Language
Country/Area
No result found
Tại sao mRNA không hiệu quả lại trở thành trọng tâm của tế bào: NMD theo dõi biểu hiện gen như thế nào?
Trong thế giới tế bào, biểu hiện gen là một quá trình quan trọng mà mọi bước đều phải được theo dõi cẩn thận. Sự phân rã mRNA vô nghĩa (NMD) đóng vai trò là cơ chế giám sát giúp giảm lỗi trong biểu hiện gen, đặc biệt là những mRNA có chứa codon dừng sớm. Bằng cách loại bỏ các mRNA bất thường này, NMD không chỉ bảo vệ hoạt động bình thường của tế bào mà còn có thể ảnh hưởng đến chức năng sinh học tổng thể.
NMD là một con đường giám sát có trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn, có chức năng chính là loại bỏ các bản sao mRNA có chứa codon dừng sớm.
NMD lần đầu tiên được mô tả trong tế bào người và nấm men vào năm 1979, chứng minh khả năng bảo tồn rộng rãi và vai trò quan trọng của nó trong quá trình tiến hóa sinh học. Việc phát hiện ra nồng độ bản sao gen mang đột biến vô nghĩa trong tế bào thấp ngoài mong đợi đã thúc đẩy việc điều tra cơ chế này. Đột biến vô nghĩa dẫn đến protein bị ngắn lại và có khả năng gây hại bất kể chúng có hoạt động hay không.
Các thành phần chính của NMD bao gồm các protein như UPF1, UPF2 và UPF3, có cấu trúc lõi được bảo tồn trong nấm men. Các yếu tố tăng tốc chuyển giao này đóng vai trò quan trọng trong quá trình giám sát. Đặc biệt trong giai đoạn dịch mã, khi dịch mã được thực hiện lần đầu tiên, ribosome loại bỏ nhiều phức hợp nối exon-exon (EJC) liên kết với mRNA. Nếu các phức hợp nối này vẫn tồn tại trong quá trình dịch mã này, trong mRNA, NMD được kích hoạt.
Khi phát hiện các bản sao bất thường, NMD sẽ hoạt động để ngăn chặn các bản sao mRNA sai sót này được dịch thành protein.
Phiên mã mRNA chính xác đóng vai trò quan trọng trong quá trình biểu hiện gen, nhưng với sự tiến bộ của khoa học, ngày càng có nhiều nghiên cứu được thực hiện về NMD. NMD không chỉ hạn chế quá trình dịch mã các protein bất thường mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các chức năng gen bình thường, chẳng hạn như tính dẻo của khớp thần kinh, có thể ảnh hưởng đến hành vi của người trưởng thành.
Sau khi nghiên cứu hiệu quả của NMD, người ta thấy rằng nó bị ảnh hưởng bởi nhiều đặc điểm phân tử, bao gồm mô hình EJC, vị trí của PTC (codon kết thúc sớm), độ dài của exon, v.v. Tất cả các yếu tố này đều có thể ảnh hưởng đến khả năng nhận biết và phân hủy mRNA lỗi của NMD. Ví dụ, nếu PTC nằm ở hạ lưu của EJC cuối cùng, hiệu quả của NMD thường sẽ giảm. Nghiên cứu này ngụ ý rằng cần phải hiểu các quy tắc phân tử này khi thiết kế các nghiên cứu nhắm vào các gen cụ thể.
Nghiên cứu chỉ ra rằng hiệu quả của NMD cũng có thể bị ảnh hưởng khi PTC ở gần codon khởi đầu hoặc ở khoảng cách xa hơn so với codon kết thúc bình thường.
Tuy nhiên, đột biến vẫn là mối đe dọa tiềm tàng đối với sức khỏe và sự xuất hiện của đột biến vô nghĩa có thể dẫn đến nhiều vấn đề sức khỏe. Lấy bệnh β-thalassemia làm ví dụ. Bệnh di truyền này là do đột biến gen β-globin. mRNA trong cơ thể người đột biến thường có mức độ thấp hơn hoặc thậm chí không được dịch mã.
NMD cũng có liên quan đến một số ứng dụng trong miễn dịch học liên quan đến cách điều chỉnh các kháng nguyên được tạo ra bởi đột biến dịch khung. Trong tế bào ung thư, những đột biến dịch khung này tạo ra các protein bất thường có thể được coi là tân kháng nguyên. Tuy nhiên, những đột biến này thường dẫn đến sự phân hủy mRNA bởi NMD trước khi nó có thể được dịch thành protein.
Việc hiểu biết về NMD cũng quan trọng không kém trong các kỹ thuật chỉnh sửa gen như CRISPR-Cas9. Nếu đột biến gen mục tiêu dẫn đến codon dừng sớm và đi vào con đường NMD, gen sẽ bị phân hủy nhanh chóng. Ngược lại, nếu đột biến nằm ở vị trí tránh NMD, mRNA đột biến tạo ra vẫn có thể giữ lại một số chức năng, do đó ảnh hưởng đến quá trình bất hoạt hoàn toàn của gen.
Tóm lại, NMD đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa biểu hiện gen. Nghiên cứu của nó không chỉ giúp chúng ta hiểu được cơ chế điều hòa cơ bản của gen và các quá trình sống mà còn cung cấp những ý tưởng mới cho việc chẩn đoán và điều trị các bệnh di truyền. Trong tương lai, cơ chế này có thể có tiềm năng lớn hơn trong phát triển thuốc và chỉnh sửa gen. Liệu chúng ta có thể hiểu rõ hơn những bí ẩn của cơ chế này để giải quyết những thách thức mà sức khỏe con người đang phải đối mặt không?
