MỤC LỤC


A. ĐẶC ĐIỂM BỘ GEN EUKARYOTE
-

Kích thước bộ gen lớn.
Đa số gen có tính gián đoạn.
DNA liên kết với protein (histone và phi histone). Trong đó, protein có vai trò quan trọng

-

trong điều hòa biểu hiện gen.
Đa số eukaryote có cơ thể đa bào nên các tế bào không tiếp xúc trực tiếp với môi trường, sự
điều hòa ở đây không còn nhằm mục đích đối phó với các biến động ở ngoại bào mà chuyên
biệt hóa tế bào vào từng cấu trúc và chức năng riêng và vì thế không mang tính thuận

-

nghịch.
Bộ gen của tất cả các tế bào đều như nhau nhưng các gen khác nhau hoạt động vào các thời
điểm khác nhau trong giai đoạn phát triển của cơ thể. Trong cùng một loại mô, các gen cũng
hoạt động không cùng lúc.
VD Ở người, tùy giai đoạn phát triển mà cấu tạo hemoglobin có 4 mạch polypeptid
giống nhau từng đôi một.
Giai đoạn
Phôi
(Embryonic)
Thai(Foetal)
trưởng thành
(lọt lòng)

1.Ở cấp phân tử DNA
2.Ở cấp chất nhiễm sắc
3. Ở cấp phiên mã
4. Ở cấp sau phiên mã
5. Ở cấp dịch mã
6. Ở cấp sau dịch mã.

Các giai đoạn biểu hiện của gen có thể được điều hòa ở Eukaryote

3


I. ĐIỀU HÒA Ở CẤP PHÂN TỬ DNA

Hình Sơ đồHình
tổ chức
cácđồgene
điểncác
hìnhgene
ở eukaryote
cao
3: Sơ
tổ chức
điển hìnhbậc
ở eukaryote
bậc cao

1. Lặp lại các gen tổng hợp các sản phẩm mà tế bào có nhu cầu cao
Ở một số tế bào, một số gen nhất định có thể được lặp lại nhiều lần làm tăng số lượng
bản sao nhằm đảm bảo đủ số lượng cần thiết cho dịch mã khi phải tổng hợp hàng triệu phân


Tuy nhiên, enzym De novo demetylase này chưa được tìm thấy trong tế bào động vật.
Kết quả nghiên cứu gần đây (2002-2005) cho thấy một số enzym sửa chữa ADN có liên
quan đến việc loại bỏ cytosine mang nhóm methyl.
Trình tự nhận biết cho sự metyl hoá rất ngắn, ở động vật thường là CG còn ở thực vật
là CNG. (N=A,T,C)
Vùng methyl hóa xảy ra gần các vị trí
promoter/operator nên làm cản trở việc gắn
protein ức chế và làm bất hoạt gen tương tự
như sự ức chế do protein ức chế gắn vào
operator. DNA bị co xoắn chặt lại và gen khi
đó không thể tiến hành phiên mã được.
Vùng bị methyl hóa thường chuyển thành
vùng dị nhiễm sắc.
Hợp tử hình thành do trứng được thụ tinh có
hầu hết các kiểu methyl hoá DNA đều bị
xoá. Trong quá trình biệt hoá mô các kiểu
methyl hóa mới được hình thành . Những
gen mà promoter của nó bị metyl hoá sẽ bị
tắt hoàn toàn.
Hình 1.3: Cơ chế kép làm tắt gen

5


etylcytosine MeCP2). Những protein này huy động emzym histone deacetylase (khử acetyl) và histone methylase tạo thành

Hình 1.4: Cơ chế kép làm tắt gen hoàn toàn

6


Hình 1.6: Mối liên quan giữa sự metyl hoá trình tự cách li và khả năng liên kết với
protein của chúng

Nguyên nhân: Do trạng thái methyl hóa của trình tự cách ly trên 2 NST có nguồn gốc
từ mẹ và bố là khác nhau.
Trên NST từ mẹ, protein CTCF(CCCTC-binding Factor) đính kết vào trình tự cách ly
(insulator), cản trở sự tương tác giữa gen Igf2 với yếu tố hoạt hóa liên kết tại trình tự tăng
cường.
Trên NST từ bố, trình tự cách ly và promoter của gen H19 bị methyl hóa + liên kết với
protein MeCP2 (huy động histone deacetylase) bộ máy phiên mã không liên kết được với
promoter + CTCF không liên kết được với trình tự cách ly ức chế gen.
Sự duy truyền các tính trạng thông qua các cơ chế không liên quan trực tiếp đến trình
tự các nucleotid như vậy được gọi là duy truyền học ngoại sinh.
Vd: Hiện tượng bất hoạt NST X
Mèo khoang. Màu lông khoang chỉ thấy ở mèo cái. Bởi gen qui định màu lông là trên
NST X. Nếu mèo cái là dị hợp tử có cả allen kiểu dại và đột biến thì sự bất hoạt ngẫu nhiên
của NST X sẽ cho màu lông khoang.
Màu trắng là bởi các tế bào ở đó có NST X bất hoạt chứa allen đột biến.

II. ĐIỀU HÒA Ở CẤP CHẤT NHIỄM SẮC - CẢI BIẾN HISTONE
DNA + histon  nucleosome  chất nhiễm sắc

8


Protein nonhistone: Các protein còn lại trong nhiễm sắc sau khi các protein histone
được loại bỏ.
Protein nonhistone phổ biến là: các giá đỡ protein, DNA polymerase, protein dị nhiễm
sắc 1(HP1-kích thích hình thành dị NS), polycomb.

9


Histone có tính kiềm do cấu trúc của chúng có khoảng 20-30% arginine và lysine tích
điện dương (+) . Khi được acetyl hóa, điện tích dương của nó bị trung hòa. Làm đuôi
histone không còn liên kết chặt với acid nucleic tích điện âm quyết định bởi nhóm
phosphast của các nucleoxome lân cận  DNA giãn xoắn tạo điều kiện cho RNA
polymerase tiếp cận được với promoter nên quá trình phiên mã được thực hiện.
Khi vùng này có mang nhóm acetyl, phức tái mô hình chromatin (remodeling
chromatin complexes) (điều biến) có thể phá vỡ tạm thời cấu trúc lõi histone hay dịch
chuyển nucleosome trên sợi nhiễm sắc hay làm cho các histone H2A-H2B bị di chuyển ra
khỏi cấu trúc lõi nucleosome. Nhờ đó, các
promoter được bộc lộ, cho phép quá trình phiên
mã được bắt đầu (Võ Thị Hương Lan).
Protein
histone
Protein
histone
phứcđiều
điềubiến
biến
phức

phức
hợpphiên
phiênmã
mã
phức
hợp


3. Sự methyl hóa đoạn đuôi của histone  bít gen (gene blocking)
Methyl hóa histone là quá trình gắn nhóm methyl (-CH3) vào đoạn đuôi histone. Cụ
thể là tại vị trí acid amin lysine đặc thù của histone H3 và H4 thúc đẩy sự kết đặc hơn
của chất nhiễm sắcgen không được biểu hiện không phiên mã.
Thực hiện : Enzyme histone methylase

Hình 2.5: Methyl hóa acid amin lysine
http://online.liebertpub.com/doi/full/10.1089/ars.2010.3492

Tuy vậy, tùy thuộc vào vị trí phản ứng mà sự methyl hóa có thể gây hiệu ứng biểu hiện
gen khác nhau.
Vd: Ở S.pome liên quan đến sự methyl hóa Lys ở đuôi histone H3
Lys(9) + methylase  H3K9  Huy động enzyme deacetylase + HP1 (protein dị NS
số 1-kích thích hình thành dị NS) bít gen
Lys (4) + methylase  H3K4 Huy động histone acetylase và thúc đẩy acetyl hóa
các nucleosome lân cận+ CHD1(Enzyme làm suy yếu thể nhân) hoạt hóa gen
Ở nấm men S. cereviseae , hoạt động của histone methylase liên quan đến sự ức chế
một số gen và ngăn cản hiệu ứng bít gen SIR2.
Sự bít gen điển hình thường liên quan đến loại acetyl hóa histone và methyl hóa
histone.

12


4. Sự Phosphoryl hóa histone

Hình 2.6: Sự phosphoryl hóa histone
http://imageshack.usphotomy-images3484381090af1127ly.jpg

Hình 2.7. L-Phosphoserine

lysine đã methyl hóa bên cạnh, tạo ra một công tắc điều khiển hai chiều theo kiểu bật tắt.
Cơ chế bật tắt methyl-phospho
“Một histone methylase và một protein phosphatase có liên quan đến sự kiểm soát quá
trình hình thành chất dị nhiễm sắc ở ruồi giấm” (Nature số 438/22 December 2005). Cơ
chế bật tắt methyl-phospho
Nhóm Fischle và nhóm Hirota
Sự methyl hóa ở H3K9 + HP1(bít gen) sự phosphoryl hóa H3S10 buộc HP1 phải rời
vị trí hoạt hóa gen. Tuy nhiên, vẫn còn nhóm methyl ở H3K9. Vì thế nếu nhóm phosphate
của H3S10 bị loại bỏ (bằng protein phosphatase)  methyl H3K9 không bị cạnh tranh sẽ
phục hồi sự gắn kết của HP1 và tái thiết lại chất dị nhiễm sắc.
Flanagan và cộng sự
Protein CHD1 +H3K4 đã methyl hóa (hoạt hóa gen)bị vô hiệu hóa in vitro khi
phosphoryl hóa threonine bên cạnh(H3T3)bít gen
Như vậy sự tương tác có kiểm soát giữa CHD1 với H3K4 nhờ sự phosphoryl hóa
H3T3 có thể điều hòa sự tiếp cận của protein điều hòa với DNA để kiểm soát biểu hiện
gene.

14


Đẩy thể nhân ra khỏi vị trí
Của nó bởi RNA polymerase

Sự phosphoryl hóa các amino acid kề bên

Khử gốc methyl ở lysine

Bằng cách không can thiệp đến các gốc methyl và thải loại các yếu tố liên kết methyllysine qua sự phosphoryl hóa các amino acid kề bên, tế bào có thể nhanh chóng tái tổ chức
cấu trúc NST trên quy mô lớn trong khi vẫn giữ nguyên hệ gốc methyl thiết yếu, điều này
cho phép cấu trúc ban đầu được phục hồi dựa trên quá trình khử gốc phospho.

exon. Nếu mRNA hoàn thiện có exon này, thì protein tạo ra không có hoạt tính (điều này
xảy ra ở con đực). Nếu mRNA được cắt bỏ exon này, protein SxI hoạt động và duy trì kiểu
hình con cái. Như vây, trong giai đoạn phôi sớm, Pe hoạt động ở con cái dẫn tới việc protein
16


SxI có ở con cái mà không có ở con đực. Protein này trực tiếp điều khiển cắt exon trên phân
tử tiền mRNA được phiên mã từ promoter Pm. Nên ở con cái, exon ức chế này bị cắt bỏ.

Hình 3.1. Sự lựa chọn promoter ở gen SxI

2. Tác động của các nhân tố phiên mã
2.1. Khái niệm nhân tố phiên mã
Nhân tố phiên mã ( TF = TRANSCRIPTION FACTOR) là một họ protein lớn có vai
trò diều hòa sự biểu hiện của các gen.
Có 2 loại nhân tố phiên mã: nhân tố phiên mã chung và nhân tố phiên mã các gen đặc
hiệu
2.2. Tác động điều hòa của các nhân tố phiên mã chung
Như chúng ta biết, ARN polymerase xúc tác cho quá trình phiên mã. Tuy nhiên, bản
thân sự hoạt động của enzyme này lại chịu sự tác động của các nhân tố phiên mã.
− Các nhân tố phiên mã cũng có thể tương tác với các trình tự tăng cường và trình tự kìm
hãm.
− Tác động điều hòa của các nhân tố phiên mã đến hoạt động của ARN- polymerase:
− Có thể coi tác động của các TF đến hoạt động của ARN polymerase là khâu đầu tiên
trong quá trình điều hòa phiên mã
− Các nhân tố phiên mã điều hòa hoạt động của ARN polymerase bằng cách tương tác với
vùng promoter. Có một số loại TF khi tương tác với promoter thì đóng vai trò thúc đẩy,
một số khác thì có tác dụng kìm hãm sự hoạt động của polymerase.
17


Có 3 loại TF tham gia vào quá trình phiên mã rARN-5S là: TFIIIA, TF IIIB và TF IIIC: và
2 loại TF tham gia vào quá trình phiên mã tARN là TF IIIB và TF IIIC. Trong đó TF IIIB là
nhân tố khởi đấu phiên mả cho ARN pol III, còn lại hai TF kia đóng vai trò tạo điều kiện
cho TF IIIB bám vào ở vị trí phía trước điểm khởi đấu phiên mã. Nhờ có TF IIIB mà pol III
bám được vào vị trí khởi đầu phiên mã của gen.

Hình 3.4 . Nhân tố phiên mã của RNA Pol III

19


2.3 Tác động điều hòa của các nhân tố phiên mã gen đặc hiệu:
2.3.1 Cấu trúc:
Cấu trúc của một nhân tố phiên mã gồm 3 vùng: vùng bám vào DNA, vùng hoạt hóa
phiên mã và vùng dime hóa
Vùng bám vào DNA và vùng dime hóa có chứa những cấu trúc protein đặc thù gọi là
các motif.
Có 4 kiểu motif: motif xoắn-uốn-xoắn, motif ngón tay kẽm, motif xoắn-cuộn-xoắn,
motif khóa kéo leucine.
a) Motif xoắn-vòng-xoắn HLH (helix-loop-helix)
Gồm 2 chuỗi polypeptide (có thể dị phức kép hoặc nguyên phức kép) gồm các vòng
xoắn α cái vào khe chính và có vai trò nhận biết DNA. Giữa hai vòng xoắn α là một “vòng
thắt” linh hoạt giữ chúng với nhau (vì vậy được gọi là xoắn-vóng-xoắn). do vùng liên kết
DNA mang các axit amin kiềm, nên các protein có motif này còn được gọi là các HLH
kiềm.

Hình 3.5. Motif xoắn vòng xoắn
Một số nhân tố điều hòa có cấu trúc HLH
• MyoD
• Achaete-Scute

21


Hình 3.8. Motif xoắn uốn xoắn
Một số nhân tố điều hòa có cấu trúc HTH:
• Oct
• Ubx
• TEAD1, TEAD2, TEAD3, TEAD4
d) Motif khóa kéo leucine (leucine-zipper)
Motif này chứa 2 chuỗi xoắn α. Mỗi chuỗi cấu tạo do sự lặp lại của bộ 7 amino acid.
Trong đó cứ 7 amino acid lại có amino acid leucine ( có gốc R kị nước) nhờ vậy các tiểu
phần amino acid leucine nằm quay cùng về một phía và có mặt cứ 2 vùng cuộn của chuỗi
xoắn, tạo nên một bề mặt kỵ nước của phân tử protein. Do leucine thường nằm ở vị trí thứ
tư và các nhóm R kị nước kết tụ với nhau như răng của phecmotuya nên motif cấu trúc này
được gọi là khóa kéo leucine.
Các protein motiof này có thể tồn tại ở dạng dị phức kép hoặc nguyên phức kép.

Hình 3.9 Homodimer
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:R%C3%A9gion%C2%ABleucine_zipper
%C2%BB.png?uselang=fr?uselang=fr
22


Hình 3.10 Heterodimer
www.acsu.buffalo.edu/~koudelka/Leucine1.pdf

Một số nhân tố điều hòa có cấu trúc leucine-zipper:
AHR

Beta2/NeuroD1



Nhân tố
SP1
AP-1
C/EBP
Heat shock factor
ATF/CREB
c-Myc
Oct-1
(G/C) = G or C

X = A, T, G or C

Vùng hoạt hóa phiên mã:
Phần lớn các nhân tố phiên mã đều chứa một hoặc một số vùng này thuộc vào 3 kiểu
sau:
• Có tính axit: ví dụ nhân tố phiên mã GAL4 chứa 49 axit amin, trong đó có 11 axit
amin có tính axit.
• Giàu glutamine: ví dụ nhân tố phiên mã Sp1 có hai vùng hoạt hóa, mỗi vùng chứa
25 % glutamine.
• Giàu proline: ví dụ nhân tố phiên mã CTF có vùng chứa 19 proline trong tổng số
84 axit amin.
2.3.2 Cơ chế hoạt động:
Các nhân tố phiên mã điều hòa hoạt động của các gen đích bằng cách liên kết với phức
hợp khởi đầu phiên mã và làm thay đổi tính ổn định của nó.
Một số yếu tố phiên mã có thể có vai trò ức chế quá trình phiên mã. Điều đó có thể
thực hiện bằng cách:
− Trực tiếp tương tác với phức hệ khởi đầu phiên mã.
− Tác động một cách gián tiếp theo những hình thức sau:

Các đột biến trong MECP2 yếu tố phiên mã có liên
quan với hội chứng Rett , một rối loạn phát triển thần Xq28
kinh.
Một dạng hiếm của bệnh tiểu đường được gọi là

Bệnh
đường

tiểu

Mody (đáo hạn bệnh tiểu đường của trẻ) có thể được
gây ra bởi đột biến trong các yếu tố hạt nhân tế bào nhiều
gan (HNFs) hoặc insulin promoter yếu tố 1
(IPF1/Pdx1).
Các đột biến trong FOXP2 yếu tố phiên mã có liên

Phát triển lời quan với dyspraxia phát triển lời nói , một căn bệnh
nói dyspraxia trong đó các cá nhân không thể sản xuất các động tác

7q31

phối hợp mịn cần thiết cho bài phát biểu.

25