Nghiên cứu trên thực vật mẫu cho thấy cách tập hợp protein tác động đến điều hòa gen và bất hoạt gen di truyền

Bất hoạt gen di truyền điều chỉnh các quá trình sinh học quan trọng, từ thời điểm ra hoa ở thực vật đến việc ngăn chặn sự phát triển tế bào không kiểm soát gây ra ung thư ở người. Quá trình tế bào cơ bản này liên quan đến việc các gen bị tắt, ví dụ, để đáp ứng với các tác động của hóa chất hoặc môi trường, khởi xướng những thay đổi đối với đặc tính của tế bào mà không làm thay đổi trình tự gen cơ bản. Nếu chúng ta có thể hiểu được các cơ chế phân tử chi tiết đằng sau sự bất hoạt gen di truyền, chúng ta có thể lai tạo các loại cây trồng phát triển hiệu quả hơn và phát triển các liệu pháp ngăn ngừa bệnh tật.

Nhóm nghiên cứu của giáo sư Caroline Dean FRS tại Trung tâm John Innes đã đạt được những bước tiến lớn trong lĩnh vực khoa học sinh học có ảnh hưởng này. Nghiên cứu trước đây của nhóm đã nhấn mạnh tầm quan trọng của một phức hợp protein PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2) trong việc bất hoạt gen ức chế ra hoa FLC. Ở các loài thực vật như Arabidopsis thaliana, sự bất hoạt gen di truyền của FLC qua mùa đông lạnh đóng vai trò như một cơ chế hãm việc ra hoa, cho phép cây chuyển sang ra hoa vào mùa xuân, một quá trình được gọi là xuân hóa.

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Molecular Cell, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thực vật mẫu Arabidopsis thaliana để tìm hiểu vai trò chức năng của sự trùng hợp hóa (polymerization) - một quá trình trong đó các protein tạo thành các cụm giống chuỗi năng động. Họ tập trung vào hai protein - VIN3 và VRN5-tương tác với phức hợp PRC2 và cho thấy các đặc tính trùng hợp hóa của các protein này rất quan trọng trong việc giúp tắt gen FLC.

Chi tiết quan trọng này bổ sung vào hiểu biết của chúng ta về cách thức xảy ra sự bất hoạt gen di truyền và nó phù hợp với bức tranh đang nổi lên về việc tập hợp protein như một chủ đề quan trọng của việc điều hòa gen ở thực vật và động vật.

Tiến sỹ Anna Schulten, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: “Chúng tôi chỉ ra rằng có sức mạnh trong việc tập hợp: khi các protein tập hợp lại với nhau, nó giúp chúng bám vào DNA được đóng gói—trong trường hợp này, vùng chứa gen cần được tắt”.

“Bằng cách chỉ ra cách các protein này hoạt động cùng nhau để bất hoạt một gen ra hoa quan trọng, nghiên cứu tiết lộ một lớp kiểm soát mới về cách thực vật phản ứng với những thay đổi theo mùa và cung cấp những hiểu biết cơ học về sự điều hòa gen”.

Mặc dù nghiên cứu này liên quan đến thực vật và có thể được sử dụng để điều chỉnh gen chính xác thời điểm ra hoa ở cây trồng, nó cũng có những ý nghĩa rộng hơn vì hoạt động bất hoạt của PRC2 cũng được tìm thấy ở động vật và con người.

Ở người, những bất thường trong PRC2 có thể dẫn đến nhiều bệnh khác nhau, bao gồm ung thư, rối loạn thoái hóa thần kinh và các dị tật bẩm sinh.

Nghiên cứu, hợp tác với Đại học York và MRC LMB ở Cambridge, củng cố rằng thực vật cung cấp một mô hình mạnh mẽ để hiểu các nguyên tắc của các quá trình di truyền có thể được áp dụng cho tất cả sự sống.

P.T.T - NASTIS, theo Phys.org