Các nhà sinh vật học ở Vương quốc Anh và Áo đã phát hiện ra 71 gen mới in dấu trong bộ gen của chuột.

Các nhà sinh vật học tại Đại học Bath và Vienna đã phát hiện ra 71 gen mới “in dấu” trong bộ gen của chuột, một khám phá đưa họ tiến một bước gần hơn đến việc làm sáng tỏ một số bí ẩn của di truyền biểu sinh – một lĩnh vực khoa học mô tả cách thức các gen được kích hoạt ( và tắt) trong các tế bào khác nhau ở các giai đoạn phát triển và dậy thì khác nhau.

Để hiểu được tầm quan trọng của các gen in dấu trong di truyền, chúng ta cần lùi lại và đặt câu hỏi về cách thức hoạt động của di truyền nói chung. Hầu hết trong số 30 nghìn tỷ tế bào trong cơ thể con người đều chứa các gen đến từ cả bố và mẹ, với mỗi bố và mẹ đóng góp một bản sao của mỗi gen. Sự kết hợp độc đáo của các gen là một phần của con đường làm cho một cá nhân trở nên độc nhất. Thông thường mỗi gen trong một cặp đang hoạt động hoặc không hoạt động trong một tế bào cụ thể. Đây không phải là trường hợp của các gen in dấu. Những gen này – chiếm ít hơn một phần trăm trong tổng số hơn 20.000 gen – có xu hướng hoạt động nhiều hơn (đôi khi hoạt động mạnh hơn) trong một bản sao của cha mẹ hơn so với bản sao khác.

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã biết về khoảng 130 gen được ghi chép rõ ràng trong bộ gen của chuột – những bổ sung mới làm tăng con số đó lên hơn 200. Giáo sư Tony Berry, người đứng đầu nghiên cứu từ Khoa Sinh học và Hóa sinh ở Bath, cho biết : ‘Dấu ấn ảnh hưởng đến một họ Gen quan trọng, với các tác động khác nhau đến sức khỏe và bệnh tật, vì vậy hơn bảy mươi gen mới tạo thành một phần quan trọng của ghép hình. “

Tầm quan trọng của lịch sử

Việc kiểm tra chặt chẽ các gen mới được xác định cho phép Giáo sư Berry và các đồng nghiệp thực hiện khám phá quan trọng thứ hai: việc bật và tắt các gen in dấu không phải lúc nào cũng liên quan đến quá trình methyl hóa DNA, vì các nhóm methyl được thêm vào DNA bộ gen (một quá trình được biết là ngăn chặn hoạt động của gen trên và tắt). Sự methyl hóa DNA là loại dấu vân tay đầu tiên được biết đến, và nó được phát hiện cách đây khoảng 30 năm. Từ kết quả của nghiên cứu mới, có vẻ như đóng góp lớn nhất vào quá trình in dấu được tạo ra bởi histones – cấu trúc được bọc trong DNA bộ gen trong nhiễm sắc thể.

Phôi chuột 4 ngày tuổi bình thường (L) và một bào thai cùng tuổi được điều khiển để chỉ chứa nhiễm sắc thể của mẹ (parthenogenote). Ở giai đoạn này, các phôi (phôi nang) có vẻ giống nhau, nhưng gen di truyền sẽ chết sớm, điều này khẳng định tầm quan trọng của việc thừa hưởng các gen in dấu từ cả bố và mẹ. Các loại tế bào khác nhau có màu xanh lục hoặc đỏ. Tín dụng: Dr. Maki Asami, Đại học Bath

Mặc dù các nhà khoa học đã biết từ lâu rằng các histon hoạt động như công tắc ‘mờ’ đối với các gen, khiến chúng mờ đi (hoặc bật trở lại), nhưng cho đến nay người ta vẫn cho rằng quá trình methyl hóa DNA cung cấp chìa khóa chính cho hoạt động của các gen được in dấu. Kết quả của nghiên cứu mới đặt ra nghi ngờ về giả định này: một số gen mới được xác định được tìm thấy có liên quan đến sự thay đổi trong histone 3 lysine 27 (H3K27me3), và chỉ một số ít với sự methyl hóa DNA.

Tại sao in ấn lại quan trọng

Các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra cách bật hoặc tắt bản sao gốc của một gen (hoặc tắt nó) và giữ nguyên như vậy trong khi gen kia ở trạng thái ngược lại. Phần lớn sự chuyển đổi bật / tắt này được biết là xảy ra trong quá trình hình thành giao tử (tinh trùng và noãn), nhưng cơ chế chính xác vẫn chưa rõ ràng. Nghiên cứu mới này chỉ ra khả năng hấp dẫn rằng một số gen in dấu có thể không được đánh dấu trong giao tử, nhưng trở nên hoạt động sau này trong quá trình phát triển, hoặc thậm chí ở tuổi trưởng thành.

Mặc dù nó chỉ bao gồm một tỷ lệ nhỏ các gen, nhưng dấu ấn rất quan trọng trong cuộc sống sau này. Nếu một lỗi xảy ra và một gen in dấu của cha mẹ được bật khi nó nên được tắt (hoặc Ngược lại), bệnh tật hoặc cái chết xảy ra. Các gen in dấu có liên quan đến nhiều bệnh tật, bao gồm cả rối loạn thần kinh và chuyển hóa và ung thư.

Giáo sư Perry nói: “Chúng ta có thể đánh giá thấp mối quan hệ giữa dấu ấn và bệnh tật, cũng như mối quan hệ của dấu ấn với sự di truyền của các bệnh mắc phải từ cha mẹ, chẳng hạn như béo phì. “Chúng tôi hy vọng rằng bức tranh thiên nhiên được cải thiện này sẽ nâng cao hiểu biết của chúng tôi về căn bệnh này.”

Tham khảo: “Dấu ấn di truyền trong phôi nang của chuột chủ yếu liên quan đến H3K27me3” của Laura Santini, Florian Halpreter, Fabian Titz-Tixeira, Toru Suzuki, Maki Asami, Xiaoyan Ma, Julia Ramsmayr, Andreas Lackner, Nick War, Florian Poehler và Simon Heppenmeier Ernst Lau, Matthias Varleck, Christoph Bock, Andreas Beyer, Anthony CF Berry và Martin Lieb, ngày 21 tháng 6 năm 2021, Kết nối thiên nhiên.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23510-4