Nhận dạng gene ung thư ở chuột bằng yếu tố di động transposon pps

Nhận dạng gene
ung thư ở chuột
b
ằng yếu tố di động
transposon




Các yếu tố có khả
năng di động
(transposon) là
những mẩu DNA rời
rạc mà chúng có thể nhảy loanh


quanh trong genome c
ủa sinh vật
sống. Những yếu tố này được
khám phá đầu tiên ở trên cây
bắp và giải Nobel đã được trao
cho nữ khoa học gia Barbara
McClintock – người đã khám
phá ra chúng, sau đó thì ngư
ời ta
cũng dần dần tìm thấy họ hàng
của chúng ở tất cả sinh vật
nghiên cứu khác. Ứng với mỗi

một transposon, một protein gọi
là transposase điều khiển sự đổi
chổ. Một cặp đôi transposon và
transposase như thế vừa được
tìm th
ấy trong bộ gene của cá hồi
và được đặt tên là Người đẹp ngủ
say (Sleeping Beauty – SB). Theo
khám phá thì người ta nhận thấy
trình tự DNA của SB đã bị đột
biến tại một điểm khiến cho nó
không còn kh
ả năng “nhảy nhót”
nữa mà chúng lại ngoan ngõan
nằm im như một mẩu DNA thừa
thải không họat động. Tr
ên trang
221 và 272 tờ Nature 436, (14
July 2005), hai nhóm tác giả
Dupuy et al. và Collier et al. đã
công bố hai công trình trên đối
tượng SB n
ày. Theo đó, hai nhóm
ngòai việc phục hồi chức năng di
động của SB còn cải thiện kỹ
thuật sao cho có thể sử dụng
chúng để nhận diện gene liên
quan đến ung thư.

Nhiều yếu tố, bao gồm hóa chất,

phóng xạ và virus đã và đang được
sử dụng rộng rãi để gây đột biến
gene một cách ngẫu nhiên, nhằm
m
ục đích nhận diện chức năng gene
và những bệnh liên quan đến
chúng. Tuy thế phương pháp này
cho thấy rất khó để tìm vị trí đột
biến ngẫu nhiên đã được hình
thành, nó đòi hỏi nhà nghiên cứu
phải đọc trình tự một lượng khổng
lồ các trình tự ứng viên để chỉ cho
ra chính xác mỗi một sự thay đổi
nhỏ nhất. Việc tìm kiếm một
phương thức gây đột biến sao cho
khắc phục những nhược điểm do
các yếu tố trên gây ra là một thách
thức của các nhà di truyền học.
Nằm trong hướng đó, yếu tố di
động được coi là một công cụ đầy
tìm năng. Chúng được sử dụng
trong việc tạo đột biến do nó có ưu
điểm: (1) trình tự của các yếu tố di
động đã được biết trước và (2) khi
gây đột biến cho gene, chúng trở
thành một dấu hiệu đặc hữu (đuôi)
để nhận diện vị trí của gene bị đột
biến này. Việc đánh dấu gene bằng
cách chèn một đọan DNA lạ thực
sự không phải là ý tưởng mới. Các

nhà di truyền học đã s
ử dụng yếu tố
di động trên nhiều đối tượng khác
nhau nhưng lại ít dùng trên chuột v
ì
yếu tố di động đã biết trên chuột
thường có tần xuất di chuyển rất
thấp trong genome khiến cho các
đột biến tạo ra đôi khi rất ít, không
như mong muốn.

Hai nhóm nghiên cứu nói trên đã
vượt qua vấn đề này bằng 2 cách.
Nhóm của Collier đã thiết kế một
y
ếu tố di động SB (TC/Onc) có khả
năng thúc đẩy hoặc làm gián đọan
gene. Nhóm, sau đó, đã sử dụng
cặp đôi TC/Onc trong một dòng
chuột có khả năng tạo ra
transposase SB trong tất cả tế bào
và mang đột biến khiến chúng rất
mẫn cảm với các tác nhân gây đột
biến.

Còn nhóm của Dupuy thì t
ạo ra yếu
tố di động nhỏ hơn (T2/Onc2), và
tạo ra dòng chuột mà tòan bộ tế b
ào

chứa số lượng transpoase tăng cao.
Điểm thuận lợi chính của hệ thống
SB mà hai nhóm tác giả trên sử
dụng so với các hệ thống cũng sử
dụng SB trước đây và kể cả hệ
thống dùng virus đó là: Do yếu tố
di động có nguồn gốc từ cá, nên nó
khác biệt rất lớn so với các yếu tố
di động hiện hữu và vì thế nó giúp
việc dò tìm vị trí hay các vị trí trên
genome mà SB gắn vào.



a, Chuột mà tòan bộ tế bào chứa
nhiều copy của yếu tố di động SB
(Sleeping Beauty transposon) l
ấy từ
cá được giao phối với dòng chuột
chứa tế bào mang transposase SB
ở
mức cao. Tế bào ở thế hệ con non
chứa cả transposon và transposase
(pacman), cho phép yếu tố di động
“nhảy lò cò” quanh genome. b,
Transposase gắn và g
ỡ bỏ yếu tố di
động ra khỏi vị trí ban đầu của nó
trong genome. Các yếu tố di động
bị gỡ bỏ có thể tái tích hợp v

ào đâu
dó trong genome, thỉnh thỏang gần
hoặc bên trong gene liên quan đế
ung thư. Xem hai cách chúng xác
định gene trong bài.

Các tác giả sử dụng các hệ thống
của họ nhằm dò tìm các gene gây
ung thư vì gene đư
ợc nhận diện gây
ung thư ở chuột và người có những
điểm tương đồng. Để hiểu làm thế
nào SB có thể dò tìm ra gene ung
thư, trước tiên ta cần hình dung
rằng genome là một cuốn sách
hướng dẫn làm thế nào tế bào có
thể thực hiện chức năng. SB cũng
giống như một đọan câu hay một
chuỗi những lời huấn thị mà chúng
có thể “nhảy lò cò” khiến cho bất
kỳ đọan hướng dẫn nào c
ũng có thể
bị thay đổi. Thỉnh thỏang, việc
chèn yếu tố di động có thể không
gây ảnh hưởng gì, nhưng nếu SB
làm thay đổi những quá trình sinh
học chủ đạo, ví dụ như quá trình
tăng sinh hay chết của tế bào, khi
đó tế bào sẽ có thể tăng trưởng và
phân chia bất bình thường và có th

ể
phát sinh ung thư.

Trong nghiên cứu của m
ình, các tác
giả thiết kế yếu tố di động SB sao
chochúng có thể gây gián đọan
chức năng của gene theo hai cách.
(1) Nếu các yếu tố di đống chèn
vào một gene nào đó nó s
ẽ cắt ngắn
protein mã hóa bởi gene này và
thường thì protein mã hóa được sẽ
không còn chức năng. Do vậy, kết
quả này có thể giúp chỉ định những
gene nào tham gia bảo vệ tế bào
khỏi ung thứ (tức l
à khám phá gene
trấn áp khối u). (2) Nếu các yếu tố
di động chèn vào một điểm gần
gene, nó s
ẽ tạo ra hiệu ứng tăng sản
phẩm gene, cho phép gene thúc đ
ẩy
ung thư (oncogene) được nhận
diện.

Bằng cách tách các điểm SB chèn
trong khối u, hai nhóm nghiên cứu
đã đánh dấu các gene đóng vai trò

quan trọng trong quá trình phát
triển ung thư và còn có vẻ li
ên quan
đến một số bệnh trước đây không
liên quan đến chúng. Dupuy và
cộng sự cũng đã chứng minh một
hệ thống tương tác các gene gây
nên bệnh ung thư. Ng
òai ra, Collier
và c
ộng sự bằng cách sử dụng động
vật mang đột biến dễ dẫn đến ung
thư đã cho thấy là hệ thống SB có
thể đánh dấu gene ở khối u rắn gọi
là sarcoma – bướu thịt. Khối u m
ày
có thể liên quan đến nhiều lọai mô,
bao gồm tế bào thần kinh và tế bào
mô liên kết.

Ung thư ít khi là kết quả của đột
biến một gene đơn lẻ, mà phải là
kết quả từ sự tương tác rất nhiều
gene. Trước đây người ta đã chỉ
định các con đường di truyền liên
quan đến sự hình thành bệnh ưng
thư máu bằng cách sử dụng
retrovirus để đánh dấu tr
ên mô hình
chuột ung thư máu, tuy nhiên hệ

thống giống như th
ế ở các dạng ung
buớư khác thì lại biết rất ít. Do đó
mà việc phát triển phương pháp
mới của hai nhóm tác giả trên có
thể là một cách thức hữu hiệu để d
ò
tìm tất cả các gene liên quan đến
những căn bệnh ung thư gây sức
tàn phá ghê gớm trên người như
ung thư vú, phổi, ruột và tuyến tiền
liệt.

Kỹ thuật mới này tỏ ra rất hữu hiệu
do cáctransposae có thể được kiến
tạo nhằm biểu hiện có chọn lọc
trong một dòng tế bào đặc biệt hay
ở một trạng thái phát triển nào đó,
do vậy việc chuyển vị có thể chỉ
diễn ra trên những dòng tế bào này
hoặc tại thời điểm mong muốn.
Nhiều gene đi liền với ung thư bị
gián đọan chỉ trong một dạng ung
thư nào đó và kỹ thuậtt SB có chọn
lọc sẽ cho phép dò tìm ra các gene
này. Hơn nữa, khả năng điều khiển
sự biểu hiện các transposae c
òn cho
phép hệ thống này được bật lên để
tạo đột biến và sau đó tắt đi để giữ

nguyên kết quả. Nó còn một điểm
thuận lợi nữa là cho phép tống xuất
các transposon và do đó cho phép
đột biến có thể hồi phục.

Tuy nhiên, hiện nay khả năng giới
hạn sự biểu hiện gene ở từng dòng
tế bào mầm đặc hiệu theo mô vẫn
còn là một hạn chế. Tế bào mầm
đặc hiệu theo mô là những dòng tế
bào mầm còn “trinh nguyên” mà
sau này chúng có th
ể cho ra các mô
đặc hiệu nào đó, và quá trình gây
đột biến rất dễ xảy ra trong dòng tế
bào mầm đặc hiệu mô này. Do vậy
nếu hệ thống SB có thể sử dụng để
nghiên cứu sự biểu hiện các gene
vốn bị hạn chế trong các dòng tế
bào mầm sẽ hứa hẹn nhiều khám
phá thú vị.

Việc cải biến di truyền và gây đột
biến bằng hệ thống SB sẽ còn được
đánh giá trên các sinh vật khác
ngòai chuột. Người ta mong là nó
có thể dùng trên các dòng tế bào
người hoặc bất kỳ sinh vật nào
đóng vai trò như mô hình nghiên
cứu bệnh người. Hơn nữa, nếu các

yếu tố di động có thể đư
ợc cải thiện
để mang bất kỳ dạng DNA nào đến
bất kỳ vị trí nào trong genome thì
nó sẽ là công cụ đầy tiềm năng để
khám phá các gene liên quan đến
bệnh di truyền (tim, tiểu đường,
…). Thêm một bước nữa, nó có thể
trở thành một phương tiện liệu
pháp gene m
ới cho phép hiệu chỉnh
genome quy mô lớn. Trong điều
kiện mà genome của nhiều sinh vật
đang được giải trình ngày càng
nhiều thì việc ứng dụng hệ thống
SB để gây đột biến DNA không
phải là điều quá viễn vông.