Trong quá trình phát triển, não người có thể loại bỏ một lượng lớn tế bào thần kinh mang những bất thường di truyền nghiêm trọng, đặc biệt quanh thời điểm sinh.

Một đợt sàng lọc tự nhiên trong não bộ

Não người hình thành qua quá trình phát triển phức tạp, trong đó các tế bào thần kinh được tạo ra, di chuyển đến vị trí phù hợp rồi kết nối với nhau thành những mạng lưới điều khiển nhận thức, trí nhớ và hành vi.

Trong quá trình này, không phải mọi tế bào thần kinh đều tồn tại lâu dài. Nhiều tế bào bị loại bỏ khi não phát triển, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hiểu đầy đủ vì sao một số tế bào bị loại bỏ trong khi những tế bào khác sống sót.

Nghiên cứu mới do Diane D. Shao, nhà nghiên cứu thần kinh di truyền nhi khoa tại Bệnh viện Nhi Boston, Mỹ, dẫn đầu đã cung cấp bằng chứng cho thấy tính toàn vẹn của bộ gene có thể là một yếu tố quan trọng. Công trình được công bố trên tạp chí Nature ngày 28/10/2026, với sự tham gia của các nhà nghiên cứu thuộc nhiều cơ sở, trong đó có Đại học Harvard và các đơn vị nghiên cứu thần kinh học tại Mỹ.

Nhóm phân tích 2.357 tế bào thần kinh đơn lẻ lấy từ các mẫu não người đã qua đời, từ thai nhi ở tuần thai thứ 14 đến những người cao tuổi trên 90. Các mẫu tập trung vào tế bào thần kinh của vỏ não, vùng đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng như trí nhớ, học tập và ý thức.

Thay vì chỉ phân tích DNA của toàn bộ mô não, các nhà nghiên cứu giải trình tự bộ gene từng tế bào riêng biệt. Cách tiếp cận này giúp nhận diện những biến đổi di truyền có thể chỉ xuất hiện trong một phần tế bào, thay vì tồn tại trong mọi tế bào của cơ thể.

Hơn một phần tư tế bào thần kinh trước sinh mang bất thường lớn

Nghiên cứu tập trung vào hiện tượng biến đổi số bản sao, gọi là copy number variation (CNV). Đây là tình trạng một đoạn DNA trên nhiễm sắc thể bị mất đi hoặc xuất hiện thêm bản sao. Những biến đổi lớn có thể làm thay đổi lượng gene mà tế bào sở hữu, từ đó ảnh hưởng đến hoạt động sinh học.

Kết quả cho thấy trung bình 25,9% tế bào thần kinh vỏ não ở giai đoạn trước sinh mang những bất thường trên diện rộng, liên quan đến nhiều nhiễm sắc thể. Tỷ lệ này giảm khoảng 4,5 lần trong các mẫu não sau sinh.

Trong những tế bào trước sinh, các nhà nghiên cứu nhận thấy không ít trường hợp có nhiều đoạn nhiễm sắc thể bị mất hoặc tăng số bản sao cùng lúc. Những bất thường như vậy có thể ảnh hưởng đến hàng loạt gene và gây xáo trộn các quá trình phát triển của tế bào.

Điều đáng chú ý là nhóm nghiên cứu không chỉ dựa vào một kỹ thuật giải trình tự. Họ sử dụng hai phương pháp phân tích bộ gene đơn bào khác nhau và thu được xu hướng tương tự, giúp tăng độ tin cậy của kết quả.

Nhóm cũng kiểm tra các dữ liệu bằng những phương pháp phân tích độc lập để giảm khả năng nhầm lẫn giữa bất thường di truyền thực sự với sai số kỹ thuật. Điều này đặc biệt quan trọng khi giải trình tự DNA từ từng tế bào, bởi lượng vật liệu di truyền thu được rất nhỏ và dễ phát sinh nhiễu.

Dù vậy, tỷ lệ 25,9% không có nghĩa cứ bốn thai nhi thì có một người mang bất thường di truyền trong toàn bộ não. Đây là tỷ lệ trung bình của những tế bào thần kinh được lấy mẫu trong nghiên cứu, không phải tỷ lệ người có bệnh hoặc tỷ lệ thai nhi mang một chẩn đoán cụ thể.

Biết cơ chế loại bỏ sẽ giúp ích nhiều cho can thiệp sớm

Một trong những câu hỏi lớn nhất là cơ chế nào giúp não phân biệt tế bào thần kinh có bộ gene bất thường với tế bào hoạt động bình thường.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy những tế bào mang nhiều CNV thường có hoạt động gene bất thường liên quan đến quá trình hình thành khớp thần kinh, tức những điểm kết nối cho phép tế bào thần kinh truyền tín hiệu cho nhau.

Điều này gợi ý quá trình thiết lập kết nối thần kinh có thể liên quan đến việc lựa chọn tế bào nào được giữ lại. Những tế bào có bộ gene bị tổn thương nghiêm trọng có thể gặp khó khăn trong việc hình thành hoặc duy trì các kết nối cần thiết, khiến chúng dễ bị loại bỏ trong quá trình phát triển.

Các nghiên cứu trước đây trên động vật có vú đã cho thấy hiện tượng chết tế bào theo chương trình đóng vai trò quan trọng trong việc định hình não bộ. Một số lượng lớn tế bào thần kinh bị loại bỏ trong giai đoạn phát triển, giúp mạng lưới thần kinh dần trở nên tinh chỉnh hơn.

Nghiên cứu mới cho thấy quá trình này có thể đồng thời hoạt động như một hệ thống kiểm soát chất lượng bộ gene. Nói cách khác, não không chỉ giảm số lượng tế bào dư thừa mà có thể ưu tiên loại bỏ những tế bào mang các bất thường di truyền nghiêm trọng.

Tuy nhiên, nhóm chưa chứng minh đầy đủ chuỗi cơ chế từ phát hiện bất thường DNA đến quyết định loại bỏ từng tế bào. Mối liên hệ giữa CNV, biểu hiện gene bất thường và sự suy giảm số lượng tế bào theo tuổi là bằng chứng quan trọng, nhưng vẫn cần nghiên cứu tiếp để xác định những tín hiệu phân tử trực tiếp kích hoạt quá trình này.

Những biến đổi số bản sao của DNA đã được liên hệ với nhiều rối loạn phát triển thần kinh, bao gồm tự kỷ, động kinh, khuyết tật trí tuệ và một số tình trạng tâm thần kinh khác. Nhiều gene nhạy cảm với liều lượng có vai trò trong việc hình thành cấu trúc khớp thần kinh và điều chỉnh tính linh hoạt của các mạng lưới thần kinh.

Nếu cơ chế loại bỏ tế bào mang bộ gene bất thường đóng vai trò bảo vệ não đang phát triển, việc cơ chế này hoạt động không đầy đủ có thể làm tăng khả năng một số tế bào bất thường tồn tại lâu dài. Đây là một hướng nghiên cứu tiềm năng để hiểu rõ hơn vì sao một số rối loạn thần kinh xuất hiện trong thời thơ ấu.