Theo một nghiên cứu do các nhà nghiên cứu thuộc Trường Đại học Y Perelman - Đại học Pennsylvania, một gen có tên là GAS2 đóng một vai trò quan trọng trong việc nghe bình thường và sự vắng mặt của nó sẽ gây ra tình trạng mất thính lực nghiêm trọng. Những phát hiện của họ được công bố trực tuyến trên Developmental Cell mới đây.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng protein được mã hóa bởi GAS2 là rất quan trọng để duy trì độ cứng cấu trúc của các tế bào hỗ trợ ở tai trong, thường để hỗ trợ khuếch đại sóng âm thanh đến. Họ đã chỉ ra rằng các tế bào hỗ trợ tai trong thiếu chức năng GAS2 sẽ mất khả năng khuếch đại, gây suy giảm thính lực rõ ràng ở chuột. Các nhà nghiên cứu cũng xác định những người bị đột biến GAS2 sẽ bị mất thính giác nghiêm trọng.

Tiến sỹ Douglas J. Epstein, giáo sư di truyền học tại Penn Medicine, tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Các nhà giải phẫu học 150 năm trước đã rất vất vả để vẽ ra những tế bào hỗ trợ này với đủ chi tiết về cấu trúc độc đáo bên trong của chúng, nhưng chỉ đến bây giờ, với khám phá về GAS2, chúng tôi mới hiểu được tầm quan trọng của những cấu trúc đó đối với thính giác bình thường”.

Có đến hai hoặc ba trong số 1.000 trẻ em ở Hoa Kỳ được sinh ra bị tình trạng khiếm thính ở một hoặc cả hai tai. Khoảng một nửa số trường hợp này là do di truyền. Mặc dù máy trợ thính và cấy ghép ốc tai điện tử thường có thể giúp ích cho họ, nhưng những thiết bị này hiếm khi khôi phục thính giác trở lại bình thường.

Một trong những trọng tâm chính của phòng thí nghiệm Epstein tại Penn Medicine là nghiên cứu các gen có kiểm soát sự phát triển và chức năng của tai trong - các gen thường liên quan đến mất thính lực bẩm sinh. Tai trong chứa một cấu trúc phức tạp hình con ốc, ốc tai, giúp khuếch đại các rung động từ sóng âm thanh, chuyển chúng thành tín hiệu thần kinh và gửi những tín hiệu đó đến vỏ thính giác của não.

Làm sáng tỏ vai trò của Gas₂ đối với thính giác

Một vài năm trước, nhóm của Epstein đã phát hiện ra rằng Gas₂, phiên bản chuột của GAS₂ ở người, được kích hoạt trong phôi thai bởi một gen khác được biết là rất quan trọng đối với sự phát triển của tai trong. Để xác định vai trò của Gas₂ trong sự phát triển thính giác, nhóm nghiên cứu đã phát triển một dòng chuột trong đó gen này đã bị loại bỏ khỏi bộ gen và gọi chúng là chuột loại bỏ Gas₂.

Tiến sĩ Alex Rohacek, một cựu nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm Epstein, đã rất bối rối khi quan sát thấy những con chuột bị loại Gas2 có tai trong với các tế bào và cấu trúc có vẻ khá bình thường. Tuy nhiên, những con vật, khi được kiểm tra, hóa ra bị khiếm thính nghiêm trọng, bị suy giảm ngay cả với tần số âm thanh cao lên tới 50 decibel - tương đương với mức mất 99,999% năng lượng âm thanh bình thường.

Tiến sĩ Tingfang Chen, một nghiên cứu sinh bậc sau tiến sĩ và đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, xác định rằng Gas2 hoạt động thông thường bên trong các tế bào hỗ trợ tai trong được gọi là tế bào trụ và tế bào Deiters. Trong các tế bào này, protein được mã hóa bởi gen liên kết với các cấu trúc dạng ống, linh hoạt được gọi là vi ống theo cách bó lại và cố định chúng, làm cứng tế bào một cách hiệu quả.

Với sự giúp đỡ từ nhóm cộng tác của tiến sỹ Benjamin L. Prosser, phó giáo sư sinh lý học tại Penn Medicine và một chuyên gia về vi ống, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi các tế bào trụ và tế bào của Deiters thiếu Gas2, các bó vi ống của chúng có xu hướng tác ra, làm giảm đáng kể độ cứng của các tế bào.

Điều đó hóa ra có những tác động nghiêm trọng đến việc nghe. Trong tai trong, các tế bào trụ và các tế bào Dieter giúp hình thành cấu trúc cơ bản của ốc tai và đóng vai trò hỗ trợ vật lý cho các tế bào có tên gọi là tế bào lông ngoài (outer hair cells). Các tế bào lông ngoài này di chuyển để đáp ứng với các rung động âm thanh đến - về cơ bản là để cung cấp sự khuếch đại quan trọng của năng lượng âm thanh đó. Các thí nghiệm cho thấy cột trụ và các tế bào của Deiters bị mất độ cứng do không có Gas₂, làm suy giảm nghiêm trọng đặc tính khuếch đại âm thanh của các tế bào lông ngoài mà chúng hỗ trợ.

Epstein cho biết: “Chúng tôi quan sát thấy một số tế bào của Deiters ở những con chuột bị loại Gas₂ thậm chí còn bị xô lệch dưới sức căng chuyển động nhanh của các tế bào lông ngoài”.

Các thí nghiệm bao gồm hình ảnh tinh vi về sự lan truyền sóng âm thanh trong tai trong của chuột sống và chuột bình thường, được thực hiện bởi cộng tác viên John Oghalai, chủ tịch và giáo sư khoa tai mũi họng, phẫu thuật đầu và cổ tại Trường Đại học Y khoa Keck của USC và nhóm nghiên cứu của ông ấy.

GAS2 cũng gây mất thính giác ở người

Kỳ lạ thật, các nhà nghiên cứu không thể tìm thấy các báo cáo về sự mất thính giác liên quan đến GAS2 trong tài liệu y học. Ngay cả khi nhờ đến các đồng nghiệp trên khắp thế giới, sự hỗ trợ của những người điều hành các phòng khám chữa mất thính giác, họ vẫn hoàn toàn không có thông tin gì.

Sau đó vào một ngày, giáo sư, tiến sĩ Hannie Kremer, chủ nhiệm khoa học di truyền học phân tử tại Trung tâm Y tế Đại học Radboud ở Hà Lan, đã gửi email cho Epstein. Cô và nhóm nghiên cứu của mình đã tiến hành nghiên cứu một gia đình người Somalia, trong đó bốn anh chị em ruột đều bị mất thính giác nghiêm trọng ngay từ khi còn nhỏ. Các thành viên trong gia đình bị ảnh hưởng không bị đột biến trong các gene mất thính giác đã biết - nhưng mỗi người đều mang hai bản sao đột biến của GAS2.

Do đó, nghiên cứu xác định GAS2 là một gen giảm thính lực mới rất có thể xảy ra ở người - gen này lần đầu tiên được biết là ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học của các tế bào hỗ trợ tai trong.

Tỷ lệ mất thính giác ở những người do đột biến GAS2 vẫn chưa được xác định, tuy nhiên Epstein lưu ý rằng loại khiếm thính bẩm sinh này vẫn là một mục tiêu hấp dẫn cho một liệu pháp gen trong tương lai. “Trong nhiều tình trạng mất thính lực do di truyền, các tế bào bị ảnh hưởng bị tổn thương vĩnh viễn hoặc chết đi, nhưng trong trường hợp này, các tế bào bị ảnh hưởng vẫn nguyên vẹn và có thể được phục hồi về bình thường hoặc gần bình thường bằng cách khôi phục chức năng GAS2”, ông nói. Epstein nói thêm rằng một liệu pháp gen như vậy có thể hữu ích không chỉ trong các trường hợp mất thính giác nghiêm trọng từ thời thơ ấu, mà còn trong các trường hợp trong đó các đột biến di truyền dẫn đến sự chậm phát triển thính giác ở tuổi trưởng thành.

P.T.T (NASATI), theo https://medicalxpress.com/news/2021-05-discovery-genetic-loss-illuminates-ear.html. 7/5/2021