Tài liệu Các yếu tố di truyền vận động doc

Các yếu tố di truyền vận động (Transposable genetic elements) 1. Các yếu tố di truyền vận động ở vi khuẩn Trình tự đoạn xen (insertion sequence) của vi khuẩn là một đoạn DNA của vi khuẩn di chuyển từ một vị trí trên nhiễm sắc thể đến vị trí mới trên cùng nhiễm sắc thể hoặc trên nhiễm sắc thể khác. Khi xen vào giữa gene, yếu tố IS làm gián đoạn trình tự mã hóa và làm bất hoạt sự biểu hiện của gene. Một số trường hợp, có tín hiệu kết thúc phiên mã và dịch mã, yếu tố IS làm cản trở sự biểu hiện ở sau promoter trong cùng operon. Bảng 1. Một vài trình tự xen vào và kích thước của chúng Trình t ự xen vào Số bản sao trong E. coli Chiều dài (bp) Đoạn lặp lại đảo ngược (bp) IS1 5-8 bản sao trên nhiễm sắc thể 768 18-23 IS2 5 bản sao trên nhiễm sắc thể, 1 bản sao trên plasmid 1327 32-41 IS3 5 bản sao trên 1400 32-38 nhiễm sắc thể, 2 bản sao trên plasmid IS4 1-2 bản sao trên nhiễm sắc thể, 1400 16-18 IS5 Chưa biết 1250 Ngắn Yếu tố IS được tìm thấy đầu tiên ở operon gal của E. coli, chia làm bốn nhóm: IS1, IS2, IS3 và IS4. Chúng có thể phân bố rãi rác trên nhiễm sắc thể chính của vi khuẩn và trên các plasmid. Ví dụ yếu tố IS1 có khoảng 5-8 bản sao trên nhiễm sắc thể với chiều dài 768 bp. Tất cả các yếu tố IS đều chứa đoạn DNA mã hóa cho protein, được gọi là transposase, là enzyme cần thiết cho sự di chuyển của yếu tố IS từ một vị trí trên nhiễm sắc thể đến vị trí khác. Đoạn gene này nằm giữa 2 đoạn lặp lại đảo ngược (inverted repeat - IR) ngắn. Ví dụ yếu tố IS1 có khoảng 5-8 bản sao trên nhiễm sắc thể với chiều dài 768 bp, đoạn lặp lại đảo ngược có kích thước 18-23 bp, yếu tố IS2 có 5 bản sao và các yếu tố IS khác. Yếu tố IS là những vùng của các trình tự xác định, chúng là những vị trí xảy ra trao đổi chéo. Ví dụ: Sự tái tổ hợp của plasmid và nhiễm sắc thể của E. coli tạo ra những chủng Hfr xảy ra qua trao đổi chéo đơn giữa yếu tố IS trên plasmid và yếu tố IS trên nhiễm sắc thể. 1.1. Gene nhảy Các yếu tố IS riêng lẻ không chỉ có khả năng tự di chuyển mà khi hai yếu tố này nằm đủ gần nhau thì chúng có thể vận động như một đơn vị hoàn chỉnh và mang theo các gene nằm giữa chúng. Cấu trúc phức tạp này được gọi là transposon. Có hai kiểu transposon ở vi khuẩn: Hình : Đặc trưng về cấu trúc của transposon hỗn hợp (composite transposon) và transsposon đơn giản (simple transposon) Transposon hỗn hợp (composite transposon) chứa nhiều gene nằm giữa 2 trình tự IS gần nhau, có hướng ngược nhau tạo ra tình tự lặp lại đảo ngược (inverted repeat - IR). Một trong 2 yếu tố IS mã hóa cho transposase xúc tác cho sự chuyển vị của cả transposon. Chẳng hạn Tn10 là transposon hỗn hợp mang gene mã hóa cho tính kháng kháng sinh tetracyline. Gene này nằm giữa hai yếu tố IS10 có hướng ngược nhau. Transposon đơn giản (simple transposon) ở giữa các trình tự IR, nhưng những trình tự này ngắn (<50bp) và không mã hóa cho transposase. Sự chuyển vị của chúng không phải là kết quả của sự liên kết với yếu tố IS. Các transposon đơn giản mã hóa transposase riêng thêm vào để mang các gene của vi khuẩn. Tn3 là một transposon đơn giản . Transposon hỗn hợp và transposon đơn giản đều chứa các gene thêm vào liên quan đến chức năng mới ở tế bào vi khuẩn. Cả hai loại này thường được gọi chung là transposon. Transposon dài hơn yếu tố IS (thường chứa vài kb), chúng chứa các gene mã hóa cho protein thêm vào. 1.2. Cơ chế của sự chuyển vị Đầu tiên, transposase cắt vết hình chữ chi qua 5 cặp base (khác với sự cắt của enzyme restriction endonuclease) ở vi trí DNA mục tiêu (target site DNA) . Tiếp theo là sự hội nhập của transposon qua trung gian của transposase, transposon xen vào giữa các đầu mút của chữ chi. Đầu lồi ra của sợi đơn được sử dụng như là khuôn để tổng hợp sợi bổ sung thứ hai. Sự gắn vào tạo sự sao chép 5 cặp base, được gọi là sự sao chép điểm mục tiêu (target site duplication). Hình : Sự nhân đôi đoạn trình tự DNA ngắn ở điếm xen vào (insertion site) Hầu hết các yếu tố di động của prokaryote đều sử dụng một trong 2 cơ chế chuyển vị: là sao chép (replicative) và bảo thủ (conservative) hay không sao chép. Trong con đường sao chép (như ở Tn3), một bản sao mới của yếu tố di động tạo ra khi chuyển vị, kết quả là một bản sao ở vị trí mới và bản sao còn lại ở vị trí cũ. Trong con đường bảo thủ (như ở trường hợp Tn10) không có sự sao chép. Thay vào đó, yếu tố được cắt ra từ nhiễm sắc thể hoặc plasmid và được gắn vào vị trí mới. Con đường này còn được gọi là con đường "cắt và dán" (cut and paste) 2. Các yếu tố di truyền vận động ở virus Retrovirus là virus RNA sợi đơn, sao chép qua trung gian DNA sợi kép. RNA được sao chép thành DNA nhờ enzyme phiên mã ngược. DNA sợi kép được gắn vào nhiễm sắc thể tế bào chủ, từ đó phiên mã tạo RNA virus và tạo protein hình thành hạt virus mới. Một vài retrovirus như virus tạo khối u chuột (MMTV) và virus sarcoma Rous (RSV) xâm nhiễm kích thích tạo khối u ung thư. Khi gắn vào nhiễm sắc thể, bản sao DNA sợi kép của genome virus được gọi là provirus. Phương thức phiên mã ngược của các phần tử di động tương tự như của retrovirus. Sự di chuyển qua trung gian RNA nhờ reverse transcritase tạo cDNA và sự xen đoạn cDNA vào vị trí mới được gọi là retrotransposition. Retrotransposition tạo bản sao của phần tử ở vị trí mới, trong khi phân tử cho ban đầu vẫn giữ nguyên cấu trúc không đổi. Do vậy retrotransposition tạo nên một ít đứt đoạn và các tái cấu trúc của bộ gene [...]... hóa các gene mà một số gene có thể gây ung thư 3 Các yếu tố di truyền vận động ở vi nấm Gery Fink và cs là những người đầu tiên sử dụng nấm men để nghiên cứu điều hoà hoạt tính gene ở eukaryote Các tác giả này đã phân lập được hàng ngàn đột biến gene HIS4 mã hóa enzyme tham gia tổng hợp histidine Trong số hơn 1.500 đột biến ngẫu nhiên HIS4 được tìm thấy có 2 đột biến có kiểu hình không bền vững Các. .. phục hồi lại dạng kiểu dại cao 1.000 lần hơn các đột biến HIS4 khác Những đột biến này cho đoạn DNA lớn xen vào gene HIS4, sự xen vào này được thực hiện do một trong các yếu tố là Ty của nấm men Có 35 bản sao của yếu tố xen đoạn gọi là Ty1 ở genome của nấm men Việc tạo dòng những yếu tố này từ các allele đột biến cho thấy xen đoạn này không giống với yếu tố IS hoặc transposon của vi khuẩn Thay vào đó... retrotransposon Bản sao DNA được chèn vào vị trí mới trên bộ gene Vào năm 1985, J Bocke và G Fink đã chứng minh, yếu tố Ty1, giống với retrovirus, thực hiện việc di chuyển qua trung gian RNA Chúng bắt đầu bằng biến đổi yếu tố Ty1 của nấm men được tạo dòng trên plasmid Trước tiên ở một đầu mút của yếu tố, có sự xen vào một promoter được hoạt hóa nhờ thêm galactose vào môi trường Thứ hai, một intron từ một... này từ các allele đột biến cho thấy xen đoạn này không giống với yếu tố IS hoặc transposon của vi khuẩn Thay vào đó chúng có đặc tính của retrovirus (virus của động vật) Có sự giống nhau trong cấu trúc và thành phần gene của retrovirus và yếu tố Ty1 được phân lập từ đột biến HIS4 Giống với retrovirus, transposon của nấm men có lặp đoạn cuối dài (long terminal repeat sequence) LTRs, chứa hàng trăm cặp... 3 gene mã hóa cho 3 protein trong quá trình sao chép: gene gag mã hóa cho một protein có vai trò làm biến tính RNA genome Gene pol mã hóa enzyme reverse transcriptase Gene env mã hóa cho protein vỏ Yếu tố Ty chỉ chứa gene gag và gene pol, không chứa gene env Hình : Sự retrotransposition chuyển vị nhờ Mô hình về sự chuyển vị nhờ retrotransposon Một bản phiên mã RNA từ retrotransposon dưới tác dụng của... promoter được hoạt hóa nhờ thêm galactose vào môi trường Thứ hai, một intron từ một gene khác của nấm men được đưa vào vùng mã hóa của transposon Ty Sự thêm vào galactose làm tăng tần số chuyển vị của yếu tố Ty bị biến đổi Điều này làm tăng số lượng RNA, vì galactose kích thích phiên mã RNA Ty bắt đầu từ promoter nhạy cảm galactose . Các yếu tố di truyền vận động (Transposable genetic elements) 1. Các yếu tố di truyền vận động ở vi khuẩn Trình tự đoạn. giữa yếu tố IS trên plasmid và yếu tố IS trên nhiễm sắc thể. 1.1. Gene nhảy Các yếu tố IS riêng lẻ không chỉ có khả năng tự di chuyển mà khi hai yếu tố