Sự kết thúc phiên mã sớm (Attenuation) ở trp operon pptx

Sự kết thúc phiên mã sớm
(Attenuation) ở trp operon

Attenuation (phiên mã dở) là một cơ chế điều hoà gây ra sự kết thúc phiên mã
sớm dưới những điều kiện nhất định, bằng cách đó ngăn cản sự biểu hiện của
mRNA cần cho sự biểu hiện của các sản phẩm gene tương ứng. Phiên mã dở
tạo thành mRNA uốn gập một cách điển hình thành các cấu trúc bậc hai xen
kẻ (alternative secondary structures), mà một trong số đó là nhân tố kết thúc
độc lập ρ (Rho-independent terminator).

Một cách tiếp cận tin sinh học đã được phát triển để xác định các gene được
điều hoà theo kiểu phiên mã dở (Một số bài báo tổng quan hay về phiên mã
dở như: Gollnick và Babitzke 2002; Henkin và Yanofsky 2002.)
Operon tryptophan chẳng hạn còn có một kiểu điều hòa phiên mã dở. Nó sử
dụng dịch mã để điều khiển sự phiên mã. Khi có mặt tryptophan trong môi
trường nội bào, thậm chí ở nồng độ thấp, sẽ xảy ra sự dịch mã một phần ở
vùng leader của mRNA đang được tổng hợp. Kết quả là làm dừng sự phiên
mã trước khi gene cấu trúc đầu tiên (trpE) của operon được phiên mã.
a)
b)
Cấu trúc của đoạn dẫn đầu - TrpL (a) và vùng kết thúc phiên mã sớm - trp
attenuator với đuôi 3' gồm 8 uridine (b).
Sự kết thúc phiên mã sớm ở operon tryptophan là kết quả của sự tương tác bổ
sung nội phân tử giữa các trình tự DNA bên trong vùng leader của bản sao
RNA. Kết quả của sự kết thúc phiên mã sớm này tạo ra một mRNA chứa 140
base (hình a). Tại vùng đầu mút 3' của nó xảy ra sự tự bổ sung ở đoạn giàu
GC tạo thành một cấu trúc hình vòng trên thân RNA và gây ra sự kết thúc
phiên mã sớm. Vùng này được gọi là đoạn phiên mã dở của operon
tryptophan (trp attenuator) và ở phần đuôi của mRNA này cũng có 8 base
uridine (hình b). Kiểu cấu trúc "kẹp cài tóc" này là tín hiệu kiểm soát kết thúc
phiên mã ở prokaryote nói chung.

Với kiểu cấu trúc đặc thù ở đoạn dẫn đầu của trp operon như vậy làm cho nó
có ý nghĩa quan trọng trong điều hoà phiên mã dở, ở chỗ: (i) tổng hợp một
peptide dẫn đầu chứa 14 amino acid; (ii) trên mRNA của đoạn peptide này
chứa hai codon của Trp ở các vị trí 10 và 11; (iii) ở bốn vùng được đánh số 1-
4 xảy ra sự tự bổ sung giữa các vùng 1 và 2 và giữa 3 và 4; và ở một số
trường hợp có thể xảy ra sự kết cặp giữa các vùng 2 và 3.
Do trong trình tự mã hóa của trình tự dẫn đầu trpL có hai codon Trp, nên sự
dịch mã đoạn này tỏ ra nhạy cảm với số lượng tRNA
trp
đưa vào. Nếu môi
trường cung cấp đầy đủ Trp, ribosome trượt qua các codon Trp để đi vào
vùng 2. Và sự có mặt của ribosome ở vùng 2 ngăn cản vùng này kết cặp với
vùng 3. Khi đó vùng 3 sẽ cặp với vùng 4 và tạo ra điểm kết thúc phiên mã
sớm (xảy ra sau khi tổng hợp xong 8 uridine ở ngay sau vùng 4). Khi số
lượng tRNA
Trp
đưa vào không đầy đủ, sự dịch mã đoạn dẫn đầu dừng lại đột
ngột ở các codon Trp của nó. Điều này ngăn cản ribosome tiến vào vùng 2,
do đó vùng này sẽ cặp với vùng 3 gây cản trở việc tạo thành cấu trúc phiên
mã dở (trp attenuator). Kết quả là phân tử mRNA đa cistron của operon
tryptophan được tạo thành một cách đầy đủ.
* Operon ở eukaryote - một ngoại lệ thú vị!
Khác với tất cả các eukaryote, Caenorhabditis elegans và có lẽ cả một số
giun tròn khác cũng có một tỷ lệ lớn các gene được tổ chức theo kiểu operon.
ở C. elegans, ít nhất 2.300 gene của nó (chiếm khoảng 15% bộ gene của nó)
có mặt trong các operon, mỗi operon chứa từ 2 đến 8 gene. Giống như các
prokaryote, tất cả các gene trong một operon được phiên mã từ một promoter
đơn sinh ra một bản sao sơ cấp đơn (pre-mRNA). Một số gene trong các
operon này dường như có liên quan đến cùng chức năng sinh hoá như ở các
prokaryote, nhưng không phải là trường hợp cho tất cả. Các operon của C.

elegans cũng khác với các operon ở prokaryote ở chỗ, mỗi pre-mRNA được
xử lý thành một mRNA riêng cho mỗi gene hơn là được dịch mã như một
đơn vị.