Nội dung bài viết
Đọc full bài viết tại: https://khothoc.com/0w64
Các nhà khoa học vừa công bố một nghiên cứu đột phá, làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về epigenetics (di truyền biểu sinh). Nghiên cứu này cho thấy DNA và RNA, hai yếu tố từng được cho là hoạt động độc lập trong việc điều khiển biểu hiện gen, thực tế lại phối hợp nhịp nhàng để tinh chỉnh quá trình này.
Epigenetics (di truyền biểu sinh) là gì?
Epigenetics (Di truyền biểu sinh) là một cơ chế điều hòa gen, trong đó các thay đổi hóa học xảy ra trên DNA mà không làm thay đổi trình tự nucleotide của nó. Thay vào đó, các nhóm hóa học gắn vào các gen cụ thể, bật hoặc tắt chúng, hoặc thay đổi hình dạng 3D của nhiễm sắc thể. Hiểu một cách đơn giản, epigenetics (di truyền biểu sinh) giống như một công tắc điều khiển, quyết định gen nào sẽ hoạt động và gen nào sẽ “ngủ”.
Khám phá mới về điều hòa gen
Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Cell, các nhà khoa học đã phát hiện ra một phương pháp hoàn toàn mới để điều hòa gen, liên quan đến các điều chỉnh epigenetics (di truyền biểu sinh) đồng thời trên cả DNA và “người anh em họ” phân tử của nó, RNA. Điều này thách thức quan niệm trước đây rằng quá trình điều hòa gen bằng DNA và RNA diễn ra hoàn toàn độc lập.
Kathrin Plath, Giám đốc về epigenetics (di truyền biểu sinh), RNA và điều hòa gen tại UCLA, người không tham gia vào nghiên cứu, nhận xét: “Thật thú vị khi khám phá ra một cơ chế mới như vậy, giúp mở rộng hơn nữa hiểu biết của chúng ta về điều hòa gen.”
Lớp điều hòa gen mới
Một loại sửa đổi epigenetics (di truyền biểu sinh) phổ biến là methylation (methyl hóa), tức là việc bổ sung một phân tử gọi là nhóm methyl vào DNA hoặc histone (protein mà DNA quấn quanh để trở nên nhỏ gọn hơn và vừa với nhân tế bào). Một protein gọi là DNMT1 thêm các phân tử này vào DNA và hoạt động của nó có thể làm tăng hoặc giảm biểu hiện gen tùy thuộc vào vị trí gen được methyl hóa.
Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu cũng đã phát hiện ra rằng RNA – một phân tử vận chuyển hướng dẫn từ DNA ra ngoài tế bào để tạo ra protein – cũng có thể được sửa đổi. Điều này chủ yếu được thực hiện bởi một phức hợp protein gọi là METTL3-METTL14. Quá trình methylation (methyl hóa) này có thể làm mất ổn định phân tử RNA, làm giảm lượng protein được tạo ra.
Mọi tế bào trong cơ thể đều sử dụng cả RNA và DNA methylation (methyl hóa DNA) để điều hòa gen. Tuy nhiên, trước đây người ta cho rằng các quá trình này hoạt động độc lập. Nghiên cứu mới đặt ra câu hỏi về giả định đó.
Sự phối hợp giữa DNA và RNA
Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã xem xét các tế bào gốc phôi chuột và lập bản đồ vị trí của DNA methylation (methyl hóa DNA) và RNA khi các tế bào phát triển. Họ phát hiện ra rằng hàng ngàn gen và các phân tử RNA bổ sung của chúng chứa cả hai dấu hiệu methylation (methyl hóa).
Thông qua các thí nghiệm bổ sung, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng phức hợp METTL3-METTL14 tương tác với RNA cũng tuyển dụng và liên kết vật lý với DNMT1, protein gắn thẻ DNA. Phức hợp mới, lớn hơn này sau đó có thể methyl hóa cùng một gen ở cấp độ DNA hoặc RNA. Điều này cho phép tế bào tinh chỉnh hơn nữa điều hòa gen của nó trong quá trình biệt hóa tế bào – một quá trình mà tế bào gốc đảm nhận một bản sắc cụ thể, trở thành tế bào tim hoặc phổi chẳng hạn.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra các kết nối rõ ràng giữa các sửa đổi DNA và histone, cũng như giữa các sửa đổi histone và RNA.
François Fuks, đồng tác giả nghiên cứu, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Ung thư ULB ở Bỉ, cho biết: “Vậy tại sao một tế bào lại không kết nối một sửa đổi epigenetics (di truyền biểu sinh) của DNA và một sửa đổi epigenetics (di truyền biểu sinh) của RNA?” “[Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy] sự kết nối trực tiếp giữa DNA methylation (methyl hóa DNA) và sửa đổi RNA chưa từng thấy trước đây.”
Theo Fuks, nghiên cứu này có một số hạn chế, cụ thể là nó chủ yếu tập trung vào sự biệt hóa tế bào gốc phôi. Các sửa đổi DNA và RNA đã được mô tả rõ ràng trong các tế bào gốc trong các nghiên cứu trước đây, vì vậy việc các nhà nghiên cứu bắt đầu với chúng là hợp lý. Nhưng các loại sửa đổi DNA và RNA tương tự này có mặt trong tất cả các loại tế bào.
“Khi thấy điều này, rất khó có khả năng [cơ chế này] sẽ chỉ có ở các tế bào ES,” Fuks nói.
Ứng dụng tiềm năng trong điều trị bệnh
Khám phá này thách thức quan điểm đã được thiết lập rằng các quá trình sửa đổi RNA và DNA này hoàn toàn riêng biệt và nó cho thấy rằng nó có thể có ý nghĩa rộng lớn hơn trong sinh học và bệnh tật của con người. Để đạt được mục tiêu đó, Fuks và nhóm của ông đang cố gắng xác định cơ chế mới này liên quan đến ung thư như thế nào.
Nếu sự phối hợp của epigenetics (di truyền biểu sinh) DNA và RNA bị sai lệch, bạn có thể nhận được quá nhiều hoặc quá ít protein, Fuk gợi ý. “Bây giờ, một protein quan trọng sẽ được biểu hiện ở mức quá cao,” ông nói, “Điều này có thể gây bất lợi cho tế bào và góp phần vào quá trình sinh ung thư”, hoặc sự hình thành khối u.
Đã có các liệu pháp được phê duyệt ức chế methylation (methyl hóa) của DNA và có một thử nghiệm lâm sàng giai đoạn đầu thử nghiệm ức chế methylation (methyl hóa) RNA như một phương pháp điều trị ung thư. Fuks và nhóm của ông đang thử nghiệm tiềm năng kết hợp các liệu pháp hiện có này để cải thiện kết quả của bệnh nhân. Dữ liệu sơ bộ từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của họ gợi ý rằng chiến lược này có thể hữu ích cho bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu.
Ít nhất là trong đĩa petri, “chúng tôi có thể đảo ngược sự tiến triển ung thư của các tế bào bạch cầu bằng cách thêm hai loại thuốc này lại với nhau”, Fuk nói. “Cuối cùng, tại sao chúng ta không thể kết hợp hai loại thuốc này để điều trị cho bệnh nhân?”
