DNA VÀ GENE LÀ GÌ ?
1- DNA (Deoxyribosenucleic Acid) là tên của một loại acid được tìm thấy
lần đầu tiên trong chromosome của tế bào bởi nhà vất lý ngưỡi Thụy
sĩ Friedrich Miescher(1844-1895) .
Năm 1869 khi dùng kính hiển vi quan sát chất mủ
dính trong băng giải phẩu( pus in surgical bandages), Friedrich Miescher tách ra được mốt chất đắt tên là nuclein .
Phân chất nuclein, Friedrich Miescher thấy có hydrogen, oxygen, nitrogen và phosphate
.
Mãi tới năm 1929,một
kỹ sư
ngành hóa sinh biochemistry gốc Nga
Phoebus Levene (1869-1940)
phụ trách nghiên cứu acid nucleic, tại Rockefeller
Institute of Medical Research
tìm thấy trong nuclein có Adenine(A) ,Cytosine(C)
,Guanine(G) , Thymine(T) , Deoxyribose, Phosphate nên chọn tên Deoxyribosenucleic Acid (DNA)
thay cho tên nuclein vì nó có tinh acid do Phosphate phóng ra proton
trong dung dịch.
Một
thời gian sau nữa vào năm 1951, ba khoa học gia James Watson (b. 1928), Francis
Crick (1916-2004)
và Maurice Wilkins (1916-2004) tại University Cambridge,UK đã xác định rỏ
rệt cấu trúc (structure) của DNA
(Deoxyribonucleic Acid) nhờ xử dụng hình chụp X-ray,
kết hợp với hình ba chiều của acid nên được giải Nobel năm 1962. . Đây là một sự khám phá vĩ đại cho nhân loại vì đã tìm được chỗ
chứa đựng bí mật của sự sống mà nhân loại gọi là The secret of life.
(Người
đã chụp hình DNA bằng máy
X-ray là kỹ sư họa học ROSALIND
FRANKLIN (1920-1958) từ trần vì bịnh ung thư trước ngày phát thưởng Nobel nên không
được lảnh thưởng)
Vậy cấu
trúc DNA có ba
hoá chất kết hợp với nhau :
Pentose sugar( tức là deoxyribose), phosphate và nitrogene
base.
Pentose sugar là deoxyribose,còn phosphate khi ở trong dung dịch sẽ
phóng proton nên cấu
trúc deoxyribonucleic ( DNA ) có tính acit.
Goị deoxyribose vì
ribose thiếu một oxy.Công thức hóa của ribose là C5H10O5,công thức hóa của deoxyribose là C5H10O4.
Khi có một trong 4 nitrogen bases A :
adenine ; G :
Guanidine ; T :
Thymine ; C :
Cytocine nôi kết với môt pentose sugar và một phosphate
thì gọi đó là một nucleotide.
Những nitrogen bases nầy
nối kết thành từng đôi gọi là base pair. A nối T ;
C nối G.
Đếm số base
pairs hoặc đếm số nucleotides thì
biết đó là chiều dài của DNA.
Quy định căn bản cho một dây (strand) DNA
gồm có 4 base pairs hay 4 nucleotides đánh dấu 5'C và 3'C nghĩa là bắt
đầu của strand kể từ chỗ phosphate gắn vào 5'C của sugar đầu tiên và
tại 3'C
của sugar thứ tư là hydroxyl group chứ không còn gắn
phosphate nữa.
GIẢI PHẨU DNA - ANATOMY OF DNA
Cấu trúc hóa học của DNA gồm có 2 sợi dây (2 strands) gọi
backbone có hình xoắn ốc ngược chiều nhau và quấn vào nhau, cấu tạo bởi các
phân tử carbon - sugar S và các phân tử phosphate
P .
Các bases có tên dưới đây nối 2 sợi dây nầy với nhau làm cho
DNA giống hình cái thang ( ladder) và các bases thì giống hình của những
bậc thang(rungs).
A : adenine ; G : Guanidine ; T : Thymine ; C : Cytocine
T, C là single-ring pyrimidine bases. A, G là double-ring purine bases.
Cách đọc DNA như sau.Khởi đầu từ dây trên tại ví trí 5’c của sugar xúông tới dây
dưới rồi dừng tại vị trí 3’c của sugar.Phosphate nối tại 5’c và hydroxyl (-OH) nối tại
3’c.
2- GENE là tên lấy gốc
từ tiếng Hi lạp là genea (nghĩa
là skin, race, generation) có khả năng tạo ra tế bào và mang đặc tính hướng dẫn di truyền.
Trong DNA, Gene là tên của một vùng (region of DNA) ngắn hoặc dài của DNA có nhiệm vụ di truyền. Giữa 2 genes có một khỏang gọi là Junk DNA vì các khoa học gia chưa tìm ra
nhiệm vụ của nó.
3- TIÊU CHUẨN CODING CỦA DNA VÀ GENE.
CODING STANDARD OF DNA.
Theo nghiên cứu, các khoa học gia đã tìm thấy một simple amino acid dùng
để tạo ra protein cần phải có 3 nucleotides hoặc 3 bases nên
đặt ra quy luật gọi triplet (Codon).
Triplet là một nhóm gồm có 3 chữ lấy từ A,T,C,G (Tên của 4 bases nói trên)
Thí du triplet AGC chứa amino acid tên là SERINE, ACC là amino acid THREONINE.
Triplet còn có tên chuyên môn là CODON.Trường hợp đặc biệt có một số nhiều amino
acids cần nhiều codons.
Khởi đầu của codon là ATG và kết thúc là TAA TAA (double codon).
Những codons nào có đặc tính tạo ra protein
và đặc tính di truyền thì được đặt tên là GENE.
NHỮNG AMINO ACIDS ĐÃ TÌM THẤY TRONG CODONS .
Ghép 3 chữ của 4 chữ A, C, G, T taọ ra được 64 codons chứa
20 amino acids có tên như sau.
-------------------
1-Phenylalanine
F TTT, TTC
2-Methionine
M ATG
3-Cysteine
C TGT,
TGC
4-Alanine
A GCT, GCC, GCA, GCG
5-Glycine
G GGT,
GGC, GGA, GGG
6-Isoleucine
I ATT, ATC, ATA
7-Leucine
L
CTT, CTC, CTA, CTG, TTA, TTG
8-Valine
V GTT, GTC,
GTA, GTG
9-Proline
P CCT, CCC, CCA, CCG
10-Threonine
T ACT, ACC, ACA, ACG
11-Serine
S TCT, TCC, TCA, TCG, AGT, AGC
12-Tyrosine
Y TAT, TAC.
13-Tryptophan
W TGG
14-Glutamine
Q CAA, CAG
15-Asparagine
N AAT, AAC
16-Histidine
H CAT, CAC
17-Glutamic acid
E GAA, GAG
18-Aspartic
acid D GAT, GAC
19-Lysine
K AAA, AAG
20-Arginine
R CGT, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG
Stop
codons Stop TAA, TAG, TGA
------------------
Quan sát bảng liệt kê trên ,
chúng ta thấy có nhiều amino acids chiếm hơn một codon.
3-GENE APOE LÀ GÌ ?
Genes kiểm soát sự hoạt
động của tất cả các tế bào trong cơ thể chúng ta.Nhưng cũng có môt
số genes liên hệ tới bịnh tật trong đó có gene APOE được phát hiện vào năm 1995 co liên hệ tới
bịnh Alzheimer.
APOE là chữ viết tắt của Apolipoprotein E được tìm thấy vào năm 1973. Gene
nầy có nhiệm vụ làm vận chuyển chất béo và cholesterol trong
máu. Gene APOE có tổng cọng 3597 base pairs chứa
trong chromosome 19.
Trong mỗi tế bào của thân thể
chúng ta có 46 chromosomes chia làm thành 23 cặp chromosomes(23
pairs).Chromosome 19 là môt trong 23 cặp chromosomes chứa 59 triệu base pairs chiếm 2 phần trăm
của tòan thể DNA trong tế bào.
Gene APOE cấu tạo bởi 299 amino acid, có 3 dạng khác nhau là APOE2, APOE3
và APOE4.
Theo nghiên cứu cho thấy dạng APOE4
có liên hệ tới bịnh Alzheimer nhưng chưa chắc gây tạo ra bịnh Alzheimer.Đó là ý kiến
của Dr Darren Gitelman giám đốc “The Advocate Memory Center at Advocate
Lutheran General Hospital in Park Ridge, Ill.”
Gene APOE4 điều khiển sự tạo tác ra một hóa chất độc
hại gọi là apoliprotein e4. Khi
hóa chất nầy xuất hiện quá nhiều trong tế bào não bộ, nó sẽ kết
thành những mảnh (plaques) gọi
là amyloid beta proteins nên bịnh Alzheimer xuất hiện.
Theo nghiên
cúu đa số loài người không có gene APOE4.Chỉ có khoảng 25 phần trăm có 1
hoặc 2 gene APOE4
4-NGHIÊN CỨU CÁCH CHỬA BỊNH TỪ GENE
APOE
(Small corrector molecule can fix APOE4 in
treating Alzheimer)
Hiên nay năm 2018 tại bang California USA có rất nhiều khoa
học gia đang nghiên cứu chữa bịnh Alzheimer từ gen.Theo tiên đóan của
Hiệp Hội The
Alzheimer's Association vào năm 2050, số người Mỹ bị bịnh Alzheimer sẽ tới 16 triệu.
Tại Trường Đại Học
UCSF có các chuyên gia Zachary Miller, Bruce
Miller, và Mary Malloy .Công trình nghiên cứu tại đây được tài trợ bởi The National Institute on Aging, the California Institute of Regenerative
Medicine, and the Roddenberry Foundation.
Tại California's Gladstone Institutes,
có các khoa học gia
Ramsey Najm, Qin Xu, Dah-eun Jeong,
David Walker, Maureen Balestra, Seo Yeon Yoon, Heidi Yuan, và Gang Li.
Tại
đây YADONG
HUANG (MD, PhD) làm giam đốc nghiên cứu. Sau nhiều trắc
nghiệm HUANG
đã phát hiện gene APOE4 là nguyên nhân làm xuất hiện Alzheimer.Các
gene APOE2 và gene APOE3 thì vô hại.
Từ
đó nhóm nghiên cứu nầy tìm cách chuyển đổi gene
APOE4 thành APOE3 bằng
cách dùng một phân tử gọi là corrector molecule.
Dùng phương pháp
gọi Tế bào gốc vạn năng cảm
ứng - Induced pluripotent stem cells (iPS) để tạo ra hai loại
neurons.
Neurons
số 1 từ tế bào da cùa người có bịnh Alzheimer có chứa có chứa 2 copies of gene APOE4
và Neurons số 2 từ tế bào da của người không bị bịnh Alzheimer có chứa có chứa 2 copies of gene APOE3.
Cho APOE4 vào neurons số
2 thì thấy mức độ xuất hiện của Tau protein và amyloid beta gia tăng tức là triệu
chứng Alzheimer xuất hiện .
Thí nghiệm trong neurons
của loài chuột thì Tau protein và amyloid beta không thay đổi.
(In mouse neurons, APOE4 doesn't change the
production of amyloid beta. In human cells it increases the production
of amyloid beta ).
Nhóm nghiên cứu của Dr
HUANG đã tạo được "structure
correctors." và đã trắc nghiệm có kết quả đối với neurons của
loài người mà nhóm đã tạo ra theo phương pháp iPS .
Hiện nay nhóm của ông đang nghiên
cứu cải tiến corrector và hợp
tác với các nhà chế tạo thuốc để áp dụng cho
bịnh nhân trong tương lai.
