Tài liệu Điều hòa biểu hiện gene ở eukaryote doc

Đi u hòa bi u hi nề ể ệ
gene eukaryote ở
Đi uề hòa ho tạ đ ngộ gene ở
eukaryote ph cứ t pạ h nơ nhi uề so v iớ
prokaryote. Liên quan đ n đi u hòa, gi aế ề ữ
prokaryote và eukaryote có m t s đi mộ ố ể
khác bi t:ệ
- eukaryote th ng ch có m t chu iỞ ườ ỉ ộ ỗ
polypeptide đ n đ c d ch mã t m tơ ượ ị ừ ộ
phân t mRNA hoàn ch nh. mRNA đaử ỉ
gene (polycistronic) ch có prokaryote,ỉ ở
không có eukaryote.ở
- DNA c a eukaryote g n v i proteinủ ắ ớ
histone t o s i chromatin, và g n v iạ ợ ắ ớ
protein phi histone. Ch có m t đo n nhỉ ộ ạ ỏ
DNA đ tr n. prokaryote, m t vàiể ầ Ở ộ
protein có m t trên nhi m s c th b g pặ ễ ắ ể ị ấ
n p, còn l i h u h t DNA tr n.ế ạ ầ ế ầ
- M t đo n DNA quan tr ng c aộ ạ ọ ủ
eukaryote ch a trình t nucleotide l pứ ự ặ
l iạ trung bình ho cặ l p l iặ ạ cao. M tộ
vài trình t l pự ặ l iạ đ cượ x p n i ti pế ố ế
thành các b n sao ti p n i nhau, m t vàiả ế ố ộ
trình t khác l i không x p n i ti p. Viự ạ ế ố ế
khu n ch a đo n DNA l p l iẩ ứ ạ ặ ạ nhỏ
khác các gene c a rRNA và tRNA nhânủ
đo n và m t vài y u t di đ ng.ạ ộ ế ố ộ
M t đo n l n DNA c a eukaryote khôngộ ạ ớ ủ
đ c d ch mã. H u h t trình tượ ị ầ ế ự
nucleotide không đ cượ mã hóa thành
protein. Các eukaryote đ nơ bào, ch ngẳ

h n n m men là tr ng h p ngo i lạ ấ ườ ợ ạ ệ
đ i v i tính ch t này.ố ớ ấ
M t vài gene eukaryote đ c bi u hi nộ ượ ể ệ
và đi u hòa nh c ch c u trúc l iề ờ ơ ế ấ ạ
nh ng đo n DNA nh t đ nh theo m tữ ạ ấ ị ộ
ph ng th c đ c đi u khi n và đươ ứ ượ ề ể ể
tăng s l ng các gene đ c bi t này khiố ượ ặ ệ
c n thi t.ầ ế
Các gene eukaryote là gián đo n đ cạ ượ
phân thành các exon và intron. Các intron
đ c c t b trong quá trình ch bi nượ ắ ỏ ế ế
b n phiên mã RNA tr c khi b t đ uả ướ ắ ầ
d ch mã.ị
Ở eukaryote, mRNA đ cượ t ngổ h pợ
trong nhân và đ cượ chuy nể qua màng
nhân, vào t bào ch t m i đ c sế ấ ớ ượ ử
d ng. T bào vi khu n không có nhânụ ế ẩ
đ c tách bi t v i t bào ch t.ượ ệ ớ ế ấ
1. S bi n đ i DNAự ế ổ
M tộ số gene c aủ eukaryote đ cượ
đi uề hòa b ngằ sự bi nế đ iổ DNA.
Ch ng h n, nh ng trình t nh t đ nh cóẳ ạ ữ ự ấ ị
th đ c khuy ch đ i ho c c u trúc l iể ượ ế ạ ặ ấ ạ
trong genome ho c các base có th bặ ể ị
bi n đ i v m t hóa h c. M t vài bi nế ổ ề ặ ọ ộ ế
đ i đ c ph c h i, nh ng bi n đ i khácổ ượ ụ ồ ữ ế ổ
l i b n v ng. Tuy nhiên nh ng thayạ ề ữ ữ
đ iổ b nề v ngữ này th ngườ x y raả ở
tế bào sinh d ng,ưỡ vì v yậ chúng
không đ c truy n l i cho th h sauượ ề ạ ế ệ

qua dòng giao t .ử
2. Các promoter
T ng t vi khu n, các promoter c aươ ự ẩ ủ
eukaryote cũng n m phía tr c đi mằ ướ ể
xu tấ phát trên mRNA và có nh ngữ
trình tự đ cượ b oả t n trongồ ti n hóa.ế
H p TATA đ nh h ng cho mRNA b tộ ị ướ ắ
đ u phiên mã n m phía tr c đi mầ ằ ở ướ ể
b t đ u phiên mã kho ng 30 bp đ ngắ ầ ả ở ộ
v t có vú và 60 đ n 120 bp n m men.ậ ế ở ấ
H p TATA ho t đ ng có hi u qu cùngộ ạ ộ ệ ả
v i 2 trình t t ng ng phía tr cớ ự ươ ứ ở ướ
kho ng 40ả bp là CCAAT và 110 bp là
trình t giàu GC. S thay đ i h p TATAự ự ổ ộ
làm gi m t c đ phiên mã. Hi u quả ố ộ ệ ả
c a t c đ phiên mã đ c đo b ng sủ ố ộ ượ ằ ự
thay đ i c a t ng base trong promoterổ ủ ừ
* Sự c uấ trúc l iạ DNA theo
ch ngươ trình (programmed DNA
rearrangement) S c u trúc l i trình tự ấ ạ ự
DNA trong genome là c ch b t th ngơ ế ấ ườ
nh ng quan tr ng, nh đó m t s geneư ọ ờ ộ ố
đ c đi u hòa.ượ ề
3. Nh ng trình t tăng c ng phiênữ ự ườ
mã (Enhancer)
Các th th c a hormone và nh ngụ ể ủ ữ
protein ho t hóa phiên mã kh c g n v iạ ắ ắ ớ
trình t DNA đ c bi t đ c bi t làự ặ ệ ượ ế
enhancer. Trình t enhancer khá ng nự ắ
(th ng ch 20 c p base) đ c tìm th yườ ỉ ặ ượ ấ

các v trí khác nhau quanh gene đ cở ị ượ
đi u hòa. H u h t các enhancer n m ề ầ ế ằ ở
phía d i đi m b t đ u phiên mãướ ể ắ ầ (đôi
khi cách xa nhi uề kb). Nh ngữ
enhancer khác là các intron n m trongằ
vùng mã hóa và m t vài enhancer th mộ ậ
chí n m đ u 3' c a gene.ằ ở ầ ủ
Enhancer là thành ph nầ nh yạ c mả
c aủ tổ ch cứ gene ở eukaryote vì
chúng cho phép gene phiên mã ch khiỉ
nào có nhân t ho t hóa phiên mã đúng.ố ạ
M t vài enhancer ph n ng v i các phânộ ả ứ ớ
t bên ngoài t bào, ch ng h n hormoneử ế ẳ ạ
steroid t o ph c h p receptor-hormone.ạ ứ ợ
Nh ng enhancer khác ph nữ ả ngứ v iớ
các phân tử đ cượ t oạ thành ở bên
trong tế bào (ch ngẳ h n trongạ su tố
quá trình phát tri n).ể Nh ngữ enhancer
này cho phép các gene d i s đi uướ ự ề
khi n c a nó tham gia vào bi t hóa tể ủ ệ ế
bào (diffrentiation) ho c đ c bi u hi nặ ượ ể ệ
theo cách đ c bi t trong mô. Nhi uặ ệ ở ề
gene d i s ki m soát c a cácở ướ ự ể ủ
enhancer khác nhau, vì v y chúng có thậ ể
ph n ng v i nhi u tín hi u phân tả ứ ớ ề ệ ử
khác nhau c bên trong và bên ngoài.ả
S đ t ch c các gene đi n hình ơ ồ ổ ứ ể ở
Eukaryote b c caoậ
Qua s đ hình 11.8 cho th y nhi uơ ồ ở ấ ề
y u t di truy n đ c tìm th y trongế ố ề ượ ấ ở

gene c a eukaryote đi n hình. Ph c h pủ ể ứ ợ
phiên mã bám vào promotor b t đ u t ngắ ầ ổ
h p mRNA. Vùng mã hóa c a geneợ ủ
(exon) b gián đo n b i m tị ạ ở ộ ho cặ
nhi uề trình tự gián đo nạ (intron), các
trình tự này sẽ bị lo iạ b trong quáỏ
trình ch bi n RNA. S phiên mã đ cế ế ự ượ
đi u hòa b i các y u t enhancer, cácề ở ế ố
y u t này ph n ng v i các phân tế ố ả ứ ớ ử
khác nhau có vai trò là tín hi u c m ng.ệ ả ứ
Enhancer có m t c phía trên và phíaặ ở ả
d i promoter. M t vài enhancer cóướ ộ
nhi u b n sao.ề ả
Nhi u enhancer kích thích phiên mã b ngề ằ
cách hình thành vòng DNA (DNA
looping), liên quan đ n s t ng tácế ự ươ
gi a các vùng cách xa nhau có liên quanữ
d c s i DNA. Các nhân t c n thi t choọ ợ ố ầ ế
phiên mã bao g m protein ho t hóa phiênồ ạ
mã, nó t ng tác v i ít nh t m t y u tươ ớ ấ ộ ế ố
protein có trong m t ho c nhi u ph cộ ặ ề ứ
h p protein l n, nhi u y u t . Y u tợ ớ ề ế ố ế ố
protein trong ph c h pứ ợ này đ cượ bi tế
như là y uế tố phiên mã chung
(general transcription factors), vì chúng
g n li n v i s phiên mã c a nhi u geneắ ề ớ ự ủ ề
khác nhau. Nhân t phiên mã chung ố ở
eukaryote có tính b o t n cao trong ti nả ồ ế
hóa. M t trong s các ph c h p này làộ ố ứ ợ
TFIID, g m protein g n v i h p TATAồ ắ ớ ộ

(TATA-box- binding protein) TBP g nắ
v i promotor trong vùng TATA box.ớ
Ngoài TBP, ph c h p TFIID cũng g mứ ợ ồ
m t s protein khác đ c g i là nh ngộ ố ượ ọ ữ
nhân t g nố ắ li nề v iớ TBP (TBP-
associated factor) = TAFs. Chúng
ho tạ đ ngộ nh các ch t trung gian quaư ấ
đó nh h ng c a nhân t ho t hóaả ưở ủ ố ạ
phiên mã đ c truy n đi. S phiên mãượ ề ự
cũng yêu c u m t holoenzyme là RNAầ ộ
polymerase, ch a pol III t h p ít nh tứ ổ ợ ấ
v i 9 y u t protein khác. n m men,ớ ế ố Ở ấ
nh ng y u tứ ế ố này ch aứ nhân tố phiên
mã TFIIB, TFIIF và TFIIH cũng như
nh ng protein khác.ữ
4. Trình t b t ho t gene (geneự ấ ạ
silencing)
Trình t b t ho t gene có th n m tr cự ấ ạ ể ằ ướ
ho c sau gene đ c đi u hòa kho ng vàiặ ượ ề ả
trăm c p base. Chúng làm ng ng quáặ ừ
trình phiên mã b ng cách bi n đ i histonằ ế ổ
và DNA.
5. Promoter ch n l c (alternativeọ ọ
promoter)
M tộ vài gene eukaryote có hai ho cặ
nhi uề promoter ho tạ đ ngộ trong
nh ng t bào khác nhau. Nh ngữ ế ữ
promoter khác nhau này d n đ n nh ngẫ ế ữ
b n phiên mã khác nhau ch a cùng vùngả ứ
mã hóa protein. Ví d ụ ở Drosophila,

gene mã hóa cho alcohol dehydrogenase,
c u t o c a nó trong genome có ba vùngấ ạ ủ
mã hóa protein b gián đo n b i haiị ạ ở
intron. S phiên mã u trùng s d ngự ở ấ ử ụ
m t promoter khác v i s phiên mã ộ ớ ự ở
ru i tr ng thành. B n phiên mã ru iồ ưở ả ở ồ
gi m tr ng thành có trình t d n đ u 5'ấ ưở ự ẫ ầ
dài h n. Nh ng h u h t trình t này bơ ư ầ ế ự ị
lo i b trong splicing. Promoter bi n đ iạ ỏ ế ổ
làm s đi u hòa phiên mã có th khôngự ề ể
ph thu c vào u trùng hay ru i gi mụ ộ ấ ồ ấ
tr ng thành.ưở
6. Splicing ch n l cọ ọ
Cùng promoter đ c s d ng đ phiênượ ử ụ ể
mã m t gene, các lo i t bào khácộ ở ạ ế
nhau có th t o s n ph m có s l ngể ạ ả ẩ ố ượ
khác nhau ho c t o ra nh ng proteinặ ạ ữ
khác nhau. Đi u này là do cùng m t b nề ộ ả
phiên mã có th có quá trình ch bi n ể ế ế ở
các lo i t bào là khác nhau.ạ ế
S n ph m các phân t mRNA amylaseả ẩ ử
khác nhau do quá trình splicing khác nhau
x y ra t bào tuy n n c b t và tả ở ế ế ướ ọ ế
bào gan c a chu tủ ộ
S t ng h p a-amylase chu t, nh ngự ổ ợ ở ộ ữ
phân t mRNA khác nhau đ c t o ra tử ượ ạ ừ
cùng m t gene vì nh ng ph n intronộ ữ ầ
khác nhau b lo i b trong quá trình chị ạ ỏ ế
bi n RNA. Tuy n n c b t c a chu tế ế ướ ọ ủ ộ
t o nhi u enzyme h n gan m c dù cùngạ ề ơ ặ

m t trình t mã hóa đ c phiên mã. ộ ự ượ Ở
m i lo i t bào, cùng m t b n phiên mãỗ ạ ế ộ ả
s c p (primary transcript) đ c t ngơ ấ ượ ổ
h p, nh ng có hai quá trình ch bi nợ ư ế ế
khác nhau (Hình 11.9). Trình t mã hóaự
b t đ u 50 bp bênắ ầ trong exon 2 đ cượ
t oạ thành nhờ n iố v iớ exon 3 và
nh ngữ exon ti p theo. tuy n n cế Ở ế ướ
b t b n phiên mã s c p đ c ch bi nọ ả ơ ấ ượ ế ế
đ exon S n i v i exon 2 (exon L b lo iể ố ớ ị ạ
đi nh là intron 1 và 2). gan exon Lư Ở
n i v i exonố ớ 2, exon S bị lo iạ đi
cùng v iớ intron 1. Exon S và exon L
trở thành nh ng trình t 5' bi n đ i c aữ ự ế ổ ủ
amylase mRNA và mRNA này đ c d chượ ị
mã nh ng t l khác nhau.ở ữ ỷ ệ