'Hiệu ứng cánh bướm' cắt nghĩa bệnh tự kỷ

Một nghiên cứu mới cho thấy, thông qua “hiệu ứng cánh bướm”, các đột biến ở gen không liên quan đến bệnh tự kỷ sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của những gen liên quan đến chứng rối loạn này.

Tác động của ADN đối với tự kỷ

Cụ thể, ADN chứa vật liệu di truyền được gọi là chất xúc tiến, về cơ bản giúp bật và tắt gen. Do ADN 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 ADN. Nói cách khác, nếu kéo dài tất cả các điểm gấp khúc trong ADN, thì vùng khởi động và gen sẽ ở xa nhau. Tuy nhiên, 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 tôpô (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. Nguyên nhân là do đột biến ở nơi khác trong bộ gen của họ - tại các gen khởi động. Đó là ý tưởng mà các nhà khoa học đã khám phá trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Cell Genomics.

Từ những năm 70, các nhà nghiên cứu đã biết rằng, gen có liên quan tới hội chứng tự kỷ sau phát hiện, các cặp song sinh thường có cùng tình trạng này. Kể từ đó, các nhà khoa học đã tiến hành tìm kiếm những “thủ phạm” ẩn sâu trong gen gây ra bệnh tự kỷ, quá trình đã có nhiều bước tiến lớn trong thập kỷ qua.

Các nhà khoa học đã khám phá được nhiều loại thay đổi di truyền có thể gây nên bệnh tự kỷ, đồng thời càng nghiên cứu sâu về ADN, họ càng nhận thấy tác động của nó lên chứng tự kỷ trở nên phức tạp hơn.

Bệnh tự kỷ có tính di truyền cao. Người ta ước tính rằng, khoảng 40 - 80% trường hợp tự kỷ 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 ADN.

Những đột biến như vậy gần đây được phát hiện ở các vùng ADN “không mã hóa”, chiếm khoảng 98,5% bộ gen và không chứa các chỉ dẫn để tạo ra protein, giống như gen. Cho đến nay, người ta biết rất ít về cách sự đột biến ở ADN 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 đã giải đáp câu hỏi đó.

'Hiệu ứng cánh bướm' có thể giúp giải thích cách thức hoạt động của các gen liên quan đến chứng tự kỷ trong ADN.

Nguyên nhân gây nguy cơ tự kỷ cao

Các tác giả nghiên cứu đã phân tích bộ gen của hơn 5 nghìn người mắc chứng tự kỷ, cùng với anh chị em của họ - những người không mắc bệnh này và đóng vai trò như một nhóm đối chứng. Nhóm nghiên cứu đặc biệt tìm kiếm sự hiện diện của các đột biến không thể di truyền và sử dụng các kỹ thuật chuyên biệt để nắm bắt cấu hình 3D của bộ gen.

Đồng thời, xác định ranh giới TAD xung quanh các gen liên kết với bệnh tự kỷ. Họ đã tìm thấy mối liên hệ trực tiếp giữa bệnh tự kỷ và cơ chế điều hòa gen liên quan đến TAD, đặc biệt là những TAD có chứa những 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 (Nhật Bản) cho biết, đôi khi, việc thay đổi chỉ một “chữ cái” hoặc cơ sở trong mã ADN 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 ADN trong vùng không mã hóa protein cũng có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của các gen lân cận. Từ 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”.

Tiến sĩ Takata ví điều này với một hiện tượng vật lý được gọi là “hiệu ứng cánh bướm”. Trong đó, 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 có thể di chuyển cách xa hàng dặm. 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 những 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. Đồng thời, 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 Trường Đại học Pennsylvania (Mỹ), người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết: “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. Những phát hiện này có thể có ý nghĩa điều trị tiềm năng”.

Có thể có nhiều cách để điều chỉnh hoạt động của các yếu tố thúc đẩy cụ thể. Từ đó, để nhiều gen liên quan đến bệnh tự kỷ được điều hòa cùng một lúc. Bởi, theo Tiến sĩ Rader, về lý thuyết, điều này có thể giúp giảm bớt các triệu chứng của ASD.