Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Phân tử DNA (Ảnh: © k_e_n / Fotolia).
 

Nghiên cứu tại Đại học York đã cho thấy rằng các gene được kiểm soát bởi các “bóng nano” (nano footballs) – các cấu trúc trông giống quả bóng nhưng nhỏ hơn 10 triệu lần so với kích thước quả bóng bình thường.

Bằng cách đặt các mẫu dò phát quang trên các nhân tố phiên mã (transcription factors) – là các tác nhân kiểm soát một gene được “mở” hay “đóng” – các nhà nghiên cứu đã phát hiện một cơ chế mới về cách mà các gene được kiểm soát.

Các nhà nghiên cứu đã khám phá ra rằng các nhân tố phiên mã không hoạt động như các phân tử riêng lẻ như chúng ta biết, mà chúng hoạt động thành một cụm có cấu trúc giống như trái bóng hình cầu, chứa khoảng 7 – 10 phân tử với đường kính khoảng 30 nm.

Phát hiện về các “bóng nano” này sẽ không chỉ giúp các nhà nghiên cứu hiểu thêm về cách thức các gene hoạt động, mà còn có thể cung cấp sự hiểu hiểu biết quan trọng về các vấn đề sức khỏe của con người gắn liền với một loạt các rối loạn di truyền khác nhau, kể cả ung thư.

Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhầ khoa học thuộc Đại học York, Đại học Gothenburg và Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển, do Hội đồng nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Khoa học Sự sống (Biotechnology and Biological Sciences Research Council) tài trợ, và được công bố trên tạp chí eLife. .

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi siêu phân giải (advanced super-resolution microscopy) để quan sát các “bóng nano” hình thành trong một loại tế bào nấm men (được dùng trong nấu bia) trong thời gian thực.

Giáo sư Mark Leake, Trưởng Bộ môn Lý Sinh học tại Đại học York, và là trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Khả năng quan sát một phân tử tại một thời điểm, bên trong tế bào sống là rất đáng ngạc nhiên”.

“Chúng tôi không hề biết rằng mình sẽ phát hiện ra các nhân tố phiên mã hoạt động theo cách kết cụm này. Tất cả sách giáo khoa đều cho rằng các phân tử đơn lẻ được sử dụng để “mở” và “đóng” các gene, chứ không phải là các “bóng nano” thú vị mà chúng tôi đã quan sát thấy”.

Nhóm nghiên cứu tin rằng quá trình hình thành cụm là một chiến lược khéo léo của tế bào để cho phép các nhân tố phiên mã đến được các gene mục tiêu nhanh nhất có thể.

Giáo sư Leake cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng kích thước của những “bóng nano” này phù hợp với những khoảng trống giữa phân tử DNA khi nó cuộn chặt bên trong tế bào. Khi phân tử DNA trong nhân bị nén chặt, sẽ có những khoảng trống nhỏ giữa hai mạch của phân tử DNA, giống như các mắt lưới trong lưới đánh cá vậy. Kích thước của mắt lưới này rất gần với kích thước của các “bóng nano” chúng tôi nhìn thấy”.

“Điều này có nghĩa là các “bóng nano” có thể lăn dọc theo các đoạn DNA nhưng sau đó có thể nhảy qua một đoạn khác nằm bên cạnh. Việc này cho phép các “bóng nano” tìm ra gene mục tiêu mà nó kiểm soát nhanh hơn nhiều. Mặt khác, tế bào có thể đáp ứng nhanh nhất có thể với các tín hiệu từ bên ngoài và đây là một lợi thế rất lớn trong cuộc chiến sinh tồn”.

Gene được tạo ra từ phân tử DNA, cũng được gọi là phân tử của sự sống.  Từ khi phát hiện ra phân tử DNA có dạng xoắn kép (double helix shape) vào những năm 1950 bởi các nhà nghiên cứu lý sinh học, có rất nhiều nhân tố phiên mã có thể kiểm soát một gene sẽ được “mở” hay “đóng” được nghiên cứu.

Nếu một gene được “mở”, bộ máy phân tử chuyên biệt trong tế bào sẽ đọc mã di truyền của nó và chuyển nó thành một phân tử protein. Hàng ngàn loại protein khác nhau có thể được tạo ra, và khi chúng tương tác với nhau cóp thể điều khiển việc xây dựng tất cả các cấu trúc đáng chú ý được tìm thấy bên trong tế bào sống.

Quá trình kiểm soát các gene nào sẽ được “mở” hay “đóng” tại một thời điểm nào đó theo thời gian là nền tảng với tất cả sự sống. Khi quá trình này hoạt động không đúng, có thể dẫn đến những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Cụ thể, khi công tắc đóng mở gene hoạt động không bình thường, có thể khiến tế bào tăng sinh và phân chia không thể kiểm soát, mà cuối cùng có thể gây ra ung thư.

Nghiên cứu mới này có thể giúp cung cấp thêm những hiểu biết về các vấn đề sức khỏe ở người gắn liền với một loạt các rối loạn di truyền khác nhau. Các giai đoạn tiếp theo sẽ tiếp tục mở rộng nghiên cứu này trên những loại tế bào phức tạp hơn nấm men – và cuối cùng là trên các tế bào người.