DNA: Giữ cho qúa trình sản xuất của tế bào đi đúng hướng

Theo trung tâm khoa học lâm sàng MRC / Viện Khoa Học Lâm Sàng (CSC/ISC), Imperial Coll
Khi tế bào tự sao chép DNA để lớn lên, quá trình này phải được đảm bảo vận hành một cách êm ả, để làm được điều này tế bào cần một “bộ máy” phức tạp, được cấu tạo từ hàng trăm bộ phận khác nhau.

Ở các thời điểm khác nhau trong quá trình sao chép, bộ máy này được lắp ráp lại theo yêu cầu. Việc lắp ráp và tháo dỡ có vai trò quan trọng trong sao chép đòi hỏi tính chính xác và hiệu quả cao.

Các nhà khoa học cho rằng họ đã tìm hiểu hoàn toàn cơ chế của quá trình này. Nhưng theo một nghiên cứu của Trung Tâm Khoa Học Lâm Sàng MRC tại Imperial College, họ đã tìm ra một protein “chìa khóa” khác biệt so với các protein còn lại, có vai trò quan trọng trong quá trình sao chép.

Khi protein cdc6 bị bất hoạt, cỗ máy không hoạt động làm cho quá trình tái bản DNA dừng lại đồng thời sản phẩm của tế bào không được sinh ra.

Nghiên cứu này được đăng tải trên tạp chí eLife, với tiềm năng trong cải thiện các liệu pháp điều trị ung thư trong tương lai. Trong khi, các phương pháp hóa trị hiện nay giết chết tế bào ung thư bằng cách phá hủy DNA nhưng đồng thời quá trình hóa trị cũng làm ảnh hưởng đến DNA của các tế bào bình thường. Những ảnh hưởng này khiến các tế bào bình thường đột biến tạo ra khối u thứ cấp khác. Vì vây, các nhà khoa học cần tìm ra phương pháp trị bệnh mới với đích là cỗ máy sao chép thay vì vào DNA, có thể giảm nhẹ rủi ro từ các tác dụng phụ không mong muốn.

Theo Christian Speck (nhóm trưởng nhóm nghiên cứu sự tái bản DNA tại CSC cũng là một trong nhà nghiên cứu chính của đề tài) bất hoạt cdc6 chính giải pháp tối ưu. Muốn làm được điều đó, đầu tiên các nhà khoa học cần tìm hiểu chính xác cơ chế tái bản DNA.

DNA tồn tại ở dạng xoắn kép ngược chiều nhau, giống như một khóa kéo “xec-ma-tua” (khóa kéo trong quần jean ta hay mặc). Những thông tin quan trọng trong DNA được đặt ở giữa cấu trúc nơi được bảo vệ tránh các tác nhân gây hại. Để thực hiện quá trình sao chép thông tin hai mạch tháo xoắn. Quá trình này, được hỗ trợ bởi lượng lớn protein, chúng tập hợp lại tạo thành bộ máy sao chép hoàn chỉnh. DNA hehicase là enzyme hình chiếc nhẫn với vai trò xúc tác quá trình tháo xoắn DNA.
Helicase tháo xoắn DNA bằng cách liên kết chặt vào đầu đoạn mạch và di chuyển từ đầu đến cuối mạch sao chép. Bằng cách nào helicase có thể bám vào mạch DNA vẫn chưa được tìm hiểu rõ.

Một số giả thuyết cho rằng: cdc6 hoạt động như một chất xúc tác gắn helicase vào đầu đoạn mạch. Sepck và các cộng sự của ông đã bác bỏ giả thuyết này bằng cách chứng minh helicase vẫn gắn đúng chỗ ngay cả khi cdc6 không hoạt động. Dù vậy, nếu cdc6 không hoạt động, tế bào không thể tiến hành được bước tiếp theo trong quá trình sao chép – bộ máy sẽ dừng lại. Điều này chứng tỏ, cdc6 là một yếu tố sống còn của bộ máy , nhưng cơ chế hoạt động thế nào thì vẫn chưa được tìm hiểu chi tiết.

Khi các nhà khoa học bất hoạt cdc6, helicase sẽ bị dừng hoạt động rất lâu. Công trình nghiên cứu chỉ ra, cdc6 cần thiết cho việc tháo gỡ các thành phần của helicase, một trong những bước đầu tiên của quá trình sao chép.

Speck đã nói rằng: “hãy tưởng tượng nếu bạn để quên cây cờ lê bên trong một cỗ máy, hoặc là quên tháo các giàn giáo để lắp ráp máy. Cỗ máy sẽ bị kẹt và ngừng hoạt động” – “Vì thế động cơ cdc6 hoạt động để đảm bảo rằng không có “cờ lê” nào bị để quên, và quy trình sản xuất được tiếp tục. Cdc6 xếp vào nhóm protein điều hòa, kiểm soát chất lượng.

Điều khiển việc lắp ráp và đảm bảo việc tháo gỡ bộ máy sao chép DNA chỉ diễn ra đúng một lần. Speck nói rằng: “nếu bạn tự sao DNA nhiều hơn một lần, cuối cùng bạn sẽ có một bộ gen được gấp đôi – điều này có thể gây ung thư”

Sepck và các cộng sự của ông đến từ Viện Nghiên Cứu Van Aandel ở Grand Rapids, Đại Học Stony Brook ở New York, và Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Brookhaven, cũng ở New York, đã phát triển một phương pháp tiên phong trong việc điều tra nghiên cứu sự sao chép DNA. Đầu tiên họ ngiên cứu về protein, bao gồm cả helicase và cdc6, được tách chiết tinh khiết từ loài Saccharomyces cerevisiae (nấm men sống chủ yếu trong bánh mì). Sau đó, họ nghiên cứu các hành vi của những protein này trong tế bào nấm men, để rút ra một bức tranh toàn cảnh cách hoạt động của nó trong tế bào

Gen mã hóa cho những protein này tượng tư nhau ở cả nấm men và người, vì thế hiểu được chức năng của cdc6 trong nấm men có thể giúp các nhà khoa học tìm ra cách để ngăn chặn sự sao chép DNA trong tế bào người (tiến tới việc chữa trị ung thư)

Phòng thí nghiệm Speck sử dụng kính hiển vi điện tử phân giải cao để tìm hiểu chi tiết kết cấu phức tạp của protein. Đội CSC đã dùng máy in 3D tạo ra một mẫu vật quy mô lớn của những protein này. Những mẫu vật này giúp họ hình dung làm thế nào mà hợp chất protein nhỏ bé này có thể tập hợp với nhau để tạo thành các máy sao chép phức tạp.

Bước tiếp theo của cuộc nghiên cứu nhằm mục đích tìm ra cách mà cdc6 thực hiện chính xác được nhiệm vụ của nó, và nghiên cứu cách hoạt động của protein tương tự ở người. Đó sẽ là trọng tâm của các ứng dụng trong tương lai.

Nhan Trí Phát (lượt dịch)

Võ Thị Phương (chỉnh sửa)

Bài báo:

1. MRC Clinical Sciences Centre/Institute of Clinical Sciences (ICS) Faculty of Medicine, Imperial Coll. “DNA: Keeping the cellular production line on track.” ScienceDaily. ScienceDaily, 25 August 2015. 

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả!