Nam giới có 1 nhiễm sắc thể X, nữ giới thì có đến 2, nhưng giới khoa học vẫn chưa hiểu tại sao nhiễm sắc thể X ở người lại chứa phần lớn các gen chỉ hoạt động trên một số ít mô. Giờ đây, nhóm nghiên cứu về sự tiến hóa của nhiễm sắc thể X tại Đại học Bath đã khám phá ra tại sao nó lại chứa một nhóm gen bất bình thường vậy.
Gen quản lý
Ở người, cách xác định giới tính chuẩn xác nhất là dựa vào cặp nhiễm sắc thể giới tính. Nam giới có nhiễm cặp sắc thể giới tính XY, nữ có XX nhưng chỉ có 1 nhiễm sắc thể X trong số đó hoạt động, có nghĩa là ở cả nam và nữ thì chỉ có một nhiễm sắc thể X làm việc. Vào năm 2002, người ta khám phá ra sự bất thường của nhiễm sắc thể X khi nó chứa rất ít các gen quan trọng nhất cần thiết cho những chức năng cơ bản của tế bào – được gọi là gen “quản lý”.
Hiện nay, một nhóm hợp tác giữa các nhà nghiên cứu tại Đại học Bath và Đại học Uppsala, cùng một số thành viên thuộc FANTOM đã cũng nhau tìm ra nguyên nhân.
Họ đã phân tích các hoạt động (biểu hiện) của gen từ cơ sở dữ liệu lớn nhất thế giới và theo dõi hoạt động của chúng trên nhiễm sắc thể X so với các nhiễm sắc thể khác.
Trong một bài viết được đăng tải trên tạp chí PloS Biology, họ nói rằng mức độ biểu hiện tối đa của gen trên nhiễm sắc thể X thấp hơn một nửa so với trên các nhiễm sắc thể có 2 bản sao cùng hoạt động.
Cần cả hai
Giáo sư Laurence D. Hurst, người dẫn đầu công trình nghiên cứu đồng thời là Giám đốc Trung tâm Tiến hóa Milner thuộc khoa Sinh học và Sinh hóa tại Đại học Bath, giải thích: “Hơn một thập kỉ trước, kể từ khi các gen liên kết với nhiễm sắc thể X được cho thấy có xu hướng ít là tế bào gốc chuyên mô, lý do tại sao nhiễm sắc thể X lại quá bất thường như vậy luôn khiến tôi băn khoăn.”
“Cuối cùng, chúng tôi đã tìm ra câu trả lời rất đơn giản. Trong khi hầu hết các nhiễm sắc thể vận hành theo từng cặp, có nghĩa là chúng có 2 bản sao của mỗi gen trên mỗi tế bào, ngược lại, chỉ có duy nhất 1 bản sao hoạt động trên nhiễm sắc thể X. Điều đó có nghĩa là sẽ không bền vững cho các gen hoạt động với cường độ cao trên nhiễm sắc thể X. Gen quản lý thì lại có xu hướng hoạt động ở mức độ cao nên chúng không thể tồn tại được trên nhiễm sắc thể X.”
Xa lộ gen
Nhóm nghiên cứu cũng đã xác định các gen đi từ nhiễm sắc thể X sang các nhiễm sắc thể khác qua quá trình tiến hóa và những gen đi chiều ngược lại. Họ phát hiện ra rằng các gen di cư đến nhiễm sắc thể X có mức độ biểu hiện tối đa thấp hơn nhiều so với các gen đi theo chiều ngược lại.
Hurst giải thích: “Nó gần giống như di chuyển trên một con đường đông đúc, lưu thông trên đường cao tốc 2 làn xe nhanh hơn nhiều so với đường chỉ có 1 làn.”
“Kết quả tương tự khi chỉ có 1 nhiễm sắc thể đơn, giống như trên đường 1 làn xe, các biểu hiện gen nối đuôi rồng rắn trên nhiễm sắc thể X, đặc biệt vào các giai đoạn cao điểm. Do đó nhiễm sắc thể X không phải là vùng đất hứa cho những gen hoạt động với cường độ cao nhất.”
Nghiên cứu cũng cho thấy rằng, không giống như trên các nhiễm sắc thể khác, gen biểu hiện cao trên nhiễm sắc thể X ít có xu hướng tăng mức độ biểu hiện trong suốt quá trình tiến hóa.
Nhà nghiên cứu Lukasz Huminiecki thuộc Đại học Uppsala nói rằng: “Điều này tương đồng với đặc điểm giao thông của chúng ta, nếu có hàng dài xe chờ thì khó mà chạy nhanh được.”
Liệu pháp gen
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra đã có một cuộc di cư tiến hóa của các gen có biểu hiện cao từ Nhiễm sắc thể X, cho thấy những gen này không thể hoạt động trên nhiễm sắc thể X bởi vì chúng chỉ có 1 bản sao hoạt động. Ví dụ gen hoạt động ở mô của tuyến tụy, nơi tiết ra một lượng lớn hormon protein, là một dạng rất hiếm thấy trên nhiễm sắc thể X khi so sánh với các nhiễm sắc thể phi giới tính khác.
Huminiecki nói thêm rằng: “Với kết quả đáng chú ý từ dữ liệu biểu hiện gen của FANTOM, chúng tôi cho rằng trước đó chưa có một lời giải thích thỏa đáng nào về bí ẩn của nhiễm sắc thể X. Ví dụ, nếu bạn loại trừ các gen biểu hiện trên những mô mà chỉ được tìm thấy trên một giới tính hay có liên quan đến sản xuất tinh trùng ở nam giới, thì phần còn lại cũng có ít hoạt động của tế bào gốc chuyên mô.”
Nghiên cứu có ý nghĩa với các phương pháp điều trị mới như liệu pháp gen bởi vì nó khuyến cáo không nên chèn các gen thay thế vào nhiễm sắc thể X, nơi thường xảy ra ùn tắc từ đó làm giới hạn biểu hiện của gen.
FANTOM (the Functional Annotation Of Mammalian genome): là một Hiệp hội nghiên cứu quốc tế được thành lập năm 2000 với nhiệm vụ tổng hợp các chức năng trên toàn bộ chiều dài của DNA mà họ thu thập được trong suốt dự án Mouse Encyclopaedia tại RIKEN. Tính đến tháng 4/2009, 15 nước và 51 tổ chức đến từ Nhật Bản và các nước khác đã tham gia vào dự án FANTOM.
Bibliography
University of Bath. (2016, January 14). Scientists discover why X chromosome lacks “housekeeping genes”. Retrieved January 29, 2016 from http://www.bath.ac.uk/research/news/2016/01/12/x-chromosome/
<Thu Hà dịch>
