Đang tải... (xem toàn văn)
Cả Mario Capecchi và Oliver Smithies đã nhận thấy rằng tái tổ hợp tương đồng có thể dùng để sửa đổi một cách đặc hiệu các gene ở tế bào động vật có vú, và trước sau như một công trình củ[r]
(1)Nobel Sinh lý học Y học 2007
Hội đồng xét giải Nobel viện Karolinska Thụy Điển hôm định trao giải Nobel Sinh lý học Y học 2007 cho Mario R Capecchi, Martin J Evans Oliver Smithies khám phá "nguyên lí tạo biến đổi gene đặc hiệu chuột cách sử dụng tế bào nguồn tạo phôi" (principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of embryonic stem cells)
Tóm tắt
Những người đoạt giải Nobel năm thực loạt khám phá tảng liên quan tới tế bào nguồn tạo phôi (ES cells) tái tổ hợp DNA động vật có vú Những khám phá họ tạo kĩ thuật ưu việt gọi "định hướng gene" (gene targeting) chuột Hiện ứng dụng hầu hết lĩnh vực y sinh học - từ nghiên cứu đến phát triển liệu pháp
Định hướng gene thường sử dụng để làm bất hoạt gene đơn lẻ Những thí nghiệm "bất hoạt"
(knockout") gene giải thích vai trị số lớn gene q trình phát triển phơi, sinh lý phát triển, lão hóa bệnh tật Đến hơm nay, mười ngàn gene chuột (xấp xỉ nửa số gene hệ gene động vật có vú) bị bất hoạt Những nỗ lực quốc tế nhằm tạo ngân hàng chuột bị "bất hoạt" với tất gene trở thành thực tương lai gần
Bằng phương pháp định hướng gene, người ta tạo hầu hết loại biến đổi DNA hệ gene chuột, điều cho phép nhà khoa học xác định vai trò gene riêng lẻ bệnh tật sức khỏe Định hướng gene tạo 500 mơ hình khác chuột mang dị tật người, bao gồm chứng thối hóa thần kinh, tim mạch, tiểu đường ung thư
Biến đổi gene tái tổ hợp tương đồng
Thông tin hàm chứa chức thể trình phát triển suốt đời chứa DNA DNA đóng gói nhiễm sắc thể, nơi xảy bắt cặp nhiễm sắc thể nhiễm sắc thể nhận từ cha nhiễm sắc thể nhận từ mẹ Thay đổi trình tự DNA bắt cặp nhiễm sắc thể làm gia tăng biến đổi di truyền quần thể, trình gọi tái tổ hợp tương đồng (homologous recombination) Quá trình bảo tồn xuyên suốt tiến hóa giải thích vi khuẩn 50 năm trước người đoạt giải Nobel 1958 Joshua Lederberg
Cả Mario Capecchi Oliver Smithies nhận thấy tái tổ hợp tương đồng dùng để sửa đổi cách đặc hiệu gene tế bào động vật có vú, trước sau cơng trình họ theo hướng
Capecchi giải thích tái tổ hợp tương đồng xảy DNA chuyển vào tế bào động vật có vú nhiễm sắc thể tế bào Ơng nhận thấy gene khiếm khuyết sửa sai tái tổ hợp tương đồng với DNA thu (incoming DNA) Ban đầu Smithies thử sửa sai gene đột biến tế bào người Ông nghĩ bệnh di truyền máu chắn điều trị cách sửa chữa nguyên nhân gây bệnh đột biến tế bào gốc tủy xương Với cố gắng này, Smithies khám phá endogenous gene định hướng cách mãnh liệt hoạt động chúng Điều đề xuất tái tổ hợp tương đồng dễ dàng tạo nên thay đổi chút (modification = change slightly) tất gene
Tế bào gốc phôi - phương tiện di truyền dòng tinh trùng chuột
Các loại tế bào ban đầu Capecchi Smithies nghiên cứu tạo nên động vật gene có tính định hướng Điều đòi hỏi loại tế bào khác, từ hướng tới việc sử dụng tế bào giao tử Chỉ loại tế bào có khả di truyền DNA thay đổi chút
(2)Bước nghiên cứu cho thấy ES tạo nên dịng tế bào tinh trùng (xem hình) Phơi nhận từ chủng chuột gây nhiễm với ES từ chủng chuột khác Các phơi khảm (chú thích, chứa đựng tế bào hai chủng) mang thời kì chuột mẹ thay Thể khảm đời sau lai với nhau, diện tế bào ES - gene thu phát chuột Những gene di truyền theo định luật Mendel
Hiện Evans bắt đầu thay đổi chút tế bào ES mặt di truyền Để thực mục đích ơng chọn retrovirus, loại virus sát nhập gene chúng vào nhiễm sắc thể Ơng giải thích chuyển Retrovirus DNA từ tế bào ES, thơng qua chuột khảm, vào dịng tinh trùng chuột Evans sử dụng tế bào ES để truyền khả mang nguyên liệu di truyền cho chuột
Hai ý tưởng đến - tái tổ hợp tương đồng tế bào ES
Vào năm 1986 nỗ lực nhỏ lẻ bắt tay để bắt đầu truyền đạt tế bào ES chứa gene định hướng Capecchi Smithies trước giải thích gene định hướng tái tổ hợp tương đồng môi trường nuôi cấy tế bào, Evans xây dựng nên phương tiện cần thiết cho dòng tinh trùng chuột - tế bào ES Bước kết hợp hai lại
Đối với thí nghiệm đầu tiên, Capecchi Smithies chọn gene hprt, gene dễ xác định Gene liên quan đến bệnh di truyền người (hội chứng Lesch-Nyhan) Capecchi cải tiến chiến lược để sử dụng gene định hướng phát triển phương pháp (chọn lọc dương tính - âm tính, xem hình) ứng dụng mặt di truyền
Sự sinh sản chuột bất hoạt - bắt đầu kỉ nguyên di truyền học.
Những thông báo tái tổ hợp tương đồng tế bào ES dùng để di truyền gene định hướng chuột cơng bố 1989 Kể từ số thơng báo chủng chuột bị bất hoạt gia tăng có tính định hướng Định hướng gene phát triển thành kĩ thuật có nhiều ứng dụng cao cấp Hiện chuyển đột biến hoạt hóa số điểm đặc hiệu, tế bào biệt hóa quan, suốt q trình phát triển động vật có vú tới lúc trưởng thành
Định hướng gene sử dụng để nghiên cứu sức khỏe bệnh tật
Hầu mặt sinh lý động vật có vú nghiên cứu định hướng gene Rồi chứng kiến bùng nổ hoạt động nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Định hướng gene nhiều nhóm nghiên cứu sử dụng nhiều tranh đua dẫn đến khơng thể có tóm tắt ngắn gọn kết Một số đóng góp muộn người đoạt giải Nobel năm trình bày phía bên
Định hướng gene giúp thấu hiểu vai trò hàng trăm gene trình phát triển bào thai động vật có vú Nghiên cứu Capecchi tiết lộ vai trị gene liên quan trình phát triển quan động vật có vú thiết lập hình trạng thể Cơng trình ơng cởi bỏ lớp hào quang nguyên nhân hàng loạt bệnh giảm thiểu chức bẩm sinh người
Evans ứng dụng định hướng gene để phát triển chuột mơ hình cho bệnh người Ơng phát triển hàng loạt mơ hình cho bệnh u xơ nang di truyền người, sử dụng mô hình để nghiên cứu chế gây bệnh kiểm tra hiệu ứng liệu pháp gene
Smithies sử dụng định hướng gene để phát triển chuột mơ hình cho bệnh di truyền chẳng hạn u xơ nang, chứng thiếu máu Ông phát triển số lớn chuột mơ hình cho bệnh thông thường người chẳng hạn cao huyết áp xơ vữa động mạch
Tóm lại, định hướng gene chuột tràn ngập lĩnh vực y sinh học Ảnh hưởng tới thấu hiểu chức gene lợi ích nhân loại tiếp tục gia tăng nhiều năm
(3)Sir Martin J Evans, sinh năm 1941, Great Britain, công dân Anh, PhD in Anatomy and Embryology 1969, University College, London, UK Director of the School of Biosciences Professor of Mammalian Genetics, Cardiff University, UK