Giải câu đố về quá trình methyl hóa RNA

Vào thế kỷ 20, mọi người cho rằng DNA là bản vẽ thiết kế cho tế bào và mọi thứ đều được sao chép, tái hiện một cách trung thực từ bản vẽ đó. Nhưng dần dần, người ta khám phá ra đó không phải là tất cả. DNA là sổ tay hướng dẫn cơ bản, nhưng cơ thể sẽ phản ứng với những trải nghiệm và môi trường xung quanh bằng cách bật tắt một số gene khi cần. Chẳng hạn, khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, da có thể phản ứng lại bằng cách tạo ra nhiều hắc tố hơn để bảo vệ da; hoặc trong giai đoạn hạn hán, cây cối có thể thay đổi mô thức phát triển để mọc thấp hơn – nên cần ít nước hơn.

Cơ thể con người cũng làm được điều này thông qua quá trình methyl hóa RNA. Nhìn chung, RNA sao chép lại DNA và đưa các hướng dẫn đến tế bào để tạo ra các loại protein khác nhau. Nhưng trên đường đi, RNA thông tin (mRNA) có thể thay đổi những hướng dẫn đó bằng cách gắn một phân tử nhỏ gọi là nhóm methyl vào để bật tắt một gene cụ thể. Sự thay đổi này được gọi là methyl hóa, có thể sửa đổi các hướng dẫn thực thi của gene, từ đó làm thay đổi quá trình biểu hiện gene.

Các nhà khoa học biết quá trình methyl hóa rất quan trọng và xảy ra ở mọi sinh vật. Nhưng họ không biết chính xác chúng hoạt động như thế nào: Làm sao để tế bào chọn được vị trí để gắn nhóm methyl?

Phòng thí nghiệm của GS. Chuan He ngành Hóa và Sinh học phân tử tại Đại học Chicago đã nghiên cứu về quá trình methyl hóa kể từ năm 2010. Họ phát hiện thay vì chọn một số vị trí nhất định để methyl hóa, các tế bào chọn nơi không thực hiện điều này. GS. He nghĩ rằng cơ chế lựa chọn phụ thuộc vào các mấu nối của mRNA.

Thông thường, sau khi sao chép DNA trong tế bào, RNA sẽ được cắt ra thành nhiều phần. Một số phần bị loại bỏ và những phần còn lại được dán với nhau bằng một phân tử gọi là “phức hệ nối exon”. Trong bài báo mới xuất bản trên tạp chí Science hồi tháng 1/2023, nhóm nghiên cứu của He nhận thấy những phân tử nối exon này ảnh hưởng đến việc methy hóa mRNA: Nếu các mảnh RNA ngắn, hai phân tử nối cồng kềnh ở hai đầu sẽ ngăn chặn quá trình methyl hóa, nhưng nếu các mảnh RNA dài hơn và có nhiều không gian để tiếp xúc hơn thì chúng có thể bị methyl hóa.

Các tác giả cho biết, phát hiện này có ý nghĩa lớn trong cả sinh học và y học. Chẳng hạn như về gene nhân tạo, các nhà khoa học thường tạo ra một số đoạn gene nhân tạo để cấy vào tế bào nhằm điều trị ung thư hoặc sử dụng trong nghiên cứu cơ bản để tìm hiểu cách thức hoạt động của các quá trình sinh học. Nếu khối u của bệnh nhân đang phát triển ngoài tầm kiểm soát, họ có thể tạo ra một gene nhân tạo khiến tế bào dừng phân chia.

Nhưng từ trước tới nay, các gene nhân tạo không có bất kỳ phức hợp nối exon nào trong RNA. Vì các phức hợp này đóng vai trò quan trọng trong biểu hiện gene nên việc bỏ chúng đi có thể dẫn đến tác động ngoài ý muốn. GS. He nói: “Khi phát triển các gene chỉ thị để biểu hiện gene hoặc dùng trong liệu pháp gene, người ta sẽ phải xem xét thêm một yếu tố điều tiết di truyền trong lúc thiết kế. [Các gene] có thể bị methyl hóa quá mức nếu không có bước này, nghĩa là chúng sẽ không bắt chước chính xác được quá trình tự nhiên”.

GS. He cho biết khám phá này là một bước tiến lớn trong nghiên cứu về sinh học và tiến hóa. Nhóm của ông đã quan sát thấy bằng chứng cho quá trình [methyl hóa nhờ các phức hợp nối exon] trong mọi sinh vật, ngoại trừ động vật có vỏ hay côn trùng. “Phát hiện này mang lại một cơ chế điều hòa biểu hiện gene mới và một con đường mới để điều chỉnh sự ổn định của mRNA nói chung. Chúng tôi sẽ nghiên cứu thêm để hiểu đầy đủ ý nghĩa trong dài hạn”, GS. He nói.

Trang Linh lược dịch

Nguồnhttps://news.uchicago.edu/story/rnas-joints-play-key-role-our-gene-expression-uchicago-scientists-find