ĐIỀU hòa BIỂU HIỆN GEN ở EUKARYOTE

ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN Ở EUKARYOTE *Hệ gen sinh vật eukaryote phức tạp, gồm có gene nhân gene nhân Hệ gen nhân gồm gene nằm cấu trúc NST (Mỗi NST tế bào sinh vật cấu tạo từ phân tử DNA liên kết với phân tử protein histon) =>Sự biểu điều hòa biểu gene Eukaryote khác phức tạp so với prokaryote Tại phải có điều hịa biểu gen?????? BIỂU HIỆN GEN • Là q trình chuyển đổi thơng tin di truyền gen thành loại RNA, protein, enzyme, nói cách khác phương thức trả lời tác động nhân tố nội bào, ngoại bào, điều kiện sống, đảm bảo tồn thích nghi thể sinh vật • Trong q trình sinh trưởng phát triển, có số lượng gen định gen biểu • Số lượng gen, tỷ lệ DNA biểu hiện, phương thức, mức độ biểu gen khác loài giai đoạn phát triển Hình thái hồn tồn khác giai đoạn sâu bướm phát triển từ tế bào trứng ban đầu Ở nấm men 75% DNA phiên mã, dịch mã ĐIỀU HỊA BIỂU HIỆN GEN • Là q trình điểu khiện hoạt động gen, gồm nhiều chế kiểm soát hoạt động gen khác • Điều hịa biểu gen sinh vật eukaryote phức tạp, có nhiều cấp độ khác nhau, qua nhiều giai đoạn khác • Nhiều chế biểu liên quan đến biểu gen, Sự biểu gen liên quan đến hàng loạt gen khác Mục đích: nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với nhân tố dinh dưỡng, tác nhân lý hố mơi trường, tạo số lượng số loại cần thiết để đảm bảo nhu cầu tế bào phát triển sinh sản D N D N Biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể Điều hòa giai đoạn dịch mã Điều hòa giai đoạn phiên mã D N • Khởi động phiên mã • Sau phiên mã D N Điều hịa gen tín hiệu tế bào BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC NHIỄM SẮC THỂ • Khi nhiễm sắc thể trạng thái cấu trúc xoắn siêu xoắn, gen khơng biểu • Các nhiễm sắc thể trước tiên phải giãn xoắn nhờ emzyme topoisomerase, chuyển sang dạng cấu trúcsợi bản,lộ diện gen cần thiết biểu • Nhờ xúc tác enzyme đặc hiệu, thủy phân phân tử his ton cấu trúc nucleoxom bản, gen lộ diện trạng thái DNA trần BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC NHIỄM SẮC THỂ • Mỗi phân tử histone có dài giàu dư lượng lysine (kí hiệu :K), nơi xảy acetyl hóa • Q trình biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, xảy tác động enzyme đặc hiệu như: histon acetyl transferase- HAT, ubiquinase,… • Nhóm acetyl gắn vào aa lysin, làm biến đổi điện tích phân tử his ton từ dương(NH3+) sang trung tính, dẫn đến dãn xoắn DNA Hình ảnh: Tổ hợp protein tham gia vào q trình acetyl hóa histon Nhiều gốc acetyl gắn vào histone • Tiếp theo, enzyme đặc hiệu, protein đăc hiệu(remodeling protein)và ATP làm cho phân tử histon lõi nucleosom histon H1 tách khỏi cấu trúc nucleosom, lộ trình tự TATA Box,gen lộ diện trạng thái trần, biểu • Q trình khử acetyl hóa histone thực chất ức chế, bao gồm deacetylase histone (HDAC) chất ức chế liên quan khác, đưa gen trạng thái ban đầu, gây im lặng gen Điều hòa giai đoạn sau phiên mã • Tế bào sinh vật bậc cao có nhân điển hình, nhân ngăn cách với tế chất màng nhân • Trong nhân tế bào, gen mang mã di truyền dược phiên mã thành phân tử tiền RNA • Các phân tử tiền RNA phải trải qua q trình hồn thiện để tạo thành RNA trưởng thành, đưa ngồi nhân mRNA dịch mã không, phân tử rRNA kết hợp với protein đặc hiệu để hình thành nên riboxom Cơ chế Cắt nối itron, exon Cơ chế Polyadenyl hóa Cơ chế Thối hóa mRNA Cắt intron, nối exon • Sau phiên mã,các phân tử mRNA cắt intron nối exon nhờ tham gia đặc hiệu enzyme ATP • Các trình tự intron khơng phải trình tự cắt bỏ cách cố định Trình tự nucleotid intron tế bào lại exon tế bào khác • Từ phân tử tiền mRNA ban đầu phiên mã từ gene, cắt nối exon intron khác tạo nên loại mRNA có cấu trúc khác nhau(qua dịch mã thành protein có cấu trúc chức khác nhau) Cắt nối tiền mRNA calcitonin(NST11) • Ở tế thần kinh, cắt intron exon 4, ghép exon 1,2,3,5 tạo mRNA trưởng thành, sau dịch mã tạo peptid thần kinh cgrp, gây hội chứng đau nửa đầu • Ở tế bào tuyến giáp, cắt intron exon 5, exon 124 nối tạo mRNA trưởng thành, tham gia dịch mã tạo protein calcitonin có vai trị quan trọng điều hịa trao đổi canxi PolyAdenyl hóa • Trước khỏi nhân, mRNA chưa trưởng thành hoàn thiện tạo mRNA trưởng thành q trình polyAdenyl hóa: gắn nu Adenin đầu 3’ mRNA(tạo đuôi polyA) • Q trình có tế bào nhân thực,với tham gia nhiều enzyme đặc hiệu • Sự polyadenin hóa khác tạo nên mRNA có độ dài polyA khác • Thời gian tồn mRNA tế bào tỉ lệ thuận với độ dài • Thời gian tồn lâu, khả dịch mã lớn • Sau mRNA chuyển tế bào chất, đuôi poly A bị thối hóa ngắn lại Gen TMP1 • nằm NST15,l iênquan đến vận động co • Sau phiên mã hình thành phân tử tiền mRNA • Sự polyadenin hóa khác tạo nên đuôi dài ngắn khác tế bào nên thời gian tồn khác ĐIỀU HÒA GIAI ĐOẠN DỊCH MÃ 1.Kiểm sốt tiết mRNA • Sau phiên mã, mRNA trường thành ngồi nhân để tham gia dịch mã • Các phân tử khơng hồn thiện bị phân hủy tế bào • Do chế kiểm soát tiết,một số phân tử mRNA trưởng thành khơng tiết vào tế bào chất, khơng tham gia dịch mã • Một số spliceosom liên kết vỡi lỗ màng nhân, khơng cho mRNA ngồi • Một số hoạt động exonuclease, phân hủy đuôi poly A ĐIỀU HỊA GIAI ĐOẠN DỊCH MÃ Kiểm sốt thối hóa protein • Phân tử protein bị biến đổi cách acetyl hóa, glycosyl hóa, thối hóa sau dịch mã • Thời gian tồn protein phụ thuộc vào chất, chức đặc trưng loại tế bào • Trong điều kiện định, phân tử protein bị lỗi cấu trúc chức dịch mã khơng bình thường, bị phân giải ĐIỀU HỊA BIỂU HIỆN GENE BẰNG TÍN HIỆU TẾ BÀO ĐIỀU HỒ BẰNG CÁC PROTEIN ĐẶC HIỆU • Bản chất trình biểu gen sinh vật phản ứng trả lời tác động tín hiệu mơi trường nội bào ngoại bào • Biểu gen loại tế bào động vật thực vật chịu tác động nhiều chế khác Trong đó, Hormon tín hiệu nội bào phổ biến Hormon có vai trị điều hồ hoạt động biểu nhiều loại gen khác tế bào động vật thực vật • Có nhiều loại hormone khác nhau, loại hormone peptid đặc hiệu, liên kết với thụ thể định (thụ thể màng thụ thể nội bào), tham gia vào đường dẫn truyền tín hiệu tế bào ĐIỀU HOÀ BẰNG CÁC PROTEIN ĐẶC HIỆU ĐIỀU HOÀ BẰNG CÁC PROTEIN ĐẶC HIỆU • Ngồi loại hormon, có nhiều loại protein đặc hiệu khác các loại tín hiệu nội bào có vai trị điều hồ hoạt động nhiều gen Protein 53 kDa (do gen p53 mã hố) tham gia điều hồ hoạt động hoạt hoá gen kiểm soát phân chia tế bào • Trong tế bào, gen p53 bị hỏng, tạo protein p53 bị biến đổi, kích hoạt gen điều khiển tế bào phân chia vơ hạn, hình thành khối u ung thư người động vật ĐIỀU HOÀ BẰNG CÁC PROTEIN ĐẶC HIỆU Protein activin • Là sản phẩm tuyến tụy tuyến sinh dục người • Protein activin loại tín hiệu nội bào, có vai trị quan trọng q trình biệt hố tế bào • Protein activin gây kích hoạt biểu nhiều loại gen khác q trình biệt hố tế bào, hình thành loại tế bào chuyển hoá động vật người Activin 0,1 ng/ml Tế bào máu Activin 1ng/ml Activin 100ng/ml Hình ảnh Điều hồ biểu gen nồng độ activin thí nghiệm ni cấy tế bào nang phôi Ếch Xenopus ( theo Campbell et al, 2008) Tế bào xương Tế bào tim ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE BẰNG MỘT SỐ LOẠI PHÂN TỬ TÍN HIỆU Ngồi protein , có nhiều phân tử tín hiệu khác tham gia vào q trình điều hịa hoạt động biểu gene • Nhóm phân tử tín hiệu có chất lipid:testosterol,estradiol,cortisol,… • Nhóm phân tử tín hiệu thần kinh : acetyl cholin, serotonin, dopamin,… Các phân tử tín hiệu chất lipid phân tử tín hiệu thần kinh hoạt hóa biểu gen khác nhau, tạo thành phản ứng khác thể tốt mồ hơi, dựng tóc gáy;… TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.PGS.TS Khuất Hữu Thanh, TS Trương Quốc Phong, (2015) – Điều hoà hoạt động biểu gen NXB Bách Khoa Hà Nội PGS.TS Khuất Hữu Thanh, (2006) – Cơ sở di truyền phân tử kỹ thuật gen NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 3.Nature.com ... protein histon) =>Sự biểu điều hòa biểu gene Eukaryote khác phức tạp so với prokaryote Tại phải có điều hịa biểu gen? ????? BIỂU HIỆN GEN • Là q trình chuyển đổi thông tin di truyền gen thành loại RNA,... trứng ban đầu Ở nấm men 75% DNA phiên mã, dịch mã ĐIỀU HỊA BIỂU HIỆN GEN • Là q trình điểu khiện hoạt động gen, gồm nhiều chế kiểm sốt hoạt động gen khác • Điều hịa biểu gen sinh vật eukaryote phức... tự enhancer điều hòa khởi động phiên mã gen khác Điều hịa phiên mã lựa chọn promoter • Một số gen Eukaryote có hai hay nhiều promoter Các promoter khác gen điều khiển hoạt động biểu gen giai đoạn