Dna ti thể là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

DNA ty thể là vật liệu di truyền nằm trong bào quan ty thể, có cấu trúc vòng, chỉ di truyền theo dòng mẹ và mã hóa các gene liên quan đến sản xuất năng lượng. Với 37 gene bao gồm protein, tRNA và rRNA, mtDNA điều khiển hoạt động của chuỗi phosphoryl hóa oxy hóa và ảnh hưởng đến nhiều chức năng tế bào sống.

Định nghĩa và cấu trúc DNA ty thể

DNA ty thể (mtDNA) là vật liệu di truyền nằm trong bào quan ty thể – nơi sản xuất năng lượng chính cho tế bào. Khác với DNA nhân, mtDNA có cấu trúc vòng, kép và chứa khoảng 16.569 cặp base. Nó mã hóa 37 gene, bao gồm 13 gene cho các protein tham gia chuỗi phosphoryl hóa oxy hóa (OXPHOS), cùng với 22 tRNA và 2 rRNA cần thiết cho quá trình tổng hợp protein trong ty thể.

Vị trí của mtDNA trong ty thể giúp nó đảm nhận vai trò quan trọng trong việc sản xuất ATP – nguồn năng lượng chính của tế bào. Tuy nhiên, vị trí này cũng khiến mtDNA dễ bị tổn thương bởi các gốc tự do sinh ra trong quá trình hô hấp tế bào, dẫn đến tỷ lệ đột biến cao hơn so với DNA nhân.

  • 13 gene mã hóa protein: Tham gia vào các phức hợp enzym trong chuỗi OXPHOS.
  • 22 tRNA và 2 rRNA: Cần thiết cho quá trình tổng hợp protein trong ty thể.

Cơ chế di truyền của DNA ty thể

mtDNA được di truyền theo dòng mẹ, nghĩa là con cái nhận toàn bộ mtDNA từ mẹ. Điều này xảy ra vì trong quá trình thụ tinh, chỉ có ty thể từ trứng của mẹ được giữ lại, còn ty thể từ tinh trùng của bố thường bị loại bỏ. Cơ chế này giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng theo dõi dòng dõi di truyền qua các thế hệ.

Hiện tượng "nút cổ chai" (bottleneck) trong quá trình tạo trứng khiến chỉ một số ít bản sao mtDNA được truyền lại cho thế hệ sau. Điều này dẫn đến sự biến đổi lớn về tỷ lệ đột biến mtDNA giữa các thế hệ, ảnh hưởng đến khả năng di truyền của các bệnh liên quan đến mtDNA.

  • Di truyền theo dòng mẹ: mtDNA chỉ được truyền từ mẹ sang con.
  • Hiện tượng "nút cổ chai": Gây ra sự biến đổi lớn về tỷ lệ đột biến mtDNA giữa các thế hệ.

Vai trò sinh học và chức năng của mtDNA

mtDNA đóng vai trò thiết yếu trong việc sản xuất năng lượng cho tế bào thông qua chuỗi phosphoryl hóa oxy hóa. Các protein được mã hóa bởi mtDNA là thành phần chính của các phức hợp enzym trong chuỗi này, giúp chuyển hóa năng lượng từ thức ăn thành ATP.

Ngoài ra, mtDNA còn tham gia vào các quá trình quan trọng khác như điều hòa apoptosis (chết tế bào theo chương trình), tín hiệu tế bào và duy trì cân bằng nội môi. Sự tổn thương hoặc đột biến trong mtDNA có thể dẫn đến rối loạn chức năng ty thể và góp phần vào sự phát triển của nhiều bệnh lý.

  • Sản xuất ATP: mtDNA mã hóa các protein tham gia vào chuỗi OXPHOS.
  • Điều hòa apoptosis: mtDNA tham gia vào quá trình chết tế bào theo chương trình.
  • Tín hiệu tế bào: mtDNA ảnh hưởng đến các quá trình tín hiệu trong tế bào.

Đột biến và bệnh lý liên quan đến mtDNA

Đột biến trong mtDNA có thể dẫn đến nhiều bệnh lý, đặc biệt là các bệnh ảnh hưởng đến cơ quan có nhu cầu năng lượng cao như não, tim và cơ. Ví dụ, hội chứng Leigh là một bệnh thần kinh nghiêm trọng liên quan đến đột biến mtDNA, gây ra các triệu chứng như yếu cơ, co giật và chậm phát triển.

Hiện tượng heteroplasmy – sự tồn tại đồng thời của mtDNA bình thường và đột biến trong cùng một tế bào – ảnh hưởng đến mức độ nghiêm trọng của bệnh. Tỷ lệ mtDNA đột biến càng cao, nguy cơ biểu hiện bệnh càng lớn. Điều này làm cho việc chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến mtDNA trở nên phức tạp.

  • Hội chứng Leigh: Bệnh thần kinh nghiêm trọng do đột biến mtDNA.
  • Heteroplasmy: Sự tồn tại đồng thời của mtDNA bình thường và đột biến trong cùng một tế bào.

Phương pháp chẩn đoán và điều trị liên quan đến mtDNA

Chẩn đoán các bệnh liên quan đến mtDNA thường gặp khó khăn do tính chất di truyền không theo quy luật Mendel và hiện tượng heteroplasmy. Truyền thống, việc xác định các đột biến mtDNA yêu cầu sinh thiết cơ hoặc mô, gây xâm lấn và rủi ro cho bệnh nhân.

Gần đây, các phương pháp chẩn đoán mới đã được phát triển nhằm giảm thiểu xâm lấn và tăng độ chính xác. Một ví dụ là xét nghiệm máu sử dụng phân tích proteomic, có thể xác định các bệnh di truyền hiếm gặp, bao gồm cả bệnh ty thể, chỉ từ 1ml máu, với thời gian trả kết quả trong vòng ba ngày. Phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả hơn so với các xét nghiệm tiêu chuẩn hiện tại trong việc chẩn đoán bệnh ty thể [Nguồn].

Về điều trị, các liệu pháp hiện tại chủ yếu tập trung vào việc quản lý triệu chứng và cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Tuy nhiên, nghiên cứu về liệu pháp thay thế ty thể (MRT) đang mở ra hy vọng mới. MRT liên quan đến việc thay thế mtDNA bị đột biến trong trứng của người mẹ bằng mtDNA khỏe mạnh từ người hiến tặng, nhằm ngăn ngừa truyền bệnh cho thế hệ sau. Phương pháp này đã được áp dụng thành công ở một số quốc gia, mặc dù vẫn còn nhiều tranh cãi về đạo đức và pháp lý [Nguồn].

Heteroplasmy và ảnh hưởng đến biểu hiện bệnh

Heteroplasmy là hiện tượng tồn tại đồng thời mtDNA bình thường và đột biến trong cùng một tế bào. Mức độ heteroplasmy có thể ảnh hưởng đến mức độ nghiêm trọng của bệnh ty thể. Khi tỷ lệ mtDNA đột biến vượt quá ngưỡng nhất định, chức năng ty thể bị suy giảm, dẫn đến biểu hiện bệnh rõ rệt.

Ví dụ, đột biến m.3243A>G trong mtDNA liên quan đến hội chứng MELAS có thể dẫn đến các triệu chứng thần kinh, chuyển hóa và tim mạch khi mức độ heteroplasmy cao. Ngược lại, khi tỷ lệ mtDNA đột biến thấp, bệnh nhân có thể không biểu hiện triệu chứng hoặc chỉ có triệu chứng nhẹ [Nguồn].

Hiểu rõ về heteroplasmy giúp các nhà nghiên cứu và bác sĩ lâm sàng đánh giá nguy cơ và tiên lượng bệnh, cũng như phát triển các chiến lược điều trị phù hợp.

Ứng dụng của mtDNA trong nghiên cứu và pháp y

mtDNA có đặc điểm di truyền theo dòng mẹ và ít bị tái tổ hợp, làm cho nó trở thành công cụ hữu ích trong nghiên cứu di truyền học, nhân chủng học và pháp y. Trong nghiên cứu tiến hóa, mtDNA được sử dụng để truy vết nguồn gốc và sự di cư của các quần thể người cổ đại.

Trong lĩnh vực pháp y, mtDNA được sử dụng để xác định danh tính cá nhân khi DNA nhân không còn nguyên vẹn, chẳng hạn như trong các mẫu xương hoặc tóc cũ. Do mtDNA tồn tại với số lượng lớn trong tế bào, nó có khả năng tồn tại lâu hơn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, giúp tăng khả năng thành công trong phân tích pháp y.

Tuy nhiên, việc sử dụng mtDNA trong pháp y cũng gặp phải hạn chế do tính chất di truyền theo dòng mẹ, khiến nó không thể phân biệt giữa các cá nhân có cùng dòng mẹ. Do đó, mtDNA thường được sử dụng kết hợp với các dấu hiệu di truyền khác để tăng độ chính xác trong xác định danh tính.

Triển vọng nghiên cứu và ứng dụng tương lai

Nghiên cứu về mtDNA đang mở ra nhiều hướng đi mới trong y học và sinh học. Một trong những lĩnh vực tiềm năng là phát triển các liệu pháp gene nhằm sửa chữa hoặc thay thế mtDNA đột biến. Các công nghệ như CRISPR/Cas9 đang được nghiên cứu để chỉnh sửa mtDNA một cách chính xác và hiệu quả.

Thêm vào đó, việc hiểu rõ hơn về cơ chế di truyền và biểu hiện của mtDNA có thể giúp phát triển các phương pháp phòng ngừa và điều trị bệnh ty thể hiệu quả hơn. Nghiên cứu về sự tương tác giữa mtDNA và DNA nhân cũng đang được quan tâm, nhằm hiểu rõ hơn về vai trò của mtDNA trong các quá trình sinh học phức tạp.

Cuối cùng, việc ứng dụng mtDNA trong các lĩnh vực như pháp y, nhân chủng học và nghiên cứu tiến hóa sẽ tiếp tục được mở rộng, nhờ vào sự phát triển của các công nghệ giải trình tự DNA và phân tích dữ liệu di truyền hiện đại.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề dna ti thể:

Bộ công cụ phân tích bộ gen: Một khung MapReduce cho việc phân tích dữ liệu giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo Dịch bởi AI
Genome Research - Tập 20 Số 9 - Trang 1297-1303 - 2010
Các dự án giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo (NGS), chẳng hạn như Dự án Bộ Gen 1000, đã và đang cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về sự biến dị di truyền giữa các cá nhân. Tuy nhiên, các tập dữ liệu khổng lồ được tạo ra bởi NGS—chỉ riêng dự án thí điểm Bộ Gen 1000 đã bao gồm gần năm terabase—làm cho việc viết các công cụ phân tích giàu tính năng, hiệu quả và đáng tin cậy trở nên khó ...... hiện toàn bộ
#khoa học #giải trình tự DNA #Bộ Gen 1000 #GATK #MapReduce #phân tích bộ gen #sự biến dị di truyền #công cụ NGS #phân giải song song #SNP #Atlas Bộ Gen Ung thư
Một Endonuclease DNA Hướng Dẫn Bởi RNA Kép Có Thể Lập Trình Trong Hệ Miễn Dịch Thích Ứng Của Vi Khuẩn Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 337 Số 6096 - Trang 816-821 - 2012
Vi khuẩn và vi khuẩn cổ tự bảo vệ mình khỏi các acid nucleic ngoại lai xâm lấn thông qua một hệ miễn dịch thích ứng qua trung gian RNA gọi là CRISPR (các đoạn ngắn palindromic sắp xếp tập trung và cách đều) và các protein liên quan CRISPR (Cas). Jinek và cộng sự (trang 816, xuất bản trực tuyến ngày 28 tháng 6; xem bài Phân tích của Brouns) đã phát hiện rằng trong hệ CRISPR/Cas loại II, cả RNA CRIS...... hiện toàn bộ
#CRISPR #endonuclease #miễn dịch tích ứng #crRNA #Cas9 #vi khuẩn cổ
Phân tích phương sai phân tử suy ra từ khoảng cách giữa các haplotype DNA: ứng dụng dữ liệu hạn chế của DNA ty thể người. Dịch bởi AI
Genetics - Tập 131 Số 2 - Trang 479-491 - 1992
Toát yếu Chúng tôi trình bày một khung nghiên cứu về sự biến đổi phân tử trong một loài. Dữ liệu về sự khác biệt giữa các haplotype DNA đã được tích hợp vào một định dạng phân tích phương sai, xuất phát từ ma trận khoảng cách bình phương giữa tất cả các cặp haplotype. Phân tích phương sai phân tử (AMOVA) này cung cấp các ước tính về thành phần phương sai và các đ...... hiện toàn bộ
#phân tích phương sai phân tử #haplotype DNA #phi-statistics #phương pháp hoán vị #dữ liệu ty thể người #chia nhỏ dân số #cấu trúc di truyền #giả định tiến hóa #đa dạng phân tử #mẫu vị trí
Xác định gen gây bệnh xơ nang: phân lập và đặc trưng hóa DNA bổ sung Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 245 Số 4922 - Trang 1066-1073 - 1989
Các đoạn DNA bổ sung chồng chéo đã được phân lập từ các thư viện tế bào biểu mô với một đoạn DNA gen chứa một phần của vị trí gen xơ nang (CF), nằm trên nhiễm sắc thể 7. Các bản sao gen, có kích thước khoảng 6500 nucleotide, có thể được phát hiện trong các mô bị ảnh hưởng ở bệnh nhân mắc CF. Chất protein được dự đoán bao gồm hai mô thức tương tự, mỗi mô thức có (i) một miền có các đặc tính...... hiện toàn bộ
#Gene xơ nang #DNA bổ sung #nhiễm sắc thể 7 #gắn kết ATP #thiếu hụt nucleotide
Xây dựng và đặc trưng các phương tiện nhân bản DNA đa bản có khả năng khuếch đại từ miniplasmid P15A Dịch bởi AI
Journal of Bacteriology - Tập 134 Số 3 - Trang 1141-1156 - 1978
Xây dựng và đặc trưng một lớp phương tiện nhân bản plasmid đa bản chứa hệ thống tái sinh của miniplasmid P15A được mô tả. Các plasmid được xây dựng có điểm cắt nằm trong các gen kháng kháng sinh cho một loạt các endonuclease đặc hiệu đã được sử dụng, cho phép áp dụng quy trình làm bất hoạt chèn để lựa chọn các dòng chứa phân tử DNA lai. Mặc dù các plasmid được xây dựng cho thấy sự đồng hìn...... hiện toàn bộ
Cyclic GMP-AMP Synthase Is a Cytosolic DNA Sensor That Activates the Type I Interferon Pathway
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 339 Số 6121 - Trang 786-791 - 2013
DNA Sensing Is a (c)GAS DNA is normally localized to the nucleus, and so its cytoplasmic localization sends off alarm bells to the immune system because it indicates that a virus may have entered. But how does the immune system actually detect the DNA (see the Perspective by O'Neill )? Sun et al. (p. 786 , published online 20 December) identify cyclic GMP-AMP (cGAMP) cyclase (cGAS), which can bind to cytoplasmic DNA directly and catalyze the production of cGAMP. cGAMP then acts as a second messenger to activate downstream signaling events that trigger antiviral immunity. Wu et al. (p. hiện toàn bộ
Phát hiện chất gây ung thư dưới dạng đột biến trong thử nghiệm Salmonella/microsome: kiểm tra 300 hóa chất. Dịch bởi AI
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 72 Số 12 - Trang 5135-5139 - 1975
Khoảng 300 chất gây ung thư và không gây ung thư thuộc nhiều loại hóa học khác nhau đã được kiểm tra tính đột biến gen trong thử nghiệm Salmonella/microsome đơn giản. Thử nghiệm này sử dụng vi khuẩn như là chỉ thị nhạy cảm cho tổn thương DNA, và các chiết xuất gan động vật có vú để chuyển hóa chất gây ung thư thành dạng đột biến hoạt động. Các dữ liệu định lượng về tính đột biến từ các đường cong ...... hiện toàn bộ
#chất gây ung thư #đột biến #thử nghiệm Salmonella/microsome #hóa chất #tổn thương DNA #chuyển hóa #định lượng #mạnh #tương quan #không gây ung thư #môi trường
Ten species in one: DNA barcoding reveals cryptic species in the neotropical skipper butterflyAstraptes fulgerator
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 101 Số 41 - Trang 14812-14817 - 2004
Astraptes fulgerator, first described in 1775, is a common and widely distributed neotropical skipper butterfly (Lepidoptera: Hesperiidae). We combine 25 years of natural history observations in northwestern Costa Rica with morphological study and DNA barcoding of museum specimens to show thatA. fulgeratoris a complex of at least 10 spe...... hiện toàn bộ
DƯỢC LÝ HỌC VÀ CHỨC NĂNG CỦA THỤ THỂ GLUTAMATE METABOTROPIC Dịch bởi AI
Annual Review of Pharmacology and Toxicology - Tập 37 Số 1 - Trang 205-237 - 1997
▪ Tóm tắt: Khoảng giữa cho đến cuối thập niên 1980, các nghiên cứu đã được công bố chứng minh sự tồn tại của các thụ thể glutamate không phải là kênh cation điều khiển ligan mà được kết nối với hệ thống hiệu ứng thông qua các protein liên kết với GTP. Kể từ những báo cáo ban đầu đó, đã có sự tiến bộ vượt bậc trong việc đặc trưng hóa các thụ thể glutamate metabotropic (mGluRs), bao gồm việ...... hiện toàn bộ
#thụ thể glutamate metabotropic #GTP-binding proteins #nhân bản cDNA #chất chủ vận và chất đối kháng #não động vật có vú #dược lý thần kinh
Tổng số: 8,906   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10