'Hiệu ứng cánh bướm' có thể giải thích nguyên nhân di truyền của bệnh tự kỷ?

“Hiệu ứng cánh bướm” có thể giúp giải thích cách thức hoạt động của các gen liên quan đến chứng tự kỷ trong DNA. Một nghiên cứu mới cho thấy rằng, thông qua hiệu ứng gợn sóng phức tạp này, các đột biến ở gen không liên quan đến bệnh tự kỷ sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các gen liên quan đến chứng rối loạn này.

Cái này hoạt động ra sao? DNA chứa vật liệu di truyền được gọi là chất xúc tiến, về cơ bản giúp bật và tắt gen. Do DNA bị xoắn và cuộn theo hình dạng 3D, nên những gen khởi động này có thể kiểm soát các gen nằm cách xa chúng trong trình tự DNA. Nói cách khác, nếu bạn kéo dài tất cả các điểm gấp khúc trong DNA, thì vùng khởi động và gen sẽ ở xa nhau, nhưng việc tạo ra các nếp gấp trong phân tử sẽ khiến chúng lại gần nhau hơn. Vùng khởi động và các gen mà nó kiểm soát tạo thành một "đơn vị" điều hòa được gọi là miền liên kết cấu trúc liên kết (TAD).

Do cơ chế phức tạp này, một người không có đột biến gen liên quan đến chứng tự kỷ vẫn có thể phát triển chứng rối loạn do đột biến ở nơi khác trong bộ gen của họ - ở các gen khởi động. Đó là ý tưởng được khám phá trong nghiên cứu mới, được công bố hôm thứ Sáu (26/1) trên tạp chí Cell Genomics.

Bệnh tự kỷ có tính di truyền cao - người ta ước tính rằng khoảng 40% đến 80% trường hợp có liên quan đến gen di truyền trong gia đình. Tuy nhiên, bệnh tự kỷ cũng có thể do các đột biến tự phát sinh trong DNA.

Những đột biến như vậy gần đây đã được phát hiện ở những vùng DNA "không mã hóa", chiếm khoảng 98,5% bộ gen. Những vùng này bao gồm các vùng khởi động và được gọi là vùng "không mã hóa" vì chúng không chứa các chỉ dẫn để tạo ra protein, giống như gen.

Cho đến nay, người ta biết rất ít về sự đột biến ở DNA không mã hóa ảnh hưởng như thế nào đến khả năng mắc chứng rối loạn phổ tự kỷ (ASD) của một người. Nghiên cứu mới bắt đầu giải quyết câu hỏi đó.

Các tác giả nghiên cứu đã phân tích bộ gen của hơn 5.000 người mắc chứng tự kỷ, cùng với anh chị em của họ không mắc bệnh này và hoạt động như một nhóm so sánh. Nhóm nghiên cứu đặc biệt đang tìm kiếm sự hiện diện của các đột biến không thể di truyền. Họ đã sử dụng các kỹ thuật chuyên biệt để nắm bắt cấu hình 3D của bộ gen và xác định ranh giới TAD xung quanh các gen liên kết với bệnh tự kỷ.

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy mối liên hệ trực tiếp giữa bệnh tự kỷ và các cơ chế điều hòa gen liên quan đến TAD - đặc biệt là các TAD có chứa các gen được biết là có liên quan đến bệnh tự kỷ.

Tác giả nghiên cứu cao cấp, Tiến sĩ Atsushi Takata, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Não Riken ở Nhật Bản, nói với Live Science trong một email rằng đôi khi, việc thay đổi chỉ một "chữ cái" hoặc cơ sở trong mã DNA có thể dẫn đến nguy cơ mắc bệnh tự kỷ cao hơn. .

Ông nói: “Kết quả cho thấy rằng chỉ một cơ sở khác biệt về trình tự DNA trong vùng không mã hóa protein cũng có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của các gen lân cận, do đó có thể làm thay đổi cấu hình biểu hiện gen tổng thể của các gen ở xa trong bộ gen, dẫn đến tăng nguy cơ mắc ASD."

Takata ví điều này với một hiện tượng vật lý được gọi là "hiệu ứng cánh bướm", trong đó một sự thay đổi nhỏ ở trạng thái ban đầu của một hệ thống phức tạp sẽ tạo ra sự khác biệt lớn về sau - ví dụ, một con bướm vỗ cánh và vài tuần sau, nó cách xa hàng dặm. , một cơn lốc xoáy xé toạc một thị trấn. Tương tự, một đột biến tinh tế ở vùng khởi động có thể có tác động lớn đến sự biểu hiện gen ở nơi khác.

Trong một thí nghiệm riêng biệt trên tế bào gốc của con người, các nhà nghiên cứu đã tạo ra đột biến ở các chất kích thích TAD cụ thể bằng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR. Họ phát hiện ra rằng một đột biến làm giảm hoạt động ở vùng khởi động có thể dẫn đến những thay đổi trong hoạt động của một gen liên quan đến bệnh tự kỷ trong cùng TAD. Điều này đã giúp xác nhận những phát hiện trước đó của họ ở người.

Tiến sĩ Daniel Rader, giáo sư y học phân tử tại: “Đây là một bài báo thú vị nhằm cố gắng mở rộng sự hiểu biết của chúng ta về sự đóng góp của biến thể de novo [không di truyền] hiếm đối với nguy cơ ASD ở các khu vực bên ngoài bộ gen mã hóa protein”. Đại học Pennsylvania, người không tham gia vào nghiên cứu, đã nói với Live Science qua email.

Rader cho biết những phát hiện của ông có thể có ý nghĩa điều trị tiềm năng. Ví dụ, có thể có nhiều cách để điều chỉnh hoạt động của các yếu tố thúc đẩy cụ thể để nhiều gen liên quan đến bệnh tự kỷ được điều hòa cùng một lúc, ông đề xuất. Về lý thuyết, điều này có thể giúp giảm bớt các triệu chứng của ASD, ông nói.

Takada cho biết, các nhà nghiên cứu hiện hy vọng xác định được các loại đột biến không mã hóa khác có thể ảnh hưởng đến khả năng mắc chứng tự kỷ của một người nào đó.