Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm soát thượng di truyền Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm soát thượng di truyền Âu Nhựt Luân Mục tiêu giảng Sau học xong, sinh viên có khả năng: Trình bày khái niệm liên quan đến gene biểu gene Trình bày khái niệm liên quan đến chế kiểm soát thượng di truyền DEOXYRIBONUCLEIC ACID (DNA) Nucleotide đơn vị cấu trúc phân tử DNA DNA phân tử lưu giữ mật mã di truyền thể sống DNA polymer, với đơn vị nucleotide Cấu tạo nucleotide gồm phân tử đường deoxyribose, gốc phosphate base ni-tơ Trong phân tử DNA, base ni-tơ purines (vịng kép) pirimidines (vịng đơn) Có hai loại purines: Adenine (A) Guanine (G) Có hai loại pirimidines: Thymine (T) Cytosine (C) Các nucleotide gọi tên theo loại base ni-tơ Trình tự nucleotide chuỗi DNA nghiêm ngặt, mật mã toàn đặc điểm di truyền thể sống Một số đoạn DNA mang mã dành cho sinh tổng hợp protein Tại đoạn DNA này, mật mã di truyền lưu trữ theo codon Mỗi codon gồm nucleotide liên tiếp Khơng có khoảng cách codon Các codon không chồng lấn lên Mỗi codon mã hóa amino acid Một chuỗi xác định codon DNA mã hóa trình tự xác định amino acid protein tương ứng Do có base ni-tơ, codon tạo base ni-tơ, nên ta có tất 64 kiểu trình tự nucleotide codon kiểu codon dùng mã kết thúc 61 kiểu codon lại dùng để mã hóa 20 amino acid Các đoạn DNA mã hóa protein đánh dấu đoạn mã khởi đầu1, đoạn mã ngăn cách2, mã kết thúc Các đoạn có trình tự nucleotide đặc biệt, thường có tính lặp lại Trên DNA cịn có đoạn khơng mã hóa protein Các đoạn DNA khơng mã hóa protein đảm nhận chức kiểm sốt tiến trình tế bào Hình 1: Cấu tạo nucleotide base ni-tơ Mỗi nucleotide gồm deoxyribose, gắn với gốc phosphate vị trí 5’, với base ni-tơ Bên phải hình cấu tạo base ni-tơ Nguồn: glossary.periodni.com Chuỗi đơn DNA khung phosphate-đường Base nitơ gắn vào deoxyribose khung phosphate-đường Chuỗi đơn polymer DNA hình thành liên kết đường deoxyribose nucleotide xếp trước phosphate nucleotide xếp sau Liên kết kiểu nối đuôi phosphate-đường tạo khung đỡ phosphate-đường chuỗi đơn polymer DNA Khung phosphate nucleotide (qui ước gọi đầu 5’) kết thúc deoxyribose nucleotide cuối (qui ước gọi đầu 3’) Base ni-tơ gắn vào deoxyribose khung phosphate-đường DNA mã hóa protein Trình tự nucleotide DNA qui định trình tự amino acid protein mà DNA chi phối Mã di truyền cho sinh tổng hợp protein lưu trữ theo codon nucleotide Rất nhiều vùng DNA không lưu giữ mật mã qui định trình tự amino acid protein, gọi đoạn DNA khơng mã hóa protein Các đoạn DNA khơng mã hóa protein đảm nhận vai trò làm mã nguồn cho việc phiên mã tổng hợp nhiều loại RNA với chức khác kiểm sốt hoạt động tế bào3 Phân tử DNA hồn chỉnh có cấu tạo chuỗi xoắn kép tạo từ hai chuỗi đơn 5’3’ 3’5’ Hai chuỗi đơn DNA có cấu tạo “soi gương” Phân chia tế bào để tạo tế bào hoạt động sống Trong tế bào buộc có đủ tất mật mã di truyền tế bào nguồn Mật mã di truyền chứa DNA phải chép sang tế bào Cơ chế chép dựa nguyên lý purines bắt cặp với pirimidines cố định, liên kết hydro, Các promoter, enhancer, hộp TATA, hộp CCAAT, điểm khởi đầu chuyển mã, đoạn 5’ UTR, codon khởi đầu AUG Sẽ trình bày chi tiết phần sau Các đoạn DNA với trình tự nucleotide lặp lại (intron) phân cách đoạn DNA mã hóa protein Sẽ trình bày chi tiết phần sau Có nhiều ncRNA: Xist, miRNA, tRNA… Sẽ trình bày chi tiết phần sau 3 Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm soát thượng di truyền tạo thành hai cặp cố định A-T (hoặc T-A) G-C (hoặc C-G) Giữa adenine thymine liên kết hydro Giữa cytosine guanine liên kết hydro Các liên kết hydro A với T C với G gắn hai chuỗi đơn DNA với để tạo chuỗi xoắn kép DNA Trình tự nucleotide chuỗi đơn DNA qui định trình tự nucleotide chuỗi đơn DNA cịn lại Nói cách khác, hai chuỗi đơn DNA hai chuỗi “soi gương” phức tạp hơn, DNA polymerase không trực tiếp đọc chuỗi 3’5’ DNA tạo chuỗi soi gương 5’3’ 3’5’ Các cầu liên kết hydro base ni-tơ cặp gắn hai chuỗi đơn DNA tổng hợp với nhau, tạo chuỗi xoắn kép DNA dạng chuỗi kép hoạt động Khi cần đến hoạt động DNA, cầu hydro hai chuỗi tách vị trí cần thiết, để chuỗi đơn DNA bắt đầu hoạt động làm khuôn mẫu cho tổng hợp RNA Trong tế bào, DNA diện nhiễm sắc thể nhân tế bào chất nhiễm sắc ty thể Mật mã di truyền qui định DNA nhân tạo di truyền nhân Cá thể thừa hưởng mật mã di truyền nhân từ DNA có nguồn gốc từ cha mẹ Mật mã di truyền qui định DNA ty thể tạo di truyền ty thể, di truyền nhân Di truyền nhân có nguồn gốc từ tế bào chất noãn bào Gene gene đoạn DNA, với trình tự nucleotide xác định, xem đơn vị phân tử di truyền tính trạng Tên gene qui định viết chữ in nghiêng Hình 2: Cấu tạo chuỗi xoắn kép DNA Bên trái hình chuỗi xoắn kép DNA Bên trái hình trình bày chi tiết cấu tạo chuỗi xoắn kép Liên kết kiểu nối đuôi phosphate-đường tạo khung đỡ phosphateđường chuỗi đơn DNA Base ni-tơ gắn vào deoxyribose khung Chuỗi xoắn kép DNA gồm hai chuỗi: chuỗi 5’3’ (chuỗi bên trái hình vẽ) chuỗi 3’5’ (chuỗi bên phải hình vẽ) Trình tự base ni-tơ chuỗi 3’5’ phản ánh trình tự base ni-tơ chuỗi 5’3’, base A bắt cặp với base T base C bắt cặp với base G Nguồn: National Human Genome Research Institute (NHGRI) Dù cần chuỗi DNA đủ để lưu giữ mật mã di truyền, việc có chuỗi DNA gây khó khăn cho chép mật mã di truyền lưu giữ Tiến trình tổng hợp chuỗi DNA từ gốc 5’3’ không tạo chuỗi 5’3’, mà tạo “soi gương” chuỗi 3’5’ Mật mã lưu giữ chuỗi 3’5’ tạo mật mã ngược với mật mã chuỗi 5’3’ Tương tự, tiến trình tổng hợp chuỗi DNA từ gốc 3’5’ không tạo chuỗi 3’5’, mà tạo “soi gương” chuỗi 5’3’ Mật mã lưu giữ chuỗi 5’3’ mật mã ngược với mật mã 3’5’ Cấu trúc chuỗi kép DNA giải hoàn hảo vấn đề “soi gương” Khi tế bào nhân đôi, chuỗi DNA gốc tách Chuỗi 5’3’ gốc dùng làm gốc cho chuỗi 3’5’ mới, tạo chuỗi kép DNA thứ giống hệt DNA cũ, mang chuỗi đơn 5’3’ gốc Sao chép gốc 5’3’ cần đến enzyme DNA polymerase Chuỗi 3’5’ gốc dùng làm gốc cho chuỗi 5’3’ mới, tạo chuỗi kép DNA thứ nhì giống hệt DNA cũ, mang chuỗi đơn 3’5’ gốc Sao chép gốc 3’5’ cần đến enzyme DNA polymerase tiến trình có Về mặt cấu tạo, gene đoạn (locus) DNA, với trình tự nucleotide xác định Cấu tạo gene cá thể tạo kiểu gene (genotype) Gene chép nguyên vẹn trình truyền từ hệ trước sang hệ sau Tiến trình chép truyền sang hệ sau bị lệch lạc, làm trình tự nucleotide bị thay đổi Biến đổi gọi đột biến gene (gene mutation) Đột biến gene tạo tính đa hình gene (polymorphism) Kiểu hình lệ thuộc vào kiểu gene chịu kiểm soát biến đổi thượng di truyền Gene qui định tính trạng Khi tính trạng qui định gene biểu ngồi, ta có kiểu hình (phenotype) Tuy nhiên, kiểu hình khơng lệ thuộc vào trình tự nucleotide gene Rất nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến trình biểu gene (gene expression) Các yếu tố bên ngồi có khả chi phối tiến trình tắtmở gene, định gene có biểu hay khơng Chúng gọi yếu tố thượng di truyền Các gene điều hịa lên (up-regulated) hay điều hịa xuống (down-regulated) Gene mở tiến trình kiểm sốt thượng di truyền gọi gene điều hịa lên Gene bị đóng tiến trình kiểm sốt thượng di truyền gọi gene điều hòa xuống DNA gắn vào histone, tạo nucleosome Mỗi tế bào mang toàn vốn DNA cá thể Tổng chiều dài toàn số DNA tế bào lên đến 1.8 mét Tuy nhiên, tế bào khai thác lượng hạn chế thông tin có sở liệu DNA Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm sốt thượng di truyền Vì thế, DNA phải “đóng gói” để cất giữ cách “gọn gàng” Tế bào truy cập truy xuất thông tin cần thiết cho mà thơi Lệch lạc kiểm sốt acetyl hóa hay khử acetyl dẫn đến việc gene bị điều hòa lên hay xuống cách bất thường, dẫn đến biến đổi thượng di truyền Để thực điều này, phải có chế lưu trữ, đồng thời chế tắt-mở sở liệu DNA Histone protein đảm nhận việc Histone protein octamere, gồm tiểu đơn vị, có vai trị giàn giáo mà DNA gắn vào 146 cặp base ni-tơ “quấn” quanh octamere histone, tạo nucleosome Các nucleosome cách đoạn DNA nối Các nucleosome gắn với nhau, cách có cấu trúc, để tồn trữ Trong trình phân bào, nhiễm sắc chất co cụm lại nhìn thấy dạng nhiễm sắc thể Khi trạng thái cất giữ nucleosome, sở liệu cất giữ DNA dạng không sẵn sàng để truy cập Muốn có biểu gene, phải truy cập vào đoạn DNA tương ứng với gene Hình 4: Các acetyl hóa , methyl hóa, phosphoryl hóa histone Tác động có ý nghĩa quan trọng tiến trình biểu gene Các gene bị khóa hay bị mở bất thường tiến trình acetyl hóa-khử acetyl bị hỗn loạn, tạo biến đổi thượng di truyền Nguồn: Mojgan Rastegar Annals of Anatomy192 (2010) 261–274 Rất nhiều gene đánh dấu điểm khởi đầu tiền tố (promoter) hộp TATA hộp CCAAT Rất nhiều gene có điểm khởi đầu đánh dấu hộp TATA Hộp TATA đoạn DNA ngắn, giàu A T, có độ dài khoảng 25-30 cặp base (bp), có vị trí phía trước điểm bắt đầu gene4 Liền kề với hộp TATA, phía trước, hộp CCAAT Hộp CCAAT hộp đánh dấu khởi đầu gene Hộp CCAAT đoạn DNA ngắn, có kích thước ngắn hộp TATA Đột biến hộp TATA hộp CCAAT gây bệnh lý di truyền liên quan đến gene mà chúng kiểm sốt Hình 3: DNA gắn vào histone, tạo nucleosome Mỗi nucleosome gồm lõi histone (tím) quấn quanh đoạn DNA dài 146 cặp base ni-tơ Histone H1 (vàng) cố định cấu trúc nucleosome, kết chúng bó chặt với vùng dị sắc Lưu ý đến histone Chúng có vai trị quan trọng việc bật tắt đoạn mã DNA Đột biến hộp TATA hay CCAAT ngăn cản việc chuyển mã RNA gene sau hộp này, vậy, ảnh hưởng đến tiến trình sinh tổng hợp protein Nguồn: carolguze.com (trên) slideshare.net (dưới trái) frontiersin.org (dưới phải) Điều hịa biểu gene thực thơng qua biến đổi histone Tuy nhiên, số gene có điểm khởi đầu khơng phải hộp TATA hay hộp CCAAT Chúng khởi đầu đảo CpG Bất thường acetyl hóa hay khử acethyl histone gây thay đổi thượng di truyền Các đảo CpG nơi mà gene chịu kiểm sốt yếu tố thượng di truyền Histone đóng vai trò quan trọng biểu gene Khi khảo sát trình tự nucleotide, người ta ý đến diện cận kề hai loại nucleotide C G Histone nucleosome có thị ngồi Các histone nơi xảy q trình acetyl hóa hay khử acetyl Tiến trình acetyl hóa hay khử acetyl histone khâu then chốt biểu gene Một ví dụ đột biến hộp TATA gây khả tổng hợp protein tương ứng bệnh β-Thalassemia Điểm khởi đầu gene có mật độ cao dinucleotide 5’-CpG-3’ Vùng diện CpG với mật độ cao gọi đảo CpG Histone acetyl hóa điều kiện để có biểu gene Khi histone acetyl hóa, gene mở Khi histone bị khử acetyl, gene bị đóng 5’ UTR Lưu ý không nhầm lẫn Thuật ngữ CpG không đề cập đến cầu liên kết hydro G C thuộc hai chuỗi đơn DNA Thuật ngữ đề cập đến nucleotide C nằm liền kề chuỗi đơn DNA qua cầu phosphate 5 Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm soát thượng di truyền hoạt động thơng qua dạng RNA khác Như có nhiều loại RNA chức Các RNA tạo thành từ nucleotide Tuy tạo thành từ nucleotide, RNA khác DNA Hình 5: Cấu tạo gene Sự phân bố vị trí hộp CCAAT hộp TATA so với gene “chính danh” Trong gene, đoạn điều khiển xa đoạn tăng (enhancer) hay tắt (silencer) gene Gần (với khoảng cách -100 bp) thành tố gồm đảo CpG, hộp CCAAT Ngay trước đoạn chứa mã ORF hộp TATA (với khoảng cách -25 bp) Đột biến hộp TATA hay CCAAT ảnh hưởng đến tiến trình điều hịa (tắt-mở) gene Nguồn: Bộ mơn Phụ Sản, Đại học Y Dược TP.HCM Đảo CpG đích nhắm tượng methyl hóa DNA Bất thường methyl hóa hay khử methyl đảo CpG gây biến đổi thượng di truyền RNA có cấu tạo chuỗi đơn RNA khơng có nucleosome Thành phần đường RNA ribose RNA khơng có Thymine Thay cho T Uracil (U) Các mã di truyền cất giữ DNA phiên mã sang RNA Tiến trình chuyển mã DNA thành mã RNA (transcript) thực nguyên lý mã DNA, với tham gia RNA polymerase Tuy nhiên nucleotide mã DNA gốc A, nucleotide tương ứng RNA U, thay T Trên chuỗi đơn DNA, base Cytosine chiếm vị trí liền kề với base Guanine (CpG), bị methyl hóa Đảo CpG nơi tập trung với mật độ cao CpG Vì thế, đảo CpG đích nhắm tượng methyl hóa DNA GENOME, CHUYỂN MÃ VÀ DỊCH MÃ Khi Cytosine bị methyl hóa, gene bị đóng Tình trạng methyl hóa q đáng (hypermethylation) xảy đảo CpG ngăn cản tiến trình chuyển mã gene Các bất thường tiến trình methyl hóa-khử methyl đảo CpG gây biến đổi việc đóng mở gene, từ dẫn đến biến đổi thượng di truyền Tuy nhiên, đoạn DNA chứa mật mã di truyền Trình tự nucleotide cho biết đoạn DNA có chứa mã di truyền Toàn DNA tế bào tạo gene (genome) Bộ gene gồm nhiều gene, lưu trữ DNA Các đoạn DNA với trình tự lặp lại đoạn DNA không mang mật mã di truyền (intron) Không phải tất DNA mã hóa protein Các đoạn DNA với trình tự lặp lại đoạn DNA không mang mật mã di truyền (intron) Các intron đảm nhận việc ngăn cách đoạn DNA có trình tự khơng lặp lại Các đoạn DNA mang mật mã di truyền gọi exon Hình 6: Cơ chế kiểm sốt thượng di truyền liên quan đến histone methyl hóa đảo CpG Acetyl hóa histone điều kiện quan trọng để gene mở Nhưng điều kiện đủ tượng chuyển mã xảy đảo CpG phải khử methyl Thay đổi methyl hóa ảnh hưởng đến tiến trình mở gene Các đoạn DNA mang mật mã di truyền, có trình tự nucleotide khơng lặp lại, qui định tính trạng, thơng qua sinh tổng hợp protein gọi exon Một gene thường cấu tạo từ nhiều exon Các exon thường ngăn cách với đoạn không mang mật mã di truyền, gọi intron Gene cấu tạo từ intron exon RIBONUCLEIC ACID (RNA) Tuyệt đại đa số gene tế bào có nhân sinh vật cấp cao đều cấu tạo nhiều exon, ngăn cách intron RNA phân tử thực thi nhiệm vụ chức bao gồm sinh tổng hợp điều hịa gene Có hai loại gene khác nhau: loại mã hóa protein chức năng, loại khác khơng mã hóa protein Tuy nơi lưu trữ mã di truyền, hoạt động sinh tổng hợp protein không thực trực tiếp khuôn mẫu DNA, mà phải thông qua chuyển mã DNA RNA thông tin (mRNA) Gene mã hóa protein chức chuyển mã sang RNA thơng tin (mRNA) Tiến trình gọi chuyển mã RNA (transcript) Nguồn: cellscience website Ngoài việc lưu trữ mật mã protein, DNA đảm nhận chức khác Một điểm chung tất mRNA thực sinh tổng hợp protein tương ứng với gene Tiến trình gọi dịch mã RNA (translate) Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm soát thượng di truyền Một protein mã hóa exon theo trình tự xác định Mỗi amino acid mã hóa mã codon, Riêng có methionine mã hóa mã codon Kết việc cắt intron dán exon mRNA nhân tạo mRNA trưởng thành không chứa intron, tức mã liên tục protein Protein tổng hợp nhờ mRNA Có ba codon dừng UAA, UAG UGA Hình 7: Bảng codon mRNA Nguồn: Bioninja http://www.vce.bioninja.com.au Ở sinh vật cấp cao, hầu hết gene tạo nhiều exon, ngăn cách intron Trên gene qui định protein chuyên biệt, trình tự exon intron qui định trình tự amino acid cấu thành nên protein Đầu tiên, việc mã chuyển mã DNA thành mã RNA nhân RNA nhân chưa phải RNA sẵn sàng cho việc tổng hợp protein RNA nhân bao gồm mã đoạn intron lẫn exon Hình 9: Cắt dán mRNA nhân tạo mRNA trưởng thành Tiến trình cắt dán thực spliceosome Spliceosome loại bỏ đoạn có cấu trúc lặp lại, tức không chứa thông tin di truyền Nguồn: study.com Khiếm khuyết trình mã cắt dán RNA nhân tạo bất thường protein Sau hồn thành q trình chuyển mã thành mRNA, đoạn mã intron loại bỏ Nguyên tắc hoạt động spliceosome loại bỏ đoạn có cấu trúc lặp lại, tức khơng chứa thơng tin di truyền Vì thế, gene có q nhiều exon (đồng nghĩa với có nhiều intron), hay intron giống dẫn đến sai lạc trình cắt dán tạo mRNA cuối cùng, tức cắt đoạn dài gồm hai intron có chứa exon giữa, dẫn đến biến exon phân tử mRNA Hình 8: Chuyển mã từ gene sang mRNA Tại nhân, DNA chuyển mã thành mRNA nhân mRNA nhân mRNA chưa sẵn sàng chức năng, cần phải trải qua trình thay đổi sau chuyển mã, để cắt bỏ đoạn intron Tiến trình thay đổi sau chuyển mã loại bỏ mã intron, tạo RNA trưởng thành (mature mRNA), tức RNA thông tin (mRNA) mRNA khn dùng tiến trình dịch mã, tức tổng hợp protein Nguồn: slideshare.net Tiến trình chuyển mã RNA nối tiếp việc loại bỏ intron RNA, tạo mRNA trưởng thành mRNA trưởng thành khơng cịn chứa đoạn intron, khn mẫu cho tiến trình phiên mã tổng hợp protein Kế đó, từ RNA nhân, tế bào loại bỏ đoạn mã intron, tiến trình phân tách RNA, nhờ cấu trúc chuyên cho cắt dán gọi spliceosome Hình 10: Sơ đồ giải thích khiếm khuyết protein sai sót loại bỏ đoạn mã intron Intron loại bỏ Tiến trình loại bỏ thực gắn kết đầu exon với Tiến trình bị sai lệch, dẫn đến việc loại bỏ hẳn hay nhiều exon, gây khiếm khuyết protein Nguồn: Benoit Bely https://fr.wikipedia.org Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm sốt thượng di truyền Đột biến điểm gây tính đa hình đơn nucleotide (SNP) protein RNA vận chuyển (tRNA) có nhiệm vụ vận chuyển amino acid đến ribosome trình sinh tổng hợp protein Đột biến (thay đổi) codon làm thay đổi amino acid tương ứng làm thay đổi protein, tạo tính đa hình loại protein (Single Nucleotide Polymorphism), với hệ thay đổi tính chất protein Trong q trình sinh tổng hợp protein, có hai ncRNA tham gia: rRNA (ribosome RNA) tRNA (transfer RNA) Mỗi tRNA gồm có hai đầu, đầu mang đối codon (anticodon), khớp với mã codon mRNA Đầu lại tRNA mang amino acid tương ứng với mã đối codon Thoạt tiên, hai đơn vị ribosome đến khớp với đoạn mRNA có mã codon khởi đầu (AUG: methionine) Khi hai đơn vị ribosome gắn với nhau, bao phủ khu vực gồm codon Codon đầu 5’ nơi tRNA thoát khỏi ribosome (vùng thoát) Codon đầu 3’ nơi tRNA mang amino acid đến gắn vào (điểm đến) Codon nơi tRNA nhả amino acid để gắn với chuỗi polypeptid (điểm nhả) Sau ribosome tổ hợp, tRNA mang methionine đến điểm đến Ribosome bắt đầu trượt mRNA theo bước, bước codon Sau trượt bước đầu tiên, tRNA methionine đến điểm nhả nhả methionine Trong tRNA mang amino acid đến, có mã đối codon khớp với mã codon thứ nhì Ribosome trượt bước thứ nhì, tRNA methionine đến vùng thoát, thoát ly khỏi ribosome tRNA thứ nhì đến điểm nhả nhả amino acid để gắn với methionine Lúc này, tRNA thứ ba mang amino acid đến, có mã đối codon khớp với mã codon thứ ba Ribosome tiếp tục tiến theo chiều 5’ đến 3’ Chuỗi polypeptide dài dần Cuối cùng, ribosome tiến đến mã codon dừng (UAA, UGA, UAG), tức codon dừng rơi vào điểm đến Lúc này, khơng có tRNA mang mã đối codon AUU, ACU hay AUC, nên khơng có tRNA gắn vào điểm đến Ribosome trượt thêm bước, chuỗi polypeptide bị đứt ngang dừng lại Có thể lấy ví dụ trường hợp thụ thể với hormone FSH màng tế bào (rFSH) rFSH protein Tại vị trí protein có Serine Codon Serine mRNA UCU UCC (xem bảng) Đột biến xảy codon thay C vị trí thứ nhì A Kết ta có codon UAU UAC, codon Tyrosine Như vậy, đột biến dẫn đến việc tạo hình thái rFSH có cấu tạo khác, với Serine bị thay Tyrosine rFSH với Tyr vị trí Ser khơng đảm bảo hoạt động bắt giữ FSH cho tế bào, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức tế bào CÁC RNA KHÔNG MÃ HĨA PROTEIN (ncRNA) Các gene khơng mã hóa protein có vai trị quan trọng nhiều tiến trình điều hịa khác Gene khơng mã hóa gene chuyển mã sang RNA Các RNA gọi chung RNA khơng mã hóa protein (non-coding RNA) (ncRNA) hay RNA cấu trúc (structural) Tuy RNA khơng có chức tham gia tổng hợp protein, chúng tham gia vào nhiều trình điều hịa khác Có thể liệt kê số nhóm RNA cấu trúc như: Các RNA vận chuyển (tRNA) tham gia vào tiến trình vận chuyển amino acid đến ribosome cho sinh tổng hợp protein Các RNA tham gia vào tiến trình điều hịa gene Các miRNA tức RNA nhỏ, có vai trị quan trọng biểu gene… Hình 11: Phân loại gene Các gene phân hai loại: (1) gene mã hóa protein (2) gene khơng mã hóa protein Gene khơng mã hóa protein có nhiệm vụ đảm nhận tạo RNA đa chức năng, tham gia vào tiến trình điều hịa gene miRNA, Xist, tổng hợp telomerase… Nguồn: slideplayer.com Hình 12: tRNA sinh tổng hợp protein Ribosome bao phủ khu vực gồm codon Codon đầu 5’ vùng thoát khỏi ribosome Codon đầu 3’ điểm đến tiếp nhận Codon nơi nhả amino acid Khơng có tRNA ứng với codon dừng Nguồn: Jeremy Thornton Slideplayer.com Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm sốt thượng di truyền Nếu exon có codon bị đột biến điểm trở thành codon dừng chuỗi protein gene chứa exon phụ trách bị đứt đoạn điểm dừng bất thường Có thể lấy hai ví dụ β-Thalassemia Ví dụ thứ đột biến điểm, thay nucleotide nucleotide khác Ở người bình thường, chuỗi βglobin globin protein tạo 146 amino acid Glutamine (mã codon CAG) amino acid chiếm vị trí thứ 39 chuỗi β-globin Codon bị đột biến trở thành UAG, codon dừng Chuỗi β-globin tổng hợp đến vị trí bị đứt đoạn Ở người bị đột biến kiểu này, việc sinh tổng hợp thay cho chuỗi polypeptide 146 amino acid có chức tạo chuỗi polypeptide 38 aminoacid không chức Cơ thể khơng có chuỗi β-globin, tạo bệnh lý nặng β0 Thalassemia Ví dụ thứ nhì đột biến nucleotide, làm xáo trộn chuỗi Ở người bình thường, codon 15-16-17-18-19 …15UGG-GGC-AAG-GUG-AAC19… tương ứng với đoạn polypeptide …15trp-gly-lys-val-asn19… Đột biến nucleotide G codon 16 làm thay đổi tồn codon cịn lại Đoạn trở thành …15UGG-GCA-AGG-UGAstop, với chuỗi polypeptide có 17 amino acid, với amino acid cuối bị sai …15trp-ala-argstop Cơ thể khơng có chuỗi β-globin, tạo bệnh lý nặng β0 Thalassemia ncRNA tham gia vào kiểm soát hoạt động gene ncRNA tham gia điều hòa hoạt động gene, cách tham gia vào chế đóng mở gene Kiểm sốt gene thơng qua ncRNA điển hình kiểm soát chế thượng di truyền Một ví dụ trường hợp bất hoạt nhiễm sắc thể X Trung tâm bất hoạt nhiễm sắc thể X (Xic) chuyển mã ncRNA gọi Xist (X-inactive specific transcript RNA) Xist phong tỏa hoạt động histone nhiễm sắc thể X methyl hóa CpG nhiễm sắc thể X, dẫn đến bất hoạt hai nhiễm sắc thể X miRNA tham gia vào nhiều tiến trình điều hịa tế bào miRNA RNA nhỏ, có chiều dài khoảng 20-25 nucleotide Các miRNA tham gia vào nhiều hoạt động chết chương trình tế bào, sửa chữa mô tế bào, tân tạo mạch, phát triển tế bào… Tiến trình tổng hợp miRNA bắt đầu việc chuyển mã miRNA sơ cấp từ đoạn DNA khơng mã hóa protein Các miRNA sơ cấp có cấu tạo “chuỗi giả kép” nhờ liên kết hydro Enzyme Dimer cắt nhỏ miRNA sơ cấp thành “khoanh” đoạn kép ngắn Một hai chuỗi đoạn kép bị thoái giáng Đoạn miRNA đơn lại kết hợp với protein tạo phức miRNA-protein Phức đến gắn vào mRNA tác dụng mRNA Vị trí gắn miRNA vào mRNA bất kỳ, miễn có tương hợp nucleotide Hơn nữa, để gắn với mRNA, khơng cần có tương hợp nucleotide hồn tồn Nói cách khác, miRNA gắn vào mRNA theo kiểu đoạn ngắn Khi gắn vào mRNA, miRNA tác dụng cách chặn ngang tiến trình sinh tổng hợp protein ribosome đến codon bị phong tỏa miRNA miRNA gắn vào đoạn cuối mRNA, trước Poly-A, ngăn cản tiến trình sau dịch mã thành protein miRNA làm mRNA bị vỡ vụn thối giáng Hình 14: Cơ chế hoạt động kiểm soát biểu gene miRNA miRNA chức phong tỏa mRNA ngăn cản tiến trình đọc mã ORF phá hủy mRA Nguồn: Godfrey Bbosa Scientific research publishing Vol.5 No.10A(2013) Hình 13: ncRNA bất hoạt nhiễm sắc thể X Xic nằm nhánh dài nhiễm sắc thể X chứa gene khơng mã hóa protein chi phối ncRNA Xist Tiến trình chuyển mã tạo Xist Xist phong tỏa gene thông qua khử acetyl histone, đồng thời ngăn cản việc mở gene thơng qua methyl hóa đảo CpG Nguồn: Bài giảng Gene/Chromosome Inactivation miami.edu miRNA phân tử nhỏ, đóng vai trị lớn điều hòa tế bào, điều hòa sau dịch mã Bất thường chuyển mã miRNA (theo hai chiều tăng giảm) dẫn đến bệnh lý Khảo sát miRNA mở nhiều hướng cho chẩn đoán điều trị Khảo sát bất thường chuyển mã miRNA cho phép dùng chúng báo sinh học (biomarkers) bệnh lý muốn khảo sát Một ví dụ bất thường chuyển mã miRNA dùng chẩn đoán bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị (endometriosis) Trong bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị, diện nội mạc tử cung vị trí bất thường (phúc mạc, buồng trứng, lớp tử cung…) kích thích Dẫn nhập Y học Sinh sản Khái niệm di truyền biểu gene Khái niệm kiểm soát thượng di truyền phản ứng miễn nhiễm thể nhằm loại trừ Tuy nhiên đáp ứng miễn nhiễm loại trừ mô lạc vị không thành công đáp ứng bất thường chuyển mã miRNA Bằng cách ngăn cản tiến trình đào thải miễn dịch bình thường, miRNA chuyển mã giúp tổ chức nội mạc tử cung tồn phát triển vị trí lạc vị Hoạt động chuyển mã bất thường miRNA kích hoạt yếu tố thượng di truyền kiểm sốt gene khơng mã hóa miRNA tương ứng Vì thế, số miRNA dùng báo sinh học cho chẩn đoán bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị6 Điều trị trúng đích dựa tảng miRNA ngành điều trị Các đoạn nucleotide nhỏ chuyên biệt dùng với vai trị miRNA giả hay đối-miRNA (antimiRNA), để khóa chặt hoạt động sinh tổng hợp protein mRNA bệnh lý tương ứng Ngành ung thư kỳ vọng vào điều trị trúng đích dựa tảng miRNA miRNA-125 miRNA-150 điều hịa lên, miRNA3613 điều hịa xuống Hình 15: miRNA bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị Rất nhiều miRNA dùng báo sinh học bệnh lý Các miRNA liên quan đến nhiều hoạt động kiểm soát thượng di truyền khác Nguồn: Maria E The role of microRNAs in endometriosis and associated reproductive conditions Human Reproduction Update, Volume 16, Issue 2, March 2010, Page 147 TÀI LIỆU ĐỌC THÊM Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition Tác giả Nussbaum Nhà xuất Elsevier 2016 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition Tác giả Nussbaum Nhà xuất Elsevier 2016 Kay Elder In-vitro-Fertilization 3rd Ed Nhà xuất Cambridge Medicine 2011 10 ... histone, tạo nucleosome Mỗi tế bào mang toàn vốn DNA cá thể Tổng chiều dài toàn số DNA tế bào lên đến 1.8 mét Tuy nhiên, tế bào khai thác lượng hạn chế thơng tin có sở liệu DNA Dẫn nhập Y học Sinh sản