Các nhà nghiên cứu tại Đại học Yale-Hoa Kỳ đã phát hiện rằng quá trình chuyển hóa glucose đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng sự phát triển ban đầu của phôi chuột. Họ chỉ ra rằng các con đường chuyển hóa cụ thể điều chỉnh các tín hiệu tế bào thiết yếu trong những giai đoạn quan trọng của quá trình phát triển phôi.

Nghiên cứu với tiêu đề "Sự sử dụng chọn lọc chuyển hóa glucose hướng dẫn quá trình tạo hình của động vật có vú" được công bố trên tạp chí Nature, đã xác định hai đợt sử dụng glucose riêng biệt trong quá trình tạo hình ở chuột.

Đợt đầu tiên chuyển glucose qua con đường sinh tổng hợp hexosamine (HBP) trong các tế bào epiblast, giúp hình thành proteoglycan phục vụ cho tín hiệu của yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi (FGF). Tín hiệu này rất quan trọng cho quá trình phân hóa tế bào và sự kéo dài của dải nguyên thủy, cấu trúc sẽ hình thành nên bản hần kinh, trở thành nền tảng cho tủy sống và hệ thần kinh.

Đợt thứ hai chuyển glucose qua quá trình đường phân (glycolysis), cung cấp năng lượng và các chất chuyển hóa cần thiết cho sự di chuyển của các tế bào trung bì và sự mở rộng theo chiều ngang.

Nhóm nghiên cứu đã lập bản đồ các mô hình hấp thụ glucose về không gian và thời gian bằng cách sử dụng hình ảnh có độ phân giải từng tế bào của phôi chuột đang phát triển, mô hình tế bào gốc và các mô từ phôi.

Họ phát hiện rằng đợt đầu tiên của quá trình chuyển hóa glucose diễn ra trong các tế bào epiblast ở phía sau và lan ra phía trước khi quá trình phát triển tiến triển. Đợt đường phân tiếp theo hỗ trợ sự di chuyển của các tế bào trung bì khỏi dải nguyên thủy, thúc đẩy sự mở rộng theo chiều ngang.

Để kiểm tra chắc chắn về sự tham gia của các con đường này, nhóm nghiên cứu đã ức chế quá trình chuyển hóa glucose bằng các chất chặn hóa học và xác nhận thí nghiệm rằng sự hình thành dải nguyên thủy và sự biệt hóa trung bì bị gián đoạn.

Đặc biệt, việc nhắm mục tiêu vào HBP đã làm suy yếu sự phát triển của dải nguyên thủy, trong khi ức chế quá trình đường phân ở giai đoạn sau đã ảnh hưởng đến sự di chuyển của tế bào trung bì mà không cản trở các quyết định về số phận tế bào ban đầu.

Nghiên cứu cũng cho thấy rằng quá trình chuyển hóa glucose ảnh hưởng đến các con đường tín hiệu kinase được điều hòa bởi tín hiệu ngoại bào (ERK), phát hiện rằng chúng rất quan trọng cho sự phân hóa và di chuyển của tế bào trong quá trình tạo hình. Việc ức chế chuyển hóa glucose đã làm giảm hoạt động của ERK, trong khi việc bổ sung N-acetylglucosamine, một sản phẩm của HBP, đã khôi phục tín hiệu ERK và cứu vãn các khiếm khuyết phát triển.

Phân tích thêm bằng mô hình phôi từ tế bào gốc và các mẫu trung bì cũng xác nhận rằng HBP là yếu tố cần thiết cho quá trình chuyển đổi số phận tế bào epiblast và đường phân hỗ trợ hành vi di chuyển của các tế bào trung bì.

Phân tích RNA của các mẫu trung bì được xử lý cho thấy sự giảm biểu hiện của các con đường liên quan đến sự di chuyển tế bào và tương tác của chất nền ngoại bào khi quá trình đường phân hoặc tín hiệu ERK bị ức chế.

Phát hiện này nhấn mạnh rằng chuyển hóa glucose, cùng với các cơ chế di truyền và tín hiệu, là yếu tố quan trọng cho việc tạo mẫu và hình thái thành công của phôi đang phát triển. Nghiên cứu này thách thức quan điểm truyền thống rằng chuyển hóa tế bào chỉ là một chức năng nền tảng, thay vào đó nó đóng vai trò là người điều hành chính trong sự phát triển của phôi.

Đ.T.V (NASATI), theo https://medicalxpress.com/ 11/2024