Khoa học - Y dược

Các nhà nghiên cứu tìm ra cơ chế mới phục hồi ADN (17/09/2015)

Phân tử ADN không ổn định về mặt hóa học gây ra tổn thương ADN ở các dạng khác nhau. Đó là lý do tại sao việc phát hiện tổn thương ADN, phát tín hiệu và phục hồi (được gọi chung là phản ứng tổn thương ADN) là cần thiết.

Nhóm các nhà nghiên cứu do GS Vasily M Studitsky thuộc Đại học Quốc gia Lomonosov (LB Nga) dẫn đầu đã phát hiện ra một cơ chế mới phục hồi ADN, mở ra triển vọng mới cho việc điều trị và phòng ngừa các bệnh thoái hóa thần kinh. Bài báo mô tả phát hiện của nhóm nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances của AAAS.

Theo Vasily M Studitsky, ở các loài sinh vật bậc cao hơn, ADN được gắn với các protein trong các phức hợp được gọi là thể nhân (nucleosome). Các thể nhân có khoảng 200 cặp bazơ, gồm 8 protein histone giống như sợi chỉ trên ống suốt, cuộn quanh chuỗi xoắn kép ADN được quấn thành hai vòng xoắn chặt. Phần bề mặt của các chuỗi xoắn ADN bị ẩn do nó tương tác với các histone. Toàn bộ hệ gen của chúng ta được sắp xếp theo cách này, trừ những khu vực thông tin đang được đọc.

Việc sắp xếp dày đặc này cho phép phân tử ADN dài khoảng 2 m nằm gọn trong một nhân tế bào siêu nhỏ, nhưng nó khiến cho các enzyme sửa chữa (các protein cố gắng “sửa chữa” các vùng AND bị tổn thương) không tiếp cận được các bề mặt quan trọng của ADN. Nếu những tổn thương ADN không được phục hồi sẽ gây ra sự tích tụ các đột biến, tế bào bị chết và sinh ra các bệnh tật khác nhau, trong đó có cả thoái hóa thần kinh, ví dụ như bệnh Alzheimer.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu cơ chế phát hiện những chỗ sợi đơn AND bị đứt làm mất sự kết nối giữa các nucleotide trên một sợi ở những vị trí ADN liên kết với các histone.

Trong cơ chế phục hồi, để tổng hợp protein, thông tin được ghi thành mã di truyền cần được lấy ra khỏi nhân và đưa vào tế bào chất của tế bào.

Sợi ADN mỏng và dài được xếp trong hạt nhân và có thể bị hư hại ở đầu ra bên ngoài. Hơn nữa, nó không thể mất đi do ADN nhân của tế bào chỉ có trong 2 bản sao. Do đó, khi cần tổng hợp protein cụ thể, một vùng nhỏ ADN xoắn bị duỗi ra, hai sợi tách rời ra và thông tin về cấu trúc protein của một trong các sợi ADN được ghi dưới dạng ARN, phân tử sợi đơn.

Phân tử mARN có chức năng như một khuôn mẫu để tạo ra protein, được tổng hợp theo nguyên tắc bổ sung nhau: mỗi cặp nucleotide tương ứng với một cặp khác.

Trong quá trình phiên mã thông tin (ghi lại thành ARN), enzyme ARN polymerase di chuyển trên chuỗi ADN và dừng lại khi nó phát hiện ra chỗ đứt. Giống như soát lỗi văn bản, ARN polymerase sau khi dừng lại kích hoạt một loạt các phản ứng, dẫn đến các enzyme phục hồi khôi phục lại những vùng bị tổn thương. Đồng thời, các ARN polymerase không thể phát hiện ra những chỗ bị đứt trên sợi ADN khác.

Vasily M Studitsky cho biết, mặc dù chưa được thí nghiệm trên tế bào, nhưng trong ống nghiệm, việc phục hồi những chỗ bị đứt trên chuỗi ADN khác bị “ẩn” trong các thể nhân vẫn có thể thực hiện được. Theo giả thuyết của các nhà nghiên cứu, sự phục hồi diễn ra nhờ quá trình hình thành các vòng ADN nhỏ đặc biệt trong thể nhân mặc dù ADN thường quấn quanh “ống” histone rất chặt. Các vòng hình thành khi ADN được cuộn lại trên thể nhân cùng với polymerase. Polymerase ARN có thể “bò” dọc theo các vòng ADN cũng như trên những vùng ADN không có histone, tuy nhiên khi nó dừng lại gần các điểm AND bị đứt, nó kích hoạt các phản ứng phục hồi ADN.

Việc phân tích những chỗ đứt ở những vị trí khác nhau cho phép đưa ra giả thuyết rằng, ARN polymerase dừng lại là do sự hình thành vòng ngăn chặn sự di chuyển của enzyme. Những phát hiện này mở ra một hướng đi mới cho các công trình nghiên cứu về sự phục hồi ADN.

Trước đó, vai trò của chất nhiễm sắc được coi là thụ động do các nhà khoa học nghĩ rằng sự phục hồi ADN chỉ có thể ở ADN không có histone. Tuy nhiên, GS Vasily M Studitsky và các đồng nghiệp đã chứng minh rằng, có thể phục hồi mà không cần làm duỗi ra hoàn toàn các “cuộn” ADN. Các histone được bảo tồn ở mức độ cao đóng vai trò quan trọng trong quá trình này khi những thay đổi trong cấu trúc của chúng bị loại bỏ bởi quá trình chọn lọc tự nhiên. Hơn nữa, việc bảo tồn protein ở mức độ cao chỉ giả định sự tham gia tích cực của nó vào nhiều quá trình.
Mặt khác, các mô hình được các nhà khoa học đề xuất lần đầu tiên giải thích vai trò của khóa tô-pô (topological locks), được hình thành trong quá trình di chuyển của bất kỳ enzyme nào dọc theo ADN khi nó gặp một thể nhân.

Vasily Studitsky kết luận, về khía cạnh khoa học ứng dụng, việc khám phá ra một cơ chế phục hồi mới hứa hẹn đem lại những phương pháp triển vọng để phòng và điều trị các bệnh. Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự hình thành các vòng làm polymerase ngừng hoạt động phụ thuộc vào những tiếp xúc của nó với các histone. Nếu mức độ tiếp xúc lớn hơn thì hiệu quả hình thành các vòng và xác suất phục hồi sẽ tăng lên, do đó sẽ làm giảm nguy cơ mắc bệnh. Nếu những tiếp xúc này không ổn định, sau đó bằng việc sử dụng các phương pháp vận chuyển thuốc đặc biệt, có thể lập trình cái chết của các tế bào bị ảnh hưởng. Quá trình triển khai và thử nghiệm các loại thuốc như vậy tất nhiên đòi hỏi khá nhiều thời gian.

Nguồn: khoahocvacongnghevietnam.com.vn