Các bệnh di truyền cũng như ung thư và bệnh tim mạch có thể liên quan đến một hiện tượng được gọi là dấu ấn gen, trong đó chỉ có gen di truyền từ mẹ hoặc cha hoạt động.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế bao gồm các nhà khoa học tại Đại học Kỹ thuật Munich (TUM), Viện Di truyền Phân tử Max Planck (MPIMG) ở Berlin và Đại học Harvard ở Cambridge (Mỹ) hiện đã điều tra các cơ chế chịu trách nhiệm cho việc vô hiệu hóa các gen.
Các tế bào của chúng ta chứa toàn bộ thông tin di truyền từ mẹ và cha của chúng ta. Từ mỗi người trong số họ, chúng tôi thừa hưởng 23 nhiễm sắc thể chứa DNA của chúng tôi.
>> Tham khảo: Công nghệ nhận dạng âm thanh tự động vượt trội so với người nghe trong phòng xử án.
Do đó, hai bản sao của mỗi gen hiện diện trong bộ gen của chúng ta và theo nguyên tắc chung, cả hai đều hoạt động. Điều này có lợi là các đột biến khiếm khuyết thừa hưởng từ mẹ hoặc cha thường bị loại bỏ bởi bản sao khác của gen.
Tuy nhiên, đối với khoảng một phần trăm gen của chúng ta, chỉ có gen được thừa hưởng từ cha hoặc mẹ là hoạt động, trong khi gen còn lại bị vô hiệu hóa, một hiện tượng được gọi là dấu ấn gen.
Phương pháp điều trị bệnh
“Nhiều bệnh di truyền và biểu sinh có liên quan đến dấu ấn gen, chẳng hạn như hội chứng Beckwith-Wiedemann, hội chứng Angelman và hội chứng Prader-Willi,” Tiến sĩ Daniel Andergassen, người đứng đầu Nhóm nghiên cứu độc lập dành cho trẻ em tại Viện Dược lý và Độc chất học tại TUẤN.
“Nếu gen khỏe mạnh, bị hủy kích hoạt có thể được kích hoạt lại, thì về mặt lý thuyết có thể bù đắp cho các biến chứng do gen khiếm khuyết, đang hoạt động gây ra.”
Giáo sư Alexander Meissner, giám đốc MPIMG cho biết: “Nhưng trước khi phát triển các phương pháp điều trị trong tương lai, chúng ta cần hiểu các nguyên tắc cơ bản. “Trong những năm gần đây, rõ ràng là việc in dấu gen được thực hiện bởi nhiều cơ chế phân tử.”
>> Tham khảo: Vật liệu dạng chấm lượng tử có thứ tự.
Đọc khóa cho gen
Trong quá trình in dấu gen, hoặc “đóng gói” vật liệu di truyền hoặc bản thân DNA được biến đổi về mặt hóa học. Thay vì thông tin di truyền bị thay đổi, các sửa đổi ngăn không cho gen được đọc.
“Đây được gọi là cơ chế biểu sinh,” Andergassen nói. “DNA có thể được coi là phần cứng và biểu sinh là phần mềm chịu trách nhiệm điều chỉnh các gen.”
Quá trình điều hòa gen diễn ra ở mọi tế bào trong cơ thể. Tất cả các tế bào đều chứa thông tin di truyền giống nhau, nhưng tùy thuộc vào cơ quan, các gen khác nhau hoạt động.
Kéo di truyền loại bỏ “công tắc tắt”
Meissner và Andergassen, những người lúc bắt đầu nghiên cứu vẫn đang tiến hành nghiên cứu tại Đại học Harvard (Mỹ) cùng với Tiến sĩ Zachary Smith, đã sử dụng chuột để điều tra xem cơ chế biểu sinh nào đứng đằng sau quá trình in dấu.
Họ đã sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử được gọi là CRISPR-Cas9 có chức năng như một “chiếc kéo di truyền”, loại bỏ và chèn các đoạn DNA.
Các nhà khoa học đã loại bỏ “công tắc tắt” biểu sinh đã biết và quan sát xem liệu gen bị vô hiệu hóa có được kích hoạt lại hay không. Với cách tiếp cận này, họ có thể liên kết các “công tắc tắt” biểu sinh quan trọng nhất với các gen được in dấu.
Các phân tử hydrocarbon làm cho gen không hoạt động
Hóa ra là hầu hết các gen đều bị bất hoạt thông qua quá trình methyl hóa DNA để gắn các phân tử hydrocarbon vào vật liệu di truyền.
Một nhóm gen khác bị vô hiệu hóa bởi một tập hợp các enzym được gọi là Polycombs. Trong nhau thai, một cơ chế bổ sung cũng phát huy tác dụng: Trong mô này, một số gen bị vô hiệu hóa bằng cách biến đổi hóa học các protein đóng vai trò là giàn giáo cấu trúc cho DNA.
>> Tham khảo: Mức độ ô nhiễm không khí nguy hiểm hơn so với suy nghĩ trước đây.
Sự khác biệt nhỏ nhưng quan trọng
Cùng với việc ghi dấu gen tắt các gen riêng lẻ, các nhà nghiên cứu đã điều tra một hiện tượng khác. Ở các tế bào cái, không giống như các tế bào đực có hai nhiễm sắc thể X, một nhiễm sắc thể bị vô hiệu hóa hoàn toàn từ rất sớm trong quá trình phát triển phôi thai. Điều này đúng ở hầu hết các loài động vật có vú, bao gồm cả con người.
Andergassen cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng enzyme PRC2 đóng một vai trò quan trọng trong việc làm bất hoạt nhiễm sắc thể X, ít nhất là trong nhau thai. “Một khi chúng tôi loại bỏ enzyme này, nhiễm sắc thể X im lặng sẽ được kích hoạt lại.”
Kết quả có thể có ý nghĩa đối với bệnh liên quan đến nhiễm sắc thể X vì việc kích hoạt lại gen im lặng có thể bù đắp cho gen hoạt động bị trục trặc. Trong một dự án tiếp theo tại TUM, Andergassen sẽ nghiên cứu xem bệnh tim có thể liên quan đến biểu sinh hay không và đặc biệt là với nhiễm sắc thể X không hoạt động ở phụ nữ.
Nhà nghiên cứu cho biết: “Bởi vì biểu sinh của chúng ta thay đổi khi chúng ta già đi, nên có thể hình dung rằng nhiễm sắc thể X hoạt động trở lại và hoạt động di truyền trùng lặp có ảnh hưởng tiêu cực”.
>> Tham khảo: Bản in sinh học để sửa chữa xương được cải thiện bằng gen.
Với nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc cung cấp một cái nhìn tổng quan về các cơ chế biểu sinh giúp duy trì dấu ấn bộ gen. Andergassen cho biết: “Chúng tôi có thể giải thích hầu như tất cả các biểu hiện gen đặc trưng của cha mẹ bằng ba cơ chế biểu sinh đã biết”.
“Tuy nhiên, chúng tôi biết tương đối ít về biểu hiện ở nhau thai và liệu nó có giống nhau ở tất cả các loài động vật có vú hay không. Cần có những nghiên cứu sâu hơn để điều tra xem các quá trình này ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển của thai nhi.”
