Khám phá mới cho thấy tế bào người có thể “viết “chuỗi RNA thành DNA

Tế bào chứa bộ máy sao chép DNA thành một hệ mới đi vào một tế bào mới hình thành. Cùng một loại máy đó, được gọi là polymerase, cũng xây dựng các thông điệp RNA, giống như các ghi chú được sao chép từ kho lưu trữ DNA trung tâm của các công thức, để có thể nghiên cứu chúng thành protein hiệu quả hơn.

Nhưng polymerase được cho là chỉ hoạt động theo một hướng DNA thành DNA hoặc RNA. Điều này ngăn không cho “viết lại” các thông điệp RNA vào cuốn sách công thức tổng thể của hệ gen tập hợp toàn bộ DNA.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu của trường Đại học Thomas Jefferson đã cung cấp bằng chứng đầu tiên cho thấy có thể “viết lại” các đoạn RNA thành DNA, điều này có khả năng thách thức giáo lý trung tâm sinh học và có thể có tác động rộng rãi đến nhiều lĩnh vực sinh học.

Richard Pomerantz, phó giáo sư tiến sĩ hóa sinh và sinh học phân tử tại trường Đại họcThomas Jefferson cho biết: “Công trình này mở ra cánh cửa cho nhiều nghiên cứu khác sẽ giúp chúng ta hiểu được tầm quan trọng của việc có một cơ chế chuyển đổi các thông điệp RNA thành DNA trong tế bào của chúng ta. Thực tế là một polymerase của con người có thể làm điều này với hiệu quả cao và đặt ra nhiều câu hỏi". Ví dụ, phát hiện này cho thấy rằng, có thể sử dụng các thông điệp RNA làm khuôn mẫu để sửa chữa hoặc “viết lại” hệ gen tập hợp toàn bộ DNA.

Công trình nghiên cứu được công bố ngày 11 tháng 6 trên tạp chí Science Advances. Cùng với tác giả đầu tiên Gurushankar Chandramouly và các cộng tác viên khác, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Pomerantz bắt đầu bằng cách điều tra một polymerase bất thường, được gọi là polymerase theta. Trong số 14 DNA polymerase trong tế bào động vật có vú, chỉ có ba loại thực hiện phần lớn công việc sao chép toàn bộ hệ gen để chuẩn bị cho quá trình phân chia tế bào.

11 DNA polymerase còn lại chủ yếu tham gia vào việc phát hiện và sửa chữa khi có đứt gãy hoặc lỗi trong các sợi DNA. Polymerase theta sửa chữa DNA, nhưng rất dễ xảy ra lỗi và tạo ra nhiều lỗi hoặc đột biến. Do đó, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, một số phẩm chất "xấu" của polymerase theta là những phẩm chất mà nó chia sẻ với một máy tế bào khác, cho dù có một chất phổ biến hơn ở virus - enzyme phiên mã ngược.  

Giống như Pol theta, enzyme phiên mã ngược của HIV hoạt động như một DNA polymerase, nhưng cũng có thể liên kết RNA và thấy RNA trở lại thành một sợi DNA. Trong một loạt các thí nghiệm khoa học, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm polymerase theta chống lại enzym phiên mã ngược từ HIV, đây là một trong những nghiên cứu thành công nhất thuộc loại này.  

Họ đã chỉ ra rằng, polymerase theta có khả năng chuyển đổi các thông điệp RNA thành DNA, điều này cũng giống như enzyme phiên mã ngược của HIV và nó thực sự làm tốt hơn khi sao chép DNA thành DNA. Polymerase theta hiệu quả hơn và tạo ra ít lỗi hơn khi sử dụng khuôn mẫu RNA để “viết“ thông điệp DNA mới, so với khi nhân bản DNA thành DNA, cho thấy rằng chức năng này có thể là mục tiêu chính của nó trong tế bào.

Nhóm nghiên cứu đã hợp tác với phòng thử nghiệm của Tiến sĩ Xiaojiang S. Chen tại USC và sử dụng tinh thể học tia X để xác định cấu trúc và phát hiện ra rằng, phân tử này có thể thay đổi hình dạng để phù hợp với phân tử RNA cồng kềnh hơn - một kỳ tích duy nhất trong số các polymerase.

Tiến sĩ Pomerantz cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy chức năng chính của polymerase theta là hoạt động như một enzym phiên mã ngược".

Ở các tế bào khỏe mạnh, mục đích của phân tử này có thể hướng tới việc sửa chữa DNA qua trung gian RNA. Ở các tế bào không khỏe mạnh, chẳng hạn như tế bào ung thư, polymerase theta được biểu hiện mạnh mẽ và thúc đẩy sự phát triển của tế bào ung thư và kháng thuốc.

Sẽ rất thú vị khi hiểu thêm về cách Hoạt động của polymerase theta trên RNA góp phần sửa chữa DNA và tăng sinh tế bào ung thư".

Nghiên cứu này được NIH 1R01GM130889-01, 1R01GM137124-01, R01CA197506 và R01CA240392 tài trợ. Nghiên cứu này cũng được Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Tower tài trợ một phần.

Tài liệu tham khảo

Gurushankar Chandramouly, Jiemin Zhao, Shane McDevitt, Timur Rusanov, Trung Hoang, Nikita Borisonnik, Taylor Treddinick, Felicia Wednesday Lopezcolorado, Tatiana Kent, Labiba A. Siddique, Joseph Mallon, Jacklyn Huhn, Zainab Shoda, Ekaterina Kashkina, Alessandra Brambati, Jeremy M. Stark, Xiaojiang S. Chen, Richard T. Pomerantz. Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair. Science Advances, 2021; 7 (24): eabf1771 DOI: 10.1126/sciadv.abf1771

Trường Đại học Thomas Jefferson

Thanh Bình dịch

Nguồn: ScienceDaily