Tắt (ức chế) gen thông qua các phân tử ARN nhỏ

Chia sẻ: Sunshine_6 Sunshine_6 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

59
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các hoạt động của gen theo nhu cầu của sinh vật để có thể tiến hoá loài đ-ợc kiểm soát và điều hoà chặt chẽ. Gi.i th-ởng Nobel năm 1962 của Jacob và Monod về điều hoà hoạt động gen ở vi khuẩn (đơn bào): vai trò của gen khởi động, gen điều hoà (tăng c-ờng, ức chế), gen cấu trúc, các đoạn intron, exon, transposon trong tổng hợp protein đã đ-ợc hiểu biết cụ thể. Sự điều hoà này ở sinh vật đa bào cũng đ-ợc nghiên cứu trong hơn 3 thập kỷ qua....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tắt (ức chế) gen thông qua các phân tử ARN nhỏ

TCNCYH 22 (2) - 2003 T¾t (øc chÕ) gen th«ng qua c¸c ph©n tö ARN nhá (Inactivation of gene by small interference RNA) GS.TSKH. Phan ThÞ Phi Phi* C¸c ho¹t ®éng cña gen theo nhu cÇu cña th©n cña t¹p chÝ Nghiªn cøu Y häc ngµy nay, sinh vËt ®Ó cã thÓ tiÕn ho¸ loµi ®−îc kiÓm so¸t chóng t«i ®· giíi thiÖu vÒ mét kü thuËt øc chÕ vµ ®iÒu hoµ chÆt chÏ. Gi¶i th−ëng Nobel n¨m ho¹t tÝnh gen th«ng qua c¸c oligonucleotid 1962 cña Jacob vµ Monod vÒ ®iÒu hoµ ho¹t antisense (c¸c ®o¹n ADN ng¾n ®èi m·. §ã lµ ®éng gen ë vi khuÈn (®¬n bµo): vai trß cña gen c¸c ®o¹n ADN ng¾n tæng hîp nh©n t¹o cã kh¶ khëi ®éng, gen ®iÒu hoµ (t¨ng c−êng, øc chÕ), n¨ng lai víi c¸c mARN ®Ó ng¨n c¶n sù biÓu lé gen cÊu tróc, c¸c ®o¹n intron, exon, transposon mARN vµ qua ®ã ng¨n c¶n sù tæng hîp c¸c trong tæng hîp protein ®· ®−îc hiÓu biÕt cô thÓ. protein cña c¸c gen, ®Æc biÖt c¸c gen cã liªn Sù ®iÒu hoµ nµy ë sinh vËt ®a bµo còng ®−îc quan ®Õn c¸c qu¸ tr×nh bÖnh lý nh−: ¸c tÝnh, nghiªn cøu trong h¬n 3 thËp kû qua. NhiÒu t¸c nhiÔm virót… gi¶ còng ®· chøng minh cã 4 nhãm m« h×nh Trong c¸c thÝ nghiÖm in vitro, c¸c ®o¹n chi phèi ho¹t tÝnh gen trong tÕ bµo cña c¬ thÓ ADN ng¾n antisense nµy tá ra cã hiÖu qu¶ øc ®a bµo nh−: c¸c protein trong nhiÔm s¾c thÓ, chÕ c¸c gen virót (øc chÕ gen m· HBsAg, øc c¸c ®o¹n ADN nh¾c l¹i, h×nh thÓ vËt lý vµ chÕ nh©n b¶n HIV…). Nh−ng trong c¸c m« thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c nhiÔm s¾c thÓ. C¸c h×nh thùc nghiÖm in vitro ë ®éng vËt, vai trß yÕu tè chi phèi nµy ®−îc tæ chøc thµnh hÖ cña c¸c oligo (dN) antisense nµy còng tá ra cã thèng ®iÒu hoµ gåm c¸c gen nh¹y c¶m vµ gen hiÖu qu¶ nh−ng yÕu ít h¬n. VÊn ®Ò khã nhÊt tiÕp nhËn c¸c chÊt ®iÒu hoµ ho¹t ®éng gen. C¸c tån t¹i vÉn lµ chøng minh t¸c dông cña chóng tÝn hiÖu ë ngoµi vµo trong tÕ bµo liªn kÕt víi trong bÖnh lý ¸c tÝnh, bÖnh nhiÔm virót ë histon giµu arginin ®¸nh thøc c¸c gen nh¹y ng−êi. c¶m. Toµn bé hÖ thèng gen sÏ ®−îc më vµ c¸c Trong bµi bµo nµy chóng t«i xin giíi thiÖu protein acid, c¸c polymerase chuyÓn tÝn hiÖu c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu míi nhÊt vÒ vai trß øc ®Õn gen tiÕp nhËn, gi¶i phãng gen nµy ®Ó sao chÕ cña c¸c ph©n tö ARN nhá. C¸c t¸c gi¶ ®ang chÐp ra mARN, råi m· gen ®ã ®−îc dÞch ra mong muèn sÏ ¸p dông ®−îc trong ®iÒu trÞ c¸c protein… bÖnh lý ¸c tÝnh hay nhiÔm virót ë ng−êi. §ã lµ Kh«ng cã gen nµo lµ kh«ng ®−îc kiÓm so¸t. siRNA, c¸c ph©n tö ARN nhá g©y nhiÔu (small Vai trß cña gen nh¹y c¶m vµ histon giµu interference RNA), g©y øc chÕ gen biÓu lé. M¬ arginin lµ quan träng nhÊt trong sù ®iÒu hoµ, −íc cña rÊt nhiÒu nhµ sinh häc ph©n tö trong 15 gièng vai trß cña repressor trong m« h×nh ®iÒu n¨m qua lµ thiÕt lËp ®−îc mét kü thuËt thÝch hoµ ho¹t tÝnh gen cña Jacob vµ Monod ë c¬ thÓ hîp, thuËn lîi vµ tin cËy ®Ó chøng minh mét ®¬n bµo. gen ®· mÊt chøc n¨ng (knock - out gene) ë møc Tõ 3 thËp kû trë l¹i ®©y, nhiÒu t¸c gi¶ ®· mARN, nghÜa lµ sau sao chÐp gen. Trong c¸c nghiªn cøu t×m c¸ch kiÓm so¸t ho¹t tÝnh gen cè g¾ng ®Ó t¹o ra c¸c tÕ bµo hay c¬ thÓ mÊt theo ®Þnh h−íng ®Ó ®iÒu trÞ vµ phßng bÖnh. chøc n¨ng, nhiÒu ph©n tö ®· ®−îc mß mÉm vµ Trong mét bµi tæng quan ®¨ng trong t¹p chÝ thö th¸ch. VÝ dô nh− c¸c tr×nh tù oligo (dN) "Th«ng tin Y häc - §¹i häc Y Hµ néi", tiÒn antisense ng¾n (®· nãi ë trªn), c¸c ribozym, c¸c *Nguyªn Tr−ëng Labo trung t©m Y sinh häc - §¹i häc Y Hµ Néi 89
TCNCYH 22 (2) - 2003 ®o¹n oligonucleotid t¹p lai (chimeric) mµ sù sö vµ sö dông m· cña chóng trong mét tr×nh tù dông lo¹i ph©n tö nµo lµ tuú gen ®Ých. H¬n n÷a, gièng nh− thÕ, vÝ dô mRNA ®Ých. t¸c dông rÊt khã tiªn ®o¸n vµ th−êng chØ cã t¸c Akashi vµ cs 2001, Willecke vµ cs 2002 ®· dông øc chÕ gen yÕu [2]. m« t¶ m« h×nh cËp nhËt cña RNAi nh− ë h×nh RÊt ngÉu nhiªn c¸c nhµ thùc vËt häc ®· thu 1. Trong m« h×nh nµy, hiÖn t−îng khëi ®éng ®−îc th¾ng lîi lín bÊt ngê trong lÜnh vùc nµy. x¶y ra trïng khíp víi sù xuÊt hiÖn trong tÕ bµo N¨m 1990, lÇn ®Çu tiªn hai nhãm nghiªn cøu c¸c gen sao chÐp, c¸c gen chuyÓn (transposon), cña Napoli vµ Stuitje th«ng b¸o vÒ sù ®ång øc c¸c virót vµ c¸c RNA hay c¸c sîi ®¬n RNA bÊt chÕ cña hiÖn t−îng biÓu hiÖn qu¸ møc chalcone th−êng. Trong tr−êng hîp cña sîi ®¬n RNA bÊt synthase (CHS) ë thùc vËt. Trong khi cè g¾ng th−êng th× c¸c RNA polymerase phô thuéc t¹o ra nhiÒu c©y thuèc l¸ d¹i mµu tÝm, ®«i khi RNA sÏ s¶n xuÊt c¸c dsRNA. C¸c b−íc tiÕp hä cã ®−îc c¸c kÕt qu¶ bÊt ngê, kh«ng chê ®îi: theo b−íc khëi ®éng cã thÓ tãm t¾t ë h×nh 2. ®ã lµ cã ®−îc nhiÒu h¬n c¸c c©y thuèc l¸ d¹i øng dông RNAi ë ®éng vËt cã vó: mµu tr¾ng. C¬ chÕ cña hiÖn t−îng trªn vÉn lµ bÝ RNAi ho¹t ®éng rÊt m¹nh ë nhiÒu loµi Èn. NhiÒu t¸c gi¶ nghÜ r»ng cã ®−îc nhiÒu s¶n kh«ng x−¬ng sèng ®Ó chèng l¹i c¸c t¸c nh©n ë phÈm kh«ng chê ®îi cã lÏ lµ do sù gi¸ng ho¸ cña vïng dsRNA (double strand RNA) trong bÖnh lý. ë c¸c loµi cã x−¬ng sèng, cã vó ®· gen CHS g©y ra sù im lÆng cña gen sau sao ph¸t triÓn ®−îc rÊt nhiÒu c¬ chÕ b¶o vÖ kh¸c chÐp (post - transcriptional gene silencing nhau ®Ó chèng l¹i sù nhiÔm virót nªn c¬ chÕ (PTGS)). [5,3]. RNAi Ýt ®−îc sö dông. Ngoµi ra khi RNA virót cã mÆt víi nång ®é cùc thÊp sÏ khëi ®éng ®¸p Trong chñng nÊm Neurosporci Crassa, c¸c øng interferon mµ ta gäi lµ ®¸p øng pha cÊp t¸c gi¶ còng g©y ®−îc sù c©m lÆng cña gen sau (acute-phase response) vµ ®¸p øng protein sao chÐp, mét hiÖn t−îng ®−îc xem nh− lµ hiÖn kinase víi ds RNS (responsive protein kinase - t−îng ®µn ¸p, dËp t¾t [4]. (xem b¶ng 1). PKR). N¨m 1998, Andy Fire ë viÖn Carnegie vµ PKR phosphoryl ho¸ vµ bÊt ho¹t yÕu tè dÞch Craig Mello ë §¹i häc Tæng hîp Massachusetts m· EIF2a råi g©y ho¹t ho¸ 2', 5' oligoadeylate lÇn ®Çu tiªn chøng minh r»ng dsRNA trong synthetase, vµ cuèi cïng lµ ho¹t ho¸ RNAse L. giun Caenorhabditis elegans cã thÓ øc chÕ ®Æc Chuçi ph¶n øng nµy g©y øc chÕ kh«ng ®Æc hiÖu hiÖu vµ chän läc sù biÓu lé gen víi hiÖu qu¶ sù dÞch m·, tõ ®ã còng sÏ khëi ®éng apoptosis. cùc ®¹i. Fire gäi hiÖn t−îng nµy lµ hiÖn t−îng (xem h×nh 3). nhiÔu, giao thoa cña ARN: RNAi (RNA interference). N¨m 2000, RNA ®−îc thö nghiÖm lÇn ®Çu tiªn trªn ph«i chuét nh¾t. Wianny vµ Zernicka - C¬ chÕ nµy lµm gen c©m lÆng m¹nh mÏ ®· Goetz ®· chøng minh r»ng tiªm dsRNA øc chÕ ®−îc chøng minh trong nhiÒu chñng lo¹i cña ®Æc hiÖu 3 gen MmGFP d−íi sù kiÓm so¸t cña sinh giíi. yÕu tè elongator factor 1a. E-cadherin vµ c-mos C¬ chÕ t¾t gen cña RNAi: trong tÕ bµo no·n chuét nh¾t vµ ph«i sím. Nh− RNAi b¾t ®Çu khi enzym dicer b¾t gÆp thÕ sÏ cã ngõng dÞch m·. Cßn khi ph«i ph¸t dsRNA vµ c¾t dsRNA ra nhiÒu m¶nh nhá gäi lµ triÓn b×nh th−êng th× ®¸p øng PKR kh«ng x¶y siRNA (small interfering RNA). Enzym dicer ra vµ sù dÞch m· sÏ x¶y ra. lµ do Hannon vµ Emily Bernstein ph¸t hiÖn, Ph¶i ®Õn n¨m 2001, c¸c nhµ nghiªn cøu cña thuéc gia ®×nh RNA III nuclease. Mét phøc h·ng Ribopharma AG (Kulmbach Germany ®· hîp protein thu nhÆt c¸c RNA nhá nµy gi÷ l¹i ®−îc gi¶i th−ëng s¸ng t¹o - patent) ®· chøng 90
TCNCYH 22 (2) - 2003 minh lÇn ®Çu tiªn chøc n¨ng cña RNAi trong tÕ SIRPLEX thÝch hîp cho gen ®Ých vµ sö dông bµo ®éng vËt cã vó. Hä chøng minh r»ng c¸c trong trÞ liÖu dËp t¾t gen bÖnh ë nhiÒu loµi, kÓ dsRNA nhá h¬n, t−¬ng tù c¸c mÉu do DICER c¶ loµi ng−êi. c¾t dsRNA ra cã thÓ khëi ®éng apoptosis. B»ng Tõ ®ã c¸c SIRPLEX trë thµnh c¸c RNAi −a c¸ch sö dông c¸c RNA ng¾n (20 - 24bp), ®−îc thÝch cã hiÖu lùc, ®−îc sö dông trong nghiªn Ribopharma gäi lµ c¸c Sirplex, cã thÓ dËp t¾t cøu chøc n¨ng gen trong nhiÒu phßng thÝ gen ®Æc hiÖu ngay c¶ trong tÕ bµo ng−êi mµ nghiÖm, víi hy väng trong trÞ liÖu mét sè bÖnh kh«ng g©y ®¸p øng pha cÊp. Nh− thÕ theo hä lý ë vËt vµ ë ng−êi trong t−¬ng lai. B¶ng 1. C¸c c¬ chÕ t¾t gen sau sao chÐp. Ngµnh Chñng C¬ chÕ ChÊt t¸c ®éng Tµi liÖu tham kh¶o Fungi Neutospord quelling Transgenes Cogoni and Maciano, 1997 Plamts Arobidopsis PTGS Transgenes Elmayan et al., 1998. Petunia Dehio an Schell, 1994. Nicotiana Transcriptional gene Transgenes, Funer et, al., 1998. silencing virus Invertebrales C. elegans RNAi dsRNA Ketting et al., 1998. Misquilla and Palerson, 1999. Transcriptional gene Transgenes Kelly and Fine, 1998. silencing Drosophila RNAi dsRNA Misquilla and Palerson, 1999. shRNA Paddison et al., 2002. Co-suppression Transgenes Pal. Bhadra et al., 1999. Paramecium Homology-dependent Transgenes Ruiz et al., 1998. silencing Trypanosoma RNAi dsRNA Wang et al., 2000. Vertbrates Danio retio RNAi dsRNA Wargelus et al., 1999 Mus RNAi dsRNA Wianny and Zernicka-Goetz, musculus 2000. B¶ng 2. C¸c vÝ dô vÒ RNAi ë mét vµi chñng lo¹i Chñng Tµi liÖu tham kh¶o Coenorhabditis elegans Nematode Fire et al., 1998; Tavemarakis et al., 2000 Danio rerio Zebrafish Wargelius et al., 1999 Tryanosoma brucei Unicellulor Wang et al, 2000 Hydra magnipopillata Cnidarion Lohmann et al., 1999 Schmidtea meditteonea Plonarian Alvarado and Newmark, 1999 Escherischia coli Bacteria Ichurikov et al, 2000 Neerospora crassa Fungus Cogoni and Mocino, 1999 91
TCNCYH 22 (2) - 2003 Drosophila melanogaster Frut-lly Bernstein et al., 2001 Mus musculus Mammals Wianny and Zemicka-Goetz, 1999 Arabidopsis tholioano Plants Akashi et al., 2001 Tµi liÖu tham kh¶o 4. Romanio N., Macino G. Quelling (1992): transient inactivation of gene 1. Phan ThÞ Phi Phi (1995), Th«ng tin Y expression in Neurospora crassa by häc, tËp 2 (6). transformation with homologous sequences. 2. Braasch DA, Corey DR (2002), Novel Mol. Microbil., 6 (22): 3343-53. antisense and peptide nucleic acid strategies 5. Van der Krol AR, Mur LA et al. for controlling gene expression. (1990), Flavonoid genes in petunia: addition Biochemistry, 41 (14): 4503-10 of a limited number of genecopies may lead 3. Jorgensen RA, Cluster PD et al.(1996), to a suppression of gene expression. Plant Chalcone synthase cosuppression phenotypes cell 2 (4): 291-9. in petunia flowers: comparison of sense vs antisense and single-copy vs complex T- DNA sequences. Plant Mol Biol. 31 (5): 57- 73. 92