Epigenetic memory - Di truyền học biểu sinh

   Di truyền học biểu sinh, còn có tên gọi là Ngoại di truyền học là một ngành sinh học, trong đó đề cập đến các câu hỏi về các yếu tố xác định hoạt động của một gen và do đó nhất thời sự phát triển của các tế bào. Nó xem xét sự thay đổi trong chức năng gen, mà không phải là do đột biến (không có sự thay đổi nào trong chuỗi DNA của bộ gene) mà vẫn truyền cho các tế bào con. Nó dựa trên những thay đổi trong nhiễm sắc thể, ảnh hưởng đến hoạt động của các đoạn hoặc toàn bộ nhiễm sắc thể, được gọi là sự thay đổi biểu sinh. Trình tự DNA tuy nhiên không thay đổi. Những thay đổi này có thể là trong quá trình metyla hóa DNA, trong sự thay đổi của histon hoặc sự thoái hóa nhanh chóng của nhiễm sắc thể cuối. Những thay đổi này có thể được quan sát thấy trong kiểu hình, nhưng không có trong kiểu gen (trình tự DNA).

   Dự án di truyền học biểu sinh lớn nhất thế giới với tên gọi TwinsUK do các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu gen Hoa Đại (Trung Quốc) và Học viện Hoàng gia Anh cùng phối hợp thực hiện, với tổng kinh phí lên tới 20 triệu bảng Anh, đã được khởi động ngày 6/9/2010.

Epigenetic là gì? 

- Một cặp sinh đôi đồng trứng, có cùng bộ gen nhưng trong quá trình trưởng thành, già đi sẽ phát triển những đặc điểm khác biệt.

- Toàn bộ các tế bào trong cơ thể đều có chung bộ gen nhưng lại có khả năng hoạt động khác nhau - ví dụ, tế bào da thì không như tế bào não.

- Tế bào gốc có khả năng biệt hóa thành các loại tế bào mang chức năng khác nhau.

- Queo, epigenetic, hiểu một cách đơn giản là cách cơ thể chọn lựa để biểu hiện tính những tính trạng gen nhất định và tắt những biểu hiện không cần thiết/ không sử dụng đến.

- Con người bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện sống, sinh hoạt, làm việc và chế độ ăn uống. Gen di truyền hông quyết định tất cả.

   Cơ thể chúng ta có hơn 250 loại tế bào khác nhau, tất cả chúng đều có bộ DNA giống hệt nhau. Tuy nhiên, các tế bào gan hoặc tế bào thần kinh lại rất khác biệt và có những khả năng (skills) khác nhau. Quá trình tạo ra sự khác biệt này được gọi là ngoại di truyền (epigenetics). Các biến đổi ngoại di truyền phân bố ở các vùng chuyên biệt trên DNA để “thu hút” hoặc “né tránh” các protein kích hoạt gene. Vì vậy, những biến đổi này dần dần tạo ra những khuôn mẫu điển hình cho vùng DNA hoạt động và vùng DNA bất hoạt ở mỗi loại tế bào. Ngoài ra, trái ngược với trình tự “chữ cái” cố định của DNA, những ghi dấu ngoại di truyền (epigenetic marks) có thể thay đổi trong suốt cuộc đời để đáp ứng với môi trường hoặc lối sống của chúng ta. Ví dụ, hút thuốc lá thay đổi dấu ấn ngoại di truyền (epigenetic makeup) của tế bào phổi, thậm chí dẫn đến ung thư. Các kích thích bên ngoài như căng thẳng, bệnh tật hoặc chế độ ăn uống cũng được cho là lưu trữ trong ghi nhớ ngoại di truyền của tế bào. 

 Từ lâu các nhà khoa học cho rằng những biến đổi ngoại di truyền không bao giờ truyền qua thế hệ sau. Các nhà khoa học đã giả định rằng sự ghi nhớ ngoại di truyền được tích lũy trong suốt cuộc đời sẽ hoàn toàn bị xóa trong quá trình phát triển tinh trùng và tế bào trứng. Gần đây, một nhóm nghiên cứu đã khuấy động cộng đồng khoa học bằng cách chỉ ra rằng các ghi dấu ngoại di truyền thực sự có thể được truyền qua nhiều thế hệ, nhưng chính xác bằng cách nào và điều gì tác động đến những biến đổi di truyền này ở thế hệ con cái thì vẫn chưa được hiểu rõ. "Chúng tôi đã quan sát thấy những dấu hiệu thừa hưởng thông tin ngoại di truyền liên thế hệ từ khi khái niệm ngoại di truyền xuất hiện vào những năm đầu thập niên 90. Ví dụ, các nghiên cứu dịch tễ học cho thấy mối liên quan sâu sắc giữa chế độ dinh dưỡng của ông nội và sự gia tăng nguy cơ mắc bệnh tiểu đường và bệnh tim mạch ở thế hệ cháu của họ. Kể từ đó, nhiều báo cáo khoa học đã đặt ra giả thuyết về sự thừa hưởng ngoại di truyền khác nhau ở các sinh vật khác nhau nhưng cơ chế phân tử vẫn chưa được hiểu rõ” Nicola Iovino, đồng tác giả trong nghiên cứu này cho biết.

  Bộ nhớ ngoại di truyền của một tế bào xác định tập hợp các sửa đổi đối với axit deoxyribonucleic (DNA) của tế bào nhưng không làm thay đổi trình tự DNA được thừa hưởng từ tế bào mà nó sinh ra. Những sửa đổi như vậy có thể làm thay đổi biểu hiện gen và do đó làm thay đổi các đặc tính và hành vi của tế bào.

   Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Y Icahn, Mount Sinai, Ai Cập mới đây đã phát hiện ra một biến đổi gen biểu sinh (biến đổi ngoại di truyền - epigenetics) ở một loại tế bào được tìm thấy chủ yếu trong não bộ tham gia vào việc kiểm soát mức độ nhạy cảm của người trưởng thành với căng thẳng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, căng thẳng (stress) xảy ra ở giai đoạn sớm (trẻ nhỏ) có thể làm tăng mức độ nhạy cảm hoặc làm tăng mức độ tổn thương tâm lý khi ở độ tuổi trưởng thành.

   Chúng ta không chỉ là kết quả của sự kết hợp genome từ bố và mẹ. Các cơ chế ngoại di truyền (epigenetic mechanisms) được điều chỉnh và biến đổi bởi các tín hiệu môi trường như chế độ ăn uống, bệnh tật hoặc lối sống đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa “đóng– mở” gene. Từ lâu, các nhà khoa học đã tranh luận, liệu các biến đổi ngoại di truyền tích lũy trong suốt cuộc đời có thể di truyền cho thế hệ con hoặc thậm chí cháu. Gần đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Miễn dịch học và Ngoại di truyền Max Planck ở Freiburg, Đức đưa ra bằng chứng hùng hồn rằng không chỉ DNA được di truyền mà các chỉ dẫn ngoại di truyền (epigenetic instructions) cũng góp phần điều hòa sự biểu hiện gene ở thế hệ con cái. Hơn nữa, các nhà khoa học từ phòng thí nghiệm Nicola Iovino lần đầu tiên mô tả các kết quả về mặt sinh học của thông tin ngoại di truyền. Nghiên cứu này chứng minh rằng sự ghi nhớ ngoại di truyền (epigenetic memory) từ người mẹ rất cần thiết cho sự phát triển và sống còn của thế hệ sau.

 Nghiên cứu Mount Sinai trên tập trung vào các biến đổi gen biểu sinh (epigenetics) bên trong tế bào, hay nói cách khác, những thay đổi trong hoạt động của gen được không được quyết định trực tiếp bởi thông tin di truyền mã hóa trong các mạch ADN, mà được quyết định bởi các phân tử từ môi trường. Các phân tử này quyết định khi nào, nơi nào và ở mức độ nào, vật chất di truyền của cơ thể được kích hoạt.

Ý nghĩa của học thuyết di truyền với sức khoẻ con người

   Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học tại Viện Max Planck là một bước tiến quan trọng và thể hiện rõ bằng chứng sinh học của thông tin ngoại di truyền được di truyền cho thế hệ sau. Kết quả nghiên cứu không những cung cấp bằng chứng cho thấy yếu tố ngoại di truyền trên ruồi có thể truyền qua các thế hệ sau, mà còn khám phá ra rằng các dấu ấn ngoại di truyền được truyền từ mẹ là một cơ chế tinh chỉnh để kiểm soát sự hoạt hóa gene trong hàng loạt các quá trình phát triển phức tạp của phôi trong giai đoạn phôi sớm.

   Nhóm nghiên cứu tại Freiburg tin rằng những phát hiện của họ có ý nghĩa sâu rộng. “Nghiên cứu của chúng tôi chỉ ra rằng chúng ta không chỉ thừa hưởng gene từ bố mẹ mà dường như còn thừa hưởng những cơ chế điều hòa gene quan trọng và đã được điều chỉnh chuyên biệt do ảnh hưởng của môi trường và lối sống cá nhân. Những hiểu biết này có thể cung cấp góc nhìn mới rằng ít nhất trong một số trường hợp, sự thích nghi môi trường có thể được truyền tới thế hệ sau" Nicola Iovino giải thích. Hơn nữa, sự hư hỏng của cơ chế ngoại di truyền có thể gây ra các bệnh như ung thư, tiểu đường và những rối loạn tự miễn. Những phát hiện mới này có thể hữu ích cho các nghiên cứu trong lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ con người.