Hình minh họa các đoạn RNA gần nhân tế bào.

Trong quá trình duy trì hoạt động bình thường, các tế bào thường xuyên phân giải RNA thông tin (mRNA). Quá trình này giúp kiểm soát hoạt động của gen - hay lượng protein được tạo ra từ một gen nhất định - và đảm bảo rằng các thông điệp cũ hoặc không cần thiết không tích tụ. Các tế bào cũng phá hủy các mRNA bị lỗi chứa sai sót.

Một số đột biến gen được cho là sẽ làm ngừng hoàn toàn hoạt động của một gen, nhưng lại chỉ gây ra các triệu chứng nhẹ hoặc thậm chí không có triệu chứng nào. Các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra một lý do: Tế bào có thể tăng cường hoạt động của các gen khác thực hiện các chức năng tương tự để bù đắp cho sự mất chức năng của một gen quan trọng.

Một nghiên cứu mới được công bố ngày 12-2 trên Tạp chí Science bởi các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Jonathan Weissman, Giáo sư Sinh học tại MIT và thành viên của Viện Nghiên cứu Y sinh Whitehead, đã hé lộ những hiểu biết sâu sắc về cách các tế bào có thể phối hợp phản ứng bù trừ này.

Các tế bào liên tục đọc các chỉ dẫn được lưu trữ trong DNA. Những chỉ dẫn này được gọi là gen, cho chúng biết cách tạo ra nhiều loại protein thực hiện các quá trình phức tạp cần thiết để duy trì sự sống. Nhưng trước tiên, chúng cần tạo một bản sao tạm thời của các chỉ dẫn di truyền này, được gọi là RNA thông tin, hay mRNA.

Như một phần của quá trình bảo trì bình thường, các tế bào thường xuyên phân giải những thông điệp tạm thời này. Quá trình này giúp kiểm soát hoạt động của gen - hay lượng protein được tạo ra từ một gen nhất định - và đảm bảo rằng các thông điệp cũ hoặc không cần thiết không tích tụ. Các tế bào cũng phá hủy các mRNA bị lỗi chứa sai sót. Những thông điệp này, nếu được sử dụng, có thể tạo ra các protein bị hư hại, vón cục lại và gây cản trở các quá trình tế bào bình thường.

Năm 2019, các nghiên cứu bên ngoài cho thấy quá trình dọn dẹp này có thể đóng vai trò nhiều hơn là chỉ kiểm tra chất lượng. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi các mRNA bị lỗi bị phân giải, quá trình phân giải này có thể báo hiệu cho các tế bào kích hoạt phản ứng bù trừ. Những nghiên cứu này cũng cho thấy các tế bào quyết định gen dự phòng nào sẽ được kích hoạt dựa trên mức độ tương đồng giữa các gen này với mRNA đang bị phân hủy.

Nhưng sự phân hủy mRNA là một quá trình xảy ra trong tế bào chất, bên ngoài nhân tế bào nơi lưu trữ DNA, và do đó là các gen. Vì vậy, Mohamed El-Brolosy, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Weissman và là tác giả chính của nghiên cứu, cùng các đồng nghiệp đã tự hỏi làm thế nào hai quá trình này ở các ngăn khác nhau của tế bào có thể được kết nối. Hiểu sâu hơn về cơ chế này có thể cho phép phát triển các liệu pháp kích hoạt nó một cách có mục tiêu.

Các nhà nghiên cứu bắt đầu bằng cách điều tra một gen cụ thể mà các nhà khoa học biết rằng nó kích hoạt phản ứng bù trừ khi mRNA của nó bị phá hủy bằng cách làm cho một gen có liên quan chặt chẽ trở nên hoạt động mạnh hơn. Để tìm ra những phân tử nào trong tế bào hỗ trợ quá trình này, các nhà nghiên cứu đã lần lượt tắt các gen khác.

Đó là khi họ tìm thấy một protein có tên là ILF3. Khi gen mã hóa protein này bị tắt, các tế bào không còn có thể tăng cường hoạt động của gen dự phòng sau khi mRNA bị phân hủy.

Sau khi điều tra thêm, các nhà nghiên cứu đã xác định được các đoạn RNA nhỏ - còn sót lại khi các mRNA bị lỗi bị phá hủy - là cơ sở của phản ứng này. Các đoạn này chứa một trình tự đặc biệt hoạt động như một "địa chỉ". Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng địa chỉ này hướng dẫn ILF3 đến các gen dự phòng có liên quan có cùng trình tự với mRNA bị lỗi.

Trên thực tế, khi họ đưa ra các đột biến trong trình tự này, phản ứng bù trừ của tế bào giảm xuống, cho thấy rằng hệ thống dựa vào sự khớp trình tự chính xác để nhắm mục tiêu vào các gen dự phòng chính xác.

“Điều đó thật thú vị đối với chúng tôi,” Weissman, người cũng là nhà nghiên cứu tại Viện Y học Howard Hughes, cho biết. “Nó cho chúng ta thấy rằng đây không phải là phản ứng căng thẳng thông thường. Đó là một hệ thống được điều chỉnh.”

Những phát hiện của các nhà nghiên cứu chỉ ra những khả năng điều trị mới, trong đó việc tăng cường hoạt động của một gen liên quan có thể làm giảm các triệu chứng của một số bệnh di truyền. Nói rộng hơn, công trình của họ đã làm sáng tỏ một lớp điều hòa gen bí ẩn.