Nghiên cứu mới thách thức niềm tin trước đây rằng kênh calcium hoạt động độc lập

Các nhà nghiên cứu trong Hệ Thống Y Tế Đại Học California Davis (UC Davis Health System) và Đại Học Washington đã phát hiện ra rằng các kênh điện áp calcium (voltage gated calcium channel) có cơ chế mở cùng nhau chứ chúng không hoạt động độc lập với nhau. Việc hoạt động như một thể thống nhất cho phép các ion calcium đi vào bên trong tế bào và kích hoạt các tế bào dễ bị kích thích như tế bào thần kinh và tế bào cơ.

Được công bố trên tạp chí eLife, nghiên cứu này đã thách thức nguyên tắc điện sinh lý  trước đấy và bác bỏ niềm tin về chức năng độc lập của các kênh calcium.

Các nhà nghiên cứu cho rằng đây là một phát hiện quan trọng vì khi hiểu được cách thức các kênh calcium tương tác với nhau chúng ta có thể tìm ra được phương pháp phục hồi những kênh calcium bất thường trong các tế bào hư hỏng. Những tế bào này được phát hiện trong nhiều điều kiện khác nhau đặc biệt trong bệnh động kinh và Parkinson.

“Trong cơ tim, nếu các kênh này không phối hợp sự phóng điện (firing) của chúng nhịp nhàng, điều này sẽ gây ảnh hưởng bất lợi lên độ tin cậy của các hoạt động co thắt cơ tim,” theo lời Luis Fernando Santana, giáo sư và trưởng khoa Sinh Lý Học và Màng Sinh Học tại Đại Học California Davis (UC Davis). “Trong tế bào thần kinh, nếu chúng không hoạt động cùng nhau, chúng sẽ không có tiềm lực cần thiết để duy trì sự phóng điện lặp lại (repetitive firing).”

“Trong một nghiên cứu trước đây chúng tôi phát hiện rằng một kênh hỏng kết hợp với một kênh tốt có thể biến cả hai bị hỏng” Santana nói. “Vì vậy, bạn không cần phải thật nhiều kênh hỏng để khiến tế bào hoạt động bất thường và biểu hiện trạng thái bị bệnh.”

Để nghiên cứu các kênh calcium này, các nhà khoa học sử dụng kính hiển vi có độ phân giải cao, các phép đo điện sinh lý (electrophysiological measurement) và các công nghệ quang di truyền (optogenetic technology) – các đầu dò nhạy sáng (light-sensitive probe) có thể kích thích tế bào thần kinh để phát tín hiệu điện – để nghiên cứu tế bào thần kinh vùng hồi hải mã (hippocampal neurons) của chuột. Họ phát hiện ra rằng khi các tế bào bắt đầu phản ứng với calcium, các kênh này bắt đầu tập hợp thành hai hay nhiều cụm (cluster) và mở một cách tập thể, cho phép các tế bào phóng điện nhanh hơn.

“Điều này cho thấy kênh calcium có thể bắt cặp để cùng khuyếch đại dòng calcium đi vào (influx) và kiểm soát tính dễ bị kích thích (excitability) của tế bào,” Santana nói. “Sự phối hợp này có ảnh hưởng mạnh lên việc các hoạt động của các nơron thần kinh và các tế bào dễ bị kich thích khác”.

Các kênh phối hợp thông qua một protein được gọi là calmodulin, liên kết với calcium và giúp calcium xuyên kênh.

“Bình thường các kênh này không chạm nhau,” theo Santana. “Tuy nhiên, một ít calcium đi qua và calmodulin đóng vai trò như là cầu nối giữa các kênh lân cận. Bị ảnh hưởng bởi kênh đầu tiên mở ra, chúng bắt đầu đồng loạt mở, liên kết với nhau thành cụm”.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện rằng những cụm này biến mất chậm hơn rất nhiều so với ion calcium có liên quan. “Trí nhớ phân tử” (molecular memory) này có lẽ cho phép các tế bào tiên liệu trước các phóng điện trong tương lai, giúp tăng tính hiệu quả (efficiency) của chúng.

“Điều này luôn là một mâu thuẫn” Santana đã ghi nhận. “Trong một cơ tim, 5 đến 10 kênh phải mở để kích hoạt giải phóng calcium một cách chắc chắn trong suốt quá trình kích hoạt các cơn co thắt, nhưng cơ hội một cụm của kênh canxi kích thích cùng một lúc là rất nhỏ, trừ khi có sự phối hợp với nhau .”

IBSG – Physiology Group (chuyển ngữ)

Nguồn: News-Medical

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả.