Đề tài kỹ thuật di truyền sự can thiệp RNA

     !" # $% &'()* +, !' *-. / 01232425 (*67$86 0123259: (;*</ 012324:2 .= • 1 Dòng thông tin di truyền o 1.1 Khái niệm về RNAi trong tế bào o 1.2 Vai trò RNAi • 2 Lịch sử nghiên cứu • 3 Bộ máy can thiệp RNAi o 3.1 Con đường hình thành siRNA o 3.2 Con đường hình thành miRNA o 3.3 Sự khác nhau giữa siRNA và miRNA • 4 Cơ chế can thiệp RNA o 4.1 Cơ chế chung o 4.2 Cơ chế làm tắt gene bởi siRNA o 4.3 Cơ chế làm tắt gene bởi miRNA • 5 Những thành tựu và triển vọng của việc nghiên cứu ứng dụng RNAi o 5.1 Tạo Hoa Hồng Xanh o 5.2 Ứng dụng cơ chế can thiệp RNA trong nghiên cứu ung thư o 5.3 Ứng dụng cơ chế can thiệp RNAi trừ sâu bệnh o 5.4 Triển vọng của việc nghiên cứu ứng dụng RNAi Dòng thông tin di truyền Mã di truyền trên DNA quy định protein được hình thành. Thông tin di truyền lưu trữ trong DNA được sao chép sang RNA và sau đó được dùng để tổng hợp protein. Dòng thông tin được truyền từ DNA qua mRNA đến protein được gọi là "Học thuyết trung tâm" của lĩnh vực sinh học phân tử. Bộ gene của chúng ta có khoảng 30.000 gene. Tuy nhiên không phải mọi thông tin di truyền đều được sử dụng mà chỉ có một phần thông tin di truyền trong hệ gene được sử dụng trong mỗi loại tế bào. Việc gene nào được biểu hiện là do cơ chế kiểm soát của bộ máy sao chép DNA sang mRNA trong quá trình phiên mã. Quá trình phiên mã cũng bị điều khiển bởi nhiều nhân tố khác và được con người nghiên cứu, tìm hiểu ngày càng rõ. Khái niệm về RNAi trong tế bào "RNA can thiệp" (RNAi) là một hệ thống bên trong các tế bào sống, giúp kiểm soát được các gene đang hoạt động. "RNA can thiệp" là một cơ chế để bất hoạt gene gây nên bởi RNA mạch kép (dsRNA). Đó là trình tự đặc biệt và liên quan đến sự suy thoái của cả hai loại phân tử RNA: RNA sợi kép (dsRNA) và RNA sợi đơn thường mRNA là những sợi tương đồng trong trình tự dsRNA làm kích hoạt phản ứng trả lời. Các phân tử RNAi này có thể gây nên các hiệu ứng: • Ức chế dịch mã đơn vị mRNA. • Ức chế sự phiên mã của gene ở trong nhân. • Phân giải mRNA. Vai trò RNAi RNAi có rất nhiều chức năng quan trọng trong tế bào. Chúng bảo vệ tế bào chống lại gene ký sinh trùng, virut và các yếu tố di truyền vận động (Transposon). Điều hoà biểu hiện gene. Điều khiển sự phát triển của tổ chức. Giữ gìn NST và tăng cường phiên mã. Có thể RNAi còn có nhiều chức năng khác mà con người chưa khám phá hết, và sẽ được khám phá dần trong tương lai. Lịch Sử Phát Triển >?,15@:ABC%/DECFG &*HI *JKC>&% H*LMC  NO P >QR?,F(*J" &1553,EC</H S<HQTU &*&DV"WT*<Q X"O %/ECA8Y%/ECZP 1559A"D ![T*OO \]*C"XNeurospora crassa >% H*L,<SD,^,/*F_XYSY,OYZZ >?,155:AN %/ECFGKQ/W !, ?,/*,U`,*C"CCP >?,1554A&V"WNOOC<@1A+, &*U #*%/,"*CFGFSaF(*K&& *6QbNSY KCOCa'Bcd  e**JXCCZfc6CQP >?,155@A+, &*g FG $ WFh F e*)Oi/6SaRW !,&*6Q bNPOCP >?,9333A&V"W*fS<% !"D  ! !h &O/ *j  `,B" OY +, &*U YNkKQ/P ?,9331AO(F(*K& Fh,$DQ S/FE%J+%lX*CO%/ECZP >9339AVD mh"Y FnVC A! ]/!U?, >9332>9334AH$  $ KQ%/o, n*pq %e! P >?,9330A $ ]SOC Oi%/6"D  !qQ U /SD.IO/Ykg  XYZ%/N NP.OOX.CC*CrCZP Bộ máy can thiệp RNAi Các thành phần tham gia vào quá trình can thiệp RNAi gồm siRNA và miRNA. • siRNA • dsRNA (double strand RNA – RNA sợi đôi) là những đoạn RNA dài mạch kép có trình tự bổ xung với gene đích (target RNA) có 2 đầu thò là 3’OH. • Dicer: Là một loại enzyme endonuclease (Ribonuclease III) chịu trách nhiệm hoàn thiện sợi dsRNA. • Phức hệ RISC (RNA – incluced silencing complex): Phức hệ gắng gene kích ứng bởi RNA. Phức hệ này có chứa enzyme helicase và một số protein trong đó quan trọng nhất là protein thuộc họ Agronaut (liên kết RNA) hoạt động như một endonuclea và cắt mRNA. • siRNA (small interfeing RNA): là RNA can thiệp kích thước nhỏ được tạo ra từ dsRNA. • miRNA là những đoạn RNA ngắn khoảng từ 19 –24 nucleotit, không tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Bộ máy miRNA bao gồm: • Pri- mRNA (primary- mRNA) là chuỗi mRNA nguyên thuỷ, dài hàng nghìn nucleotit và mang đầu 5’CAP, đuôi poly A. Pri- mRNA chứa ít nhất một hay nhiều vòng kẹp tóc (hairpin) mỗi vòng dài khoảng 70 nucleotit. • Phức hệ RISC (RNA – incluced silencing complex): Phức hệ gắn gene kích ứng bởi RNA. Phức hệ này có chứa enzyme helicase và một số protein trong đó quan trọng nhất là protein thuộc họ Agronaut (liên kết RNA) hoạt động như một endonuclea và cắt mRNA. • Hai enzyme cắt là Drosha ở trong nhân tế bào và Dicer ở ngoài tế bào chất Con đường hình thành siRNA Quá trình hình thành siRNA diễn ra ở tế bào chất (cytoplasma). RNAi được kích hoạt bởi dsRNA có đầy đủ các cặp bazơ và có ít nhất 21 -23 cặp bazơ. Còn những phân tử dsRNA dài sẽ được là cắt thành những mảnh có độ dài khoảng 21-23 bp bởi một enzyme ngoài tế bào chất được gọi là "Dicer". Những mảnh RNA được gọi tắt là siRNA (short interfering RNA - RNA ngắn can thiệp) và liên kết bởi protein của RNA- phức hệ gây nên sự im lặng (RISC). Những phức hệ RISC nhận ra và làm suy biến RNA sợi đơn tương ứng trong trình tự siRNA. dsRNA (double strand RNA) là đoạn RNA dài mạch kép mang trình tự bắt cặp bổ sung được với gene mục tiêu. Khi dsRNA vào tế bào, nó bị Dicer (1 lọai enzyme cắt RNA mạch kép) cắt thành những đọan ngắn gọi là siRNA (small interfering RNA). Một mạch đơn của siRNA gắn với RISC (RNA - induced silencing complex) tạo phức hợp. Phức hợp này tương tác với mRNA của gene mục tiêu và cắt nhỏ mRNA này. Trong 2 mạch đơn này, chỉ mạch nào có đầu 5’ có hoạt lực với Agronauttrong phức hệ RISC mới gắn được với phức hệ RISC => tạo phức hợp siRNA-RISC. Mạch còn lại đầu 5’ không có hoạt lực với Agronaut => không liên kết với RISC được. Sự xuất hiện của mạch đơn siRNA sẽ hoạt hoá RISC thành trạng thái hoạt động (RISC*). Con đường hình thành miRNA Quá trình hình thành miRNA diễn ra ở nhân tế bào (nuclear) và trong tế bào chất (cytoplasma) Ở trong nhân, các phân tử miRNA được tạo ra thông qua quá trình phiên mã từ các gene gọi là các phân tử miRNA nguyên thuỷ (pri- miRNA), các phân tử này có chứa các cấu trúc kẹp tóc (hairpin). Các phân tử pri-miRNA được cắt bởi enzyme Drosha để tạo thành những sợi Pre- miRNA (phân tử tiền microRNA)=> gọi là quá trình chế biến pri- miRNA. Các phân tử Pre- miRNA sẽ được di chuyển ra ngoài tế bào chất. Ngoài tế bào chất, Pre- miRNA sau khi được di chuyển ra ngoài tế bào chất sẽ được enzyme Dicer cắt thành những đoạn RNA nhỏ (khoảng 19 – 21 nu). Các đoạn miRNA được tách đôi, tạo ra các sợi miRNA đơn. Trong đó sợi có đầu 5’ có hoạt lực với Agronaut trong phức hợp RISC => sẽ kết hợp với phức hợp RISC tạo thành phức hệ miRNA-RISC. Sự khác nhau giữa siRNA và miRNA Về mặt nguồn gốc, RNA mạch kép (dsRNA) có cấu trúc là chuỗi xoắn kép. Tiền miRNA(Pre- miRNA) có cấu trúc dạng thân vòng (steen-loop) hay dạng kẹp tóc (hairpin). Xét về vị trí hình thành, chúng xảy ra ở ngoài tế bào chất. Trong nhân và ngoài tế bào chất. Cơ chế can thiệp RNA Cơ chế chung • Chia làm 3 bước chủ yếu : 1P dsRNA bị cắt nhỏ ra thành những đoạn siRNA bởi Dicer 9P siRNAs gắn vào phức hợp RISC 2P Phức hợp trên tìm mRNA thích hợp để gắn vào và phân giải. Khả năng chống lại các virus và gene nhảy Sự can thiệp RNA đóng vai trò quan trọng trong việc chống lại sự xâm nhiễm của các virus, đặc biệt là các sinh vật bậc thấp hơn vào cơ thể vật chủ. Nhiều virus có thông tin di truyền chứa trên RNA sợi đôi. Khi các virus này xâm nhiễm vào tế bào, chúng bơm thông tin di truyền vào tế bào vật chủ. Khi đó, RNA lập tức vào Dicer, [...]... (protein di t côn trùng) trên cây bắp, bông vải, đậu nành Triển vọng của việc nghiên cứu ứng dụng RNAi Việc nghiên cứu ứng dụng cơ chế can thiệp RNA có nhiều triển vọng to lớn mà con người có thể không ngờ tới được Một số hướng nghiên cứu chính như: 1 Can thiệp RNA chống lại sự nhiễm virus 2 Can thiệp RNA bảo đảm ổn định hệ gen bằng cách chống lại các yếu tố di truyền vận động (transposon) 3 Can thiệp RNA. .. virus RNA nhiễm vào tế bào, nó tiêm bộ gene có chứa RNA mạch đôi của nó vào bên trong Can thiệp RNA tiêu hủy RNA của virus, ngăn cản sự hình thành virus mới Sự tổng hợp của nhiều loại protein do các gene mã hoá cho vi RNA kiểm soát Sau khi xử lý, vi RNA ngăn cản sự dịch mã từ mRNA thành protein Trong phòng thí nghiệm, các phân tử RNA mạch đơn được biến đổi để hoạt hoá phức hợp RISC để phân hủy mRNA của... gene => sự kìm hãm phiên mã Cơ chế tắt gen lúc này phụ thuộc vào mức độ tương đồng giữa siRNA và mRNA đích Nếu sự tương đồng giữa siRNA và mRNA đích là hoàn toàn thì phân tử mRNA có xu hướng bị cắt và phân giải (do hoạt tính nuclease của RISC) => không có mRNA mã hoá cho protein đó Nếu sự tương đồng giữa siRNA và mRNA chỉ là một phần thì xu hướng xảy ra là sự ức chế dịch mã do khi chung bám trên mRNA =>... Quá trình can thiệp RNA được kích hoạt khi phân tử RNA tồn tại trong tế bào với cấu trúc sợi đôi • RNA sợi đôi kích hoạt một cơ chế hoá sinh để phân huỷ các phân tử mRNA có mã di truyền giống với nó Khi các phân tử mRNA này biến mất => gene tương ứng bị bất hoạt => không có protein nào do gene đó mã hoá được tạo thành Cơ chế làm tắt gene bởi siRNA Trong tế bào, sự biểu hiện hoặc cảm ứng của RNA mạch... từ sự tích lũy và chọn lọc nhiều đột biến có liên tiếp có lợi cho sự phân chia và tồn tại của chúng Những biến đổi di truyền và đôi khi trên vật chất di truyền (epigenetic) giúp tế bào ung thư vượt qua sự khống chế của các nguyên tắc điều hòa tế bào và cơ thể như chương trình tự sát tế bào (apoptosis) hay các tín hiệu kìm hãm phân chia (antiproliferative signals) Sự khám phá ra cơ chế can thiệp RNA. .. Drosha và Dicer Gần 70% các miRNA được phát sinh liên quan đến sự điều tiết trong quá trình phiên mã tạo ra các mRNAvà các RNA không sinh tổng hợp các protein Và 30% còn lại được phát sinh độc lập không liên quan đến quá trình nhân lên (chức năng của 30% miRNA này chưa được làm rõ) • • • • • Tương tự với siRNA: Các miRNA có thể điều tiết sự phân giải mRNA với sự hiện di n của phức hợp RISC trong trường... cánh hoa thường mang tính di truyền Cánh hoa hồng thông thường có nồng độ pH khoảng 4.5 chính vì vậy để tạo ra các cánh hoa hồng có nồng độ pH thấp thì rất hạn chế Vì vậy các nhà khoa học mới nghĩ đến kỹ thuật ức chế gene bằng kỹ thuật RNAi nhằm xác định những gen ảnh hưởng đến tính axít của cánh hoa hay điều chỉnh màu của cánh hoa theo những hướng khác Ứng dụng cơ chế can thiệp RNA trong nghiên cứu ung... bằng sợi siRNA còn có cơ chế điều hoà biểu hiện của gene bởi một nhóm RNA khác gọi là micro RNA (miRNA) Cơ chế hoạt động của miRNA trong quá trình ức chế sự biểu hiện của gene cũng tương tự như ở siRNA Các miRNA có chiều dài khoảng 19-24 nucleotit được tạo từ tác động cắt các đoạn Pre- miRNA có trình tự kẹp tóc (được phiên mã từ các đoạn DNA không mã hoá protein) bởi 2 enzyme là Drosha và Dicer Gần... lành và ung thư đều bị tiêu di t, ảnh hưởng đến sức khỏe bệnh nhân Ứng dụng cơ chế can thiệp RNAi trừ sâu bệnh[sửa | sửa mã nguồn] RNAi kiểm soát côn trùng thuộc Coleoptera Côn trùng thuộc Coleoptera và Lepidoptera hiện được nghiên cứu về tính kháng của cây trồng nhờ protein BT sau khi thực hiện chuyển nạp gene Một cách tiếp cận mới đối với việc kiểm soát này là sử dụng RNA can thiệp (RNAi) được các... hoạt, RNA virus bị phân hủy, tế bào vật chủ thoát khỏi xâm nhiễm Gene nhảy (trasposon) là các trình tự DNA có thể di chuyển trong bộ gen Nhiều transposon hoạt động bằng cách sao chép DNA thành RNA, sau đó, RNA phiên mã ngược thành DNA và gắn vào vị trí khác trên bộ gene Sự can thiêp RNA bảo vệ bộ gene chống lại transposon Một số quá trình sống của tế bào có liên quan đến quá trình can thiệp RNA • • . NP.OOX.CC*CrCZP Bộ máy can thiệp RNAi Các thành phần tham gia vào quá trình can thiệp RNAi gồm siRNA và miRNA. • siRNA • dsRNA (double strand RNA – RNA sợi đôi) là những đoạn RNA dài mạch kép có. trình can thiệp RNA • Khi virus RNA nhiễm vào tế bào, nó tiêm bộ gene có chứa RNA mạch đôi của nó vào bên trong. Can thiệp RNA tiêu hủy RNA của virus, ngăn cản sự hình thành virus mới. • Sự tổng. tin di truyền o 1.1 Khái niệm về RNAi trong tế bào o 1.2 Vai trò RNAi • 2 Lịch sử nghiên cứu • 3 Bộ máy can thiệp RNAi o 3.1 Con đường hình thành siRNA o 3.2 Con đường hình thành miRNA o 3.3 Sự