Nghiên cứu mới bác bỏ kiến thức chuẩn về quá trình xử lý trong tế bào

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science đã xác định và mô tả một quá trình xử lý diễn ra trong tế bào mà đến giờ các nhà khoa học vẫn còn chưa rõ. Đó là cách việc sao chép vật liệu di truyền dừng lại như thế nào.

Phát hiện của các nhà nghiên cứu trường ĐH Bang Ohio, Mỹ này liên quan đến một quá trình xử lý quan trọng trong sự sống: pha phiên mã của biểu hiện gene. Trong pha phiên mã, RNA polymerase - một loại enzyme, sẽ tự quấn quanh chuỗi xoắn kép của DNA và dùng một sợi để khớp với các nucleotide nhằm tạo ra một bản sao vật liệu di truyền, kết quả là một sợi tổng hợp RNA mới sẽ được giải phóng khi pha này kết thúc. RNA đó sẽ giúp tạo ra protein - nhân tố cần thiết cho sự sống và thực hiện hầu hết các công việc bên trong tế bào.

Cũng như bất cứ thông điệp mạch lạc nào, RNA cần bắt đầu và dừng đúng chỗ để tạo ra sản phẩm ý nghĩa. Cách đây hơn 50 năm, người ta đã phát hiện ra Rho - một loại protein trong vi khuẩn có khả năng dừng quá trình phiên mã. Trong mọi cuốn sách giáo khoa, Rho được coi là yếu tố kết thúc phiên mã kiểu mẫu, sử dụng lực tác động mạnh để liên kết với RNA và kéo nó ra khỏi enzyme RNA polymerase. Tuy nhiên khi xem xét kĩ càng, các nhà khoa học thấy Rho sẽ không thể tìm thấy các RNA mà nó cần giải phóng bằng cơ chế đã được viết trong sách giáo khoa. “Chúng tôi bắt đầu nghiên cứu về Rho, và nhận thấy nó không thể hoạt động theo cách mà người ta thường nói”, GS. Irina Artsimovitch, đồng tác giả nghiên cứu và là giảng viên vi sinh vật học tại Đại học Bang Ohio cho biết.

Kết quả nghiên cứu cho thấy thay vì gắn vào một đoạn RNA cụ thể ở gần cuối phiên mã và giúp nó thoát ra khỏi DNA, trên thực tế, Rho “đi nhờ” trên RNA polymerase trong suốt thời gian phiên mã. Rho kết hợp với nhiều protein khác để dẫn dụ RNA polymerase thông qua một loạt thay đổi cấu trúc, kết thúc bằng một trạng thái bất động cho phép giải phóng sợi RNA.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng những kính hiển vi hiện đại để khám phá cơ chế hoạt động của Rho trên một tổ hợp phiên mã hoàn chỉnh, bao gồm RNA polymerase và hai protein phụ đi cùng với nó trong suốt quá trình phiên mã. “Đây là cấu trúc đầu tiên về giai đoạn kết thúc phiên mã trong bất kì hệ thống nào. Nó từng bị coi là bất khả thi bởi [các thành phần] bị tan rã quá nhanh” Artsimovitch nhận xét.

“Nó giúp trả lời một câu hỏi gốc rễ - phiên mã là cơ sở của sự sống, nhưng nếu quá trình phiên mã không được kiểm soát thì sẽ không có gì xảy ra được. Bản thân RNA polymerase phải hoàn toàn trung tính. Nó phải có khả năng tạo ra mọi loại RNA, kể cả những RNA bị hư hỏng hoặc có thể gây hại cho tế bào. Khi Rho di chuyển cùng RNA polymerase, nó có thể nhặt ra sợi RNA tổng hợp có giá trị sử dụng hay không, nếu không thì Rho sẽ bỏ đoạn RNA đó đi”.

Trước đây, Artsimovitch không nghi ngờ những kiến thức đã có về vai trò của Rho trong việc chấm dứt quá trình phiên mã cho đến khi một sinh viên tìm được những đột biến đáng ngạc nhiên ở Rho khi thực hiện một dự án về gene tại phòng thí nghiệm của bà.

Rho được biết có khả năng ngăn chặn biểu hiện của các gene độc lực trong vi khuẩn. Về cơ bản, Rho sẽ giữ những gene này ở trạng thái bất hoạt đến khi cần khởi động. Nhưng các gene này không chứa bất kỳ trình tự RNA đã biết nào mà Rho ưu tiên liên kết. Do đó, Artsimovitch cho biết, việc Rho chỉ tìm những trình tự RNA cụ thể mà không hề biết liệu chúng có còn gắn với RNA polymerase hay không là điều vô lý. Trên thực tế, những hiểu biết khoa học về cơ chế hoạt động của Rho dựa trên những thí nghiệm sinh hóa đơn giản thường bỏ sót RNA polymerase. Về bản chất, chúng ta đã xác định cách kết thúc của một quá trình mà bỏ qua các yếu tố trong chính quá trình đó.

Mặc dù nghiên cứu được thực hiện trên vi khuẩn, Artsimovitch cho biết quá trình kết thúc này có thể xảy ra ở các dạng sống khác. “Quá trình này có vẻ phổ biến. Về tổng thể, các tế bào sử dụng những cơ chế hoạt động tương tự từ một tổ tiên chung. Chúng đều học được thủ thuật giống nhau miễn là chúng đều hữu ích.” Bà nói.

Theo Tiasang