Loãng xương: Các công cụ mới giúp xác định các gen nguy cơ tiềm ẩn
Sự kết hợp của các công cụ mạnh mẽ đã giúp các nhà khoa học xác định hai gen mới có thể góp phần gây ra bệnh loãng xương thông qua ảnh hưởng của chúng đến mật độ xương. Phát hiện này có thể dẫn đến các phương pháp điều trị tốt hơn cho căn bệnh suy yếu xương.
Nghiên cứu của các nhà nghiên cứu tại Bệnh viện Nhi đồng Philadelphia (CHOP) ở Pennsylvania, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu địa lý 3D của bộ gen trong việc xác định vị trí các gen gây bệnh.
Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng việc xác định các biến thể DNA, hoặc sự khác biệt, đằng sau các căn bệnh, không nhất thiết là đủ để xác định vị trí các gen gây ra bệnh. Ví dụ, các biến thể có thể là tác nhân gây ra các gen trong các phần khác của bộ gen.
Trong một bài báo hiện có trong tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu mô tả cách họ thăm dò địa lý 3D của DNA trong các tế bào hình thành xương để xác định vị trí các gen có thể ảnh hưởng đến mật độ khoáng của xương.
Họ gợi ý rằng phương pháp của họ cũng có thể giúp nghiên cứu các tình trạng di truyền khác, bao gồm cả các bệnh ở trẻ em.
“Vị trí địa lý của bộ gen không phải là tuyến tính”, đồng tác giả nghiên cứu Struan F. A. Grant Ph.D., người là giám đốc của Trung tâm gen chức năng và không gian tại CHOP, cho biết.
Ông giải thích: “Bởi vì DNA được gấp lại thành các nhiễm sắc thể,“ các phần của bộ gen có thể tiếp xúc vật lý, tạo ra các tương tác sinh học quan trọng ảnh hưởng đến cách một gen được biểu hiện. Đó là lý do tại sao chúng tôi nghiên cứu cấu trúc ba chiều của bộ gen. ”
Loãng xương và hệ gen
Loãng xương là một căn bệnh tiến triển làm suy yếu xương và tăng nguy cơ gãy xương, đặc biệt là ở cổ tay, cột sống và hông.
Mô xương còn sống và vĩnh viễn thêm xương mới và loại bỏ xương cũ. Trong thời thơ ấu, quá trình này giúp hình thành mô mới, cho phép xương phát triển và chắc khỏe hơn.
Tuy nhiên, khi con người già đi, quá trình hình thành xương đạt đến đỉnh điểm và sau đó ngày càng tụt hậu sau quá trình loại bỏ xương, kết quả là xương ngày càng trở nên kém đặc hơn và yếu hơn.
Viện Y tế Quốc gia (NIH) ước tính rằng có hơn 53 triệu người ở Hoa Kỳ đã bị loãng xương hoặc có nguy cơ cao phát triển bệnh này vì mật độ khoáng xương thấp.
Các nhà khoa học đã làm sáng tỏ bộ gen của con người cách đây hơn 10 năm. Kể từ đó, nhiều nghiên cứu liên kết toàn bộ bộ gen (GWAS) đã xác định các biến thể, hoặc trình tự khối xây dựng trong DNA, phổ biến hơn ở những người mắc các bệnh cụ thể.
Trong bài báo nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Grant và các đồng nghiệp của ông nói rằng loãng xương có “một thành phần di truyền thiết yếu”.
Tuy nhiên, họ tiếp tục giải thích rằng mặc dù GWAS đã phát hiện ra các biến thể DNA “có liên quan chặt chẽ với mật độ khoáng chất của xương”, nhưng điều này không giống với việc tìm ra các gen thực sự kiểm soát quá trình hình thành xương.
3D 'lập bản đồ biến thể thành gen'
Vì vậy, mục đích nghiên cứu của họ là sử dụng các vị trí có nguồn gốc từ GWAS của các biến thể mật độ khoáng trong xương trong một bài tập “lập bản đồ biến thể thành gen” có độ phân giải cao, 3D ở nguyên bào xương người, là những tế bào tạo ra xương mới.
Bài tập này liên quan đến việc phân tích địa lý 3D của DNA được gấp lại và đóng gói chặt chẽ trong nhiễm sắc thể. Bằng cách sử dụng một kỹ thuật đặc biệt “bộ gen không gian”, nhóm đã có thể lập bản đồ “tương tác trên toàn bộ bộ gen” giữa các biến thể mật độ khoáng xương có nguồn gốc từ GWAS và phần còn lại của bộ gen.
Khi làm điều này, họ đã quan sát thấy "các liên hệ nhất quán" với các gen nhân quả tiềm năng từ khoảng 17% trong số 273 vị trí mật độ khoáng xương có nguồn gốc từ GWAS mà họ đã điều tra.
Điều này dẫn đến việc xác định hai gen mới có "vai trò gây bệnh" tiềm năng trong bệnh loãng xương: ING3 và EPDR1. Nhóm nghiên cứu đã xác nhận vai trò mạnh mẽ của gen bằng cách chứng minh rằng việc im lặng chúng sẽ ngăn chặn các nguyên bào xương hình thành xương mới.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng có thể có nhiều "gen gây bệnh" hơn ngoài những gen này. Tuy nhiên, họ cũng chỉ ra rằng biến thể liên kết đến ING3 liên quan nhiều đến mật độ xương ở cổ tay, đây là “vị trí gãy xương phổ biến nhất ở trẻ em”.
Họ gợi ý rằng các nghiên cứu sâu hơn về các con đường sinh học liên quan đến ING3 có thể dẫn đến các phương pháp điều trị mới để củng cố xương và ngăn ngừa gãy xương.
Ông và nhóm của mình đang làm việc với các nhóm khác tại CHOP và tại các tổ chức khác để tạo ra các “atlases” biến thể thành gen cho các loại tế bào khác. Tiến sĩ Grant cho biết, những điều này sẽ chứng tỏ giá trị cho việc phát triển các phương pháp điều trị mới cho nhiều bệnh, bao gồm “ung thư trẻ em, tiểu đường và lupus”.
“Chúng tôi đã xác định được hai gen mới ảnh hưởng đến các tế bào tạo xương liên quan đến gãy xương và loãng xương. Hơn nữa, các phương pháp nghiên cứu mà chúng tôi đã sử dụng có thể được áp dụng rộng rãi hơn cho các bệnh khác có thành phần di truyền ”.
Struan F. A. Grant Ph.D.
