Viện Khoa học Weizmann của Israel cho biết nghiên cứu do nhóm của Tiến sĩ Ariel Afek thực hiện và được công bố trên tạp chí Nature Communications. Các nhà khoa học tìm cách giải đáp câu hỏi vì sao cùng bị tổn thương nhưng một số đoạn ADN được tế bào sửa chữa hiệu quả, trong khi những đoạn khác không được sửa và cuối cùng trở thành đột biến vĩnh viễn.
Để nghiên cứu, nhóm phát triển một chip chứa hàng nghìn đoạn ADN ngắn. Tất cả các đoạn đều mang cùng một dạng tổn thương nhưng có trình tự gene xung quanh khác nhau. Các enzyme sửa chữa được đánh dấu huỳnh quang sau đó được đưa vào chip, cho phép các nhà khoa học đo mức độ enzyme nhận diện và liên kết với từng đoạn ADN.
Kết quả cho thấy 3 enzyme được nghiên cứu đều rất nhạy cảm với trình tự các bazơ nằm xung quanh vị trí tổn thương. Thậm chí, những bazơ nằm cách vị trí lỗi tới 5 vị trí ở hai phía cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng enzyme nhận diện và sửa chữa. Nhóm nghiên cứu còn phát hiện các trình tự được enzyme ưu tiên có những đặc điểm cấu trúc chung. Chẳng hạn, một enzyme đặc biệt ưu tiên những đoạn tạo thành vùng hẹp trên cấu trúc xoắn của ADN.
Thông qua mô phỏng máy tính phối hợp với Đại học Rowan của Mỹ, các nhà khoa học xác định một amino acid của enzyme có khả năng “quét” khu vực quanh vị trí tổn thương và bị thu hút bởi điện tích âm đặc trưng của những vùng ADN có cấu trúc hẹp. Điều này giúp giải thích cơ chế vật lý khiến enzyme ưu tiên sửa chữa một số vị trí hơn những vị trí khác.
Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu phát hiện sự tương quan giữa “sở thích” của enzyme sửa chữa ADN với cách các đột biến tích tụ trong bộ gene qua quá trình tiến hóa. Theo Tiến sĩ Afek, hiểu được những biến đổi nào xuất hiện tự nhiên do cơ chế sửa chữa ADN là điều cần thiết để phân biệt chúng với những thay đổi di truyền được chọn lọc trong quá trình con người thích nghi với môi trường.
Phát hiện cũng có ý nghĩa đối với nghiên cứu ung thư. Nhóm Weizmann nhận thấy mối liên hệ giữa những vị trí được enzyme ưu tiên sửa chữa với các “dấu hiệu đột biến” xuất hiện trong khối u ở người. Điều này củng cố giả thuyết rằng sự suy giảm hoặc thay đổi hoạt động của hệ thống sửa chữa ADN có thể khiến đột biến tích tụ tại những khu vực vốn được bảo vệ, từ đó góp phần thúc đẩy sự hình thành ung thư.
Theo các nhà nghiên cứu, việc hiểu rõ cách enzyme “lựa chọn” mục tiêu còn có thể hỗ trợ cải tiến công nghệ chỉnh sửa gene, thiết kế các enzyme bảo vệ ADN hiệu quả hơn và về lâu dài mở ra hướng phát triển những liệu pháp ung thư có tính chọn lọc cao hơn. Tế bào người hiện có 11 enzyme chuyên sửa chữa tổn thương ở từng bazơ ADN; tổng cộng ít nhất 100 enzyme trực tiếp giám sát ADN và hàng trăm enzyme khác tham gia hỗ trợ quá trình sửa chữa.
