Có phải bệnh tiểu đường loại 2 và béo phì được kế thừa?

Sự phát triển thú vị gần đây nhất trong nghiên cứu di truyền học của con người là khả năng thực hiện các nghiên cứu có hệ thống quy mô lớn về sự biến đổi gen ở hàng ngàn người. Những nghiên cứu hiệp hội trên toàn bộ bộ gen (GWAS) đã cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về nhiều bệnh phức tạp khác nhau.

Nhưng bất chấp những tiến bộ này, chúng tôi vẫn chỉ có thể giải thích một phần nhỏ khả năng di truyền của nhiều tình trạng sức khỏe. Trong một nghiên cứu mà phòng thí nghiệm của tôi có vừa được công bố trên Science, chúng tôi cho thấy rằng các thuộc tính của một người có thể bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi sự biến đổi gen trong một phần bất ngờ của bộ gen đã bị bỏ qua trong các nghiên cứu trước đây.

Các yếu tố môi trường đóng vai trò bên cạnh di truyền trong việc xác định thuộc tính của một người cũng có mặt trong bụng mẹ. Khi con cái còn trong bụng mẹ, những gì mẹ chúng trải qua môi trường (bao gồm chế độ ăn uống, căng thẳng, hút thuốc) có khả năng ảnh hưởng đến các thuộc tính của con cái khi chúng trưởng thành. Chương trình phát triển này của người Viking được hiểu là một đóng góp lớn cho dịch bệnh béo phì được thấy ngày nay.

Một nhân vật quan trọng trong quá trình này là biểu sinh. Di truyền học là những sửa đổi nằm ngoài bộ gen và xác định các bit DNA nào để hoạt động nhiều hơn hoặc không hoạt động. Một sửa đổi như vậy liên quan đến việc gắn thẻ DNA với các hợp chất gọi là các nhóm methyl. Các nhóm Methyl xác định liệu gen được thể hiện (bật) hay không. Tế bào gan và tế bào thận giống hệt nhau về mặt di truyền ngoài dấu hiệu biểu sinh của chúng. Nó đã được đề xuất rằng để đáp ứng với một môi trường nghèo nàn trong bụng mẹ, hồ sơ biểu sinh của một đứa trẻ sẽ thay đổi.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã so sánh con cái của chuột mang thai khi được cho chế độ ăn ít protein (8% protein) và chế độ ăn bình thường (20% protein). Sau khi chúng được cai sữa, tất cả con cái đều được cho ăn một chế độ ăn bình thường. Sau đó, chúng tôi đã xem xét sự khác biệt trong quá trình methyl hóa DNA của con cái, so sánh những con chuột có mẹ có chế độ ăn ít protein với những con có mẹ có chế độ ăn bình thường.


đồ họa đăng ký nội tâm


Nhìn nhầm chỗ

Ban đầu, chúng tôi không tìm thấy gì, vì vậy đó là một bất ngờ lớn, nhưng sau đó chúng tôi đã xem xét dữ liệu DNA ribosome (rDNA) và tìm thấy sự khác biệt lớn về biểu sinh. DNA ribosome là vật liệu di truyền hình thành nên ribosome - cỗ máy tạo protein trong tế bào.

Khi các tế bào bị căng thẳng - ví dụ khi mức độ dinh dưỡng thấp - chúng thay đổi sản xuất protein như một chiến lược sinh tồn. Ở những con chuột có mẹ được cho ăn chế độ ăn ít protein, chúng tôi thấy rằng chúng có rDNA bị methyl hóa. Điều này làm chậm biểu hiện rDNA của chúng và dẫn đến con cái nhỏ hơn - nhẹ hơn nhiều so với 25%.

Những hiệu ứng biểu sinh này xảy ra trong một cửa sổ phát triển quan trọng trong khi con cái còn trong bụng mẹ nhưng là một hiệu ứng vĩnh viễn còn tồn tại đến tuổi trưởng thành. Vì vậy, chế độ ăn ít protein của người mẹ khi mang thai có thể có hậu quả nghiêm trọng hơn đối với trạng thái biểu sinh và cân nặng của con cái so với chế độ ăn uống của con cái sau khi được cai sữa.

Nhìn xa hơn các dấu hiệu biểu sinh, khi chúng ta nhìn vào trình tự di truyền cơ bản của rDNA, chúng ta đã tìm thấy một bất ngờ lớn hơn nữa. Mặc dù tất cả những con chuột trong nghiên cứu được lai tạo giống hệt nhau về mặt di truyền, chúng tôi thấy rằng rDNA giữa các con chuột không giống nhau về mặt di truyền - và thậm chí trong một con chuột, các bản sao khác nhau của rDNA là khác biệt về mặt di truyền. Vì vậy, có sự khác biệt lớn trong rDNA cũng đang đóng một vai trò lớn trong việc xác định các thuộc tính của con cái.

Trong bất kỳ bộ gen nhất định, có nhiều bản sao của rDNA và chúng tôi thấy rằng không phải tất cả các bản sao của rDNA đều phản ứng theo cùng một cách về mặt di truyền. Chỉ có một loại rDNA - biến thể loại A của A - xuất hiện để trải qua quá trình methyl hóa và ảnh hưởng đến cân nặng. Điều này có nghĩa là phản ứng biểu sinh của một con chuột nhất định được xác định bởi biến thể di truyền của rDNA của chúng - những người có nhiều rDNA biến thể A cuối cùng nhỏ hơn.

Khả năng di truyền (mức độ rủi ro của bệnh được giải thích bởi các yếu tố di truyền) của bệnh tiểu đường loại 2 đã được ước tính là giữa 25% và 80% trong các nghiên cứu khác nhau. Tuy nhiên, chỉ có khoảng 20% khả năng di truyền của bệnh tiểu đường loại 2 đã được giải thích bằng các nghiên cứu về bộ gen của những người mắc bệnh.

Thực tế là sự biến đổi gen của DNA ribosome dường như có ảnh hưởng mạnh mẽ như vậy cho thấy rằng các GWAS ở người có thể thiếu một phần quan trọng của câu đố, vì cho đến nay họ chỉ nhìn vào phần sao chép duy nhất trong bộ gen của người. Phân tích di truyền và biểu sinh của rDNA ở người có thể mang lại những hiểu biết rất quan trọng về một loạt các bệnh của con người.

Giới thiệu về Tác giả

Vardhman Rakyan, Giáo sư biểu sinh học, Đại học Queen Mary ở Luân Đôn

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon