DNA không mã hóa là gì?

Trình tự DNA không mã hóa sẽ không mã hóa axit amin. Hầu hết DNA không mã hóa nằm giữa các gen trên nhiễm sắc thể và không có chức năng nào được biết đến. DNA không mã hóa khác, được gọi là intron, được tìm thấy trong gen. Một số DNA không mã hóa có vai trò trong việc điều hòa sự biểu hiện của gen.

Bạn có thể nghĩ rằng bộ gen được chia thành hai phần. Có những thứ mã hóa cho protein, được gọi nó là DNA mã hóa, và phần còn lại của bộ gen được gọi là DNA không mã hóa.

Chỉ khoảng 1% DNA được tạo thành từ các gen mã hóa protein; 99% còn lại là không mã hóa. DNA không mã hóa không cung cấp hướng dẫn để tạo ra protein.

Các nhà khoa học đã từng cho rằng DNA không mã hóa là "rác", không có mục đích rõ ràng. Tuy nhiên, ngày càng rõ ràng rằng ít nhất một số trong số đó là không thể thiếu đối với chức năng của tế bào, đặc biệt là kiểm soát hoạt động của gen.

Ví dụ, DNA không mã hóa chứa các trình tự hoạt động như các yếu tố điều chỉnh, xác định thời điểm và vị trí các gen được bật và tắt. Các yếu tố này cung cấp các vị trí cho các protein chuyên biệt (được gọi là các yếu tố phiên mã) để gắn (liên kết) và kích hoạt hoặc kìm hãm quá trình phiên mã, mà thông tin từ gen được chuyển thành protein.

DNA không mã hóa chứa nhiều loại yếu tố quy định:

• Các chất xúc tiến: Các chất này cung cấp các vị trí liên kết cho bộ máy protein thực hiện quá trình phiên mã. Các trình tự khởi động thường được tìm thấy ngay trước gen trên chuỗi DNA.
• Chất tăng cường: Cung cấp các vị trí liên kết cho các protein giúp kích hoạt quá trình phiên mã. Các chất tăng cường có thể được tìm thấy trên sợi DNA trước hoặc sau gen mà chúng kiểm soát, đôi khi ở rất xa.
• Silencers: Cung cấp các vị trí liên kết cho các protein ngăn chặn quá trình phiên mã. Giống như chất tăng cường, chất ức chế có thể được tìm thấy trước hoặc sau gen mà chúng kiểm soát và có thể ở một khoảng cách xa trên sợi DNA.
• Chất cách điện: Cung cấp các vị trí liên kết cho các protein kiểm soát quá trình phiên mã theo một số cách. Một số ngăn cản chất tăng cường hỗ trợ quá trình phiên mã (chất cách điện ngăn chặn chất tăng cường).

Những DNA không mã hóa khác ngăn chặn những thay đổi cấu trúc trong DNA ngăn chặn hoạt động của gen (chất cách điện rào cản). Một số chất cách điện có thể hoạt động như một chất chặn tăng cường và một rào cản.

Các vùng khác của DNA không mã hóa cung cấp hướng dẫn cho việc hình thành một số loại phân tử ARN. ARN là một người anh em hóa học của DNA. Ví dụ về các phân tử ARN chuyên biệt được tạo ra từ DNA không mã hóa bao gồm ARN vận chuyển (tRNA) và ARN ribosome (rRNA), giúp tập hợp các khối xây dựng protein (axit amin) thành một chuỗi hình thành protein; microRNA (miRNA), là các ARN có độ dài ngắn ngăn quá trình sản xuất protein; và ARN không mã hóa dài (lncRNA), là những ARN có chiều dài dài hơn có vai trò đa dạng trong việc điều hòa hoạt động của gen.

Một số yếu tố cấu trúc của nhiễm sắc thể cũng là một phần của ADN không mã hóa. Ví dụ, các chuỗi ADN không mã hóa lặp đi lặp lại ở các đầu của nhiễm sắc thể tạo thành các telomere. Telomere có vai trò bảo vệ các đầu mút của nhiễm sắc thể không bị suy thoái trong quá trình sao chép vật chất di truyền.

Các chuỗi DNA không mã hóa lặp đi lặp lại cũng tạo thành DNA vệ tinh, là một phần của các yếu tố cấu trúc khác. DNA vệ tinh là cơ sở của tâm động, là điểm thắt của cặp nhiễm sắc thể hình chữ X. DNA vệ tinh cũng tạo thành dị nhiễm sắc, là DNA có mật độ dày đặc rất quan trọng để kiểm soát hoạt động của gen và duy trì cấu trúc của nhiễm sắc thể.

Một số vùng DNA không mã hóa, được gọi là intron, nằm trong các gen mã hóa protein nhưng bị loại bỏ trước khi tạo ra một protein. Các yếu tố điều tiết, chẳng hạn như chất tăng cường, có thể nằm trong phần nội tạng. Các vùng không mã hóa khác được tìm thấy giữa các gen và được gọi là vùng liên gen.

Không hoàn toàn hiểu được danh tính của các yếu tố quy định và các vùng chức năng khác trong DNA không mã hóa. Các nhà nghiên cứu đang làm việc để tìm hiểu vị trí và vai trò của các thành phần di truyền này

Các nghiên cứu cho đến thời điểm này đã khẳng định rõ ràng rằng những thay đổi trong gen có thể làm thay đổi chức năng của protein trong cơ thể, có khả năng gây ra các vấn đề về sức khỏe. Các nhà khoa học đã xác định rằng những thay đổi trong các vùng của DNA không chứa gen (DNA không mã hóa) cũng có thể dẫn đến bệnh tật.

Nhiều vùng của DNA không mã hóa đóng một vai trò trong việc kiểm soát hoạt động của gen, có nghĩa là chúng giúp xác định thời điểm và vị trí bật hoặc tắt một số gen nhất định. Các vùng khác của DNA không mã hóa rất quan trọng đối với quá trình lắp ráp protein.

Bằng cách thay đổi một trong những vùng này, một biến thể (còn được gọi là đột biến) trong DNA không mã hóa có thể kích hoạt một gen và khiến một protein được sản xuất không đúng chỗ hoặc sai thời điểm.

Ngoài ra, một biến thể có thể làm giảm hoặc loại bỏ việc sản xuất một loại protein quan trọng khi nó cần thiết. Không phải tất cả những thay đổi trong DNA không mã hóa đều có ảnh hưởng đến sức khỏe, nhưng những thay đổi làm thay đổi mô hình của một protein quan trọng có thể phá vỡ sự phát triển bình thường hoặc gây ra vấn đề sức khỏe.

Các đột biến trên ADN không mã hóa có liên quan đến một số loại ung thư và rối loạn phát triển như chuỗi Pierre Robin bị cô lập gây ảnh hưởng đến hàm và mặt. Tình trạng này là do những thay đổi trong các vùng của DNA không mã hóa hoạt động như các yếu tố tăng cường. Chất tăng cường gắn các protein giúp kích hoạt các gen cụ thể. Các chất tăng cường đã thay đổi trong trình tự Pierre-Robin cô lập kiểm soát hoạt động của gen SOX9.

Ngoài các yếu tố tăng cường, các đột biến trên ADN không mã hóa có thể phá vỡ các yếu tố điều hòa khác. Các yếu tố khác này bao gồm các chất xúc tiến, nơi các protein kích hoạt gen gắn vào; chất cách điện, nơi các protein giúp hình thành hoạt động của các gen theo những cách khác nhau gắn vào; và bộ phận ức chế, nơi các protein đóng dấu gen gắn vào.

Một số vùng của DNA không mã hóa cung cấp hướng dẫn để tạo ra một số loại phân tử ARN đóng vai trò điều hòa hoạt động gen hoặc lắp ráp protein. Các đột biến ADN không mã hóa này làm gián đoạn các phân tử ARN chức năng này, chẳng hạn như ARN vận chuyển, microRNA hoặc ARN không mã hóa dài, cũng có liên quan đến bệnh.

Các dạng thay đổi di truyền tương tự xảy ra trong gen hoặc làm thay đổi cấu trúc của nhiễm sắc thể có thể ảnh hưởng đến sức khỏe và sự phát triển khi chúng xảy ra ở DNA không mã hóa. Những thay đổi này bao gồm những thay đổi trong các khối xây dựng DNA đơn lẻ (biến thể thay thế), chèn, xóa, sao chép và chuyển vị.

Các biến thể DNA không mã hóa có thể được di truyền từ cha mẹ hoặc có được trong cuộc đời của một người.

Vẫn còn nhiều điều chưa rõ về cách xác định các vùng của DNA không mã hóa có chức năng trong tế bào và vai trò của các vùng đó. Kết quả là, việc liên kết những thay đổi di truyền trong DNA không mã hóa với tác động của chúng lên một số gen nhất định và tình trạng sức khỏe là rất khó. Vai trò của DNA không mã hóa và những ảnh hưởng mà đột biến trên ADN không mã hóa đối với cơ thể đang là lĩnh vực ngày càng được nghiên cứu nhiều hơn.