Ảnh minh họa: AI

Nghiên cứu do các nhà khoa học tại Viện Salk (Mỹ) thực hiện bằng quá trình phân tích dữ liệu từ hơn 600 mẫu vỏ não trán của người đã qua đời, gồm cả người mắc và không mắc Alzheimer. Kết quả đã được công bố trên tạp chí Nature Aging ngày 14/9.

Vi protein (microprotein) là những protein rất ngắn, thường gồm không quá 150 axit amin. Các protein được mô tả trong nghiên cứu có độ dài trung bình chỉ khoảng 58 axit amin. Do kích thước nhỏ, chúng thường khó phát hiện bằng các phương pháp phân tích protein thông thường và dễ bị bỏ qua trong các cơ sở dữ liệu.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng một cơ sở dữ liệu riêng gồm các đoạn mã gene ngắn có khả năng tạo ra vi protein, sau đó đối chiếu với dữ liệu khối phổ từ các mẫu não đã được thu thập trước đó. Công cụ máy học ShortStop được sử dụng để sàng lọc các ứng viên, trước khi nhóm tiếp tục kiểm tra sự phù hợp giữa các mảnh protein dự đoán và tín hiệu thực tế.

Từ khoảng 3.000 ứng viên ban đầu, quá trình sàng lọc đã cho ra 1.067 vi protein đạt độ tin cậy đủ cao để được xác định. Các protein này chưa từng xuất hiện trong danh mục protein được kiểm duyệt của UniProtKB, cơ sở dữ liệu trung tâm và lớn nhất thế giới về thông tin trình tự và chức năng của protein.

Theo ông Alan Saghatelian, giáo sư tại Viện Salk và đồng tác giả nghiên cứu, vi protein là nhóm thành phần đã bị bỏ qua trong nhiều thập kỷ. Việc lập bản đồ vi protein có thể giúp giới nghiên cứu hiểu rõ hơn hoạt động của gene và những thay đổi xảy ra trong não khi con người lão hóa hoặc mắc bệnh.

Những phát hiện mới

Một phát hiện đáng chú ý liên quan đến gene MKKS, vốn được biết đến với khả năng tạo ra một protein dài 570 axit amin và liên quan đến hội chứng McKusick-Kaufman, một rối loạn di truyền hiếm gặp.

Tuy nhiên, trong các mẫu vỏ não trán được phân tích, nhóm nghiên cứu không phát hiện peptide của protein MKKS dài. Thay vào đó, họ tìm thấy hàng nghìn tín hiệu peptide của một vi protein chỉ gồm 63 axit amin được mã hóa trong cùng khu vực gene.

Kết quả này tiếp tục được kiểm chứng bằng dữ liệu công khai gồm 66.700 phép đo khối phổ. Chỉ 14 tín hiệu được xác định thuộc protein MKKS dài, trong khi có hàng nghìn tín hiệu thuộc vi protein. Điều này cho thấy trong mô não được khảo sát, sản phẩm dịch mã chủ yếu của vùng gene này có thể là vi protein thay vì protein dài đã được mô tả trước đây.

Lượng vi protein MKKS cũng thấp hơn ở các mẫu não của người mắc bệnh Alzheimer so với nhóm không mắc bệnh. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ ghi nhận mối liên hệ này, chưa xác định được nguyên nhân hay chiều tác động giữa sự thay đổi của vi protein và bệnh Alzheimer.

Nhóm nghiên cứu tiếp tục tìm hiểu chức năng của vi protein trong tế bào vi thần kinh đệm (microglia), loại tế bào miễn dịch cư trú trong não và tham gia bảo vệ, dọn dẹp các mảnh vụn tế bào.

Các phân tích cho thấy vi protein MKKS 63 axit amin có liên hệ với những gene tham gia hoạt động của ti thể, cấu trúc chịu trách nhiệm cung cấp phần lớn năng lượng cho tế bào. Trong các tế bào vi thần kinh đệm được nuôi cấy, vi protein này tập trung quanh ti thể.

Khi sử dụng công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR-Cas9 để loại bỏ đoạn mã tạo ra vi protein nhưng giữ lại đoạn mã của protein dài, các tế bào được chỉnh sửa tiêu thụ ít oxy hơn tế bào đối chứng. Kết quả cho thấy việc mất vi protein có thể làm suy giảm hoạt động hô hấp và sản xuất năng lượng của ti thể.

Phát hiện này cho thấy các vi protein không chỉ là những sản phẩm gene nhỏ bị bỏ sót mà có thể thực hiện những chức năng sinh học cụ thể trong tế bào não.

Tuy nhiên, các nhà khoa học nhấn mạnh bản đồ mới vẫn chưa bao quát toàn bộ vi protein trong não. Một phần đáng kể các protein ngắn đã có trong cơ sở dữ liệu nhưng không được phát hiện trong dữ liệu nghiên cứu. Nghiên cứu cũng mới tập trung vào vỏ não trán, trong khi các thí nghiệm chức năng chủ yếu được thực hiện trên tế bào vi thần kinh đệm nuôi cấy.

Nhóm nghiên cứu cho rằng phương pháp này có thể tiếp tục được áp dụng cho những vùng não khác, giúp tìm thêm các vi protein và làm rõ vai trò của chúng trong quá trình lão hóa cũng như các bệnh thoái hóa thần kinh.