Untitled 52 Soá 7 naêm 2019 KH&CN nước ngoài Cho đến nay chúng ta vẫn nghĩ rằng, đột biến gây bất hoạt protein (knockout) có hệ quả mạnh hơn so với chỉ làm giảm mức biểu hiện của gen đó (knockdown) Tu[.]
KH&CN nước Nghịch lý di truyền giải đáp chế “bù phiên mã gen” Đột biến gen tạo điểm dừng dịch mã sớm (mã hóa protein khơng hồn thiện) kích hoạt biểu gen tương đồng Việc phát phản ứng bù phiên mã làm thay đổi cách nghĩ nghiên cứu di truyền người sinh vật mơ hình Phát ảnh hưởng đến việc đánh giá vai trò đột biến gen điều trị theo hướng y học cá thể hóa (personalized medicine) việc lựa chọn giải pháp can thiệp liệu pháp gen điều trị người Ở thực vật, protein mã hóa họ gen tương đồng, thú vị tượng xảy thực vật C ho đến nghĩ rằng, đột biến gây bất hoạt protein (knockout) có hệ mạnh so với làm giảm mức biểu gen (knockdown) Tuy nhiên, xảy nhiều trường hợp hoàn tồn ngược lại, việc knockout gen khơng gây tác động đáng kể knockdown gen lại gây tác động rõ rệt Hiện tượng đơi đột biến ngồi gen đích (off-target) hay độc tính hóa chất sử dụng để làm knockdown gen, nhiên lúc Từ dẫn đến câu hỏi “liệu cịn điều khác tạo nên tượng này?" Hai cơng bố gần Tạp chí Nature El-Brolosy cộng (Đức) Ma cộng (Trung Quốc) giúp giải đáp phần tượng Theo cơng bố Tạp chí Nature, tác giả tìm chế phân tử kích hoạt phiên mã gen tương đồng với gen bị knockout, từ bù hay bổ trợ cho chức gen knockout Sự tồn chế đáp ứng bù di truyền gợi ý nghiên cứu trước Cụ thể nhà khoa học tìm việc knockout gen egf7 cá ngựa vằn kích hoạt biểu gen mã hóa cho protein tương đồng với protein mã hóa gen egf7 Sự kích hoạt xảy knockout gen egf7 mà không xảy gen bị knockdown, từ giải thích 52 việc knockdown gen gây nhiều sai hỏng chức sinh học knockout gen khơng Người ta quan sát tượng tương tự với gen khác, điều gợi ý việc có chế chung bù chức gen Để tìm hiểu chế “bù phiên mã gen” hoạt động nào, hai nhóm tác giả độc lập nghiên cứu ảnh hưởng kiểu đột biến phơi cá ngựa vằn thấy có tượng kích hoạt tăng cường biểu gen tương đồng đột biến mang mã kết thúc sớm (PTCs - Premature Termination Codons) Các mã coi mã vô nghĩa - mang tín hiệu ngắt q trình dịch mã từ mARN protein khơng mã hóa cho axit amin Vì vậy, đáp ứng tăng cường đặt tên “đáp ứng bù phiên mã kích hoạt mã vơ nghĩa” (NITC Nonsense-Induced Transcriptional Compensation) Vai trò PTCs NITC gợi ý tồn đường phân hủy ARN có tên gọi “phân hủy ARN kích hoạt mã vơ nghĩa” (NMD Nonsense-Mediated RNA Decay) ElBrolosy cộng quan sát thấy protein Upf1 - thành phần NMD yếu tố cần thiết cho NITC Ma cộng có chứng ủng hộ cho thấy đột biến mang mã kết thúc sớm mà không kích hoạt NMD Số năm 2019 khơng thể kích hoạt NITC Hai báo cung cấp hàng loạt chứng khẳng định tác nhân kích hoạt NITC mARN có mang mã kết thúc sớm gen đột biến (hình 1) Ví dụ, nhóm phát NITC hồn tồn bị ngăn chặn q trình phiên mã gen đột biến bị giảm Để kiểm chứng mARN mang mã kết thúc sớm phải phân hủy NMD kích hoạt NITC, El-Brolosy cộng tiêm “uncapped” mARN (vốn khơng ổn định) vào phơi cá ngựa giúp kích hoạt NITC “capped” (ổn định) lại không làm điều Cả hai nhóm có chung kết luận rằng, NITC kích hoạt tăng cường phiên mã gen có nguồn gốc (tiến hóa) với gen đột biến Sự tăng cường phiên mã gen tương đồng kèm với việc tăng diện phức hệ H3K4me3 vùng promoter gen Cả nhóm phát rằng, NITC phải dựa vào phức hệ COMPASS phức hệ xúc tác cho hình thành H3K4me3, qua cung cấp thêm chứng biến đổi protein H3 đóng vai trị quan trọng tăng cường phiên mã gen tương đồng Câu hỏi đặt “Bằng cách mARN phân rã lại kích hoạt tăng cường phiên mã gen tương tự gen khác?” Dựa sở KH&CN nước ngồi Hình Giả thuyết chế q trình bù phiên mã kích hoạt đột biến knockout hai nhóm nghiên cứu độc lập el-brolosy ma công bố đột biến dẫn đến tạo protein ngắn, khơng có chức gián tiếp kích hoạt biểu gen tương đồng để bù chức a: gen mang đột biến pTc (ngơi màu đỏ) tạo phân tử maRn gây kết thúc dịch mã sớm; b: trình tự maRn mang đột biến pTc kích hoạt phân hủy maRn thơng qua q trình nmD Quá trình khẳng định hai nhóm nghiên cứu chế đáp ứng bù gen; c: el-brolosy cộng cho đoạn maRn ngắn tạo nmD gắn cách chọn lọc vào trình tự nucleotide bổ sung gen tương đồng mang theo yếu tố điều hịa chưa biết để kích hoạt trình phiên mã yếu tố upf3a (một nhân tố nmD mà ma cộng cho cần thiết chế bù phiên mã) họ phát upf3a tương tác với compass - phức hệ protein hoạt hóa phiên mã thơng qua thay đổi protein histone (h3) hai nhóm có chung quan điểm compass thiếu chế đáp ứng bù di truyền yếu tố cần thiết cho việc phân hủy ARN tế bào chất có chức thứ hai chất điều hịa phiên mã nhân, El-Brosoly cộng đề xuất mơ hình yếu tố tham gia phân hủy “phân tử ARN mang đột biến PTC” tế bào chất di chuyển vào nhân, làm biến đổi histone hoạt hóa q trình phiên mã gen tương đồng Sự đặc hiệu trình đảm bảo đoạn ARN sinh từ NMD, đoạn ARN liên kết với trình tự nucleotide bổ sung gen tương đồng (hình 1) Mơ hình dự đốn với cá ngựa vằn dị hợp tử mang allel kiểu dại allel đột biến tăng cường biểu gen kiểu dại mà thơi Cả hai nhóm thu chứng khẳng định điều Sự khác biệt nghiên cứu là: nhóm El-Brolosy cho knockout gen Upf1 ngăn chặn NITC, trái lại Ma lại cho thấy NITC không bị tác động knockdown gen Upf1 hay knockdown yếu tố NMD Upf2 Upf3b Sự khác biệt sử dụng biện pháp khác để tác động vào gen Upf1, gen khác lựa chọn để tạo đột biến PTC, nhân tố chưa biết Một phát thú vị Ma cộng NITC cần protein Upf3a, nhân tố NMD biết trước có chức ức chế tăng cường khơng đáng kể NMD, tùy thuộc vào mARN cần phân hủy Các tác giả nhận thấy rằng, Upf3a tương tác với vài thành phần phức hệ COMPASS tăng diện H3K4me3 vùng promoter gen tương đồng tăng cường phiên mã Phát giúp Ma công đến đề xuất Upf3a “lôi kéo” phức hệ COMPASS đến vùng promoter gen tương đồng để tạo nên phức hệ H3K4me3, đánh dấu cho kích hoạt phiên mã Sự phát NITC làm thay đổi cách thức diễn giải nghiên cứu di truyền học nghiên cứu di truyền tương lai Ví dụ, kết nghiên cứu bất ngờ người khỏe mạnh có số đột biến chức giải thích nhờ bù lại chế bù gen NITC Khi tạo sinh vật mơ hình biến đổi gen cần phải đảm bảo đột biến khơng kích hoạt NITC NITC giúp giải thích lý nhiều đột biến knockout lại không tạo thay đổi chuột, trái lại tác nhân hóa học ngăn chặn kích hoạt yếu tố lại tạo hiệu ứng rõ rệt El-Brolosy cộng cho biết chế bù gen không xảy phôi cá ngựa vằn mà xảy nhiều dòng tế bào chuột Sự diện NITC rộng lẽ có nhiều nghiên cứu knockout gen cho thấy hiệu đem lại thấp nhiều việc giảm biểu gen knockdown Vậy chế NITC tồn rộng rãi mức sinh vật? Nhóm El-Brolosy Ma phát gen cá ngựa vằn gen chuột mà gây đột biến kích hoạt chế NITC Hiện chưa rõ liệu có phải đặc tính hầu hết gen hay khơng Cũng khơng rõ điều định độ mạnh độ đặc hiệu NITC Cả hai nhóm tìm thấy có gen đột biến kích hoạt nhẹ lên NITC, điều gợi ý có nhiều yếu tố điều khiển NITC chưa rõ NITC thêm vào danh sách chế đem lại nhanh nhạy cho sinh vật để đáp ứng lại với đột biến NITC cho thêm hy vọng gen bị bất hoạt hoàn toàn đột biến Henry David Thoreau (1817-1862) - nhà tự nhiên học tiếng người Mỹ nói rằng: “Nếu đủ yên lặng sẵn sàng tìm thấy bù đắp từ thất vọng” ? Lê Tiến Dũng (theo https://www.nature.com) Số năm 2019 53 ... thay đổi cách thức di? ??n giải nghiên cứu di truyền học nghiên cứu di truyền tương lai Ví dụ, kết nghiên cứu bất ngờ người khỏe mạnh có số đột biến chức giải thích nhờ bù lại chế bù gen NITC Khi... biết để kích hoạt trình phiên mã yếu tố upf3a (một nhân tố nmD mà ma cộng cho cần thiết chế bù phiên mã) họ phát upf3a tương tác với compass - phức hệ protein hoạt hóa phiên mã thơng qua thay đổi... hai nhóm có chung quan điểm compass thiếu chế đáp ứng bù di truyền yếu tố cần thiết cho việc phân hủy ARN tế bào chất có chức thứ hai chất điều hòa phiên mã nhân, El-Brosoly cộng đề xuất mô hình