thể đọc mRNA và sản xuất vật liệu cần thiết để một kết nối thần kinh tìm đúng đường, tạo nhánh và tồn tại.