Quá trình can thiệp RNA - cơ chế bất hoạt gene bằng RNA sợi đôi

Chia sẻ: Nguyen Phuonganh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

147
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với việc khám phá ra cơ chế căn bản kiểm soát dòng thông tin di truyền, giải Nobel Y học năm 2006 đã được trao về tay của hai nhà khoa học người Mỹ Andrew Z. Fire và Craig C. Mello. Bộ gene của chúng ta hoạt động thông qua việc truyền chỉ thị tổng hợp protein từ DNA trong nhân tế bào bào đến bộ máy tổng hợp protein trong tế bào chất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Quá trình can thiệp RNA - cơ chế bất hoạt gene bằng RNA sợi đôi

Quá trình can thiệp RNA - cơ chế bất hoạt gene bằng RNA sợi đôi Với việc khám phá ra cơ chế căn bản kiểm soát dòng thông tin di truyền, giải Nobel Y học năm 2006 đã được trao về tay của hai nhà khoa học người Mỹ Andrew Z. Fire và Craig C. Mello. Bộ gene của chúng ta hoạt động thông qua việc truyền chỉ thị tổng hợp protein từ DNA trong nhân tế bào bào đến bộ
máy tổng hợp protein trong tế bào chất. Những chỉ thị này được truyền tải bởi RNA thông tin (mRNA). Vào năm 1998, Andrew Fire and Craig Mello khám phá ra một cơ chế có khả năng phân hủy mRNA của một gene cụ thể. Cơ chế này, với tên gọi là 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 hóa sinh để phân hủy 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, và không có protein nào do gene đó mã hóa
được tạo ra. Quá trình can thiệp RNA diễn ra ở thực vật, động vật, và người. Nó có tầm quan trọng to lớn trong việc điều hòa quá trình biểu hiện gene, góp phần bảo vệ cơ thể vật chủ chống lại sự xâm nhiễm của virus, và kiểm soát hoạt động của các gene nhảy. Sự can thiệp RNA đang được áp dụng rộng rãi trong ngành khoa học cơ bản để nghiên cứu chức năng gene và nó có thể mang lại các liệu pháp chữa bệnh mới trong tương lai. Dòng thông tin trong tế bào: từ DNA đến protein thông qua RNA Mã di truyền trên DNA quy định
protein được hình thành. Những thông tin chứa đựng trong DNA được sao chép sang RNA và sau đó được dùng để tổng hợp protein (Hình 1). Dòng thông tin di truyền từ DNA qua mRNA đến protein được Francis Crick, một nhà khoa học người Anh cũng đã từng đoạt giải Nobel, gọi là “Học thuyết trung tâm” của lĩnh vực sinh học phân tử. Protein liên quan đến tất cả các quá trình của sự sống, ví dụ như là các men phân giải thức ăn, các thụ thể tiếp nhận tín hiệu trong não, và các kháng thể giúp chúng ta chống lại các vi khuẩn.
Hình 1. Học thuyết trung tâm của sinh học phân tử Bộ gene của chúng ta có khoảng 30.000 gene. Tuy nhiên, chỉ một phần trong số đó được sử dụng trong mỗi loại tế bào. Việc gene nào được biểu hiện (tức là, việc quản lý sự tổng hợp của các protein mới) được kiểm soát bởi bộ máy sao chép DNA sang mRNA trong một quá trình được gọi là phiên mã.
Tuy nhiên, quá trình phiên mã cũng bị điều khiển bởi nhiều nhân tố khác. Những nguyên tắc căn bản của quá trình điều hòa sự biểu hiện gene đã được nhận biết cách đây hơn 40 năm bởi hai nhà khoa học người Pháp cũng đã từng nhận giải Nobel là François Jacob và Jacques Monod. Ngày nay, chúng ta biết rằng các nguyên tắc tương tự cũng đã và đang diễn ra trong suốt quá trình tiến hóa từ vi khuẩn đến con người. Chính những nguyên tắc này đã hình thành nên nền tảng cho kỹ thuật gen, đó là việc đưa một trình tự DNA vào tế bào để hình thành một protein mới. Khoảng năm 1990, các nhà sinh
học phân tử thu nhận được nhiều kết quả nghiên cứu không như mong muốn và rất khó giải thích. Đặc biệt là nghiên cứu của các nhà sinh học thực vật, khi họ cố gắng gia tăng cường độ màu sắc cánh hoa của cây thuốc lá, bằng cách chuyển gene gây cảm ứng hình thành sắc tố đỏ ở hoa. Nhưng thay vì tăng cường độ màu sắc thì thí nghiệm này lại gây nên sự mất màu hoàn toàn và cánh hoa trở nên có màu trắng! Cơ chế gây nên những kết quả này vẫn còn khó hiểu cho đến khi Fire và Mello công bố khám phá của họ trên tạp chí Nature vào năm 1998. Với khám phá này, họ đã nhận được giải
thưởng Nobel năm nay. đôi lập tức gắn vào Dicer (Hình 4A). Phức hợp RISC được kích hoạt, RNA virus bị phân hủy, và tế bào vật chủ thoát khỏi sự xâm nhiễm này. Bên cạnh khả năng bảo vệ, các sinh vật bậc cao, như con người, còn phát triển một hệ thống miễn dịch hiệu quả liên quan đến kháng thể, tế bào diệt tự nhiên (tế bào NK) và interferon. Gene nhảy, còn được gọi là transposon, là các trình tự DNA có thể di chuyển trong bộ gene. Chúng tồn tại trong tất cả các sinh vật và có thể gây thiệt hại nếu chúng gắn sai vị trí trên bộ gene. Nhiều
transposon hoạt động bằng cách sao chép DNA sang RNA, RNA sau đó được phiên mã ngược thành DNA và gắn vào một vị trí khác trên bộ gene. Một phần của phân tử RNA này thường có cấu trúc sợi đôi và là mục tiêu của cơ chế can thiệp RNA. Trong trường hợp này, sự can thiệp RNA bảo vệ bộ gene chống lại các transposon. Hình 4. Một số quá trình sống của tế bào có liên quan đến quá trình
can thiệp RNA A. 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. B. 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. C. Trong phòng thí nghiệm, các phân tử RNA mạch đơn được biến đổi để hoạt hoá phức hợp RISC để phân hủy mRNA của một gene chuyên biệt nào đó.
Sự can thiệp RNA điều hòa sự biểu hiện gen Sự can thiệp RNA được dùng để điều hòa sự biểu hiện gene trong tế bào người cũng như tế bào giun (Hình 4B). Hàng trăm gene trong bộ gene của chúng ta mã hóa cho các phân tử RNA nhỏ, gọi là microRNA. Chúng chứa một phần mã di truyền của các gene khác. Một phân tử microRNA có thể hình thành cấu trúc sợi đôi và kích hoạt bộ máy can thiệp RNA để ngăn chặn sự tổng hợp protein. Từ đó, sự biệu hiện của gene tương ứng bị khống chế. Hiện nay chúng ta đã hiểu được rằng việc điều hòa di truyền bởi các microRNA đóng vai
trò quan trọng trong sự phát triển của sinh vật và kiểm soát các chức năng tế bào. Những cơ hội mới trong nghiên cứu Sinh học Y Dược, kỹ thuật gene và chăm sóc sức khỏe. Sự can thiệp RNA đưa ra nhiều ứng dụng thú vị trong kỹ thuật gene. Phân tử RNA sợi đôi được thiết kế để gây bất hoạt cho các gene đặc thù ở người, động vật hoặc thực vật (Hình 4C). Các phân tử RNA có khả năng gây bất hoạt được đưa vào tế bào và kích hoạt bộ máy can thiệp RNA để phá hủy các mRNA có mã di truyền tương đồng.
Kỹ thuật này đã trở thành một dụng cụ nghiên cứu quan trọng trong ngành sinh học và sinh y dược học. Trong tương lai, mọi người hy vọng là kỹ thuật này sẽ được sử dụng trong cả lĩnh vực y học lâm sàng lẫn ngành nông nghiệp. Một vài công bố gần đây cho thấy sự bất hoạt gene đã được tiến hành thành công ở các tế bào người và các động vật thí nghiệm. Ví dụ, gần đây, gene gây lượng cholesterol cao trong máu đã bị bất hoạt bằng cách xử lý các động vật với RNA có khả năng gây bất hoạt. Nhiều kế hoạch đang được triển khai để phát triển sự can thiệp RNA thành một phương pháp điều trị bệnh nhiễm
virus, các bệnh về tim mạch, ung thư, các rối loạn nội tiết và một số trường hợp khác.