Đọc full bài viết tại: https://khothoc.com/0w64
Nội dung bài viết
Từ lâu, giới khoa học đã sử dụng “đồng hồ đo tuổi sinh học” để đánh giá quá trình lão hóa sinh học. Tuy nhiên, cơ chế hoạt động của những chiếc đồng hồ này vẫn còn là một bí ẩn. Một nghiên cứu mới đây đã hé lộ một manh mối quan trọng: dường như chúng đồng bộ với các đột biến DNA ngẫu nhiên xuất hiện khi chúng ta già đi.
Ai cũng biết rằng, trong suốt cuộc đời, các tế bào tích lũy đột biến DNA. Điều này xảy ra khi tế bào sao chép hoặc tiếp xúc với các tác nhân gây hại như bức xạ và nhiễm trùng. Hơn nữa, theo thời gian, các cơ chế sửa chữa tổn thương DNA cũng suy yếu. Khi tuổi tác tăng lên và các đột biến DNA tích tụ, nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến hệ miễn dịch, thoái hóa thần kinh và ung thư cũng tăng lên đáng kể.
Tuy nhiên, đột biến DNA không phải là toàn bộ câu chuyện về lão hóa sinh học.
Ngoài ra, còn có những thay đổi phân tử diễn ra “trên” DNA. Những thay đổi này, được gọi là thay đổi “epigenetic”, không trực tiếp thay đổi mã di truyền cơ bản của DNA. Thay vào đó, chúng bật hoặc tắt gen, hoặc điều chỉnh mức độ hoạt động của chúng. Nghiên cứu cho thấy rằng mô hình các dấu hiệu epigenetic trên DNA thay đổi một cách có thể dự đoán được khi chúng ta già đi, và đồng hồ đo tuổi epigenetic hoạt động bằng cách theo dõi các mô hình đó và sau đó ước tính “tuổi sinh học” của một người hoặc mô cụ thể.
Nghiên cứu mới, được công bố vào ngày 13 tháng 1 trên tạp chí Nature Aging, đã liên kết các thay đổi di truyền và epigenetic này lại với nhau theo một cách mới.
Nghiên cứu bắt đầu với đồng tác giả nghiên cứu cấp cao, Tiến sĩ Steven Cummings, giám đốc điều hành của Trung tâm Điều phối San Francisco tại Đại học California (UC), San Francisco, người đưa ra giả thuyết rằng đột biến gen có thể liên quan trực tiếp đến những thay đổi được đo bằng đồng hồ đo tuổi epigenetic. Và cuối cùng, “đó là những gì chúng tôi tìm thấy”, Cummings, người cũng là nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại Viện Nghiên cứu Y khoa Thái Bình Dương California của Sutter Health cho biết.
“Hai yếu tố này có mối tương quan rất cao”, ông nói.
Để giải thích lý do đằng sau lý thuyết này, chúng ta hãy tìm hiểu một chút về hóa học.
Một phương thức epigenetic phổ biến, mà hầu hết các đồng hồ epigenetic dựa trên đó, được gọi là methyl hóa DNA. Nó liên quan đến các phân tử gọi là nhóm methyl gắn vào cytosine (C), một trong bốn chữ cái trong mã DNA. Điều này chủ yếu xảy ra ở những nơi trong phân tử DNA nơi C nằm cạnh guanine (G), được gọi là vị trí CpG. Nhưng nếu có một đột biến và C hoặc G thay đổi, vị trí đó không còn là CpG và do đó ít có khả năng bị methyl hóa hơn.
“Đó là một cách mà một đột biến có thể gây ra sự thay đổi trong quá trình methyl hóa – mất quá trình methyl hóa”, đồng tác giả nghiên cứu cấp cao Trey Ideker, giáo sư tại Trường Y và Trường Kỹ thuật Jacobs của UC San Diego cho biết.
“Và hóa ra, điều ngược lại thực sự có thể đúng”, Ideker nói thêm. Quá trình methyl hóa có thể ảnh hưởng đến vị trí xuất hiện của đột biến DNA. Nếu một nhóm methyl gắn vào một phần cụ thể của C, điều này có thể gây ra một phản ứng hóa học làm mất ổn định C, khiến nó có nhiều khả năng bị đột biến sau này, Ideker giải thích.
Với sự tác động qua lại giữa đột biến và methyl hóa, nhóm nghiên cứu tự hỏi liệu họ có thể liên kết các quá trình phụ thuộc lẫn nhau này với quá trình lão hóa sinh học hay không.
Để làm như vậy, tác giả nghiên cứu chính Zane Koch, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về tin sinh học tại UC San Diego, đã xem xét hai cơ sở dữ liệu hiện có: Cancer Genome Atlas và Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes. Từ đó, nhóm nghiên cứu đã rút ra dữ liệu đột biến và methyl hóa từ hơn 9.330 bệnh nhân ung thư. Hầu hết dữ liệu đến từ sinh thiết khối u, nhưng một tập hợp con của bệnh nhân cũng có các mẫu được lấy từ các mô bình thường, không ung thư. Ideker lưu ý rằng rất khó để tìm thấy các bộ dữ liệu lớn tương đương với cả dữ liệu di truyền và epigenetic.
Sau khi xử lý các con số, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các vị trí CpG bị đột biến mang ít methyl hóa hơn so với các vị trí CpG không bị đột biến. Hơn nữa, các đột biến dường như trùng khớp với một hiệu ứng lan tỏa rộng hơn: Các vị trí CpG còn nguyên vẹn nằm gần các đột biến này đã “tăng cường methyl hóa một cách đáng kinh ngạc” khi so sánh. Và những hiệu ứng lan tỏa này có thể được quan sát thấy lên đến 10.000 chữ cái ở mỗi bên của đột biến.
“Nó giống như một vụ nổ thay đổi methyl hóa xảy ra xung quanh đột biến đó”, Ideker nói, nhưng chúng ta vẫn chưa biết tại sao hoặc làm thế nào điều đó xảy ra, hoặc thời gian chính xác của sự kiện nào xảy ra trước. “Tất cả những gì chúng ta biết là có mối quan hệ rất rõ ràng này.”
Nhận thấy mối quan hệ này, nhóm nghiên cứu sau đó đã xây dựng đồng hồ dựa trên các mô hình thay đổi di truyền và epigenetic này. Cả hai đồng hồ đều đưa ra dự đoán tương tự về tuổi tác. Tóm lại, hai đồng hồ dường như được đồng bộ hóa.
Điều này có thể cho chúng ta biết gì về lão hóa sinh học? Có thể là những thay đổi di truyền và epigenetic đều xảy ra sau một quá trình khác, đó thực sự là động lực cơ bản thực sự của lão hóa sinh học. Tuy nhiên, Cummings ủng hộ một lý thuyết khác: rằng đột biến DNA thúc đẩy lão hóa sinh học và epigenetic chỉ đơn giản là phản ánh quá trình này.
Nếu đó là trường hợp, các nhà khoa học trong nhiệm vụ đảo ngược hoặc làm chậm quá trình lão hóa sinh học phải đối mặt với một thách thức. “Họ sẽ phải tìm ra cách bạn đảo ngược các đột biến soma tiềm ẩn”, Cummings nói, thay vì chỉ điều chỉnh các dấu hiệu epigenetic trên DNA.
Cần phải có nhiều nghiên cứu hơn để giải thích đầy đủ các phát hiện của nghiên cứu và mối quan hệ của chúng với lão hóa sinh học. Để bắt đầu, nghiên cứu hiện tại chỉ xem xét các mô từ những người bị ung thư, vì vậy các phát hiện cần được nhân rộng ở những người không mắc bệnh, Poganik nói. Ngoài ra, các mẫu mô từ mỗi cá nhân được lấy tại một thời điểm, vì vậy nhóm nghiên cứu không thể trực tiếp quan sát những thay đổi diễn ra theo tuổi tác, ông nói thêm.
Ideker gợi ý rằng, trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trong tương lai, các nhà khoa học có thể kích hoạt đột biến trong tế bào và sau đó theo dõi bất kỳ thay đổi epigenetic nào diễn ra. Các nghiên cứu dài hạn về con người, theo dõi mọi người theo thời gian, cũng có thể cho biết hiện tượng nào xảy ra trước, hoặc liệu đó có thực sự là sự tương tác liên tục giữa hai hiện tượng này hay không, Poganik nói.
Cùng với nhau, những nghiên cứu trong tương lai này sẽ làm sáng tỏ những gì làm cho đồng hồ đo tuổi epigenetic tích tắc và rộng hơn, những gì khiến chúng ta già đi.
