Tin tức | Phát hiện các nút nối DNA siêu nhỏ giúp điều hòa trao đổi chéo và bảo vệ sự ổn định của nhiễm sắc thể
Mỗi sự sống mới bắt đầu từ quá trình tái tổ hợp di truyền chính xác. Khi trứng hoặc tinh trùng hình thành, các nhiễm sắc thể của mẹ và cha bắt cặp rồi trao đổi các đoạn DNA thông qua quá trình trao đổi chéo. Mỗi cặp nhiễm sắc thể cần ít nhất một sự kiện tái tổ hợp để duy trì khả năng sinh sản và số lượng nhiễm sắc thể ổn định, nhưng quá nhiều đứt gãy hoặc trao đổi DNA có thể đe dọa bộ gen. Tế bào duy trì sự cân bằng phù hợp này bằng cách nào?
Một nghiên cứu do Tiến sĩ João Matos tại Max Perutz Labs dẫn dắt đã giải đáp câu hỏi tồn tại từ lâu này. Các phát hiện được công bố trên Nature vào 2025.
Nhóm nghiên cứu phát hiện các cấu trúc DNA nhỏ gọi là nút nối Holliday không chỉ là các bước trung gian trong quá trình trao đổi chéo. Chúng còn giúp duy trì phức hợp synaptonemal giống như khóa kéo, kết nối các nhiễm sắc thể đã bắt cặp. Các nút nối Holliday ổn định phát tín hiệu để tế bào ngừng tạo thêm đứt gãy DNA, qua đó bảo vệ bộ gen khỏi tổn thương.
“Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng các nút nối Holliday không phải là những kết nối DNA thụ động mà là các yếu tố then chốt trong việc hình thành và duy trì phức hợp synaptonemal, bảo đảm các nhiễm sắc thể vẫn bắt cặp cho đến khi các vị trí trao đổi chéo sẵn sàng.”
—Tiến sĩ João Matos, trưởng nhóm nghiên cứu
Để kiểm chứng giả thuyết, tác giả thứ nhất Adrian Henggeler đã sử dụng nấm men, loài có các cơ chế giảm phân tương tự tế bào người và là một mô hình di truyền hữu ích.
Sử dụng một công cụ phân tử do phòng thí nghiệm phát triển, Henggeler đã “đóng băng” hàng triệu tế bào nấm men trong thời điểm các nút nối Holliday và phức hợp synaptonemal cùng tồn tại nhưng trước khi nhiễm sắc thể trao đổi. Sau đó, ông loại bỏ chính xác các nút nối DNA và quan sát phản ứng của tế bào theo thời gian thực.
“Đó là một trong những khoảnh khắc bừng sáng của chúng tôi,” Henggeler nhớ lại. “Ngay khi các nút nối Holliday bị loại bỏ, phức hợp synaptonemal sụp đổ trong thời gian thực, đúng như chúng tôi giả thuyết và có thể quan sát dưới kính hiển vi.”
Khi không có các nút nối Holliday, phức hợp synaptonemal lập tức tan rã, các đứt gãy DNA mới lại bắt đầu hình thành và quá trình giảm phân bị gián đoạn.
Matos nói thêm: “Nghiên cứu cho thấy một cơ chế phản hồi đơn giản và tinh tế. Khi các vị trí trao đổi chéo và phức hợp synaptonemal đã được thiết lập ổn định, tế bào ‘biết’ rằng nó có thể ngừng tạo đứt gãy và tiếp tục quá trình giảm phân.”
Thách thức tiếp theo là xác định liệu cơ chế tương tự có áp dụng cho động vật có vú hay không. Nếu được xác nhận, cơ chế này có thể cung cấp những manh mối quan trọng về khả năng sinh sản và sự ổn định của bộ gen ở nhiều loài, đồng thời mở ra các hướng nghiên cứu mới về rối loạn sinh sản hoặc bệnh lý nhiễm sắc thể.
Tin tức | Phát hiện các điểm nối DNA nhỏ điều hòa trao đổi chéo và bảo vệ tính ổn định của nhiễm sắc thể
Tin tức | Phát hiện các nút nối DNA siêu nhỏ giúp điều hòa trao đổi chéo và bảo vệ sự ổn định của nhiễm sắc thể
Mỗi sự sống mới bắt đầu từ quá trình tái tổ hợp di truyền chính xác. Khi trứng hoặc tinh trùng hình thành, các nhiễm sắc thể của mẹ và cha bắt cặp rồi trao đổi các đoạn DNA thông qua quá trình trao đổi chéo. Mỗi cặp nhiễm sắc thể cần ít nhất một sự kiện tái tổ hợp để duy trì khả năng sinh sản và số lượng nhiễm sắc thể ổn định, nhưng quá nhiều đứt gãy hoặc trao đổi DNA có thể đe dọa bộ gen. Tế bào duy trì sự cân bằng phù hợp này bằng cách nào?
Một nghiên cứu do Tiến sĩ João Matos tại Max Perutz Labs dẫn dắt đã giải đáp câu hỏi tồn tại từ lâu này. Các phát hiện được công bố trên Nature vào 2025.
Nhóm nghiên cứu phát hiện các cấu trúc DNA nhỏ gọi là nút nối Holliday không chỉ là các bước trung gian trong quá trình trao đổi chéo. Chúng còn giúp duy trì phức hợp synaptonemal giống như khóa kéo, kết nối các nhiễm sắc thể đã bắt cặp. Các nút nối Holliday ổn định phát tín hiệu để tế bào ngừng tạo thêm đứt gãy DNA, qua đó bảo vệ bộ gen khỏi tổn thương.
“Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng các nút nối Holliday không phải là những kết nối DNA thụ động mà là các yếu tố then chốt trong việc hình thành và duy trì phức hợp synaptonemal, bảo đảm các nhiễm sắc thể vẫn bắt cặp cho đến khi các vị trí trao đổi chéo sẵn sàng.”
—Tiến sĩ João Matos, trưởng nhóm nghiên cứu
Để kiểm chứng giả thuyết, tác giả thứ nhất Adrian Henggeler đã sử dụng nấm men, loài có các cơ chế giảm phân tương tự tế bào người và là một mô hình di truyền hữu ích.
Sử dụng một công cụ phân tử do phòng thí nghiệm phát triển, Henggeler đã “đóng băng” hàng triệu tế bào nấm men trong thời điểm các nút nối Holliday và phức hợp synaptonemal cùng tồn tại nhưng trước khi nhiễm sắc thể trao đổi. Sau đó, ông loại bỏ chính xác các nút nối DNA và quan sát phản ứng của tế bào theo thời gian thực.
“Đó là một trong những khoảnh khắc bừng sáng của chúng tôi,” Henggeler nhớ lại. “Ngay khi các nút nối Holliday bị loại bỏ, phức hợp synaptonemal sụp đổ trong thời gian thực, đúng như chúng tôi giả thuyết và có thể quan sát dưới kính hiển vi.”
Khi không có các nút nối Holliday, phức hợp synaptonemal lập tức tan rã, các đứt gãy DNA mới lại bắt đầu hình thành và quá trình giảm phân bị gián đoạn.
Matos nói thêm: “Nghiên cứu cho thấy một cơ chế phản hồi đơn giản và tinh tế. Khi các vị trí trao đổi chéo và phức hợp synaptonemal đã được thiết lập ổn định, tế bào ‘biết’ rằng nó có thể ngừng tạo đứt gãy và tiếp tục quá trình giảm phân.”
Thách thức tiếp theo là xác định liệu cơ chế tương tự có áp dụng cho động vật có vú hay không. Nếu được xác nhận, cơ chế này có thể cung cấp những manh mối quan trọng về khả năng sinh sản và sự ổn định của bộ gen ở nhiều loài, đồng thời mở ra các hướng nghiên cứu mới về rối loạn sinh sản hoặc bệnh lý nhiễm sắc thể.
Nguồn:
Tổng hợp từ Internet