Biến đổi biểu hiện gene ở các thế hệ: chúng ta được thừa hưởng nhiều hơn chứ không chỉ các gene

Chúng ta nhận được từ bố mẹ không chỉ là tổng các gen của chúng ta. Các cơ chế biến đổi di truyền được điều chỉnh bởi các tín hiệu môi trường như chế độ ăn uống, bệnh tật hoặc lối sống của chúng ta đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh DNA bằng cách mở hoặc đóng gene.

Hình 1 Tế bào trứng của ruồi giấm cái có chứa trong đó H3K27me3 đã được quan sát thấy qua việc nhuộm màu xanh lá cây. Tế bào này, cùng với tinh trùng, sẽ góp phần tạo ra thế hệ ruồi con kế tiếp. Ở góc trên bên phải, tiền nhân của mẹ và bố được hòa trộn với nhau trong quá trình thụ tinh. Các H3K27me3 màu xanh lá cây có ở trong tiền nhân mẹ từ trước, cho thấy rằng tín hiệu biến đổi di truyền được truyền lại cho thế hệ tiếp theo.

Điều này đã được tranh luận lâu dài liệu nếu sự biến đổi di truyền tích lũy trong suốt cuộc đời có thể được di truyền qua thế hệ con chúng ta hay thậm chí cháu chúng ta hay không. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã đưa ra bằng chứng mạnh mẽ rằng không chỉ bản thân DNA được di truyền mà còn các tín hiệu biến đổi di truyền góp phần điều hòa sự biểu hiện gen được di truyền cho thế hệ con cái.

Chúng ta nhận được từ bố mẹ không chỉ là tổng các gen của chúng ta. Các cơ chế biến đổi biểu hiện gene được điều chỉnh bởi các tín hiệu môi trường như chế độ ăn uống, bệnh tật hoặc lối sống của chúng ta đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh DNA bằng cách mở hoặc đóng gene. Điều này đã được tranh luận lâu dài liệu nếu sự biến đổi biểu hiện gene tích lũy trong suốt cuộc đời có thể được di truyền qua thế hệ con chúng ta hay thậm chí cháu chúng ta hay không. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Viện nghiên cứu Miễn dịch học Max Planck ở Freiburg đã đưa ra bằng chứng mạnh mẽ rằng không chỉ bản thân AND được di truyền mà còn các tín hiệu biến đổi biểu hiện gene góp phần điều hòa sự biểu hiện của gene được di truyền cho thế hệ con cái. Hơn nữa, những hiểu biết mới ở Lab của Nicola Iovino đã giúp mô tả lần đầu tiên hậu quả sinh học của thông tin thừa kế này. Nghiên cứu chứng minh rằng ghi nhớ biểu hiện gene ở người mẹ đóng vai trò quan trọng trong sự tồn tại và phát triển ở thế hệ con

Trong cơ thể chúng ta, chúng ta tìm thấy hơn 250 loại tế bào khác nhau. Tất cả chúng đều có cùng bộ DNA giống hệt nhau; Tuy nhiên, các tế bào gan hoặc thần kinh trông rất khác nhau và có những chức năng khác nhau. Quá trình tạo ra sự khác biệt đó được gọi là biến đổi di truyền. Các biến đổi ở các vùng cụ thể của DNA nhằm gắn hay ngăn không cho các protein kích hoạt các gen. Vì vậy, những sửa đổi này tạo ra, từng bước, các khuôn mẫu điển hình các trình tự DNA hoạt động và không hoạt động ở mỗi loại tế bào. Hơn nữa, trái với chuỗi nucleotide cố định trong DNA của chúng ta, tín hiệu biến đổi cũng có thể thay đổi trong suốt cuộc đời của chúng ta để đáp ứng với môi trường hoặc lối sống của chúng ta. Ví dụ như hút thuốc lá thay đổi sự biểu hiện gene ở tế bào phổi, cuối cùng dẫn đến ung thư. Các ảnh hưởng khác tới từ những kích thích bên ngoài như căng thẳng, bệnh tật hoặc chế độ ăn uống cũng được cho là sẽ tích lũy trong ghi nhớ biểu hiện gene của tế bào.

Từ lâu chúng ta đều cho rằng những thay đổi biểu hiện gene này không bao giờ di truyền lại cho các thế hệ tiếp theo. Các nhà khoa học giả định rằng ghi nhớ biểu hiện gene đã tích lũy suốt cuộc đời được giải phóng hoàn toàn trong quá trình phát triển tinh trùng và tế bào trứng. Gần đây, một nhóm nghiên cứu đã gây xôn xao trong cộng đồng khoa học bằng cách chứng minh các tín hiệu biểu hiệu gene thực sự có thể di truyền qua nhiều thế hệ, nhưng chính xác như thế nào, và những gì ảnh hưởng đến những thay đổi di truyền này trong con cái vẫn chưa được hiểu rõ. “Chúng ta đã biết đến sự di truyền liên thế hệ của các biến đổi biểu hiện gene từ lúc những nghiên cứu về biểu hiện gene nở rộ ở những năm đầu thập kỷ 90. Ví du, các nghiên cứu dịch tễ học đã cho thấy mối liên hệ giữa chế độ ăn uống của ông nội và sự gia tăng nguy cơ bệnh đái tháo đường và bệnh tim mạch ở thế hệ người cháu. Từ đó, nhiều báo cáo đề xuất tồn tại việc di truyền những biến đổi biểu hiện gene nhưng về cơ chế phân tử thì vẫn chưa được hiểu rõ”, Nicola Iovio, tác giả nghiên cứu mới này cho hay

Biến đổi biểu hiện gene giữa những thế hệ

Ông và nhóm nghiên cứu của ông tại Viện nghiên cứu miễn dịch sinh học Maxi Planck ở Freiburg, Đức đã sử dụng ruồi giấm để khám phá những biến đổi biểu hiện gene di truyền từ mẹ sang phôi như thế nào. Nhóm nghiên cứu tập trung vào một sửa đổi đặc biệt gọi là H3K27me3 cũng có thể tìm thấy ở người. Nó làm biến đổi một thứ gọi là chromatin, là sợi được tạo thành bởi nhiều DNA trong nhân tế bào, và chủ yếu liên quan đến sự điều hòa biểu hiện gen.

Các nhà nghiên cứu của nhóm nghiên cứu Max Planck đã phát hiện ra rằng các sửa đổi H3K27me3 trong DNA chromatin ở tế bào trứng của người mẹ vẫn còn hiện diện trong phôi sau khi thụ tinh, mặc dù các biến đổi biểu hiện gene khác đã bị xoá bỏ. Ông Fides Zenk, tác giả đầu tiên của nghiên cứu giải thích, “Điều này cho thấy người mẹ truyền những dấu hiệu biến đổi biểu hiện gene cho con cái của mình, nhưng chúng tôi cũng rất quan tâm liệu dấu hiệu đó có đang đóng một vai trò quan trọng trong phôi thai.”

Các dấu hiệu biến đổi biểu hiện gene được di truyền có vai trò quan trọng trong phát sinh phôi

Vì vậy các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều công cụ di truyền khác nhau trong ruồi giấm để loại bỏ enzyme tạo ra dấu hiệu H3K27me3 và phát hiện ra rằng phôi thiếu H3K27me3 trong quá trình phát triển sớm không thể phát triển đến khi kết thúc quá trình phát triển của phôi. Nicola Iovino nói: “Hóa ra, trong quá trình sao chép, các thông tin biến đổi biểu hiện gene không chỉ được kế thừa từ thế hệ này sang thế hệ khác mà còn quan trọng cho sự phát triển của phôi.

Khi họ nhìn nghiên cứu sâu hơn về phôi, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng một số gen phát triển quan trọng thường bị đóng trong quá trình phát triển phôi sớm đã được mở ra trong phôi không có H3K27me3. Fides Zenk giải thích: “Chúng tôi giả định rằng việc kích hoạt những gen này quá sớm trong quá trình phát triển làm gián đoạn sự phát triển của phôi thai và cuối cùng đã gây ra cái chết của phôi, và hầu như, cần phải có những thông tin biến đổi di truyền cần được thừa kế để quá trình dịch mã được chính xác trong phôi.

Ý nghĩa của lý thuyết di truyền và sức khoẻ con người

Với những kết quả này, nghiên cứu của các nhà nghiên cứu Max Planck là một bước tiến quan trọng và thể hiện rõ ràng những kết quả về sinh học của việc di truyền những thông tin biến đổi biểu hiện gene. Không chỉ bằng cách cung cấp bằng chứng cho thấy sự biến đổi biểu hiện gene trên ruồi có thể truyền qua các thế hệ, mà còn tiết lộ rằng các thông tin biến đổi truyền từ mẹ sang là một cơ chế tinh chỉnh để kiểm soát sự đóng mở gene trong suốt quá trình phát triển phức tạp của phôi.

Nhóm nghiên cứu quốc tế tại Freiburg tin rằng những phát hiện của họ có ý nghĩa sâu rộng. “Nghiên cứu của chúng tôi chỉ ra rằng những gì chúng ta được thừa hưởng không chỉ là bộ gene của bố mẹ chúng ta mà có vẻ như chúng ta còn được kế thừa một cơ chế điều chỉnh biểu hiện gene quan trọng trước các ảnh hưởng từ môi trường và lối sống của mỗi cá nhân. Hơn nữa, sự phá vỡ các cơ chế biến đổi biểu hiện gene có thể gây ra các bệnh như ung thư, tiểu đường và rối loạn tự miễn, những phát hiện mới này có thể có ý nghĩa đối với sức khoẻ con người”, Nicola Iovino giải thích.

Hoài Thu

Theo Sciencedaily.com

Facebook Comments

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *