Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Một số điều phức tạp đáng kinh ngạc của bộ gen đã được hiểu rõ. Ví dụ, ảnh hưởng của việc tái cấu trúc nhiễm sắc thể lên biểu hiện gen. Tuy nhiên, ý nghĩa của các chuyển động xảy ra trong quá trình tái cấu trúc nhiễm sắc thể thì phần lớn vẫn chưa được hiểu rõ.

Công trình nghiên cứu mới đã phát hiện ra mối liên hệ giữa các chuyển động trên toàn bộ gen, hoạt động của gen và việc đóng gói bộ gen. Các phát hiện này tiết lộ các khía cạnh của tổ chức bộ gen ảnh hưởng trực tiếp đến sự điều hòa và biểu hiện gen. Các nghiên cứu này đã giúp củng cố sự hiểu biết của chúng ta về cơ chế đằng sau các chuyển động phụ thuộc vào phiên mã của các gen đơn lẻ - rối loạn chức năng của chúng có thể dẫn đến rối loạn thần kinh và tim mạch cũng như ung thư.

Alexandra Zidovska, Tiến sĩ, Giáo sư vật lý tại Đại học New York, đã giải thích: “Bộ gen được ‘khuấy động’ bởi các chuyển động được điều khiển bởi phiên mã của các gen đơn lẻ. Các gen di chuyển khác nhau, tùy thuộc vào việc chúng có được đọc hay không, dẫn đến những chuyển động phức tạp và giống như hỗn loạn của bộ gen con người. Hiểu được cơ chế đằng sau các chuyển động phụ thuộc vào phiên mã của các gen đơn lẻ trong nhân có thể rất quan trọng để hiểu được bộ gen người khỏe mạnh và người bị bệnh.”

Những phát hiện này được báo cáo trên tạp chí Nature Communications trong bài báo “Transcription-dependent mobility of single genes and genome-wide motions in live human cells” (tạm dịch là “Khả năng di chuyển phụ thuộc vào phiên mã của các gen đơn lẻ và chuyển động trên toàn bộ gen trong tế bào người sống”).

Trước đây, người ta đã phát hiện ra rằng bộ gen trải qua rất nhiều sự “khuấy động” hoặc chuyển động, dẫn đến việc nó được tổ chức lại và định vị lại trong nhân. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã nghiên cứu cách chuyển động của một gen được phiên mã chủ động ảnh hưởng như thế nào đến sự chuyển động của hệ gen trong tế bào người sống liên quan đến nó.

Để làm như vậy, họ đã thực hiện lập bản đồ đồng thời cùng lúc các chuyển động của gen đơn lẻ và toàn bộ gen.  Họ đã sử dụng kỹ thuật CRISPR để gắn nhãn huỳnh quang cho các gen đơn lẻ, kính hiển vi dùng cho tế bào sống có độ phân giải cao, hai màu để quan sát sự chuyển động của các gen đã được gắn nhãn này, và phương pháp quang phổ tương quan dịch chuyển (DCS) để lập bản đồ đồng thời cho các dòng gen đi qua nhân. Dữ liệu hình ảnh có độ phân giải cao này được tiếp tục xử lý thông qua phân tích vật lý và toán học, mở ra một bức tranh vật lý chưa từng thấy từ trước đến nay về cách các gen di chuyển bên trong tế bào.

Sự chuyển động của một gen đơn lẻ (chấm trắng) được đánh dấu bằng quỹ đạo của nó (đường cong màu) trong dòng chảy của bộ gen xung quanh (các mũi tên).

[Alexandra Zidovska, Department of Physics, NYU]

Nguồn: https://youtu.be/xVUdRimpoDc

Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học đã kiểm tra ban đầu sự chuyển động của gen ở cả trạng thái hoạt động và bất hoạt. Đồng thời cùng lúc, các tác giả đã sử dụng DCS để lập bản đồ các dòng di chuyển của bộ gen xung quanh, theo dõi cách bộ gen di chuyển qua nhân trước và sau khi kích hoạt gen

Nhìn chung, các tác giả đã phát hiện ra rằng các gen hoạt động góp phần vào chuyển động khuấy động của bộ gen. Thông qua việc lập bản đồ đồng thời các chuyển động của từng gen đơn lẻ và toàn bộ bộ gen, họ tiết lộ rằng sự nén của bộ gen ảnh hưởng đến cách thức đóng góp của gen. Cụ thể là, một phân tích tương quan chuyển động đã chỉ ra rằng một gen hoạt động đơn lẻ điều khiển chuyển động của bộ gen ở các vùng có độ nén thấp, nhưng một bộ gen có độ nén cao sẽ điều khiển chuyển động của gen bất kể trạng thái hoạt động của nó.

GS. Zidovska đã phát biểu rằng: “Bằng cách tiết lộ những mối liên hệ bất ngờ giữa hoạt động gen, sự nén của bộ gen và sự chuyển động trên toàn bộ bộ gen, những phát hiện này đã khám phá ra các khía cạnh của tổ chức không gian và thời gian của bộ gen có tác động trực tiếp đến sự điều hòa và biểu hiện gen”.

Nguồn: https://www.genengnews.com/topics/omics/genome-wide-motions-are-driven-by-transcription-of-single-genes/