Tương hợp giữa biểu hiện và im lặng trong sự điều hòa gene

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

Thêm vào BST

Báo xấu

167
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong vòng 10 năm trở lại đây kể từ sau khi các nhà sinh học phân tử khám phá ra cơ chế kiềm hãm sự biểu hiện gene đặc hiệu nào đó thông qua RNA – gọi là con đường gây nhiễu gene thông qua RNA (the RNA interference (RNAi) pathway) – việc nghiên cứu cơ chế và ứng dụng này ngày càng trở nên một vấn đề lý thú thu hút khá nhiều sự quan tâm của các nhà sinh học góp phần tạo nên cơn sốt "thế giới RNA – RNA World". ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tương hợp giữa biểu hiện và im lặng trong sự điều hòa gene

Tương hợp giữa biểu hiện và im lặng trong sự điều hòa gene Trong vòng 10 năm trở lại đây kể từ sau khi các nhà sinh học phân tử khám phá ra cơ chế kiềm hãm sự biểu hiện gene đặc hiệu nào đó thông qua RNA – gọi là con đường gây nhiễu gene thông qua
RNA (the RNA interference (RNAi) pathway) – việc nghiên cứu cơ chế và ứng dụng này ngày càng trở nên một vấn đề lý thú thu hút khá nhiều sự quan tâm của các nhà sinh học góp phần tạo nên cơn sốt "thế giới RNA – RNA World". Phức hợp gây sự im lặng gene thông qua RNA gọi tắt là RICS (RNA-induced silencing complex) chứa nhiều đọan RNA ngắn nhỏ mang chức năng gây nhiễu (siRNA - small interfering RNAs) mà chính trình tự các siRNA sẽ bắt cặp RNA thông tin (mRNA) đặc hiệu của một gene nào đó. Việc bắt cặp giữa siRNA và mRNA giống như
việc đóng dấu ấn lên mRNA khiến cho phân tử mRNA sau đó sẽ bị "xử trảm" (phân hủy) và điều này cũng đồng nghĩa là mRNA không còn cơ hội dịch mã thành protein nữa. Cơ chế gây im lặng gene ở giai đọan sau phiên mã này, thực sự chỉ là một phần của tòan bộ cơ chế chưa giải đáp hết. Theo đó, sự hình thành mRNA có thể ngừng lại thông qua phức hệ siRNA thứ hai có tên là RITS (RNA-induced transcriptional silencing – phức hệ gây im lặng gene ở mức độ phiên mã). Schramke et al.trên tờ Nature 435,
1275−1279 (30 June 2005) và Kato et al. viết trên tờ Science (published o nline 9 June 2005) cho thấy rằng một gene nếu muốn bị im lặng thì trước tiên nó phải được phiên mã. Điều đáng ngạc nhiên trong kết quả tìm kiếm của các tác giả chính là chỗ quá trình phiên mã này phải được tiến hành nhờ RNApII (RNA polymerase II), cần nhắc lại rằng RNApII chính là enzyme chịu trách nhiệm chính cho quá trình tạo mRNA ở sinh vật nhân thật. Bình thường DNA quấn chặt quanh protein histone để tạo thành nucleosome. Khi RITS muốn trấn áp quá trình phiên mã một gene nào
đó, thì nó phải triệu tập một enzyme có tên là histone methyltransferase, tức là enzyme chuyển hóa gốc methyl trong phân tử histone, điều này khiến cho khối DNA vốn đang quấn quanh histone không có khả năng duỗi thẳng khiến bộ máy di truyền không thể tiếp cận để thực hiện chuyện phiên mã. Cấu trúc nucleosome bị bất động này vốn được biết dưới tên gọi là dị nhiễm sắc (heterochromatin). Sau đó RITS sẽ gọi tiếp siRNA cùng tham gia vào quá trình liên kết của nó và nhiễm sắc tử (chromatin). Ở đây có điểm có điểm tương đồng
lý thú giữa RITS và RISC là cả hai cần phải có sự trợ giúp của siRNA. Nếu ở trường hợp gây im lặng gene ở giai đọan sau phiên mã thì đích ngắm của siRNA hiển nhiên là RNA, cho nên câu hỏi đặt ra là ở trường hợp gây im lặng ở giai phiên mã thì siRNA sẽ gắn lên đâu: DNA hay là RNA ? Câu trả lời trong trường hợp phiên mã cho thấy cái đích ngắm vẫn là RNA. Schramke et al đã cho thấy rằng gene bị quy họach im lặng trước tiên phải được phiên mã thông qua RNApII vì thí nghiệm đối chứng cho thấy khi dùng polymerase của bacteriophage kích họat thì quá
trình phiên mã vẫn diễn ra nhưng quá trình gây im lặng sau đó lại không thấy. Vì thế, mặc dù RITS có thể gắn lên sản phẩm phiên mã RNA sơ sinh qua việc bắt cặp bổ sung, nhưng điều bắt buộc là phải có thêm một cơ chế nữa để việc gây im lặng gene hòan tất. Hai nhóm tác giả nói trên đã tìm thấy rằng khi tạo đột biến khác nhau trên phân tử RNApII sẽ khiến quá trình tạo dị nhiễm sắc bị gián đọan. Cụ thể là nếu cắt bỏ bớt vùng đầu C (gọi tắt là CTD) của tiểu đơn vị lớn RNApII hoặc gây đột biến điểm trên tiểu đơn vị Rpb2 của RNApII thì cả hai trường hợp đều làm cho quá trình gây im lặng gene không
hòan tất. Tuy nhiên khi cắt bỏ CTD thì siRNA vẫn được tạo ra bình thường, nhưng nếu gây đột biến Rpb2 thì siRNA gần như không thấy xuất hiện. Điều này cho thấy RNApII đóng khá nhiều vai trò trong con đường siRNA. Đến đây nhu cầu cầu có là phải tìm cho ra một mô hình khả dĩ có thể giải thích sự liên đới giữa phiên mã và gây im lặng gene. Mô hình đơn giản nhất có thể đó là RITS đã đính lên một phần của phức hợp kéo gài RNApII, chính phức hợp này tạo ra mRNA đích. Thông qua sự tương tác này, cũng như sự nhận diện trình tự phiên mã đặc hiệu, histone methyltransferase sẽ định vị chính
xác trình tự gene đích và tiếp đến enzyme này sẽ hiệu chỉnh histone khi gene này đang phiên mã. Quả thực, các thí nghiệm về tương tác phân tử cho thấy rằng RITS đã liên kết với các sản phẩm phiên mã sơ sinh cũng như với RNApII. Hơn nữa RITS và các yếu tố phụ trợ cho nó còn có thể tương tác chéo thông qua các liên kết hóa học đối với các gene mà theo dự tính sẽ bị im lặng. Và như thế điều này cần phải có siRNA và sản phẩm phiên mã sơ sinh.
Đây là mô hình giả định thu được từ hai kết quả nghiên cứu của nhóm Schramke và nhóm Kato. Khi RNA polymerase II tham gia tổng hợp RNA, phức hợp RITS nhận diện những đích ngắm sẽ bị im lặng bằng cách tìm kiếm một dấu hiệu thứ cấp, dấu hiệu này chính là việc bắt cặp bổ sung giữa siRNA và mRNA, và ngòai ra còn có khả năng là thông qua sự tương tác với phức hợp kéo dài. Sự hình thành vùng dị nhiễm sắc bị trấn áp được khởi sự bởi histone
methyltransferase Clr4 kết quả là histone mang nhiều nhóm Methyl (Me) trong khi nhóm Acetyl (Ac) lại rất thấp. Vào cùng thời điểm, RITS và RDRC (phức hợp polymerase RNA phụ thuộc RNA - RNA- dependent RNA polymerase complex ) có thể tạo RNA sợi đôi để sau đó được chế biến thành siRNAs mới. Ngòai mô hình đơn giản trên còn nhiều mô hình khác có thể dùng để giải thích tại sao chỉ có duy nhất RNApII mới có thể điều hòa quá trình gây sự im lặng gene thông qua RNA. Theo đó, rất có khả năng
là RITS tương tác với sản phẩm phiên mã không chỉ qua sự bắt cặp bổ sung mà còn có thể nhờ sự nhận diện một tiến trình gọi là sự trình hiệu chỉnh mRNA nhờ tính đặc hiệu RNApII (ví dụ như cấu trúc mụ chụp hoặc đuôi poly A). Theo hướng này, một vài tác giả khi cố gắng dò tìm những yếu tố tham gia thúc đẩy RNAi trên Caenorhabditis elegans đã nhận diện được vài yếu tố mà quả thật chúng cần thiết cho quá trình xử lý mRNA sao cho đúng cách. Tuy nhiên cơ chế làm sao các yếu tố này có thể tác động lên RNAi thì vẫn chưa được biết rõ. Ngòai các enzyme tham gia chế
biến mRNA, thì phức hợp kéo dài RNApII còn mang thêm vài enzyme tham gia hiệu chỉnh nhiễm sắc tử. Mặc dù cả hai dạng polymerase của bacteriophare và sinh vật nhân thật đều có thể thúc đẩy quá trình phiên mã xảy ra xuyên suốt sợi tinh tử mà không cần làm phá vỡ phức hệ nucleosome, nhưng việc không cần đến phức hợp kéo dài RNApII sẽ dẫn đến hậu quả là làm thay đổi sợi tinh tử rất lớn. Cụ thể là các tiểu đơn vị histone có thể thay đổi khi phức hợp phiên mã bỏ qua một nucleosome. Hơn nữa, nhiều tác giả khác đã nhận thấy còn một vài quá trình hiệu chỉnh histone phụ thuộc
vào quá trình phiên mã khác, ví dụ như quá trình methyl hóa đã kể ở trên. Do đó rất có thể là một hoặc vài sự biến đổi này là điều kiện tiên quyết để enzyme histone methyltransferase khi liên đới với RITS mới đủ sức hiệu chỉnh cơ chất của nó. Mặc dù cơ chế chính xác chưa được ghi nhận, nhưng về cơ bản có thể thực nghiệm để kiểm tra những lý thuyết giả định nói trên. Khi đó quan hệ giữa quá trình trấn áp được điều hòa qua RITS lên RNApII sẽ sớm sáng tỏ. Tuy vậy nhiều câu hỏi vẫn cần được làm sáng tỏ.