Khiếm khuyết trong sao chép DNA có khả năng gây ra những biến đổi ngoại di truyền trong suốt vài thế hệ

Các túi phôi quan sát được bên trong cơ thể giun C. elegans trưởng thành. Nguồn: Adam Klosin, CRG
 

Sự phân bào là chìa khóa cho quá trình tái tạo tế bào ở các mô và cơ quan. Có hai quy trình phân bào đặc trưng mang ý nghĩa quan trọng: sự phát triển phôi và sự hình thành khối u. Một lỗi xảy ra trong quá trình sao chép DNA ở giai đoạn phân bào có thể gây ra những thay đổi về mặt di truyền, vì vậy sự sao chép DNA bị khiếm khuyết là điều kiện gây ra căn bệnh ung thư và là tác nhân dẫn đến sự mất ổn định di truyền.

Hiện tại, các nhà khoa học tại Trung tâm Quản lý Nguồn gen (CRG), Viện Nghiên cứu bệnh Ung thư máu Josep Carreras (IJC) và Viện Nghiên cứu Khoa học Sức khỏe Đức Trias i Pujol (IGTP) đã cùng hợp tác và khám phá ra rằng lỗi sao chép DNA có thể gây ra những biến đổi lớn về ngoại di truyền (epigenetic). Nghiên cứu của họ trên loài giun tròn Caenorhabditis elegans (một mô hình sinh vật) gợi ý rằng những biến đổi ngoại di truyền lớn xảy ra trên bộ gen sẽ hình thành những trạng thái biểu hiện gen mới có khả năng di truyền đến năm thế hệ sau. Đây là một ví dụ đáng chú ý về khả năng kế thừa qua nhiều thế hệ của các biến đổi ngoại di truyền, điều này có nghĩa rằng hai cá thể có thể khác nhau về biểu hiện gen chỉ vì áp lực trong môi trường sống mà tổ tiên chúng gặp phải.

Những nhà nghiên cứu, do giáo sư Ben Lehner tại ICREA đồng thời là trưởng nhóm tại CRG dẫn dắt, cũng đã xác định được cơ chế gây ra những biến đổi ngoại di truyền này. “Để bảo đảm chức năng chính xác của các tế bào và cuối cùng là sức khỏe của sinh vật, cần phải duy trì một số gen nhất định hoạt động và bất hoạt một số khác. Trong các tế bào, các phức hợp DNA-protein gọi là dị nhiễm sắc (heterochromatin) có vai trò ngăn chặn sự hoạt động một số gen khi không cần thiết. Ban đầu, chúng tôi nhận thấy rằng khi một gen ngoại lai được chèn vào bộ gen của giun và thường bị bất hoạt bởi dị nhiễm sắc thì giờ đây nó lại được kích hoạt trong những con giun mang protein đột biến tham gia vào quá trình sao chép DNA” Tanya Vacouri, cựu thành viên CRG, hiện là trưởng nhóm của IJC và IGTP và đồng tác giả của nghiên cứu này giải thích. “Chúng tôi tìm thấy rằng điều này xảy ra do dị nhiễm sắc bị mất đi và những gen khác vốn bị bất hoạt bởi dị nhiễm sắc cũng được kích hoạt. Đáng ngạc nhiên là các gen này tiếp tục bị kích hoạt sai trong suốt năm thế hệ ở những cá thể không mang đột biến lỗi sao chép DNA như tổ tiên của chúng” Bà Tanya Vacouri cho biết thêm.

Ben Lehner, tác giả của bài báo này trình bày “Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng DNA sao chép lỗi không chỉ là nguyên nhân của những xáo trộn di truyền mà còn gây ra những thay đổi ngoại di truyền trên toàn bộ gen có thể được truyền ổn định qua các thế hệ sau”. Một vấn đề mấu chốt cần được giải đáp của ngoại di truyền là những tính trạng ngoại di truyền này được truyền lại cho đời sau ở mức độ nào. Lehner và các đồng sự đang tìm câu trả lời cho vấn đề này và những câu hỏi khác nữa từ nhiều góc độ khác nhau. Trước đó, họ đã báo cáo về một số thay đổi trong biểu hiện gen gây ra bởi nhiệt độ có thể di truyền qua nhiều thế hệ. “Chúng tôi hy vọng rằng công việc của chúng tôi sẽ thay đổi suy nghĩ của con người về tác động của áp lực gây xáo trộn sự sao chép DNA trong quá trình hình thành ung thư và phát triển phôi cũng như về sự di truyền qua nhiều thế hệ” ông kết luận.

Đọc thêm: “Những ký ức” về môi trường được truyền lại qua 14 thế hệ
Thông tin chi tiết: A. Klosin, K. Reis, C. Hidalgo-Carcedo, E. Casas, T. Vavouri, B. Lehner. "DNA lỗi sao chép ức chế sợi nhiễm sắc và hình thành một ký ức ngoại di truyền lưu lại giữa các thế hệ (Impaired DNA replication derepresses chromatin and generates a transgenerational inherited epigenetic memory)". Science Advances. 3, e1701143 (2017). DOI: 10.1126/sciadv.1701143
Cung cấp: Trung tâm Quản lý Nguồn gen (Centre for Genomic Regulation)