Đề tài Điều hòa và biểu hiện gen ở sinh vật bậc cao

oặc tái cấu trúc nucleosome, cho phép DNA được bộc lộ.Các yếu tố phiên mã khác gắn vào DNARNA polymerase gắn vào DNAQuá trình phiên mã được khởi động khi xuất hiện một tín hiệu dương tính được truyền tới thông qua phức hệ trung gian từ một hay nhiều các yếu tố phiên mã đặc biệt.b. Sự methyl hóa DNA Nhóm methyl được gắn vào chromatin. Sự gắn thêm nhóm phosphate gần các acid amin bị methyl hóa sẽ làm cho chromatin tháo xoắn. Trong các sinh vật đa bào, metyl hoá ADN là một dấu hiệu biểu hiện gen liên quan tới sự biệt hoá của mô tế bào. Trình tự nhận biết cho sự metyl hoá rất ngắn, ở động vật thường là CG còn ở thực vật là CNG. Sự Methyl hóa ADN	Tắt gen là một thuật ngữ khá mơ hồ nó liên quan đến sự biểu hiện của một số lượng tương đối lớn các gen không theo kiểu đặc biệt nào. Sự tắt gen tương đối hạn chế đã được biết đến ở vi khuẩn. Tuy nhiên sư tắt gen là tương đối phổ biến ở sinh vật bậc cao nó liên quan tới sự thay đổi của cả DNA và histon. Tắt gen ảnh hưởng đến từng gen riêng biệt, một cụm gen, một vùng của NST hoặc thậm chí toàn bộ NST Tắt gen gây ra bởi sự metyl hóa DNAA) Các vùng CG trên DNA; B) Bị metyl hoáC) MeCP khi liên kết vào vùng metyl hoáD) HDAC sẽ liên kết với cả MeCP và ADNE) Và F) Các trình tự trong đó các đuôi histon bị deacetyl hoá và các nucleosome bị liên kết lạiTắt gen bắt đầu do sự metyl hoáII. Điều hòa hoạt động gen bằng kiểm soát phiên mã Trước khi xem bằng cách nào các tế bào sinh vật bậc cao có thể điều khiển quá trình phiên mã thì chúng ta cần tìm hiểu cấu trúc của một gen điển hình ở sinh vật bậc cao và phiên bản mã của nó. Sơ đồ cấu trúc của một gen điển hình ở sinh vật bậc cao và phiên bản mã II.1. Điều hòa biểu hiện bằng các trình tự tăng cường (Enhancer) phiên mã: 	Một số yếu tố trình tự điều khiển, gọi là các yếu tố điều khiển gần, nằm ngay gần protmoter, còn các yếu tố điều khiển xa nằm cách promoter một đoạn xa hơn và chúng tập hợp thành một nhóm được gọi là các trình từ tăng cường (enhancer) Mô hình hoạt động của enhancer và các yếu tố hoạt hóa phiên mã II.2. Phức hệ trung gian truyền tín hiệu tới RNA polymerase: 	Ở sinh vật bậc cao, thì các yếu tố phiên mã chúng đảm nhiệm cả 2 chức năng nhận diện và gắn vào promoter. Các yếu tố hoạt hoá ở sinh vật bậc cao như là các yếu tố hỗ trợ RNA polymerase di chuyển lên phía trước kể từ vị trí promoter trong quá trình phiên mã. Các yếu tố trung gian là các phức protein có khả năng gắn với phần phía trên của RNA polymerase II do RNA polymerase có các vị trí đặc hiệu gắn cho các yếu tố này đặcbiệt đối với các yếu tố có khả năng liên kết với các enhancer. Ví dụ, các yếu tố trung gian hoạt động theo kiểu điều hòa dương tính:Các protein hoạt hoá và các yếu tố trung gianA) Sự tạo thành cấu trúc vòng của DNA cho phép các yếu tố hoạt hoá đã gắn vào enhancer có thể tiếp cận tới bộ máy phiên mã...B) Phức hệ trung gian cho phép sự liên hệ giữa các yếu tố tăng cường và các yếu tố kìm hãm với RNA polymerase.II.3.Protein hoạt hóa (activator protein): 	Protein hoạt hóa kết hợp với nhau, gắn với trình tự enhancer (enhanceosome) và các nhân tố phiên mã, enzyme RNA polymerase II kích hoạt quá trình phiên mã. Các protein hoạt hóa gắn càng nhiều trình tự enhancer, phiên mã càng mạnh, có thể cực đại. Các activator protein gắn với nhiều enhancerCấu trúc đoạn gen ở vị trí các protein bám dính III. Sự cắt nối các intron và exonCắt rời các intron và nối các exon lại với nhau nhờ spliceosome (gồm snRNP và các protein) Hai Nu đầu tiên GU ở đầu 5’ và AG ở đầu 3’ của mỗi intron là vị trí nhận biết để cắt intron ra khỏi phân tử tiền mARNBa bước của cơ chế cắt-nối (splicing) pre-mRNA sinh vật bậc cao (1) lắp mũ 5’ (xảy ra cùng lúc phiên mã); (2) tách bỏ và gắn đuôi poly(A); và (3) splicing (xảy ra trong nhân trước khi mRNA đi ra tế bào chất) Cơ chế chi tiết của quá trình cắt nối các intron và exon ở sinh vật bậc caoBản chất hoá học của sự cắt-nối mRNA gồm hai phản ứng ester hoá chéo - trao đổi một liên kết phosphodiester cho một cái khác – không được xúc tác bởi các enzyme thông thườngNối các exon và giải phóng intron dưới dạng RNA vòng (thòng lọng: Lariat). C. Dinucleotide GU và AG “chuẩn” ở hai đầu mút mỗi intron cho thấy các vị trí cho và nhận nằm bên trong các trình tự liên ứng được bảo tồn; snRNA U1 nhận biết vị trí cho và snRNA U2 bán vào vị trí bên (theo kiểu tương tác cặp base). Y = U hoặc C chỉ cho pyrimidine; N = nucleotide bất kỳ. D. Sự tụ họp của bộ máy splicing (spliceosome), với 4 bước: (1) U1và U2 bám vào các snRNP; (2) Sự bám vào của U4, U5, U6; (3) U1 được giải phóng trước và kế đó là U4; (4) U6 bám vào vị trí splice 5’ và hai phản ứng cắt-nối xảy ra, được xúc tác bởi các snRNP U2 và U6 IV- mARN xuyên qua lỗ nhân ra bào tương mARN gắn với 1 số protein đặc hiệu hnRNP ,nhận diện lỗ nhân nhờ các thụ thể bên trong màng nhân, xuyên màng nhân ra ngòai bào tương theo hướng 5’- 3’ V - Hủy mARN (nếu mARN không được dịch mã) Nếu mARN không được dịch mã, tức không có quá trình tổng hợp protein, thì dưới tác dụng của ribonuclease ,sẽ phân hủy phân tử mARN này.Sự thoái hóa mRNA là một cơ chế kiểm soát chủ yếu trong biểu hiện gen ở sinh vật bậc cao, thời gian tồn tại của mRNA phụ thuộc vào độ dài trình tự AU ở vùng 3’ không dịch mã và sự khử đuôi poly A. Hầu hết các tế bào của sinh vật đa bào tồn tại trong một môi trường khá ổn định và thực hiện một hệ những chức năng đặc trưng trong một khoảng thời gian từ vài ngày đến vài tháng, thậm chí là trong cả cuộc đời của sinh vật Các mRNA trong tế bào chất có thể được phân hủy bởi nhiều con đường khác nhau, phụ thuộc vào sự deacetyl hóa, mức độ deacetyl hóa sẽ kiểm soát mức độ phân hủy. Các con đường phân hủy mRNA ở sinh vật bậc caoVI - Dịch mã, tổng hợp protein Dịch mã là quá trình giải mã thông tin di truyền từ mARN để tạo thành protein tương ứngNgoài mARN ,thì 2 nhân tố quan trọng khác tham gia quá trình dịch mã là ribôxôm và ARN vận chuyển Diễn biến chính gồm họat hóa acid amin và dịch mã tại ribôxômHọat hóa acid amin và gắn nó vào tARN+ Quá trình họat hóa diễn ra ở tế bào chất.+ Mỗi acid amin(aa) sẽ kết hợp đồng hóa trị với tARN đặc hiệu nhờ năng lượng của ATP, được xúc tác bởi aminoacyl-tARN. Mỗi enzyme đặc hiệu cho 1 aa và những tARN ứng với aa đó Dich mã tại Riboxom gồm 3 giai đọan – Mở đầu– Kéo dài– Kết thúcGiai đoạn mở đầu1. Bán đơn vị nhỏ của ribosome gắn với mARNvà Met – tARN2. Bán đơn vị nhỏ di chuyển dọc theo mARNđến khi gặp mã mở đầu (AUG)3. Một proteins gọi là yếu tố mở đầu (IF =initiation factor) mang bán đơn vị lớn đến gắnvào → phức hệ mở đầuGiai đoạn kéo dài• Trong giai đoạn này, các acid amin lần lượtđược gắn vào acid amin trước đó• Mỗi acid amin được gắn thêm vào nhờ có sựhỗ trợ của các protein gọi là yếu tố kéo dài (EF= elongation factor)• Giai đoạn này gồm 3 bước lặp đi lặp lại– Sự nhận dạng codon– Sự thành lập liên kết peptide– Sự chuyển vị (translocation)nên được gọi là chu kỳ giải mãGIAI ĐOẠN KẾT THÚC (TERMINATION) • Phiên mã sẽ kết thúc khi một stop codon trongmARN đi vào vị trí A của ribosome• Một protein gọi là yếu tố phóng thích (RF =release factor) đi vào vị trí A làm gắn thêm mộtphân tử nước thay vì một acid amin• Phản ứng này làm phóng thích chuỗipolypeptide và hai bán đơn vị của ribosometách nhau raIV.1. Một số protein điều khiển có thể là nguyên nhân kìm hãm quá trình dịch mãMột số protein điều khiển có thể liên kết vào những trình tự đặc hiệu trên mRNA và điều khiển quá trình dịch mã. Những phản ứng của mRNA với sắt dưới đây là một ví dụ về sự kìm hãm quá trình dịch mã. Điều hòa sự dịch mã của ferritin mRNA bằng IRP IV.2. Một số protein điều khiển có thể là hoạt hóa quá trình dịch mã Điều khiển dịch mã tích cực được sử dụng để kiểm soát sự tổng hợp protein trong lục lạp sau khi được ánh sáng kích thích. Tổng hợp của nhiều protein lục lạp càng nhiều càng tốt gấp hàng trăm lần bởi ánh sáng. Các mức độ của một số protein này được kiểm soát bằng sự phiên mã, một số khác bằng dịch mã. Sự hoạt hóa quá trình dịch mã mRNA lục lạp IV.3. Ảnh hưởng của tiểu RNA(miRNA ) đến sự dịch mã mRNA Từ năm 1993, một số nghiên cứu đã phát hiện ra các phân tử RNA mạch đơn kích thước nhỏ, gọi tắt là tiểu - RNA (miRNA hay microRNA) có khả năng liên kết vào các trình tự bổ sung với nó trên các mRNA. Cơ chế điều hòa biểu hiện gen bởi các miRNAVII – Biến đổi ProteinThông thường một mARN được gắn cùng một lúc với nhiều ribosomes, tạo thành một polyribosome (còn gọi là polysome)Polyribosome cho phép một tế bào nhanh chóng tạo ra nhiều chuỗi polypeptide giống nhau• Thông thường chuỗi polypeptid vừa được giải mã chưa thể thực hiện chức năng• Sau khi được tổng hợp, chuỗi polypeptide còn phải được biến đổi: acid amin mở đầu, một số đoạn của chuỗi polypeptid bị cắt bỏ, protein biến đổi cấu hình, gắn them một số chức hóa học như acetat, photphat , lập cầu nối disulfide hoặc cắt bỏ 1 đọan peptid ở giữa protein.VIII – Phân hủy ProteinCơ hội cuối cùng cho sự điều hòa biểu hiện gen diễn ra ở giai đoạn sau dịch mã. Thông thường các chuỗi polypeptide ở sinh vật nhân thật phải trải qua giai đoạn hoàn thiện để thu được dạng phân tử protein biểu hiện chức năng. Ngoài ra nhiều protein phải trải qua nhiều biến đổi hóa học mới chuyển sang dạng biểu hiện chức năng. Các protein điều hòa thường được hoạt hóa hoặc bất hoạt một cách phổ biến tương ứng bằng việc được gắn thêm nhóm phosphate (phosphoryl hóa) hoặc loại bớt đi nhóm phosphate (loại phosphoryl hóa), trong khi đó các protein được chuyển đến bề mặt tế bào động vật thường được gắn thêm các gốc đường. Các protein bề mặt tế bào và nhiều protein khác phải được vận chuyển đến đích ở trong tế bào là nơi chúng có thể biểu hiện chức năng. Sự biểu hiện của gen có thể xuất hiện trong mỗi bước liên quan đến quá trình hoàn thiện và vận chuyển protein trước đây. Để đánh dấu một protein đặc thù cần được phân giải, theo một cơ chế phổ biến, tế bào gắn vào protein đó một phân tử protein nhỏ gọi là ubiquitin. Sau đó một phức hệ protein kích thước “khổng lồ” có tên là thể phân giải protein (proteosome) sẽ nhận ra các protein được đánh dấu bằng ubiquitin và phân giải chúng.Thanks for listening