Epigenetic là gì? Ý nghĩa lâm sàng của sự thay đổi di truyền học biểu sinh

Nếu bạn đang có nhiều câu hỏi liên quan đến vấn đề “Epigenetic là gì?” thì bài viết dưới đây sẽ cung cấp các thông tin tổng quan định nghĩa về di truyền học biểu sinh (epigenetic) và cách hoạt động cũng như ý nghĩa lâm sàng của di truyền học biểu sinh.

Epigenetic là gì?

Epigenetic (di truyền học biểu sinh) là thuật ngữ lần đầu xuất hiện, được giới thiệu bởi Conrad Waddington vào đầu những năm 1940. Ông định nghĩa di truyền học biểu sinh là một nhánh của sinh học nghiên cứu mối tương tác nhân quả giữa các gen và sản phẩm của chúng để tạo ra kiểu hình. Theo ý nghĩa ban đầu của định nghĩa này, di truyền học biểu sinh đề cập đến tất cả các con đường phân tử điều chỉnh sự biểu hiện của một kiểu gen thành một kiểu hình cụ thể. Tuy nhiên, vào những năm sau đó, theo sự phát triển nhanh chóng của di truyền học, ý nghĩa của từ này dần dần bị thu hẹp. 

Di truyền học biểu sinh đã được xác định và ngày nay được chấp nhận rộng rãi là nghiên cứu về những thay đổi trong chức năng gen có thể di truyền được về mặt phân bào và/hoặc giảm nhiễm và không kéo theo sự thay đổi trong trình tự DNA. Các sửa đổi di truyền học biểu sinh được mô tả trong tài liệu hiện tại thường bao gồm các biến thể histone, các biến đổi hậu dịch mã của các axit amin ở đầu đuôi amino của histone và các biến đổi cộng hóa trị của các base DNA. 

Tính hợp lệ của định nghĩa hiện tại về di truyền học biểu sinh cần được đặt câu hỏi nghiêm túc vì những sửa đổi biểu sinh được đề cập trước đây cũng có một vai trò quan trọng trong việc làm biểu hiện và không biểu hiện các chuỗi không mã hóa.

Di truyền học biểu sinh hoạt động như thế nào?

Những thay đổi di truyền học biểu sinh ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen theo những cách khác nhau. Các loại thay đổi di truyền học biểu sinh bao gồm:

• Methyl hóa DNA: Quá trình methyl hóa DNA hoạt động bằng cách thêm một nhóm chức hóa học vào DNA. Thông thường, nhóm này được thêm vào những vị trí cụ thể trên DNA, nơi chặn các protein gắn vào DNA để “đọc” gen. Nhóm chức hóa học này có thể được loại bỏ thông qua một quá trình gọi là demethylation. Thông thường, quá trình methyl hóa sẽ “tắt” gen và quá trình khử methyl sẽ “bật” gen.
• Sửa đổi histon: DNA quấn quanh các protein gọi là histon. Khi các histon được gắn chặt với nhau, các protein "đọc" gen không thể tiếp cận DNA dễ dàng, do đó gen bị “tắt”. Khi histone trở nên lỏng lẻo, nhiều DNA sẽ lộ ra hoặc không được quấn quanh histone có thể được truy cập bởi các protein "đọc" gen, do đó gen được “bật”. Các nhóm chức hóa học có thể được thêm vào hoặc loại bỏ khỏi histon để làm cho histon được chặt chẽ hơn hoặc lỏng lẻo hơn, khiến các gen “tắt” hoặc “bật”.
• RNA không mã hóa: DNA được sử dụng làm hướng dẫn tạo RNA mã hóa và không mã hóa. RNA mã hóa được sử dụng để tạo ra protein. RNA không mã hóa giúp kiểm soát sự biểu hiện gen bằng cách gắn vào RNA mã hóa, cùng với một số protein nhất định để phá vỡ khiến RNA mã hóa không thể được sử dụng để tạo ra protein. RNA không mã hóa cũng có thể thu nhận các protein để sửa đổi histon nhằm “bật” hoặc “tắt” gen.

Ý nghĩa lâm sàng của sự thay đổi di truyền học biểu sinh

Với mức độ tái lập trình di truyền học biểu sinh xảy ra trong quá trình tạo giao tử và tạo phôi, cũng như tính dễ bị tổn thương của quá trình, không khó để hiểu sự thay đổi trong việc tái lập trình có thể có liên quan đến lâm sàng như thế nào. Bởi vì việc lập trình lại di truyền học biểu sinh xảy ra trong quá trình hình thành nang trứng và tạo phôi nên bất kỳ sự xáo trộn nào của môi trường tự nhiên bình thường trong các giai đoạn quan trọng này đều có thể gây ra những thay đổi di truyền học biểu sinh. 

Theo đó, các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác định xem liệu trẻ em được thụ thai bằng công nghệ hỗ trợ sinh sản (ART) có mang các khiếm khuyết về tái lập trình di truyền học biểu sinh hay không. Điều quan trọng là, mặc dù toàn bộ bộ gen được lập trình lại trong quá trình phát triển tế bào mầm và tạo phôi nhưng cần lưu ý rằng cho đến nay chỉ có một số lượng hạn chế các điểm được nghiên cứu. Những điểm này thường bao gồm các gen, trong đó trạng thái di truyền học biểu sinh ảnh hưởng đáng kể đến kiểu hình có thể nhận biết được. 

Mặc dù một kiểu hình lâm sàng cụ thể vẫn chưa liên quan đến sự thay đổi di truyền học biểu sinh nhưng có thể có bệnh lý xuất hiện từ một sự thay đổi di truyền học biểu sinh chưa được công nhận. Sự thay đổi di truyền học biểu sinh quá mức có thể có tác động ngay lập tức, dẫn đến tử vong trước hoặc sau khi sinh.

Ở một khía cạnh khác, một sự thay đổi di truyền học biểu sinh có thể dẫn đến một sự thay đổi có thể nhận thấy sau này trong cuộc sống như ung thư, bệnh tim mạch vành, đột quỵ hoặc tiểu đường. Nguy cơ mắc bệnh tim, đột quỵ và tiểu đường tăng lên có liên quan đến tình trạng suy dinh dưỡng trong tử cung và nhẹ cân. Một số nhà khoa học cũng lo ngại về tình trạng di truyền học biểu sinh của thuốc ức chế khối u hoặc lo ngại về khả năng sinh sản ở những người tiếp xúc với chất độc môi trường.

Tóm lại, các dữ liệu hiện tại cho thấy có lý do để nghi ngờ rằng sự phát triển sớm dễ bị tổn thương trước những thay đổi không mong muốn trong di truyền học biểu sinh. Các nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra rằng việc lập trình lại di truyền học biểu sinh là một quá trình mong manh, dễ dàng sửa đổi và những dữ liệu đó mang lại tính hợp lý về mặt sinh học cho mối quan tâm lâm sàng. 

Mặc dù các mô hình động vật có thể cung cấp một số thông tin nhưng kết quả có thể không phải lúc nào cũng đại diện cho các hoạt động di truyền học biểu sinh xảy ra ở người. Do đó, khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe ở trẻ được thụ thai bằng ART và ở trẻ sinh ra từ tình trạng dinh dưỡng bị thay đổi trong thai kỳ hoặc tiếp xúc với chất độc môi trường nên cần nghiên cứu thêm.

Bài viết đã cung cấp các thông tin xung quanh câu hỏi “Epigenetic là gì?”. Qua bài viết, chúng ta đã được tìm hiểu về Di truyền học biểu sinh (epigenetic) - một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong di truyền học, hiểu được cơ chế và quá trình của di truyền học biểu sinh, cũng như ảnh hưởng của môi trường và yếu tố khác đến hoạt động gen. Đồng thời thảo luận về các ứng dụng và tiềm năng của nó trong nghiên cứu y học và sức khỏe con người. Dù còn nhiều điều để khám phá nhưng di truyền học biểu sinh đang mở ra những cánh cửa mới trong việc hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa gen và môi trường, từ đó mang lại những tiến bộ quan trọng trong chẩn đoán, điều trị và phòng ngừa bệnh tật.