Kiểm soát lớp thông tin ẩn trên gen: khả năng chữa ung thư và tác động đến trí nhớ

Các nhà khoa học đã công bố việc xúc tác hóa học lên gen có thể làm biến đổi biểu hiện các tính trạng mà không làm thay đổi trình tự chuỗi DNA. Những biểu hiện gen, hay còn gọi là ngoại di truyền, sẽ được dịch mã thành những RNA thông tin (mRNA), mRNA sẽ mang thông tin về gen trong DNA đến các "nhà máy" sản xuất protein bậc 1.

Trong một hội thảo tháng trước, các nhà nghiên cứu đã thảo luận về các bằng chứng cho thấy RNA ngoại di truyền có ảnh hưởng quan trọng đên tính trạng của gen cũng như các loại bệnh, đồng thời họ cũng công bố một phương thức hóa trị mới trong điều trị các bệnh ung thư bạch cầu.

Nghiên cứu cho thấy rằng những ghi dấu ngoại di truyền được đưa vào mRNA giống như những bóng đèn trang trí được gắn lên cây thông Noel. Phát biểu tại hội thảo, tiến sĩ Pedro Batista chuyên ngành sinh học phân tử tại Viện Ung bướu Quốc gia (Maryland, Mỹ) cho biết các tế bào sử dụng những điểm dấu này để "xác định ở đâu, khi nào và bao nhiêu protein (liên kết) nên được tạo ra".

Ngoài ra, tiến sĩ Michael Kharas tại Trung tâm Ung thư Sloan Kettering (New York, Mỹ) cho biết việc chỉnh sửa mRNA "có thể ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của các tế bào, cho dù chúng có bị phân chia, ung thư hay các các bệnh thần kinh". Các công trình nghiên cứu hứa hẹn nhiều cải tiến trên lĩnh vực sản xuất thuốc trong tương lai. Ông Kharas còn cho biết thêm "Hiện nay có rất nhiều loại bệnh (và đang tăng thêm) có thể ứng dụng các nghiên cứu này để chữa trị, có một số loại mà người ta thậm chí còn chưa quan tâm".

Kỹ thuật chỉnh sửa RNA thông tin được công bố lần đầu tiên từ những năm 1970, nhưng chúng bị lãng quên cho đến tận năm 2008. Vào thời điểm đó, Chuan He (Đại học Chigago), Samie Jaffrey (Đại học Cornell) và Gideon Rechavi (Đại học Tel Aviv) đã đưa ra một góc nhìn mới về công nghệ này. Các nhóm nghiên cứu của họ tập trung vào chỉnh sửa một mRNA có tên là m6A: là một nhóm methyl (một đơn vị hóa học đơn giản) gắn vào Adenine trên một số phân tử RNA.

Nhóm của ông He cho biết họ phát hiện enzyme trên có thể loại bỏ sự biến đổi trên mRNA, điều này cho thấy m6A đóng một vai trò sinh học quan trọng, và nhóm của ông Jaffrey và Rechavi đã phát triển các công cụ lập biểu đồ gen cho thấy tác động của chúng gây ảnh hưởng trên diện rộng. Ông Shalini Oberdoerffer, một nhà nghiên cứu thuộc NCI cho biết trước khi tiến hành nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện các điểm dấu ngoại di truyền trên mRNA, tuy nhiên "họ chưa tìm ra cách để xác định chúng".

Trong số các chỉnh sửa trên mRNA đã tiến hành, m6A cho lại kết quả tốt nhất. Khi các protein có chức năng dịch mã gắn vào nó, chúng sẽ xác định sản phẩm của các mRNA được đánh dấu và những mRNA này có thể xuất hiện sự biến đổi đáng kể.

Cụ thể, m6A có thể tăng cường tính trạng gen cần thiết cho các phôi tế bào gốc nhằm phân chia chính xác thành các loại tế bào khác nhau. Như trong tế bào gốc tạo ra máu, m6A có khả năng hạn chế sự phân hóa. Như đối với bệnh ung thư bạch cầu, căn bệnh phá hủy các tế bào gốc tạo ra máu, m6A chống lại căn bệnh bằng cách duy trì tế bào ở trạng thái tế bào gốc. Năm 2017, ba nhóm nghiên cứu, bao gồm nhóm của ông Kharas, đã độc lập công bố việc loại bỏ các enzyme gắn m6A lên các mRNA có thể giết chết các tế bào khối u trong bệnh ung thư bạch cầu tủy cấp tính. Hiện có ít nhất ba công ty công nghệ sinh học đang phát triển các loại thuốc thử nghiệm để vô hiệu hóa các enzyme này.

Tại buổi hội thảo, ông Tony Kouzarides, Đại học Cambridge (Anh), đã công bố một phương thức chỉnh sửa mRNA mới và một loại enzyme có liên quan có thể chữa bệnh ung thư bạch cầu. Ông cho rằng vẫn còn rất nhiều enzyme khác có ảnh hưởng đến căn bệnh này.

Mặt khác, m6A còn gây ảnh hưởng lớn đến não bộ. Thông qua các protein dịch mã, chúng kiểm soát thời gian chính xác của sự hình thành các tế bào thần kinh mới trong quá trình phát triển ở loài chuột và cho phép các nơ-ron thần kinh tái tạo lại sau chấn thương. Ngoài ra, chỉnh sửa m6A còn giúp tăng cường trí nhớ. Khi nhóm của ông He loại bỏ protein dịch mã cho m6A ở chuột, những con chuột này đều có khiếm khuyết về trí nhớ so với những con bình thường. Tuy nhiên, sau khi được tiêm virus có chứa các protein dịch mã, những tác động trên đã bị đảo ngược. Và khi các nhà nghiên cứu kích thích hóa học các tế bào nơ-ron thần kinh để tạo ra việc hình thành vùng trí nhớ mới, họ phát hiện ra quá trình tổng hợp protein phụ thuộc vào m6A.

Cũng giống các lĩnh vực nghiên cứu mới khác, ngoại di truyền học (hay còn gọi là epitranscriptome) vẫn còn mắc phải nhiều hoài nghi. Năm 2016, một nhóm nghiên cứu đã đăng một báo cáo trên tạp chí Nature, theo đó họ đã tìm ra một phương pháp chỉnh sửa gen mới, chỉnh sửa mRNA m1A tại hơn 7000 điểm trên mRNA. Tuy nhiên, cũng trên tạp chí này một năm sau đó, một nhóm nghiên cứu khác chỉ ra rằng chỉ có tối đa 15 mRNA có chứa m1A. "Do vậy, các nhà nghiên cứu trong cộng đồng sinh học phân tử đều có sự nghi ngờ nhất định về tính khả thi của việc chỉnh sửa RNA thông tin".

Cũng có nhiều tranh cãi về chức năng của các enzyme khóa và các protein dịch mã. Nhưng lĩnh vực ngoại di truyền học đang phát triển nhanh chóng. Các nhà khoa học cho biết họ vẫn cần phải nghiên cứu nhiều hơn nữa trong lĩnh vực này vì chúng vẫn còn rất mới mẻ với con người.

Minh Bảo theo ScienceMag