Sinh học phân tử: Các nhà nghiên cứu đã có những hiểu biết sâu hơn về các yếu tố quyết định sự biểu hiện gen bằng cách giải mã cấu trúc gen 3D của ruồi giấm Drosophila.

Trong khi tất cả các tế bào của một sinh vật xác định có bộ gen giống nhau, thì các kiểu biểu hiện gen khác nhau hình thành protein lại quyết định đặc điểm chính của các kiểu hình tế bào, ví dụ như chức năng hoạt động hay tập tính của tế bào. Vì vậy trình tự toàn bộ bộ gen không đủ để giải thích về tính đồng nhất tế bào, và ngày càng có nhiều bằng chứng chỉ ra rằng cấu trúc 3D của bộ gen có ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen.

Hầu hết bằng chứng từ những quan sát bằng kính hiển vi đều chỉ ra rằng những gen được hoạt hóa có vị trí xác định trong nhân tế bào. Nhà nghiên cứu Giacomo Cavalli đến từ IGH² ở Montpellier, thành viên trong nhóm nghiên cứu hợp tác với Viện Khoa học Weizmann ở Israel cho biết: “Nghiên cứu mới¹ của chúng tôi đưa ra bản đồ 3D có độ phân giải cao về cấu trúc không gian của bộ gen, giải thích chi tiết làm thế nào gen được định vị không gian có liên quan tới tình trạng hoạt hóa của chúng”.

Mô tả bản đồ gen 3D của 15 triệu cặp vùng cơ sở của nhiễm sắc thể 2R. Các vòng tròn chỉ vùng có các liên lạc mạnh mẽ với tế bào dù rất xa nhiễm sắc thể tuyến tính.

Bản đồ 3D cho thấy rằng bộ gen của ruồi giấm Drosophila được sắp xếp thành những vùng cấu trúc tập hợp vài kiểu gen, mà có thể được tách ra bởi hàng triệu các nucleotit trong trình tự tuyến tính của bộ gen. Thú vị hơn là tất cả gen trong cùng một vùng đều nằm trong một trạng thái kích hoạt, cả biểu hiện hay không biểu hiện và cấu trúc 3D của chúng cho phép thiết lập nhiều mối liên lạc giữa chúng. Điều đó cho thấy rằng cấu trúc trong vùng hạt nhân là yếu tố quyết định đến sự quy định biểu hiện gen.

Để có được kết quả này, Cavalli và các cộng sự đã sử dụng một phương pháp được phát triển vào năm 2009 bởi các nhà nghiên cứu Mỹ. Phương pháp này bao gồm ba bước chính: đầu tiên là sửa chữa nội bộ và tương tác giữa các nhiễm sắc thể với focmanđêhit; tiếp theo là gắn kết các điểm cuối của hai vùng liên lạc bằng enzym DNA ligase có nguồn gốc từ vi khuẩn và cuối cùng là xác định trình tự của hai vùng liên lạc này. Những cải tiến mà nhóm nghiên cứu của Cavalli tìm ra đã cho phép liên lạc được phản ánh ở một quy mô tốt hơn, giảm mức độ gen đơn nhất. Dựa trên hàng triệu địa chỉ liên lạc, các nhà khoa học đã vẽ thành công bản đồ 3D có độ phân giải cao của các tương tác gen.

 Chúng ta có thể theo dõi những thay đổi trong cấu trúc của nhiễm sắc thể, đặc biệt là những thay đổi liên quan đến sự phát triển của bệnh ung thư dựa vào bản đồ 3D. “Lập bản đồ những khác thường trong nhiễm sắc thể có thể giúp dự đoán sự phát triển của bệnh tật như bệnh bạch cầu”, Cavalli kết luận.

01. t .Sexton, et al., “three-dimensional folding and functional organization principles of the Drosophila genome,” Cell,  2012. 148: 1-15.
02. Institut de génétique humaine (CNRS).

Theo VAST.