Căng thẳng di truyền 30.10.2015

Gần đây, ngày càng nhiều người nói rằng cách sống của cha mẹ, kinh nghiệm sống của họ ảnh hưởng đến việc con cháu họ sẽ như thế nào. Ví dụ, cơn đói hoặc căng thẳng tâm lý mà thế hệ trước phải chịu đựng sẽ ảnh hưởng đến tâm lý và sự trao đổi chất của thế hệ sau.

Hai năm trước, các nhà nghiên cứu tại Đại học Emory đã công bố một bài báo trên tạp chí Nature Neuroscience, trong đó họ nói rằng những con chuột sợ hãi có con cũng sợ điều mà cha mẹ chúng sợ. Một ví dụ nổi tiếng khác là sự gia tăng khuynh hướng mắc bệnh tiểu đường và béo phì ở con cháu của những phụ nữ Hà Lan sống sót sau nạn đói nổi tiếng vào mùa đông năm 1944. (Ở đây, như chúng ta hiểu, điểm không nằm ở các đặc điểm cụ thể của nạn đói Hà Lan, mà là ở chỗ các nhà sinh vật học và bác sĩ đã chú ý đến tình huống lịch sử này và cố gắng điều tra nó.) , đủ rồi, nhưng có một vấn đề ở đây: không đói, không căng thẳng tâm lý, cũng như các tác động tương tự khác từ bên ngoài tạo ra đột biến, không làm thay đổi mã di truyền biểu hiện trong trình tự nucleotide trong DNA. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào mà tất cả những thứ này được kế thừa.

Người ta tin rằng những tác động như vậy là do sự tồn tại của chúng do các cơ chế biểu sinh kiểm soát hoạt động của các gen. Có một số loại trong số chúng, chủ yếu là sự methyl hóa các cơ sở nitơ của DNA, biến đổi histone (protein đóng gói DNA) và hoạt động của các RNA điều hòa. Cả nhóm metyl, histon được sửa đổi và ARN điều hòa đều có thể thay đổi hoạt động của một số gen nhất định trong một thời gian dài, gần như suốt đời, và các cơ chế như vậy thường được kích hoạt dưới tác động của các yếu tố bên ngoài. Hơn nữa, theo một số dữ liệu, bản chất của những thay đổi biểu sinh có thể được di truyền. Tuy nhiên, điều này xảy ra chính xác như thế nào - và liệu nó có xảy ra hay không - vẫn còn là một cuộc tranh luận sôi nổi.

Để chuyển sang thế hệ tiếp theo, các sửa đổi phải được bảo tồn trong tế bào mầm, nhưng hiện tại, tất cả các thí nghiệm đều chỉ ra rằng ở động vật, khi tế bào mầm trưởng thành, tất cả các dấu vết biểu sinh đều bị xóa. Nhưng hai năm trước, Science đã đăng một bài báo nói rằng trong một số phần của DNA của tế bào mầm, những dấu vết như vậy vẫn còn được lưu giữ (trong bài báo đó, chúng ta đang nói về sự methyl hóa DNA). Và năm ngoái, các chuyên gia từ Đại học Zurich đã báo cáo rằng một số RNA điều hòa có thể đóng vai trò là vật mang trải nghiệm căng thẳng từ cha mẹ sang con cái: sau khi chuột bị căng thẳng, các phân tử điều hòa xuất hiện cả trong hải mã và huyết thanh, và trong tinh trùng. Và những con con, được sinh ra sau khi thụ tinh với những tinh trùng như vậy, đã chứng tỏ về hành vi và sự trao đổi chất giống với những đặc điểm sau căng thẳng mà bố mẹ chúng có.

Mọi thứ chỉ ra rằng ít nhất các thiết lập biểu sinh liên quan đến RNA điều hòa có thể được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Nó vẫn chỉ để xác nhận trực tiếp mối quan hệ nhân quả giữa các RNA như vậy và hiệu ứng được truyền. Điều này đã được thực hiện bởi Tracy Bale và các đồng nghiệp của cô tại Đại học Pennsylvania. Cho đến nay, họ đã tích lũy được bằng chứng cho thấy con cái của những con đực bị căng thẳng (cho dù đó là tiếng ồn trắng liên tục, hoặc mùi của động vật ăn thịt, hoặc hạn chế di chuyển thường xuyên) phản ứng với những hoàn cảnh như vậy đã yếu hơn, đặc biệt, đáng chú ý là ở mức độ thấp hơn hormone căng thẳng corticosterone. Mặt khác, người ta phát hiện ra rằng một số loại RNA điều hòa tích tụ trong tinh trùng của chuột bố bị stress (chính xác hơn, chúng được gọi là microregulatory, microRNA, vì kích thước nhỏ so với các lớp RNA khác).

Trong các thí nghiệm mới của họ, được mô tả trong một bài báo trên PNAS, các nhà nghiên cứu đã lấy miRNA và tiêm chúng vào trứng đã thụ tinh của những con chuột bình thường, sau đó chúng được cấy vào con cái và chờ những con chuột xuất hiện. Sau đó, chúng cho thấy phản ứng giảm dần với căng thẳng giống như những con được sinh ra trực tiếp từ những con đực sợ hãi. Rõ ràng đó là tất cả về các microRNA ngoại lai, bởi vì tất cả vật chất di truyền đều đến từ những bậc cha mẹ bình thường, những người không sợ hãi trước bất cứ điều gì.

Thông thường các microRNA sẽ ngăn chặn hoạt động của các gen. Đúng như dự đoán, một số gen trong trứng đã không hoạt động sau khi sự ra đời của các ARN điều hòa. Các tác giả của công trình cũng cố gắng phân tích trạng thái của vùng dưới đồi, một tuyến não kiểm soát một số lượng lớn các phản ứng sinh lý và hành vi (từ giấc ngủ và thức ăn đến sinh sản). Mức độ corticosterone, trong số những thứ khác, phụ thuộc vào vùng dưới đồi. Thật vậy, ở những con chuột được nuôi cấy từ trứng thụ tinh được xử lý bằng miRNA, một số gen trong đó hoạt động khác nhau; thật kỳ lạ, chúng có liên quan đến collagen và các protein chất nền ngoại bào. Điều này liên quan như thế nào đến phản ứng căng thẳng không hoàn toàn rõ ràng. Có thể những thay đổi trong quá trình tổng hợp collagen mô liên kết và protein nền ảnh hưởng đến tính thẩm thấu của hàng rào máu não giữa máu và não - do đó, ảnh hưởng đến độ nhạy của vùng dưới đồi đối với các tín hiệu căng thẳng.

Nói chung, vẫn còn phải xem những thay đổi trong hoạt động di truyền trong giai đoạn phát triển sớm nhất dẫn đến những thay đổi như thế nào đối với căng thẳng. RNA vi điều tiết rõ ràng hoạt động gián tiếp ở đây: mức độ của chúng không được đổi mới mỗi lần sau khi phân chia tế bào, và trong não của chuột trưởng thành, số lượng của chúng trở nên khá bình thường. Mặt khác, sẽ rất thú vị khi tìm hiểu xem cơ chế phân tử nào mà stress có thể ảnh hưởng đến miRNA trong tinh trùng, và điều gì xảy ra trong trường hợp này với tinh trùng của các thế hệ tiếp theo. Cuối cùng, phản ứng căng thẳng có cấu trúc khá phức tạp, và các khía cạnh khác nhau của nó có thể liên quan đến các RNA khác nhau.

Dữ liệu thu được khá phù hợp với kết quả của nhóm Zurich mà chúng tôi đã nói ở trên: họ cũng nói về tác động của stress, microRNA và tế bào mầm đực. Nhân tiện, không chỉ căng thẳng mà cả bệnh béo phì cũng có thể lây truyền qua đường đực và nó dường như chỉ truyền sang con trai - các nhà nghiên cứu từ Đại học Ohio đã báo cáo điều này vài năm trước (mặc dù những thí nghiệm đó lại được thực hiện trên chuột). Tuy nhiên, lưu ý rằng nó vẫn còn khá xa so với bất kỳ kết luận y tế và lâm sàng nào: chúng ta vẫn chưa biết di truyền biểu sinh hoạt động trong điều kiện nào và làm thế nào để tách "di truyền học" khỏi "di truyền biểu sinh" trong điều kiện bình thường, phi phòng thí nghiệm.