Các nhà khoa học tìm ra bằng chứng giải thích tại sao DNA ti thể chỉ có nguồn gốc từ mẹ
- Thứ sáu - 23/09/2016 08:43
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Giống như hầu hết các tế bào, tinh trùng cũng chứa các ti thể sản xuất năng lượng (một bào quan có màng bao bọc (vòng tròn đỏ là màng), hình bên trái). Một khi tinh trùng đến thụ tinh với trứng, ti thể của tinh trùng này bị phá hủy bên trong lớp màng đó (hình bên phải)
Giống như hầu hết các tế bào, tinh trùng cũng chứa các ti thể sản xuất năng lượng (một bào quan có màng bao bọc (vòng tròn đỏ là màng), hình bên trái). Một khi tinh trùng đến thụ tinh với trứng, ti thể của tinh trùng này bị phá hủy bên trong lớp màng đó (hình bên phải).
Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng giải thích tại sao một loại DNA được truyền cho con cái bởi mẹ – nhưng không phải là bố.
DNA trong các bào quan sản xuất năng lượng, những bào quan này được gọi là ti thể, sẽ bị phá hủy trong tinh trùng của người bố ngay sau khi tinh trùng này thụ tinh với trứng, các nhà nghiên cứu phát biểu trên Science. Một protein được gọi là CPS-6 cắt DNA ti thể thành từng mảnh trong tinh trùng của người bố và làm cho DNA này không thể tạo ra các protein giúp ti thể cung cấp năng lượng cho tế bào. Việc tồn tại lâu dài của DNA ti thể người bố có thể gây hại đến sự phát triển của phôi thai, các nhà nghiên cứu cho biết.
“Đây là một bí ẩn đã tồn tại rất lâu trong sinh học – tại sao ở rất nhiều sinh vật, chỉ có ti thể của mẹ được truyền lại cho thế hệ sau”, Ding Xue nói, một nhà di truyền học tại Đại Học Colorado Boulder và là người dẫn đầu nghiên cứu này.
Cách đây hàng triệu năm, ti thể là những tế bào đơn giản, tồn tại độc lập. Giờ đây chúng lại sản xuất năng lượng cho các tế bào phức tạp hơn (các tế bào nhân thực), nhưng chúng vẫn duy trì bộ gen riêng của mình. DNA ti thể đơn giản và ngắn hơn DNA bình thường được tìm thấy trong nhân của các tế bào nhân thực.
Xue và các cộng sự của ông đã sử dụng kính hiển vi điện tử để quan sát khi tinh trùng từ loài sâu Caenorhabditis elegans thụ tinh với trứng. Các hình ảnh cho thấy ti thể trong tinh trùng của con đực bị phân hủy từ bên trong. Để tìm hiểu gen nào chịu trách nhiệm gây ra hiện tượng này, các nhà nghiên cứu sau đó đã tiến hành quan sát những thay đổi xảy ra khi làm bất hoạt các gen đã biết. Kết quả họ đã xác định được thủ phạm là gen sản xuất protein CPS-6.
Bình thường, CPS-6 kiểm soát quá trình chết của tế bào theo chương trình, quá trình chết này giúp duy trì các tế bào cũ và tế bào mới ở trạng thái cân bằng. Nhưng nhóm nghiên cứu của Xue đã cho thấy rằng trong suốt quá trình thụ tinh, CPS-6 cũng có thể di chuyển vào phần trong cùng của ti thể và cắt DNA của chúng đang được lưu trữ tại đó thành nhiều mảnh nhỏ.
Tuy nhiên, CPS-6 không hoạt động một mình. Nhiều nhà khoa học trước đó đã xác định được một quá trình khác gọi là autophagy, quá trình này giúp phá hủy ti thể của bố sau khi thụ tinh. Autophagy chiêu mộ những cấu trúc chuyên biệt đến trứng để những cấu trúc này có thể lấy đi các ti thể của bố và phá hủy chúng, giống như một đội thu gom rác thải. Cả hai dường như hoạt động cùng với nhau: Không có CPS-6 hoạt động như một lá cờ hiệu, bộ máy autophagy không thể thu dọn những ti thể không mong muốn một cách nhanh chóng.
“Nghiên cứu của chúng tôi lần đầu tiên cho thấy rằng các ti thể của bố thực sự hợp tác với bộ máy phân hủy của mẹ để đảm bảo rằng tất cả chúng bị loại bỏ” Xue nói.
Khi tiến trình loại bỏ các ti thể này bị chậm trễ, phôi thai càng có nhiều khả năng bị chết. Phát hiện này đề nghị rằng DNA ti thể của bố bằng cách nào đó sẽ can thiệp vào sự phát triển bình thường của phôi nhưng các nhà khoa học vẫn chưa biết tại sao điều đó có thể xảy ra.
Hơn nữa, vẫn chưa rõ về việc làm thế nào cơ chế này được áp dụng sang người. “Bạn có thể tưởng tượng có một cơ chế tương tự, nhưng vẫn chưa có bất kỳ chứng minh nào” Vincent Galy nói, một nhà sinh học tại đại học Pierre và Marie Curie ở Paris và là người không liên quan đến nghiên cứu này.
Protein CPS-6 tương tự với một protein được tìm thầy ở người và nó cũng kiểm soát sự chết của tế bào theo cách tương tự. Nhưng nghiên cứu ở ruồi và chuột đề nghị rằng chính xác khi nào tinh trùng mất đi ti thể của nó sẽ thay đổi giữa các loài và bản thân của quá trình đó cũng có những thay đổi nhỏ.
Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng giải thích tại sao một loại DNA được truyền cho con cái bởi mẹ – nhưng không phải là bố.
DNA trong các bào quan sản xuất năng lượng, những bào quan này được gọi là ti thể, sẽ bị phá hủy trong tinh trùng của người bố ngay sau khi tinh trùng này thụ tinh với trứng, các nhà nghiên cứu phát biểu trên Science. Một protein được gọi là CPS-6 cắt DNA ti thể thành từng mảnh trong tinh trùng của người bố và làm cho DNA này không thể tạo ra các protein giúp ti thể cung cấp năng lượng cho tế bào. Việc tồn tại lâu dài của DNA ti thể người bố có thể gây hại đến sự phát triển của phôi thai, các nhà nghiên cứu cho biết.
“Đây là một bí ẩn đã tồn tại rất lâu trong sinh học – tại sao ở rất nhiều sinh vật, chỉ có ti thể của mẹ được truyền lại cho thế hệ sau”, Ding Xue nói, một nhà di truyền học tại Đại Học Colorado Boulder và là người dẫn đầu nghiên cứu này.
Cách đây hàng triệu năm, ti thể là những tế bào đơn giản, tồn tại độc lập. Giờ đây chúng lại sản xuất năng lượng cho các tế bào phức tạp hơn (các tế bào nhân thực), nhưng chúng vẫn duy trì bộ gen riêng của mình. DNA ti thể đơn giản và ngắn hơn DNA bình thường được tìm thấy trong nhân của các tế bào nhân thực.
Xue và các cộng sự của ông đã sử dụng kính hiển vi điện tử để quan sát khi tinh trùng từ loài sâu Caenorhabditis elegans thụ tinh với trứng. Các hình ảnh cho thấy ti thể trong tinh trùng của con đực bị phân hủy từ bên trong. Để tìm hiểu gen nào chịu trách nhiệm gây ra hiện tượng này, các nhà nghiên cứu sau đó đã tiến hành quan sát những thay đổi xảy ra khi làm bất hoạt các gen đã biết. Kết quả họ đã xác định được thủ phạm là gen sản xuất protein CPS-6.
Bình thường, CPS-6 kiểm soát quá trình chết của tế bào theo chương trình, quá trình chết này giúp duy trì các tế bào cũ và tế bào mới ở trạng thái cân bằng. Nhưng nhóm nghiên cứu của Xue đã cho thấy rằng trong suốt quá trình thụ tinh, CPS-6 cũng có thể di chuyển vào phần trong cùng của ti thể và cắt DNA của chúng đang được lưu trữ tại đó thành nhiều mảnh nhỏ.
Tuy nhiên, CPS-6 không hoạt động một mình. Nhiều nhà khoa học trước đó đã xác định được một quá trình khác gọi là autophagy, quá trình này giúp phá hủy ti thể của bố sau khi thụ tinh. Autophagy chiêu mộ những cấu trúc chuyên biệt đến trứng để những cấu trúc này có thể lấy đi các ti thể của bố và phá hủy chúng, giống như một đội thu gom rác thải. Cả hai dường như hoạt động cùng với nhau: Không có CPS-6 hoạt động như một lá cờ hiệu, bộ máy autophagy không thể thu dọn những ti thể không mong muốn một cách nhanh chóng.
“Nghiên cứu của chúng tôi lần đầu tiên cho thấy rằng các ti thể của bố thực sự hợp tác với bộ máy phân hủy của mẹ để đảm bảo rằng tất cả chúng bị loại bỏ” Xue nói.
Khi tiến trình loại bỏ các ti thể này bị chậm trễ, phôi thai càng có nhiều khả năng bị chết. Phát hiện này đề nghị rằng DNA ti thể của bố bằng cách nào đó sẽ can thiệp vào sự phát triển bình thường của phôi nhưng các nhà khoa học vẫn chưa biết tại sao điều đó có thể xảy ra.
Hơn nữa, vẫn chưa rõ về việc làm thế nào cơ chế này được áp dụng sang người. “Bạn có thể tưởng tượng có một cơ chế tương tự, nhưng vẫn chưa có bất kỳ chứng minh nào” Vincent Galy nói, một nhà sinh học tại đại học Pierre và Marie Curie ở Paris và là người không liên quan đến nghiên cứu này.
Protein CPS-6 tương tự với một protein được tìm thầy ở người và nó cũng kiểm soát sự chết của tế bào theo cách tương tự. Nhưng nghiên cứu ở ruồi và chuột đề nghị rằng chính xác khi nào tinh trùng mất đi ti thể của nó sẽ thay đổi giữa các loài và bản thân của quá trình đó cũng có những thay đổi nhỏ.
Người dịch: Nguyễn Quốc Huy
Nguồn: https://www.sciencenews.org/article/scientists-find-clue-why-mitochondrial-dna-comes-only-mom