Khám phá ở ti thể mở ra nghiên cứu mới về bệnh ung thư

Các nhà nghiên cứu ở Trung tâm Ung thư Massey thuộc Đại học Virginia Commonwealth đã phát hiện ra cơ chế quan trọng trong ti thể có liên quan đến việc gây bệnh ung thư và nhiều bệnh do lão hóa khác như bệnh Parkinson, bệnh tim và tăng huyết áp.

Khám phá mới này đã tiên phong trong việc hình thành lên một lĩnh vực mới thuộc ngành “ngoại tố di truyền học” – epigenetics có nhiều tiềm năng trong việc phát triển các liệu pháp gen tương lai để điều trị ung thư và các bệnh liên quan đến lão hóa.

Tiến sĩ Shirley M. Taylor, nhà nghiên cứu ở Trung tâm Ung thư Massey VCU thuộc khoa Vi sinh vật học và Miễn dịch học VCU của trường Y VCU, từng là học viên cao học khi nghiên cứu của cô giúp hình thành ngành “ngoại tố di truyền học”. Ngành “ngoại tố di truyền học” liên quan đến quá trình điều hòa việc biểu hiện các gen trong nhân tế bào, cuối cùng để xác định đặc tính sinh học của tế bào đó. Một thập kỷ qua, Taylor và đồng sự đã tiến xa hơn đưa lĩnh vực ngoại tố di truyền học thành một lĩnh vực nghiên cứu mới bằng việc phát hiện ra nhiều enzyme trong ti thể mà trước kia được biết chỉ tồn tại trong nhân.

Ti thể - Ảnh minh họa Whoguides.

Ở động vật có vú, tất cả các tế bào đều có hai genome khác nhau, và chứa tất cả thông tin di truyền. Một bộ nằm trong nhân trong khi bộ kia nằm trong ti thể - nhà máy năng lượng của tế bào.

Được đăng trên tạp chí Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS), nghiên cứu của Taylor đã phát hiện thấy hai quá trình sửa chữa DNA trong genome ti thể: cytosine bị methyl hóa, được biết là trong nhân nó có chức năng làm “câm” sự biểu hiện của một gen cụ thể; và phân tử hydroxymethyl cytosine, loại bỏ điểm “câm” bị gây ra bởi sự methyl hóa cytosine.

Hoạt động chỉnh sửa này giống như công tắc bật/mở trong quá trình methyl hóa DNA. Nhóm nghiên cứu của Taylor chỉ ra rằng enzyme chịu trách nhiệm methyl hóa DNA cũng xuất hiện trong ti thể của tế bào động vật có vú. Sự hiện diện hoạt động sửa chữa DNA này đưa các nhà nghiên cứu đến một niềm tin rằng một hệ thống kiểm soát gen giống với những hoạt động xảy ra trong nhân cũng có mặt ở ti thể, thực hiện chức năng đảm bảo lượng protein hợp lý cần cho quá trình tạo năng lượng.

"Trong các bệnh như ung thư, sự kiểm soát ngoại tố di truyền này bị mất", Gs Taylor nói. “Các gen nên được mở thì bị đóng và ngược lại, dẫn đến sự sinh trưởng mất kiểm soát. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy những lỗi trong biểu hiện gen có thể được phát hiện trong ti thể, và có thể đóng góp vào sự mất đi chức năng của ti thể đặc trưng ở bệnh ung thư và là nguyên nhân của các bệnh liên quan đến lão hóa.”

Nhóm của Taylor đang nghiên cứu đưa vào ti thể nhiều hơn các enzyme chịu trách nhiệm gây ra điểm “câm”, và xác định các enzyme chịu trách nhiệm loại bỏ nó. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu quan sát những điểm “câm” nào ảnh hưởng đến khả năng tạo năng lượng của ti thể. Các nhà nghiên cứu cũng so sánh lượng methyl hóa DNA trong tế bào bị bệnh với tế bào khỏe mạnh để xác định biểu hiện gen ở ti thể giữ vai trò gì trong các bệnh đó.

"Nhiều căn bệnh của người cao tuổi dường như đều có những khuyết tật về chức năng của ti thể,” Gs Taylor nói. “Chúng tôi đang nghiên cứu để xác định xem sự kiểm soát “ngoại tố di truyền” có phải là yếu tố góp phần gây ra những khuyết tật này không. Nếu có, các loại thuốc được biết có ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen trong nhân có thể hữu ích để sửa chữa những sai hỏng bị gây bởi sự biểu hiện gen lỗi ở ti thể.”