Các nhà khoa học đã phát hiện ra một điểm mới trong hiểu biết của chúng ta về cách thức hoạt động của gen. Nhóm nghiên cứu đã làm sáng tỏ một câu đố lâu đời liên quan đến một cách phổ biến mà các gen của chúng ta được sửa đổi, được gọi là quá trình methyl hóa RNA.
Được công bố vào ngày 27 tháng 1 trên tạp chí Science, phát hiện này có thể có ý nghĩa đối với các liệu pháp gen đối với bệnh tật, cũng như bức tranh của chúng ta về sự biểu hiện, phát triển và tiến hóa của gen.
Trong hơn một thập kỷ, phòng thí nghiệm của Chuan He đã tập trung vào việc cố gắng làm sáng tỏ câu đố về một hiện tượng gọi là quá trình methyl hóa RNA, mà chúng ta ngày càng hiểu rằng nó đóng một vai trò quan trọng trong cơ thể và cuộc sống của chúng ta -- mọi thứ từ ung thư đến PTSD đến lão hóa.
Vào thế kỷ 20, chúng ta nghĩ rằng DNA là bản thiết kế của tế bào và mọi thứ được sao chép và thực hiện một cách trung thực từ đó. Nhưng từng chút một, chúng tôi bắt đầu biết rằng đó không phải là bức tranh toàn cảnh. DNA là sổ tay hướng dẫn cơ bản, nhưng cơ thể chúng ta phản ứng với những trải nghiệm và môi trường của chúng ta bằng cách bật và tắt một số gen khi cần thiết. Ví dụ, da của chúng ta có thể phản ứng với việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời bằng cách tạo ra nhiều hắc tố hơn để bảo vệ da; hoặc một loại cây có thể thay đổi mô hình tăng trưởng của nó trong thời gian hạn hán để phát triển ngắn hơn và do đó cần ít nước hơn.
Một cách mà cơ thể chúng ta thực hiện điều này là một quá trình gọi là quá trình methyl hóa RNA -- mà phòng thí nghiệm của He đã nghiên cứu để làm sáng tỏ kể từ năm 2010.
Nói chung, RNA sao chép DNA và đưa các hướng dẫn đến tế bào để tạo ra các protein khác nhau. Nhưng RNA sẽ thay đổi những hướng dẫn đó trên đường đi. Một cách để bật hoặc tắt một gen cụ thể là gắn một phân tử nhỏ gọi là nhóm metyl vào ARN thông tin. Sự thay đổi này, được gọi là quá trình methyl hóa, sửa đổi các hướng dẫn được thực hiện -- thay đổi quá trình biểu hiện DNA của bạn.
Các nhà khoa học biết điều này rất quan trọng, nhưng họ không biết chính xác quá trình này diễn ra như thế nào trong tế bào. Làm thế nào để tế bào chọn những vị trí để methyl hóa?
“Đây là một quá trình cực kỳ quan trọng xảy ra ở mọi thứ, từ cá đến bò đối với chúng ta – đó là cách một số tế bào trở thành da và những tế bào khác trở thành mắt và những tế bào khác trở thành cơ bắp – nhưng chúng ta lại thiếu hiểu biết về cơ chế này,” He nói. "Ví dụ, chúng tôi có thể thấy rằng chỉ một phần nhỏ của trình tự gen bị methyl hóa, nhưng chúng tôi không biết làm thế nào những vị trí cụ thể này được chọn."
(adv)
Nhóm của anh ấy đã phát hiện ra rằng các tế bào không chọn một số vị trí nhất định để methyl hóa; thay vào đó, họ chọn nơi không methyl hóa. Và họ nghĩ rằng cơ chế nằm trong các khớp nối của RNA thông tin.
Sau khi RNA sao chép DNA trong tế bào của bạn, nó sẽ được cắt ra. Một số phần của RNA thông tin được cắt ra, và các phần còn lại được dán lại với nhau và liên kết bởi một phân tử gọi là "phức hợp nối exon".
Nhóm nghiên cứu nhận thấy các phân tử nối exon này ảnh hưởng đến việc một đoạn RNA thông tin cụ thể có thể bị methyl hóa hay không. Nếu các đoạn RNA ngắn, hai phân tử cồng kềnh ở hai đầu sẽ chặn bất kỳ quá trình methyl hóa nào xảy ra. Nhưng các đoạn RNA dài hơn, có nhiều khoảng trống hơn giữa chúng, sẽ lộ ra và có thể bị methyl hóa.
Các tác giả giải thích rằng phát hiện này có thể có ý nghĩa quan trọng đối với cả sinh học và y học.
Một hậu quả có thể xảy ra liên quan đến gen nhân tạo. Là một phần của liệu pháp gen điều trị ung thư và các rối loạn khác, cũng như nghiên cứu cơ bản để hiểu cách thức hoạt động của sinh học, các nhà khoa học thường tạo ra các đoạn gen nhân tạo và gửi chúng vào tế bào. Ví dụ, nếu khối u của bệnh nhân phát triển ngoài tầm kiểm soát, các nhà khoa học có thể tạo ra một gen nhân tạo khiến nó dừng lại. Nhưng cách các nhà khoa học tạo ra các gen nhân tạo này cho đến nay không bao gồm bất kỳ phức hợp nối exon nào trong RNA. Vì các phức hợp nối exon đóng vai trò chính trong biểu hiện gen bình thường nên việc loại bỏ chúng có thể gây ra những tác động mà các nhà khoa học chưa tính đến.
He cho biết: “Khi mọi người phát triển các báo cáo biểu hiện gen hoặc thậm chí trong liệu pháp gen, thì sẽ có lớp quy định bổ sung này mà người ta cần xem xét khi thiết kế. "Nó có thể được siêu methyl hóa mà không có bao bì này, có nghĩa là nó không phải là mô phỏng chính xác của quá trình tự nhiên."
Phát hiện này cũng là một bước tiến quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về sinh học và sự tiến hóa, He nói.
Nhóm nghiên cứu đã quan sát bằng chứng cho quá trình này ở mọi thứ, từ cá ngựa vằn đến con người, nhưng không phải động vật có vỏ hoặc côn trùng. Ông giải thích: “Vì vậy, động vật có xương sống có thể đã tiến hóa điều này như một cách để điều chỉnh sự ổn định của vật liệu di truyền của chúng.
Ví dụ, ở người, mô não và mô tim có số lượng phức hợp nối exon rất khác nhau. Điều đó có nghĩa là nó có thể đóng một vai trò trong cách các tế bào tự phân biệt khi chúng phát triển từ phôi thai, He nói.
He cho biết: “Khám phá này cho thấy một lớp điều chỉnh biểu hiện gen mới và một con đường mới để điều chỉnh sự ổn định của mRNA nói chung. "Chúng tôi sẽ làm việc để hiểu đầy đủ ý nghĩa trong một thời gian dài."
Nguồn Đại học Chicago
