Cách các tế bào não người sửa chữa DNA chỉ ra những điểm mấu chốt gây nên sự lão hoá và bệnh thần kinh

Bài viết bởi Bác sĩ Phạm Anh Tuấn - Viện nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ gen Vinmec

Các tế bào thần kinh không có khả năng tái tạo DNA của chúng, vì vậy chúng liên tục phải sửa chữa những tổn thương trong bộ gen của mình. Giờ đây, một nghiên cứu mới của các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu Salk-Isarel phát hiện ra rằng những sửa chữa này không phải ngẫu nhiên, mà thay vào đó tập trung vào việc bảo vệ một số "điểm nóng" di truyền đóng vai trò quan trọng trong nhận dạng và thực hiện chức năng thần kinh.

Các phát hiện được công bố trên tạp chí Science ngày 2 tháng 4 năm 2021, cung cấp những hiểu biết mới về cấu trúc di truyền liên quan đến quá trình lão hóa và thoái hóa thần kinh, đồng thời chỉ ra sự phát triển của các liệu pháp mới tiềm năng cho các bệnh như Alzheimer, Parkinson và các chứng rối loạn làm sa sút trí tuệ liên quan đến tuổi tác khác.

“Nghiên cứu này lần đầu tiên chỉ ra rằng có những phần của bộ gen mà tế bào thần kinh ưu tiên khi sửa chữa,” Giáo sư Rusty Gage, Chủ tịch Viện nghiên cứu Salk còn cho biết rất vui mừng về tiềm năng của những phát hiện này trong việc thay đổi cách chúng ta nhìn nhận nhiều bệnh liên quan đến tuổi tác của hệ thần kinh và có khả năng khám phá việc sửa chữa DNA như một phương pháp điều trị.

Không giống như các tế bào khác, các tế bào thần kinh thường không tự thay thế theo thời gian, khiến chúng trở thành một trong những tế bào sống lâu nhất trong cơ thể con người. Để duy trì tuổi thọ, điều quan trọng hơn cả là chúng phải tự sửa chữa các tổn thương trong DNA của mình khi già đi, để duy trì chức năng của qua nhiều thập kỷ đời người. Khi con người già đi, khả năng sửa chữa di truyền của các tế bào thần kinh cũng bị suy giảm, điều này có thể giải thích tại sao mọi người bị các bệnh thoái hóa thần kinh liên quan đến tuổi tác như Alzheimer và Parkinson.

XEM THÊM: Những bệnh não nào có liên quan đến thoái hóa dây thần kinh?

Để tìm hiểu cách các tế bào thần kinh duy trì sức khỏe bộ gen, các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật mới gọi là Repair-seq. Nhóm nghiên cứu đã sản xuất các tế bào thần kinh từ các tế bào gốc và cho chúng ăn các nucleoside tổng hợp - các phân tử đóng vai trò là các khối xây dựng nên DNA. Những nucleoside nhân tạo này có thể được tìm thấy thông qua giải trình tự DNA và chụp ảnh, cho thấy nơi các tế bào thần kinh sử dụng chúng để sửa chữa DNA đã bị hư hỏng bởi các quá trình tế bào bình thường. Trong khi các nhà khoa học dự kiến ​​sẽ thấy một số ưu tiên, họ đã ngạc nhiên bởi sự tập trung của các tế bào thần kinh vào việc bảo vệ một số phần của bộ gen.

"Những gì các nhà nghiên cứu nhận thấy các vùng sửa chữa cực kỳ sắc nét và được xác định rõ ràng; các vùng đó khi nhìn kĩ thì cao hơn đáng kể so với mức nền". "Các protein nằm trên những “điểm nóng” này có liên quan đến bệnh thoái hóa thần kinh và các vị trí này cũng có liên quan đến lão hóa."

Các tác giả đã tìm thấy khoảng 65.000 điểm bao phủ khoảng 2% bộ gen của tế bào thần kinh. Sau đó, họ sử dụng các phương pháp tiếp cận proteomics để phát hiện loại protein nào được tìm thấy tại các điểm này, đã chỉ ra nhiều protein liên quan đến ghép nối (chúng tham gia vào quá trình cuối cùng để sản xuất các protein khác.) Nhiều vị trí trong số này dường như khá ổn định khi tế bào được xử lý bằng các tác nhân gây hại DNA và các điểm sửa chữa DNA ổn định nhất được phát hiện có liên quan chặt chẽ với các vị trí gắn gốc "methyl hóa" được dùng để dự đoán tuổi thần kinh.

Nghiên cứu trước đây đã tập trung vào việc xác định các đoạn DNA bị tổn thương di truyền, nhưng đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu tìm kiếm nơi bộ gen đang bị sửa chữa nặng nề.

Các nhà khoa học đã lật ngược mô hình từ tìm kiếm sự tổn thương sang tìm kiếm cơ chế sửa chữa, và đó là lý do tại sao họ có thể tìm ra những điểm mẫu chốt này. Đây thực sự là một sự kiện sinh học mới, thậm chí có thể thay đổi cách chúng ta hiểu các tế bào trong hệ thần kinh và khi càng hiểu rõ điều đó, chúng ta càng có thể tìm cách phát triển các liệu pháp cho các bệnh liên quan đến tuổi tác.

Các nhà nghiên cứu về bệnh thoái hóa thần kinh liên quan đến tuổi cho biết thêm: "Hiểu được những khu vực nào trong bộ gen dễ bị tổn thương là một chủ đề rất thú vị. Repair-seq sẽ là một công cụ hữu hiệu để nghiên cứu và khám phá tính toàn vẹn của bộ gen, đặc biệt là liên quan đến lão hóa và bệnh tật".

Journal Reference:

Dylan A. Reid, Patrick J. Reed, Johannes C. M. Schlachetzki, Ioana I. Nitulescu, Grace Chou, Enoch C. Tsui, Jeffrey R. Jones, Sahaana Chandran, Ake T. Lu, Claire A. McClain, Jean H. Ooi, Tzu-Wen Wang, Addison J. Lana, Sara B. Linker, Anthony S. Ricciardulli, Shong Lau, Simon T. Schafer, Steve Horvath, Jesse R. Dixon, Nasun Hah, Christopher K. Glass, Fred H. Gage. Incorporation of a nucleoside analog maps genome repair sites in postmitotic human neurons. Science, 2021; 372 (6537): 91 DOI: 10.1126/science.abb9032