Khoảng 65 năm trước, James D. Watson và Francis HC Crick đã có một khám phá mang tính mặc khải. "Chúng tôi đã tìm ra bí mật của cuộc sống!" Crick buột miệng trong một quán rượu, Watson sau đó khẳng định, sau khi cặp đôi này lập bản đồ cấu trúc chuỗi xoắn kép nổi tiếng của DNA.
Giờ đây, các nhà khoa học đã tìm ra "bí mật của sự sống" - DNA - chứa một loại cấu trúc khác. Ngoài xoắn ốc đôi sợi, một đám rối bốn sợi, được gọi là i-motif, đã được chứng minh là tồn tại trong toàn bộ vật chất di truyền của chúng ta. Sự phát hiện của nó trong tế bào người cho thấy nó xuất hiện tự nhiên và có thể mang một vai trò sinh học có thể được nhắm mục tiêu để điều trị các bệnh như ung thư .
Daniel Christ, trưởng bộ phận điều trị kháng thể tại Viện Nghiên cứu Y khoa Garvan ở Úc và đồng tác giả của một nghiên cứu về DNA cho biết: “Mọi người đã chứng minh rằng bạn có thể hình thành các cấu trúc i-motif này trong ống nghiệm bằng các kỹ thuật phòng thí nghiệm. được công bố ngày 23 tháng 4 trên tạp chí Nature Chemistry. "Nhưng điều nổi bật là xác nhận rằng những cấu trúc này thực sự tồn tại trong tế bào sống của con người. Đó là những gì chúng tôi đã chứng minh và nó có nghĩa là các cấu trúc DNA hoàn toàn khác tồn tại trong tế bào của chúng tôi."
Theo dõi huỳnh quang
Trong nghiên cứu mới, Christ và các đồng nghiệp ở Viện Garvan, Mahdi Zeraati và Marcel Dinger, đã phát triển một đoạn kháng thể đặc biệt tìm kiếm và liên kết với mô-típ i. Kháng thể được trang bị một dấu hiệu sinh học phát sáng dưới ánh sáng huỳnh quang. Bằng cách này, nhóm nghiên cứu có thể lập bản đồ vị trí của các họa tiết i bằng cách xác định các điểm đánh dấu huỳnh quang trong nhân tế bào.
Christ nói, phương pháp này thực sự "di chuyển thanh" trong việc nâng cao hiểu biết của chúng ta về mô-típ i vì biết chúng xảy ra ở đâu có thể cho biết manh mối về những gì chúng có thể đang làm. DNA của con người thể hiện một điều kỳ diệu trong việc đóng gói khéo léo. Nếu DNA từ một tế bào được kéo dài ra, nó sẽ kéo dài khoảng 6 feet rưỡi (khoảng 2 mét). Sự cần thiết của việc nhồi nhét 3 tỷ cặp bazơ trong một không gian có chiều ngang chỉ 6 micron (0,0002 inch) có nghĩa là vật liệu di truyền được sắp xếp và gấp lại theo các mô hình phức tạp.
Trong cấu trúc phức tạp này, cấu trúc xoắn kép chiếm ưu thế, nhưng, Christ cho biết nhóm của ông nhận thấy rằng cấu trúc i-motif là "khá phổ biến". Mặc dù họ chưa thể ước tính số lượng thực tế của các mô-típ i trong DNA, nhưng chúng có thể được tính vào khoảng 10.000 trong mỗi bộ gen, Dinger cho biết trong một email. Chúng cũng "động", có nghĩa là chúng có thể gấp và mở ra, tùy thuộc vào điều kiện.
Các cấu trúc chủ yếu được tạo thành từ các cytosine, một trong bốn cơ sở chính được tìm thấy trong DNA (và RNA), cùng với adenine, guanine và thymine. Bình thường các cytosine liên kết với guanines trong cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA, nhưng trong mô-típ i, các cytosine liên kết với nhau để tạo thành chồi từ chuỗi xoắn kép.
Các cấu trúc kỳ quặc cũng xuất hiện để tạo điều kiện thuận lợi cho axit. Đây là những loại điều kiện mà i-motif trước đây đã được phát hiện trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm vào những năm 1990 và nghiên cứu mới nhất cho thấy tỷ lệ phổ biến của cấu trúc này tăng lên trong tế bào người khi môi trường được tạo ra có tính axit hơn.
Vậy tại sao các cấu trúc tồn tại? Các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn, nhưng một số yếu tố cho thấy chúng có thể đóng một vai trò trong việc điều chỉnh sản xuất gen. Theo Randy Wadkins, giáo sư hóa học và sinh hóa tại Đại học Mississippi, người không tham gia vào nghiên cứu, một lý do là các mô-típ i chủ yếu xảy ra "ngược dòng" từ nơi các gen được tạo ra trong cấu trúc DNA.
Wadkins giải thích: “Chúng ta có khoảng 30.000 gen trong bộ gen người nhưng chúng không được tạo ra mọi lúc - đó không phải là một quá trình liên tục. "Đây có thể là những cơ chế hoạt động giống như một mặt số khi bắt đầu hình thành gen xác định xem bạn tạo ra một ít hay nhiều gen đó. Các mô-típ i thường nằm ở những nơi mà những mặt số như thế này."
Kết nối ung thư có thể xảy ra
Phòng thí nghiệm của Wadkins đã nghiên cứu vai trò có thể có của mô-típ i đối với bệnh ung thư. Vấn đề với các tế bào ung thư là chúng sinh sản nhanh chóng và sự phát triển của chúng không được kiểm soát. Nếu cấu trúc i-motif đóng vai trò điều chỉnh các gen báo hiệu sự phát triển của khối u, thì nó có thể là mục tiêu cho các liệu pháp trong tương lai để ngăn chặn sự lây lan của ung thư.
Wadkins nói: “Nếu bạn có thể tìm thấy một phân tử nhỏ tương tác với i-motif, thì bạn có thể điều chỉnh sự hình thành của các tế bào khối u,” Wadkins nói và nói thêm rằng hiện tại đây chỉ là suy đoán.
Bước tiếp theo ngay lập tức sẽ là xác nhận những phát hiện của nhóm nghiên cứu Australia và sau đó đi sâu vào các chi tiết và chức năng cụ thể của các cấu trúc DNA mới này. Như Dinger nói, các nhà khoa học chỉ mới bắt đầu tìm hiểu tất cả các dạng và chức năng của DNA con người.
Dinger nói: “Chúng tôi chỉ có thể giải thích được khoảng 2% bộ gen của con người. "Chức năng của hầu hết chúng vẫn còn là một bí ẩn - việc phát hiện ra i-motif bổ sung thêm một thấu kính mới mà qua đó chúng ta có thể xem xét bộ gen và hiểu cách hoạt động của nó."
Bây giờ điều đó thật thú vị
James Watson, Frances Crick và Maurice Wilkins đã nhận được giải Nobel năm 1962 cho công trình phát hiện ra mô hình chuỗi xoắn kép của DNA. Các tài liệu sau đó kể chi tiết cách Wilkins đã cho Watson xem một bức chân dung tinh thể học quan trọng của DNA được chụp bởi một nhà nghiên cứu DNA khác (một phụ nữ), Rosalind Franklin, ngay trước khi Watson và Crick hoàn thiện lý thuyết của họ về cấu trúc DNA. Năm 1956, Rosalind Franklin mắc bệnh ung thư và qua đời chưa đầy hai năm sau đó. Một cuộc tranh luận về việc liệu Franklin có nhận được tín dụng xứng đáng cho đóng góp của cô ấy cho khám phá tiếp tục hay không.
