Phiên mã dở (Attenuation)
Kiểu điều hòa thứ hai được phát hiện ở operon tryptophan được gọi là
attenuation. Nó dùng sử dịch mã để điều khiển sự phiên mã. Khi có
mặt tryptophan nội bào, ngay cả với nồng độ thấp, sự dịch mã một phần vùng
leader của mRNA ngay khi vừa được tổng hợp, kết quả làm dừng sự phiên
mã trước khi gene cấu trúc đầu tiên của operon được sao chép.
Attenuation là kết quả sự tương tác giữa các trình tự DNA trong vùng leader
của bản phiên mã trp. Ở tế bào kiểu dại, sự phiên mã operon trp
thường được bắt đầu. Tuy nhiên khi có mắt một lượng nhỏ tryptophan, hầu
hết phân tử mRNA kết thúc ở vùng 28 base đặc biệt ở trong trình tự leader.
Kết quả của sự kết thúc sớm này tạo phân tử mRNA chứa 140 nucleotide
chấm dứt một đoạn ngắn của các gene mã hóa cho các enzyme trp. Vùng 28
base xảy ra sự kết thúc được gọi attenuator. Trình tự base của vùng
này thường có các tính chất điểm kết thúc, gồm dạng đoạn và vòng (stem-
loop) trên mRNA theo sau là trình tự của 8 uridine.
Trình tự leader có các đặc điểm:
- Một vùng có codon AUG và phía sau là codon kết thúc UGA, mã hóa cho
một polypeptide chứa 14 amino acid được gọi là leader polypeptide.
- Hai codon tryptophan ở vị trí 10 và 11 trên mRNA của leader
polypeptide. Trình tự lặp lại ngắn này có ý nghĩa trọng điều hòa.
- Bốn đoạn của RNA leader là vùng 1, 2, 3 và 4 tạo thành do khả năng kết
cặp của các base với nhau. Các base ở vùng 1 kết cặp với vùng 2, vùng 3 kết
cặp với vùng 4
A. Sơ đồ phiên mã của leader trp
B. Chi tiết cấu trúc của 2 codon trp ở vòng 1-2
Khi sự kết cặp xảy ra ở dạng này, sự phiên mã kết thúc ở đoạn đi qua uridine
phía trước nucleotide 140. Kiểu kết cặp này xảy ra ở mRNA leader được tinh
sạch.
- Một kiểu kết cặp biến đổi có thể xảy ra, trong đó các base vùng 2 kết cặp
với vùng 3 nhờ các cặp base ở 2 vùng này gần như bổ sung nhau. Qua mô
hình kết cặp base biến đổi này (3-4 hoặc 2-3), sự tổ chức trình tự mRNA
có thể điều hòa phiên mã qua dịch mã của leader polypeptide (Hình
11.7). Khi vùng leader được phiên mã, sự dịch mã leader polypeptid cũng bắt
đầu. Vì có 2 codon trptophan trong trình tự mã hóa, nên sự dịch mã nhạy cảm
với số lượng tRNAtrp đưa vào.
Nếu môi trường cung cấp đầy đủ tryptophan, ribosome trượt qua codon
tryptophan và đi vào vùng 2 (Hình 11.7B). Sự có mặt của ribosome loại bỏ
khả năng kết cặp của vùng khoảng 10 base ở mỗi phía của codon đang dịch
mã. Sự có mặt của ribosome ở vùng 2 ngăn cản nó kết cặp với vùng
3. Trong trường hợp này vùng 3 kết cặp với vùng 4, tạo ra điểm kết thúc
phiên mã. Sự phiên mã kết thúc khi qua các uridine nằm phía sau vùng 4.
Phiên mã dở (attenuation) của operon trp ở E. coli
A. Ở mRNA tự do có sự kết cặp base giữa 1-2 và 3-4
B. Ở nồng độ cao của tryptophan, ribosome tiến đến vùng 2 và sự kết cặp 3-4
làm kết thúc phiên mã
C. Ở nồng độ tryptophan thấp, ribosome ở vùng codon trp cho phép kết cặp
2-3 và phiên mã không bị kết thúc sau khi qua vùng 4
Khi số lượng tRNAtrp không đủ, sự dịch mã leader polypeptide bị dừng lại
đột ngột ở các codon tryptophan. Sự dùng lại này ngăn cản ribosome tiến vào
vùng 2, vì vậy vùng 2 được tự do sẽ kết cặp với vùng 3 làm cản trở sự hình
thành cấu trúc kết thúc. Vì vậy phân tử trpmRNA hoàn chỉnh được tạo thành,
chứa cả trình tự mã hóa cho gene cấu trúc.
Tóm lại, attenuation là cơ chế điều hòa tinh tế trên cơ sở điều hòa âm tính:
Khi tRNAtrp đến đủ cung cấp cho sự dịch mã leader polypeptide, sự
phiên mã bị dừng, các trp enzyme không được tổng hợp. Khi nồng độ
tRNAtrp quá thấp, sự phiên mã xảy ra cho đến hết, các trpenzyme được tạo
nên.
Nhiều operon chịu trách nhiệm tổng hợp các amino acid khác (như
operon leucine, isoleucine, phenylalanine, histidine) cũng được điều hòa
nhờ attenuator với chức năng tạo ra vùng kết cặp biến đổi ở bản phiên mã. Ở
operon histidine vùng mã hóa của leader polypeptide chứa 7 codon histidine
kế nhau. Ở operon phenylalanine vùng mã hóa cho leader polypeptide chứa 7
codon phenylalanin chia 3 nhóm.
Điều hòa kiểu attenuation không thể xảy ra ở eukaryote vì ở eukaryote sự
phiên mã và dịch mã không xảy ra đồng thời. Sự phiên mã xảy ra trong nhân,
còn sự dịch mã xảy ra ở tế bào chất.
Điều hòa ở operon lacvà operon trplà ví dụ về một trong số các cơ chế quan
trọng điều hòa hoạt động gene ở mức phiên mã của prokaryote.
