Tin tức | Phát hiện khoa học mới: Các transposon ảnh hưởng đến sự phát triển sớm của con người như thế nào
Một nghiên cứu mới cho thấy bước chuyển đổi quan trọng trong giai đoạn phát triển sớm của con người không do chính các gen của chúng ta chi phối, mà do những thành phần DNA gọi là transposon. Được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Sinai Health, nghiên cứu này thách thức quan điểm truyền thống về những đoạn DNA bí ẩn này và cho thấy chúng giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển và bệnh tật ở người.
"Mọi người thường nghĩ transposon là những ký sinh trùng giống virus, chiếm quyền điều khiển tế bào để tự nhân bản," Tiến sĩ Miguel Ramalho-Santos, đồng tác giả cấp cao và nhà nghiên cứu cấp cao tại Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, cho biết. "Nhưng nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các thành phần này không chỉ là ký sinh trùng trong bộ gen; chúng thiết yếu đối với sự phát triển sớm."
Được công bố trên Developmental Cell, nghiên cứu cho thấy các yếu tố chuyển vị đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm các tế bào phôi người phát triển bình thường qua giai đoạn sớm, thay vì quay lại trạng thái trước đó. Các nhà nghiên cứu tập trung vào LINE-1, hay yếu tố nhân rải rác dài-1. Không chỉ đi kèm với các gen chiếm dưới 2% bộ gen, các yếu tố LINE-1 chiếm 20% vật chất di truyền trong tế bào. Một số yếu tố có thể tự khuếch đại, di chuyển trong bộ gen và chèn vào các vị trí mới, nên được gọi là "DNA ích kỷ".
Từ lâu, các nhà khoa học đã xem những thành phần này phần lớn là có hại vì chúng có thể làm gián đoạn bộ gen và gây ra các bệnh như bệnh máu khó đông, rối loạn thần kinh và ung thư.
Tiến sĩ Juan Zhang, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và một đồng tác giả cấp cao khác, lần đầu quan tâm đến các bản sao RNA LINE-1 dồi dào trong phôi sớm. Bản sao RNA được phiên mã từ những phần đang hoạt động của bộ gen, cho thấy các yếu tố LINE-1 hoạt động trong những giai đoạn sớm then chốt này.
"Nếu transposon có hại, tại sao chúng lại hoạt động trong phôi sớm? Đây là một phôi mới bắt đầu hình thành. Bất kỳ sự chèn nào nguy hiểm cũng sẽ lan truyền trong suốt quá trình phát triển của cá thể," Tiến sĩ Zhang nói.
Khi sự biểu hiện của LINE-1 bị ức chế trong các tế bào gốc phôi người được nuôi cấy (ESC), các tế bào thoái lui về giai đoạn tám tế bào nguyên thủy hơn. Ở giai đoạn này, tám tế bào toàn năng giống hệt nhau có thể phát triển thành cả phôi và nhau thai. Sau giai đoạn này, ESC vẫn có thể hình thành mọi loại tế bào thai nhưng dần mất khả năng góp phần tạo nên nhau thai.
Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy những phân tử RNA LINE-1 hoạt động như giàn giáo tổ chức DNA trong không gian ba chiều của nhân tế bào. Chúng giúp đưa nhiễm sắc thể 19, nơi chứa các gen quan trọng, vào vùng bất hoạt gen, giúp phôi phát triển thuận lợi sang các giai đoạn sau.
"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy LINE-1 điều hòa biểu hiện gen tại bước chuyển đổi quan trọng, khi phôi bắt đầu chuyên biệt hóa các tế bào cho những chức năng khác nhau. Kết quả cho thấy đây không phải là sự tình cờ mà là một cơ chế tiến hóa quan trọng," Tiến sĩ Zhang nói.
Đáng ngạc nhiên là vai trò mới này trái ngược với hoạt động thường thấy của LINE-1. Thay vì nhảy đến các vị trí mới trong bộ gen và gây ra những đột biến có thể có hại, các yếu tố LINE-1 lại thúc đẩy sự phát triển trong bối cảnh then chốt này, nhấn mạnh tầm quan trọng của chúng đối với quá trình tăng trưởng sớm ở người.
Nghiên cứu cơ bản này có ý nghĩa quan trọng đối với điều trị hiếm muộn và việc sử dụng tế bào gốc trong y học tái tạo. Nghiên cứu cũng cho thấy một vai trò mới của LINE-1, có thể được tìm hiểu trong các bệnh liên quan đến những thành phần này, bao gồm rối loạn thần kinh và ung thư.
Tiến sĩ Anne-Claude Gingras, giám đốc Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute kiêm phó chủ tịch phụ trách nghiên cứu, cho biết: "Nghiên cứu này cho thấy chúng ta còn rất nhiều điều phải tìm hiểu về sự phát triển của con người và những thành phần bí ẩn trong bộ gen này. Tôi chúc mừng các đồng nghiệp vì đã tạo ra bước đột phá với phát hiện quan trọng này và mong chờ những điều mà các nghiên cứu tiếp theo của họ sẽ hé lộ."
Nghiên cứu được tài trợ bởi Canadian Institutes of Health Research, Great Gulf Homes Charitable Foundation và chương trình University of Toronto Medicine by Design.
Tin tức | Phát hiện khoa học mới: Transposon ảnh hưởng đến sự phát triển sớm của con người như thế nào
Tin tức | Phát hiện khoa học mới: Các transposon ảnh hưởng đến sự phát triển sớm của con người như thế nào
Một nghiên cứu mới cho thấy bước chuyển đổi quan trọng trong giai đoạn phát triển sớm của con người không do chính các gen của chúng ta chi phối, mà do những thành phần DNA gọi là transposon. Được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Sinai Health, nghiên cứu này thách thức quan điểm truyền thống về những đoạn DNA bí ẩn này và cho thấy chúng giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển và bệnh tật ở người.
"Mọi người thường nghĩ transposon là những ký sinh trùng giống virus, chiếm quyền điều khiển tế bào để tự nhân bản," Tiến sĩ Miguel Ramalho-Santos, đồng tác giả cấp cao và nhà nghiên cứu cấp cao tại Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, cho biết. "Nhưng nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các thành phần này không chỉ là ký sinh trùng trong bộ gen; chúng thiết yếu đối với sự phát triển sớm."
Được công bố trên Developmental Cell, nghiên cứu cho thấy các yếu tố chuyển vị đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm các tế bào phôi người phát triển bình thường qua giai đoạn sớm, thay vì quay lại trạng thái trước đó. Các nhà nghiên cứu tập trung vào LINE-1, hay yếu tố nhân rải rác dài-1. Không chỉ đi kèm với các gen chiếm dưới 2% bộ gen, các yếu tố LINE-1 chiếm 20% vật chất di truyền trong tế bào. Một số yếu tố có thể tự khuếch đại, di chuyển trong bộ gen và chèn vào các vị trí mới, nên được gọi là "DNA ích kỷ".
Từ lâu, các nhà khoa học đã xem những thành phần này phần lớn là có hại vì chúng có thể làm gián đoạn bộ gen và gây ra các bệnh như bệnh máu khó đông, rối loạn thần kinh và ung thư.
Tiến sĩ Juan Zhang, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và một đồng tác giả cấp cao khác, lần đầu quan tâm đến các bản sao RNA LINE-1 dồi dào trong phôi sớm. Bản sao RNA được phiên mã từ những phần đang hoạt động của bộ gen, cho thấy các yếu tố LINE-1 hoạt động trong những giai đoạn sớm then chốt này.
"Nếu transposon có hại, tại sao chúng lại hoạt động trong phôi sớm? Đây là một phôi mới bắt đầu hình thành. Bất kỳ sự chèn nào nguy hiểm cũng sẽ lan truyền trong suốt quá trình phát triển của cá thể," Tiến sĩ Zhang nói.
Khi sự biểu hiện của LINE-1 bị ức chế trong các tế bào gốc phôi người được nuôi cấy (ESC), các tế bào thoái lui về giai đoạn tám tế bào nguyên thủy hơn. Ở giai đoạn này, tám tế bào toàn năng giống hệt nhau có thể phát triển thành cả phôi và nhau thai. Sau giai đoạn này, ESC vẫn có thể hình thành mọi loại tế bào thai nhưng dần mất khả năng góp phần tạo nên nhau thai.
Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy những phân tử RNA LINE-1 hoạt động như giàn giáo tổ chức DNA trong không gian ba chiều của nhân tế bào. Chúng giúp đưa nhiễm sắc thể 19, nơi chứa các gen quan trọng, vào vùng bất hoạt gen, giúp phôi phát triển thuận lợi sang các giai đoạn sau.
"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy LINE-1 điều hòa biểu hiện gen tại bước chuyển đổi quan trọng, khi phôi bắt đầu chuyên biệt hóa các tế bào cho những chức năng khác nhau. Kết quả cho thấy đây không phải là sự tình cờ mà là một cơ chế tiến hóa quan trọng," Tiến sĩ Zhang nói.
Đáng ngạc nhiên là vai trò mới này trái ngược với hoạt động thường thấy của LINE-1. Thay vì nhảy đến các vị trí mới trong bộ gen và gây ra những đột biến có thể có hại, các yếu tố LINE-1 lại thúc đẩy sự phát triển trong bối cảnh then chốt này, nhấn mạnh tầm quan trọng của chúng đối với quá trình tăng trưởng sớm ở người.
Nghiên cứu cơ bản này có ý nghĩa quan trọng đối với điều trị hiếm muộn và việc sử dụng tế bào gốc trong y học tái tạo. Nghiên cứu cũng cho thấy một vai trò mới của LINE-1, có thể được tìm hiểu trong các bệnh liên quan đến những thành phần này, bao gồm rối loạn thần kinh và ung thư.
Tiến sĩ Anne-Claude Gingras, giám đốc Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute kiêm phó chủ tịch phụ trách nghiên cứu, cho biết: "Nghiên cứu này cho thấy chúng ta còn rất nhiều điều phải tìm hiểu về sự phát triển của con người và những thành phần bí ẩn trong bộ gen này. Tôi chúc mừng các đồng nghiệp vì đã tạo ra bước đột phá với phát hiện quan trọng này và mong chờ những điều mà các nghiên cứu tiếp theo của họ sẽ hé lộ."
Nghiên cứu được tài trợ bởi Canadian Institutes of Health Research, Great Gulf Homes Charitable Foundation và chương trình University of Toronto Medicine by Design.
Nguồn bài viết:
Tổng hợp trực tuyến