Chúng ta biết cách tinh trùng 'ghi nhớ' và truyền các đặc điểm không mã hóa DNA cho phôi thai
Câu chuyện liên quan nhiều đến biểu sinh. Các phân tử tự gắn vào DNA có thể hoạt động giống như các công tắc bật tắt kiểm soát phần nào của DNA được sử dụng - nhưng cho đến năm 2021, chúng tôi không biết phân tử nào trong số này có thể mang các cài đặt được đánh dấu bằng kinh nghiệm sống của người cha, để được kết hợp vào phôi thai thông qua tinh trùng.
"Bước đột phá lớn với nghiên cứu này là nó đã xác định được một phương tiện không dựa trên DNA để tinh trùng ghi nhớ môi trường (chế độ ăn uống) của người cha và truyền thông tin đó đến phôi thai," nhà biểu sinh học Sarah Kimmins của Đại học McGill cho biết vào năm 2021.
Sử dụng chuột, nhà biểu sinh học Ariane Lismer và các đồng nghiệp đã có thể chứng minh rằng tác động của chế độ ăn thiếu folate có thể được truyền qua bằng cách thay đổi các phân tử histone trong tinh trùng. Nói một cách đơn giản, histones thực sự là những protein cơ bản mà DNA cuộn quanh để lưu trữ không bị rối.
Ở động vật có vú, khi cơ thể con đực xây dựng tinh trùng, chúng vứt bỏ hầu hết các ống chỉ histone, để cho phép đóng gói chặt chẽ hơn.
Nhưng một tỷ lệ nhỏ vẫn còn (1% ở chuột và 15% ở người), cung cấp giàn giáo cho DNA ở các khu vực cụ thể cho việc tạo và chức năng của tinh trùng, trao đổi chất và phát triển phôi - để cho phép các cơ chế tế bào sử dụng các hướng dẫn DNA này.
Biến đổi hóa học của các histone này - dạng phổ biến nhất là methyl hóa - là thứ cho phép hoặc ngăn chặn DNA được 'đọc' để nó có thể được phiên mã thành các sản phẩm protein. Chế độ ăn uống kém có thể khiến những histones này thay đổi trạng thái methyl hóa của chúng.
Đây là lý do tại sao chúng ta nghe về tầm quan trọng của folate đối với phụ nữ khi mang thai: Folate của người mẹ giúp ổn định quá trình methyl hóa DNA ở trẻ.
Bằng cách cho chuột đực ăn một chế độ ăn thiếu folate từ khi chúng được cai sữa, các nhà nghiên cứu đã có thể theo dõi những thay đổi đối với histones từ tinh trùng của con đực và trong phôi kết quả. Và thực sự, sự thay đổi histone của tinh trùng cũng có mặt trong phôi thai đang phát triển.
"Không ai có thể theo dõi cách những dấu hiệu môi trường di truyền đó được truyền từ tinh trùng sang phôi trước đây," Lismer nói vào năm 2021.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra những tác động này có thể được tích lũy và dẫn đến sự gia tăng mức độ nghiêm trọng của dị tật bẩm sinh.
Điều thú vị là các dị tật bẩm sinh được nhìn thấy ở chuột, bao gồm kém phát triển khi sinh và bất thường cột sống, được ghi nhận rõ ràng ở các quần thể người thiếu folate.
Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng việc mở rộng kiến thức của chúng ta về các cơ chế di truyền sẽ tiết lộ thêm các cách để điều trị và ngăn ngừa các tình trạng như vậy. Nhưng còn rất nhiều điều để giải quyết trước đó.
"Các bước tiếp theo của chúng tôi sẽ là xác định xem những thay đổi có hại gây ra trong protein tinh trùng (histones) có thể được sửa chữa hay không. Chúng tôi có công việc mới thú vị cho thấy rằng đây thực sự là trường hợp, "Kimmins nói. "
HEALTH 15 October 2022
This research was published in Developmental Cell.
A version of the article was first published in March 2021.