Nhịp sinh học giúp cơ thể đếm thời gian và SCN — nhân suprachiasmatic — là bộ điều nhịp sinh học trung ương, chứa hàng nghìn tế bào thần kinh phải phối hợp để đồng bộ cơ thể với thời gian địa phương. Một nhóm liên ngành tại Washington University in St. Louis phát triển công cụ tính toán mới gọi là MITE (Mutual Information and Transfer Entropy, phát âm "mighty") để phân tích mạng giao tiếp giữa các tế bào SCN. Công trình được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences và do Giáo sư Erik Herzog cùng KL Nikhil dẫn dắt; các thành viên khác gồm Daniel Granados-Fuentes, Jr-Shin Li, Bharat Singhal và István Kiss.
Với các ghi chép biểu hiện gen ở độ phân giải từng tế bào trong nhiều tuần, nhóm đã tái tạo hơn 25 triệu kết nối giữa hơn 8.000 tế bào trên 17 con chuột, đạt độ chính xác hơn 95%. Bản đồ mạng cho thấy dù SCN của chuột có khoảng 20.000 nơron, chỉ một tập con nhỏ các tế bào có kết nối cao — các "hub" — là cần thiết để duy trì sự đồng bộ của mạng.
Nhóm xác định năm loại tế bào chức năng dựa trên phạm vi kết nối và đối tác giao tiếp, trong đó ba loại tiêu biểu là: tế bào hub kết nối cao, gồm một tập con biểu hiện VIP phát tín hiệu đồng bộ rộng; tế bào cầu nối truyền tín hiệu từ hub đến các phần khác; và tế bào bồn chứa nhận tín hiệu hội tụ rồi truyền thông tin thời gian. Mô phỏng cho thấy khi loại bỏ chỉ các tế bào hub, tính đồng bộ sụp đổ, ủng hộ vai trò then chốt của hub trong việc giữ thời gian SCN.
Bước tiếp theo là xác định cơ chế tác động của tế bào hub và xem liệu can thiệp có mục tiêu có thể điều chỉnh thời gian SCN hay không. Công cụ MITE có thể giúp phát triển chiến lược căn chỉnh lại đồng hồ sinh học, với tiềm năng hỗ trợ nhân viên làm ca, người bị rối loạn cảm xúc theo mùa và những người gặp vấn đề nhịp sinh học khác.
Từ khó
- nhịp sinh học — quy trình sinh lý lặp lại theo thời gian
- nhân suprachiasmatic — nhóm tế bào não điều chỉnh nhịp sinh học
- đồng bộ — các phần hoạt động cùng nhịp hoặc cùng hướng
- biểu hiện gen — sự sản xuất hoặc hiện diện sản phẩm gen
- độ phân giải — mức chi tiết của dữ liệu thu thập
- kết nối — mối liên hệ truyền tín hiệu giữa tế bào
- mô phỏng — mô hình giả lập để kiểm tra giả thuyết
Mẹo: di chuột, dùng phím Tab hoặc chạm vào các từ được tô sáng trong bài để xem định nghĩa nhanh ngay khi bạn đọc hoặc nghe.
Câu hỏi thảo luận
- Bạn nghĩ can thiệp nhắm vào các tế bào hub sẽ mang lại lợi ích và rủi ro gì khi áp dụng cho con người?
- Dữ liệu có độ phân giải từng tế bào và bản đồ kết nối có thể thay đổi cách tiếp cận điều trị rối loạn nhịp sinh học như thế nào?
- Trước khi dùng công cụ như MITE để điều chỉnh đồng hồ sinh học ở người, theo bạn cần thực hiện những bước thực nghiệm nào?
