"Chất tối" DNA ảnh hưởng đến sự phát triển của não

"Chất tối" DNA ảnh hưởng đến sự phát triển của não

Các nhà nghiên cứu cuối cùng đã tìm ra mục đích đằng sau một số chuỗi gen gần như giống hệt nhau trên các động vật có xương sống

Một câu đố được đặt ra bởi các phân đoạn của 'vật chất tối' trong các chuỗi gen dài, các sợi dây quanh co của ADN không có chức năng rõ ràng - đã trêu chọc các nhà khoa học trong hơn một thập kỷ. Bây giờ, một nhóm cuối cùng đã giải quyết được câu đố.

Câu hỏi hóc búa đã tập trung vào chuỗi DNA không mã hóa protein, nhưng vẫn giống nhau trên nhiều loại động vật. Bằng cách xóa bỏ một số "yếu tố cực kỳ bảo toàn", các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các trình tự này hướng dẫn sự phát triển của não bằng cách tinh chỉnh biểu hiện của gen mã hóa protein.

Các kết quả được công bố vào ngày 18 tháng 1 trong  Cell có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về bệnh thần kinh như bệnh Alzheimer. Họ cũng xác nhận các giả thuyết của các nhà khoa học, những người đã suy đoán rằng tất cả các yếu tố cực kỳ bảo mật là quan trọng cho cuộc sống - mặc dù các nhà nghiên cứu biết rất ít về các chức năng của chúng.

"Mọi người nói với chúng tôi rằng chúng ta nên đợi để xuất bản cho đến khi chúng tôi biết họ đã làm gì. Gill Bejerano, một nhà nghiên cứu gen học thuộc Đại học Stanford, California, đã mô tả các yếu tố cực kỳ an toàn trong năm 2004, nay đã 14 năm trôi qua.

KHI KHÔNG CÓ GÌ XẢY RA

Bejerano và các cộng sự đã nhận thấy các yếu tố cực kỳ bảo toàn khi so sánh hệ gen của con người với những con chuột, chuột và gà, và tìm thấy 481 đoạn ADN rất khác nhau giữa các loài. Điều đó là đáng ngạc nhiên, bởi vì ADN biến đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác - và những dòng dõi này đã phát triển độc lập trong khoảng 200 triệu năm.

Các gen mã hóa các protein có xu hướng có ít đột biến vì nếu những thay đổi này làm gián đoạn protein tương ứng và con vật chết trước khi sinh sản, gen đột biến không được truyền xuống con cái. Trên cơ sở logic này, một số nhà di truyền học nghi ngờ rằng sự lựa chọn tự nhiên cũng đã loại bỏ các đột biến ở các vùng siêu gần. Mặc dù các trình tự không mã hóa protein, họ nghĩ rằng, chức năng của chúng phải rất quan trọng đến mức chúng không thể chịu đựng được sự không hoàn hảo.

Nhưng giả thuyết này đã đạt được một lộ trình vào năm 2007, khi một nhóm nghiên cứu báo cáo đã hạ gục bốn yếu tố cực kỳ bảo mật ở chuột và phát hiện ra rằng các con vật trông đẹp và được sao chép bình thường. Diane Dickel, nhà nghiên cứu gen tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở California, cho biết: "Điều đó gây sốc - những con chuột này đáng lẽ ra phải chết, và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu trên  Cell .

XEM KỸ HƠN

Dickel và các đồng nghiệp đã xem xét lại vấn đề bằng cách sử dụng công cụ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9. Ở chuột, chúng đã xóa bốn yếu tố cực kỳ bảo toàn - riêng biệt và trong các kết hợp khác nhau - nằm trong các vùng của ADN có chứa gien quan trọng trong sự phát triển của não. Một lần nữa, những con chuột trông ổn. Nhưng khi các nhà điều tra phân tích bộ não của loài gặm nhấm, họ phát hiện ra những bất thường.

Những con chuột thiếu các chuỗi nhất định có số lượng tế bào não thấp một cách bất thường liên quan đến sự tiến triển của bệnh Alzheimer. Và những người có một yếu tố cực kỳ an toàn khác đã được biên tập lại có những bất thường ở một phần của não vị thành niên liên quan đến sự hình thành trí nhớ, cũng như động kinh. Dickel nói: "Thông thường, nó giống như một lưỡi dao, nhưng ở những con chuột này, lưỡi dao đã nghiêng nghiêng".

Cô gợi ý rằng các khuyết tật nhận thức gây ra sẽ gây nguy hiểm cho chuột trong tự nhiên. Do đó, các biến đổi ở các vùng cực lạnh này sẽ không lan rộng xuyên qua quần thể, bởi vì các cá nhân bị ảnh hưởng sẽ không thành công ở việc sinh sản hơn những người không bị ảnh hưởng.

Các nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá xem những người mắc bệnh Alzheimer, chứng mất trí, chứng động kinh hoặc các rối loạn thần kinh khác có đột biến trong những trình tự không mã hóa này. Mặc dù các chức năng của nhiều trình tự cực kỳ bảo mật khác vẫn chưa được biết, Bejerano cảm thấy tự tin rằng họ cũng sẽ là điều cần thiết. Nhưng ông vẫn cảm thấy bối rối bởi mức độ bảo tồn - lên đến 100% - trong một số các trình tự bởi vì sinh học thường dung nạp các biến thể nhỏ.