Điều hòa biểu hiện gen

Bài ĐIỀU HỒ BIỂU HIỆN GEN Sự điều hồ biểu gen • Sự điều chỉnh hoạt động tế bào phù hợp với biến đổi môi trường ngồi Prokaryote, mơi trường ngồi = tập họp nhân tố lí hố quanh tế bào Eukaryote, mơi trường ngồi = tập họp tế bào lân cận • Sự khác biệt prokaryote eukaryote “môi trường ngồi” , cấu trúc tế bào, q trình thiết yếu (tái bản, phiên mã, dịch mã) dẫn đến khác biệt điều hoà biểu hiện gen Sự điều hoà biểu gen Động Prokaryote Nhằm điều chỉnh hệ enzyme đảm bảo yêu cầu tăng trưởng sinh sản → điều hồ mang tính thuận nghịch, tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường Eukaryote Mỗi tế bào tuân thủ nghiêm ngặt chương trình phát triển chuyên biệt → Sự điều hoà hướng đến việc biệt hố tế bào khơng mang tính thuận nghịch Sự khác biệt cấu trúc tế bào dẫn đến khác biệt điều hồ biểu gen Prokaryote khơng có màng nhân → phiên mã, dịch mã xảy đồng thời → điều hoà biểu gen chủ yếu giai đoạn phiên mã Eukaryote phiên mã, dịch mã khơng xảy đồng thời → điều hồ biểu gen phức tạp Mơ hình điều hồ biểu gen prokaryote Operon cảm ứng mã hoá enzyme đường dị hố • Khái niệm operon tồn prokaryote • Mỗi operon gồm số gen cấu trúc (cistron) trình tự điều hồ Operon lactose với tín hiệu điều hồ đường lactose - Khi khơng có lactose, gen mã hố enzyme chuyển hố lactose khơng biểu - Khi có lactose mơi trường, nguồn enzyme cần thiết cho biến đổi lactose tổng hợp Mơ hình điều hoà biểu gen prokaryote Operon lactose Cơ chế điều hoà dựa vào tương tác protein điều hồ với trình tự promoter DNA khn q trình phiên mã Protein điều hồ: nhân tố kiềm hãm (repressor) - Được tế bào vi khuẩn tạo cách đặn, hàm lượng nhỏ - Có lực với vùng DNA nằm promoter gen cấu trúc operon Operon lactose Protein hoạt hoá (Catabolite activator protein, CAP) điều khiển cAMP Khi glucose thấp, ATP bị thủy phân thành cAMP Phức hợp CAP-cAMP hình thành bám vào promoter Khi có lactose glucose, lượng cAMP thấp, có cAMPCAP bám vào DNA, khả bám vào sợi khuôn RNA polymerase giảm lượng mRNA tổng hợp thấp Mơ hình điều hồ biểu gen prokaryote Operon kiềm hãm liên quan đến đường đồng hoá Operon tryptophan • Khi mơi trường khơng có tryptophan, tế bào tích cực sản xuất enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp tryptophan • Khi mơi trường có tryptophan, việc tổng hợp enzyme ngừng lại Mơ hình điều hoà biểu gen prokaryote Operon tryptophan Protein điều hoà: phức hợp nhân tố kiềm hãm amino acid đặc trưng (tryptophan) có lực với operator - Khi mơi trường có tryptophan, repressor kết hợp với tryptophan gắn vào operator, ngăn cản trình phiên mã - Khi thiếu tryptophan, repressor khơng gắn vào operator Lúc operator tiếp nhận RNA polymerase trình phiên mã tiến hành Operon tryptophan Mơ hình điều hồ biểu gen eukaryote • Rất khác biệt so với prokaryote tín hiệu chế • Tín hiệu điều hịa thể đa bào phân tử tế bào chuyên biệt sản sinh lưu chuyển khắp thể đến tế bào “đích” Hai nhóm phân tử điều hịa hormone nhân tố tăng trưởng (Grow Factor – GF) • Sự điều hòa biểu gen thể giai đoạn từ trước lúc chép đến sau dịch mã Mơ hình điều hồ biểu gen eukaryote Điều hoà cách biến đổi cấu trúc nhiễm sắc chất hay cấu trúc phân tử DNA - Sắp xếp gen cần biểu vào cấu trúc nhiễm sắc chất,giúp gen dễ tiếp cận với loại enzyme, tạo thuận lợi cho chép phiên mã - Sự methyl hóa sau DNA chép nhằm làm giảm hay kiềm hãm biểu gen - Một số gen biểu có xếp lại trình tự DNA Điều hồ biểu gen gia đình gen β-globine Các tế bào không biểu (a) biểu (b) gen β-globine Các gen kiểu giới tính nấm men S cerevisiae (MATα/MATa) nằm nhiễm sắc thể Các gen biểu nhân lên di chuyển đến vị trí đặc biệt, locus MAT Nấm men dạng alpha hay a tùy thuộc vào gen locus MAT Mơ hình điều hồ biểu gen eukaryote Điều hoà mức độ phiên mã • Với chi phối trình tự điều hồ hay trình tự CIS Các trình tự tiếp nhận protein điều hồ (nhân tố TRANS) • Các trình tự tăng cường biểu gen (enhancer) với hoạt tính khơng phụ thuộc vào vị trí hay hướng chúng so với gen • Các trình tự ngăn cản biểu gen (silencer) có hoạt tính ngược lại với trình tự tăng cường với đặc điểm hoạt động tương tự • Các nhân tố protein , nhân tố TRANS Mơ hình kiểm sốt điều hồ phiên mã enhancer http://condor.nimr.mrc.ac.uk/background.html Mơ hình điều hồ biểu gen eukaryote Điều hoà mức độ sau phiên mã • Sự khác biệt ghép nối exon dẫn đến hình thành mRNA khác • Điều hồ biểu gen cách tăng giảm thời gian tồn mRNA • Sự dự trữ mRNA tế bào trình dịch mã khởi động có tín hiệu điều khiển Các tổ hợp khác exon tạo mRNA khác nhau, dịch mã thành chuỗi polypeptide hoàn toàn khác biệt Mơ hình điều hồ biểu gen eukaryote Điều hồ giai đoạn dịch mã Có thể liên quan đến dự trữ mRNA Điều hoà biểu gen sau dịch mã Các protein sau dịch mã trải qua nhiều biến đổi hố học glycosyl hoá, phosphoryl hoá, acetyl hoá