Sinh Học Phát Triển và Tế Bào Gốc

Các nhà sinh học xác định các hệ thống dự phòng gene tạo nên các chi của cơ thể

Ngày đăng: 31-05-2016

Chi tiết bài viết
Bài viết liên quan

Rate this post

Các tế bào có hệ thống dự phòng (backup system) riêng để điều chỉnh hoạt động của gen. Nhưng điều này cực kỳ khó hiểu. Trong tuần qua, một số bằng chứng đã được sáng tỏ, khi các nhà sinh học phân tử lần đầu tiên mô tả các bản dự phòng điều hòa cho hai gen liên quan đến sự hình thành chi ở động vật có vú. Hiểu được các con đường phức tạp và làm thế nào để vượt qua những rào cản này là rất quan trọng đối với các nhà nghiên cứu y sinh học, nhằm hướng đến việc vận dụng các hoạt động của gen để điều trị bệnh cho người.

Gen mang thông tin mã hóa các protein, nhưng một loạt các yếu tố khác điều hòa quá trình mã hóa bao gồm các vùng DNA giữa các gen không mã hóa protein. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng vùng DNA không mã hoá có liên quan đến một số bệnh. DNA không mã hoá bao gồm những đoạn được gọi là Enhancer (vùng hỗ trợ tăng cường), đây là các trình tự ngắn giúp kiểm soát gen đích. Các nhà di truyền học đã xác định được hàng trăm nghìn enhancer tiềm năng trong hệ gen của chúng ta, nhưng xác minh vai trò của chúng trong việc kiểm soát DNA và bệnh là một đề xuất khó khăn. “Chúng tôi vẫn chưa thực sự hiểu đầy đủ những công việc cần phải thực hiện”, Yang Li, một khoa học gia về tin sinh học tại Đại Học Stanford ở Palo Alto, California cho biết.

Trong nghiên cứu mới, được trình bày trong hội nghị Biology of Genomes tuần trước. Tại đây, khoa học gia về sinh học phân tử Marco Osterwalder của Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Lawrence Berkeley ở Berkeley, California, và các đồng nghiệp đã khai thác một kĩ thuật chỉnh sửa gen mới có tiềm năng được gọi là CRISPR, để tìm ra cách thức chính xác mà các enhancer hoạt động như thế nào. Phương pháp này làm tăng nhanh sự phát triển trên những mô hình chuột “knock-out”, trong trường hợp thiếu một enhancer đặc biệt nào đó sẽ giúp hiểu rõ hơn chức năng của nó.

Các phòng thí nghiệm đã có bằng chứng sơ bộ cho hơn 1200 enhancer. Và trong các thử nghiệm mới, Osterwalder sử dụng CRISPR để knock out 10 enhancer (vùng hỗ trợ tăng cường) trên các phôi chuột khác nhau. Các enhancer này nằm gần các gen tham gia vào việc phát triển tay chân, do đó, ông và các đồng nghiệp của ông dự đoán các phôi sẽ khiếm khuyết chi ở các mức độ khác nhau. Nhưng kết quả làm cho các nhà khoa học thật sự bất ngờ, không có bất thường nào như dự đoán. Kết quả này đã được ông báo cáo vào tuần trước.

Câu hỏi đặt ra, liệu có các enhancer khác cung cấp một hệ thống dự phòng để duy trì cho sự phát triển chi trong quá trình hình thành của phôi? Osterwalder và các đồng nghiệp của mình đã nuôi chuột thiếu một cặp enhancer đặc biệt liên quan đến sự hình thành các ngón chi. Các phôi có enhancer của gen Gli3 bị khiếm khuyết dẫn đến các phôi chuột này xuất hiện sự phát triển thêm ngón (digit formation), kết quả này cũng đã được ông báo cáo tại hội nghị.

Để khám phá hiện tượng thêm ngón (redundancy) này, nhóm nghiên cứu đã khóa 1 hoặc 2 enhancer trên các con chuột, đồng thời những con này cũng đã bị knock out 1 trong 2 cặp gen Gli3 kiểm soát số lượng ngón chi. Thông thường, khi một bản sao của gen bị knock out, phôi sẽ chỉ có một nửa số lượng protein Gli3 và dẫn đến kiểu hình thêm một ngón cái. Thí nghiệm 1: Các con chuột bị knock out 1 gen Gli3 và khóa 1 enhancer, phôi hình thành thêm một ngón cái. Thí nghiệm 2: các con chuột bị knock out 1 gen Gli3 và khóa cả 2 enhancer, kết quả thu được cho thấy chi chuột tăng thêm nhiều ngón. Kết quả này giống với thí nghiệm 3: khi tất cả các con chuột bị knock out cả 2 gen Gli3 và giữ nguyên 2 enhancer. Dữ liệu thu được chỉ ra rằng số lượng protein quyết định đến số lượng ngón chi. Các enhancer “là thừa trên cấp độ cơ thể, nhưng sẽ là hỗ trợ cần thiết ở mức độ phân tử” Osterwalder kết luận.

“Nó thực sự là một thử nghiệm tuyệt vời” William Greenleaf, một nhà lý sinh học tại Đại Học Stanford, người không tham gia vào các công việc nói. “Thử nghiệm này như là một bước hợp lý tiếp theo trong việc lập các bản đồ cho các yếu tố điều hòa”.

Ba năm trước đây, một nhóm nghiên cứu enhancer trong việc phát triển các mặt và hộp sọ chuột cũng đã phát hiện những vấn đề phức tạp tương tự. Và các nghiên cứu trên ruồi giấm cho thấy rằng sự tương tác của nhiều enhancer là phổ biến.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã liên kết DNA không mã hoá đến bệnh Crohn, bệnh tim, bệnh đa xơ cứng (multiple sclerosis), và các rối loạn khác, cho thấy rằng các enhancer có thể là mục tiêu cho y học. Và “chúng tôi đang tìm kiếm nhiều các mối tương quan hơn nữa trong toàn bộ quỹ thời gian” Joseph Pickrell, một nhà di truyền học tiến hóa tại Trung Tâm New York Genome ở thành phố New York cho biết Bằng các thí nghiệm dùng CRISPR, chúng ta đã thấy được các con đường tác động là vô cùng phức tạp, hiểu được enhancer tương tác với bệnh ra sao, đó sẽ là ‘‘một cuộc đua marathon”, ông dự báo.

IBSG – Stem Cell Group (chuyển ngữ)

Tài liệu tham khảo: