Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

Các nhà khoa học xác nhận về một cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào người

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã xác định được sự tồn tại của một dạng cấu trúc DNA mới chưa từng được quan sát thấy trước đó trong tế bào sống. Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

Việc phát hiện cái được mô tả là DNA “nút xoắn” trong tế bào sống đã xác nhận bộ mã di truyền phức tạp của chúng ta được tạo nên với tính đối xứng phức tạp hơn so với cấu trúc xoắn kép, và các cấu trúc này có tác động đối với các chức năng sinh học của chúng ta. Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

“Khi nghĩ về DNA, hầu hết chúng ta sẽ tưởng tượng ra những xoắn kép“, tiến sĩ Daniel Christ, trưởng khoa Trị liệu kháng thể thuộc Viện Nghiên cứu Y khoa Garvan, Australia cho biết. “Nghiên cứu mới này nhắc nhở chúng ta về sự tồn tại của các cấu trúc DNA hoàn toàn khác – và sự đa dạng trong cấu trúc DNA có thể rất quan trọng với các tế bào của con người”.

“Nghiên cứu mới này nhắc chúng ta rằng các cấu trúc DNA khác biệt hoàn toàn đang tồn tại – và có thể quan trong đối với tế bào của chúng ta.” Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

Thành phần DNA mà nhóm nghiên cứu đã xác định được gọi là cấu trúc  intercalated motif (i – motif/cấu trúc xen giữa), lần đầu tiên được phát hiện bởi các nghiên cứu từ những năm 1990, nhưng đến tận bây giờ mới chỉ được quan sát thấy trong ống nghiệm, chưa phải trong tế bào sống.

Giờ đây, nhờ có nhóm của Christ, chúng ta biết rằng i-motif xuất hiện một cách tự nhiên trong tế bào người, nghĩa là tầm quan trọng của cấu trúc này đối với sinh học tế bào – trước đó vốn được cho là một ẩn số, vì nó mới chỉ được xác định trong phòng thí nghiệm – đòi hỏi sự chú ý mới từ các nhà nghiên cứu.

Nếu bạn chỉ quen thuộc với các cấu trúc DNA là chuỗi xoắn kép đã làm nên tên tuổi của Watson và Crick, cấu hình của i – motif trở nên thật bất ngờ. Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

“I-motif là một DNA nút thắt 4 mạch,” nhà nghiên cứu genomic, cũng là đồng tác giả Marcel Dinger giải thích.

“Trong cấu trúc nút thắt, các cytosine (C) trên cùng một mạch DNA tự bám vào nhau – vì thế nó rất khác biệt với một xoắn kép, khi mà các ký tự trên hai mạch sẽ bắt cặp với nhau, ví dụ C – G.

Theo Garvan’s Mahdi Zeraati, tác giả đứng tên đầu của nghiên cứu, i – motif chỉ là một trong số các cấu trúc DNA không tạo ra cấu trúc xoắn kép – bao gồm A – DNA, Z – DNA, triplex DNA và Chữ thập (Cruciform) – và chúng có thể cùng tồn tại trong tế bào. Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

Một loại cấu trúc DNA khác, được gọi là G-quadruplex (G4) DNA, lần đầu được quan sát ban đầu bởi các nhà nghiên cứu tế bào người năm 2013, họ sử dụng một kháng thể thiết kế để chỉ ra sự có mặt của G4 trong tế bào.

Trong nghiên cứu mới, Zeraati và các nhà nghiên cứu đã sử dụng cùng loại kỹ thuật, phát triển một mảnh kháng thể (gọi là iMab) có thể tiếp nhận một cách đặc hiệu và bám vào i – motif.

Khi đó, kháng thể chỉ ra vị trí của chúng trong tế bào nhờ miễn dịch huỳnh quang.

Thứ gây cho chúng tôi phấn khích nhất là chúng tôi có thể nhìn thấy các chấm màu xanh – là i – motifs – xuất hiện và biến mất theo thời gian, vì thế chúng tôi biết rằng chúng đang hình thành, tan rã, và lại hình thành lại”, Zeraati nói. Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

Trong khi vẫn có rất nhiều thứ phải tìm hiểu về chức năng của i – motif, những phát hiện này chỉ ra rằng i – motif tức thời thường hình thành ở cuối pha G1 – khi mà DNA đang được “đọc”.

I – motif cũng có xu hướng xuất hiện ở vùng promotor – những vùng DNA kiểm soát khi nào gen được bật tắt – và telomere, các chỉ thị di truyền có liên quan đến tuổi tác. Dạng cấu trúc DNA hoàn toàn mới trong tế bào sống

Đến nay, phát hiện về sự tồn tại của cấu trúc DNA i-motif trong tế bào người mới chỉ là dấu mốc ban đầu để chúng ta tìm hiểu về nó. Các nhà khoa học chưa hiểu gì về hoạt động của i-motif, chỉ biết rằng nó thường hình thành muộn trong vòng đời của tế bào

Các cấu trúc i-motif cũng có khuynh hướng xuất hiện trong những vùng được gọi là ‘promoter‘ – các vùng DNA kiểm soát sự biểu hiện hay còn gọi là “bật” hoặc “tắt” gen. Ngoài ra, nó cũng có mặt trong telomere, vùng DNA liên quan đến quá trình lão hóa.

“Chúng tôi nghĩ sự xuất hiện và biến mất của các cấu trúc i-motif là một đầu mối cho chức năng của chúng“, Zeraati nói. Có thể i-motif ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen, quá trình phiên mã và dịch mã.

Bây giờ, các nhà khoa học đã xác nhận dạng DNA mới này tồn tại trong các tế bào. Nhiệm vụ tiếp theo của họ là chỉ ra những gì mà i-motif đang làm bên trong cơ thể con người. Theo dự đoán của Zeraati, các cấu trúc này có ý nghĩa rất quan trọng với các protein trong tế bào.

“Vì vậy, sự hình thành các cấu trúc này có thể cực kỳ quan trọng để đảm bảo hoạt động bình thường của tế bào. Và, bất kỳ lỗi nào trong các cấu trúc này có thể để lại một hậu quả bệnh lý“, ông nói.

Phát hiện được công bố trên Nature Chemistry