Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các con đường phân tử liên quan đến cơ chế phòng vệ kháng virus và đối kháng trong hệ thống tương tác giữa vật chủ và mầm bệnh vẫn chưa được hiểu rõ. Trong nghiên cứu này, loài nấm Neurospora crassa được sử dụng làm sinh vật mô hình để khảo sát vai trò của quá trình chỉnh sửa RNA trong điều hòa phản ứng kháng virus ở nấm. Hai gen liền kề đã được xác định — bao gồm một enzyme chỉnh sửa RNA (old) và một yếu tố phiên mã (zao) — có chức năng điều hòa biểu hiện gen được cảm ứng bởi virus. Kết quả cho thấy mô-đun old-zao kiểm soát cả tình trạng nhiễm virus không triệu chứng lẫn có triệu chứng, qua đó cung cấp những hiểu biết mới về các cơ chế kháng virus bảo tồn ở nấm.

Biểu hiện triệu chứng trong các ca nhiễm virus là hệ quả của các con đường phân tử phức tạp giữa virus và vật chủ, vốn vẫn chưa được hiểu rõ, đặc biệt là tương tác giữa virus – nấm. Phản ứng kháng virus ở nấm bao gồm ba cơ chế đã được biết đến: can thiệp RNA (RNAi) ) – một cơ chế hậu phiên mã ức chế sự sao chép của virus; tái lập trình phiên mã; và khả năng nhận diện “self” và “non-self” giúp hạn chế sự lan truyền của virus giữa các tế bào nấm. Mặc dù phần lớn virus ở nấm (mycovirus) gây nhiễm không triệu chứng, các cơ chế điều khiển sự khởi phát hoặc ức chế triệu chứng vẫn còn chưa rõ ràng. Một số nghiên cứu di truyền đã cố gắng khám phá các yếu tố của nấm tham gia vào phản ứng kháng virus, tuy nhiên các gen và con đường phân tử liên quan trực tiếp đến việc gây triệu chứng ở nấm vẫn là một câu hỏi mở.

Trong bối cảnh đó, một nhóm nghiên cứu tại Nhật Bản, dẫn đầu bởi Phó Giáo sư Shinji Honda (Khoa Khoa học Y sinh, Đại học Fukui) và Giáo sư Nobuhiro Suzuki (Viện Khoa học và Tài nguyên Thực vật, Đại học Okayama), đã tìm cách giải mã cơ chế này. Họ đã sử dụng hệ thống virus nấm được thiết lập gần đây trên Neurospora crassa để xác định các gen và con đường phân tử liên quan đến sự xuất hiện triệu chứng sau nhiễm virus. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Cell Host & Microbe.

“Trong nghiên cứu này, chúng tôi cho thấy rằng các enzyme chỉnh sửa RNA kiểu A-to-I, vốn được cảm ứng mạnh mẽ sau nhiễm virus, đặc hiệu chỉnh sửa mRNA của các gen mã hóa yếu tố phiên mã chủ liền kề trong hệ gen nấm” Tiến sĩ Honda giới thiệu. Trước đó, nhóm của ông đã phân lập được hai loại virus gây nhiễm N. crassa – lần đầu tiên trên thế giới. Một trong số đó, Neurospora crassa fusarivirus 1 (NcFV1), thường không gây triệu chứng trên chủng N. crassa hoang dại, nhưng lại gây ra các kiểu hình triệu chứng khác nhau trên các đột biến thiếu RNAi, cho thấy mối tương tác phức tạp giữa virus, di truyền vật chủ và sự phát triển triệu chứng. Hệ thống này sau đó được phát triển để phân tích đột biến và di truyền, nhằm làm rõ cách phản ứng kháng virus được kiểm soát trong hệ thống nấm – virus này.

Khi hệ thống RNAi bị loại bỏ ở N. crassa nhiễm virus, nhóm nghiên cứu quan sát thấy các khiếm khuyết tăng trưởng so với chủng hoang dại, cùng với mức độ phiên mã virus tăng cao bất thường trong nấm bị nhiễm. Để hiểu tại sao việc vô hiệu hóa RNAi lại kích hoạt biểu hiện các triệu chứng này, họ đã phân tích mô hình biểu hiện gen ở chủng đột biến. Trong số các gen được tăng cường biểu hiện, hai gen được chú ý là old-1 và old-2, đều mang miền deaminase.

Nhóm nghiên cứu sau đó xác định được các vị trí trên hệ gen bị tác động bởi sản phẩm của old-1 và old-2 (mã hóa enzyme OLD-1 và OLD-2). Các vị trí này nằm cách khoảng 2 kb về phía thượng nguồn so với old-1/2, nơi chúng chỉnh sửa codon kết thúc của các bản phiên mã mục tiêu, cho phép quá trình dịch mã tiếp tục và hình thành một protein hoàn chỉnh chứa các miền zinc finger. Các vùng liền kề này được đặt tên là zao-1 và zao-2. Các thí nghiệm bổ sung cho thấy OLD-1 là enzyme chỉnh sửa RNA có phạm vi rộng, chỉnh sửa cả mRNA của zao-1 và zao-2, trong khi OLD-2 chỉ đặc hiệu chỉnh sửa mRNA của zao-2. Sự tương tác điều hòa giữa các gen/protein này trong điều kiện không có RNAi gây ra phản ứng quá mẫn ở tế bào nấm trong quá trình nhiễm virus.

Phân tích vai trò của các gen zao-1/2 cho thấy các kết quả khác nhau tùy vào việc gen nào có mặt. Khi nhiễm virus NcFV1 (không triệu chứng), chủng hoang dại N. crassa chứa cả zao-1 và zao-2 vẫn duy trì trạng thái không triệu chứng, đi kèm với sự hoạt hóa chọn lọc các gen phản ứng với mycovirus (AmyREGs). Tuy nhiên, ở các dòng đột biến zao, kết quả thay đổi: dòng Δzao-1 (thiếu zao-1) biểu hiện triệu chứng nghiêm trọng, có thể do hoạt hóa phiên mã quá mức, cho thấy zao-1 đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì trạng thái không triệu chứng. Đáng chú ý, khi tiếp tục loại bỏ cả zao-2 (Δzao-1/2), nấm phục hồi trạng thái không triệu chứng. Các dòng đột biến này không hoạt hóa hoàn toàn các AmyREGs như ở trạng thái nhiễm virus bình thường, cho thấy vai trò quan trọng nhưng phức tạp của zao-1/2 trong việc điều hòa cả sự phát triển triệu chứng và tái lập trình phiên mã kháng virus ở nấm.

Tại sao việc loại bỏ hệ thống RNAi lại dẫn đến biểu hiện triệu chứng?
Để giải mã, nhóm nghiên cứu đã phân tích sâu hơn chức năng của zao-1 và zao-2. Ở chủng hoang dại không triệu chứng, protein ZAO-1 chủ yếu được biểu hiện dưới dạng các biến thể protein ngắn (ZAO-1C/1CS), hình thành qua cơ chế thay đổi điểm khởi đầu phiên mã (TSS). Các biến thể ngắn này có khả năng cạnh tranh với các dạng protein toàn dài (ZAO-1FL và ZAO-2FL) trong việc gắn vào DNA, từ đó làm “đệm” phản ứng phiên mã, duy trì trạng thái không triệu chứng. Tuy nhiên, khi RNAi bị loại bỏ (ở đột biến Δqde-2) hoặc zao-1 bị xóa (Δzao-1), cơ chế này bị phá vỡ. Ở Δqde-2, enzyme OLD được tăng cường biểu hiện và chỉnh sửa hiệu quả các codon kết thúc sớm của zao-1 và zao-2, làm tăng tổng hợp các dạng protein toàn dài ZAO-1FL và ZAO-2FL. Ở Δzao-1, dù không còn zao-1, enzyme OLD vẫn chỉnh sửa zao-2, làm tăng biểu hiện ZAO-2FL. Các protein toàn dài này, đặc biệt là ZAO-2FL, là các yếu tố phiên mã mạnh kích hoạt tái lập trình phiên mã quá mức, dẫn đến phản ứng kháng virus thái quá và biểu hiện triệu chứng. Việc thiếu vắng ZAO-1 (đặc biệt là các dạng ngắn ZAO-1C/1CS) làm mất đi cạnh tranh ức chế, cho phép ZAO-2FL kiểm soát phiên mã mạnh mẽ hơn, làm trầm trọng thêm triệu chứng. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn thực hiện phân tích phát sinh chủng loại cho thấy enzyme chỉnh sửa RNA và các transcript đích liền kề của nó được bảo tồn tiến hóa ở nhiều loài nấm sợi như Neurospora, Fusarium và Aspergillus.
  “Nghiên cứu này đã phát hiện một lớp điều hòa kháng virus phức tạp liên quan đến chỉnh sửa RNA, RNAi và sự thay đổi vị trí khởi động phiên mã, liên kết chặt chẽ với tái lập trình phiên mã nhằm kiểm soát sự phát triển triệu chứng”, Tiến sĩ Honda kết luận. “Mặc dù vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được giải đáp về cơ chế điều hòa kháng virus bởi mô-đun old-zao ở nấm, nghiên cứu này đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng di truyền độc đáo và tạo ra các chủng nấm có tiềm năng kháng virus mạnh.” 

Nguồn bài viết: Tài liệu do Đại học Fukui cung cấp. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
https://www.u-fukui.ac.jp/en-research/106228/
Tạp chí tham khảo:
Ashutosh Sinha, Luiz G. Greca, Nico Kummer, Ciatta Wobill, Carolina Reyes, Peter Fischer, Silvia Campioni, Gustav Nyström. Living Fiber Dispersions from Mycelium as a New Sustainable Platform for Advanced Materials. Advanced Materials, 2025; DOI: 10.1002/adma.202418464

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250523120450.htm