Khám phá cấu trúc ADN động điều chỉnh sự hình thành trí nhớ
Các nhà nghiên cứu hợp tác quốc tế từ Đại học Linköping-Thụy Điển, Viện Nghiên cứu Khoa học Thần kinh ở Úc (QBI) và Đại học California Irvine-Hoa Kỳ, do Tiến sĩ Paul Marshall dẫn đầu, đã phát hiện ra một cơ chế mới làm nền tảng cho trí nhớ liên quan đến những thay đổi nhanh chóng trong cấu trúc ADN cụ thể. Họ phát hiện ra rằng ADN G-quadraplex (G4-ADN) tích tụ trong tế bào thần kinh và tự động kiểm soát việc kích hoạt và ức chế các gen làm cơ sở hình thành trí nhớ dài hạn. Ngoài ra, bằng cách sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen dựa trên CRISPR tiên tiến, nhóm tác giả đã tiết lộ cơ chế nhân quả sẽ điều chỉnh G4-ADN trong não, bao gồm việc điều chỉnh trực tiếp của ADN helicase, DHX36.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Neuroscience, đưa ra bằng chứng đầu tiên cho thấy G4-ADN có trong tế bào thần kinh và có chức năng liên quan đến sự biểu hiện của các trạng thái trí nhớ khác nhau. Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học coi chủ đề ADN đã được giải quyết và gọi là hướng xoắn, với những thay đổi trong cấu trúc này chỉ xảy ra ở quá trình sao chép và phiên mã ADN. Cấu trúc này chứa hai chuỗi axit nucleic gồm bốn bazơ: adenine (A) và thymine (T), guanine (G) và cytosine (C), kết hợp với nhau để tạo thành các bậc thang ADN. Right-handed double helix: Hướng xoắn là hướng đi lên theo qui tắc bàn tay phải nên còn gọi là B-ADN.
Giáo sư Tim Bredy của QBI giải thích rằng ADN có thể đảm nhận nhiều trạng thái hình dạng khác nhau có chức năng quan trọng đối với các quá trình tế bào. Cấu trúc liên kết ADN năng động hơn nhiều so với hướng xoắn tĩnh. Thực tế cho đến nay có hơn 20 trạng thái cấu trúc ADN khác nhau được xác định, mỗi trạng thái có khả năng đóng một vai trò khác nhau trong việc điều hòa biểu hiện gen.
Trong nghiên cứu mới, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra một tỷ lệ đáng kể các cấu trúc này có liên quan đến việc điều chỉnh biểu hiện gen phụ thuộc vào hoạt động và yêu cầu hình thành trí nhớ. Mặc dù các sửa đổi biểu sinh có mối liên hệ rõ ràng với tính linh hoạt và trí nhớ của tế bào thần kinh, nhưng cho đến nay, người ta biết rất ít về những thay đổi cục bộ trong cấu trúc ADN ảnh hưởng đến biểu hiện gen như thế nào.
G4-ADN tích lũy trong tế bào khi guanine gấp lại thành cấu trúc ADN bốn sợi ổn định. Mặc dù có bằng chứng về vai trò của cấu trúc này trong việc điều hòa phiên mã, nhưng trước nghiên cứu này, sự liên quan của nó vào biểu hiện gen phụ thuộc vào kinh nghiệm vẫn chưa được khám phá.
Guanine là một trong năm loại nucleobase chính có trong các axit nuclêic. Guanine là một dẫn xuất thuộc nhóm purine và là một tautomer. Nucleoside chứa guanine có hai loại tuỳ theo thành phần đường pentôza mà nó chứa: Nếu đường 5C là ribôza, thì nucleoside gọi là guanosine.
G4-ADN tích lũy tạm thời trong các tế bào thần kinh hoạt động ở quá trình học tập. Sự hình thành cấu trúc tứ giác này diễn ra trong một phần nghìn giây, với cùng tốc độ phiên mã nơ-ron thần kinh phản ứng lại trải nghiệm. Do đó, cấu trúc G4-ADN có thể liên quan đến cả việc tăng cường và làm suy yếu quá trình phiên mã ở tế bào thần kinh hoạt động, dựa trên sự nhanh nhẹn của chúng, để kích hoạt các trạng thái bộ nhớ khác nhau. Cơ chế này nêu bật cách ADN phản ứng linh hoạt với trải nghiệm và gợi ý rằng nó có khả năng lưu trữ thông tin không chỉ ở dạng mã hay biểu sinh mà còn về mặt cấu trúc.
