Cơ chế biểu hiện gen của sự phân hóa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM
KHOA SINH HỌC

Đề tài 1
Cơ chế biểu hiện gen của sự phân hóa
Thành viên
Mai Hữu Phương
Nguyễn Thị Bích Loan
Qua Đồng Cơng Thành
Lê Thị Thu Trang

Lớp: Sinh 3B – Khóa K37 – Niên khóa: 2011-2015
11/3/15

1


Nội dung
I. Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở
Ekaryote
II. Sự biệt hóa tế bào

11/3/15

2


Cơ chế biểu hiện sự phân hóa của gen
1. Đặc điểm

- Bộ gen ở Eukaryote phức tạp

- Các tế bào không tiếp xúc trực tiếp
với môi trường

11/3/15

3


Cơ chế biểu hiện sự phân hóa của gen
1. Đặc điểm
- Sự điều hòa hướng tới việc biệt
hóa từng loại tế bào và không
mang tính thuận nghịch
- Sự điều hòa phức tạp hơn,
được thực hiện ở nhiều mức độ
khác nhau

11/3/15

4


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
1. Đặc điểm
- Bộ gen của tất cả các tế bào
trong cơ thể đều như nhau
nhưng các gen ở các tế bào
hoạt động không như nhau,
trong cùng một loại mô các
gen cũng không hoạt động

cùng một lúc mà hoạt động
vào các thời điểm khác nhau

11/3/15

5


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
2. Điều hòa ở mức độ phân tử
Biến đổi trong cấu trúc hóa học
 Methyl hóa các base Cytosine ở vùng G-C của promoter kiềm hãm sự
phiên mã
 Methyl hóa lysine, arginine ức chế biểu hiện gen hoặc hoạt hóa
Lysine 4 của H3: hoạt hóa
Lysine 9 của H3: bất hoạt
 Acetyl hóa đuôi histon (lysine) tạo điều kiện thuận lợi cho phiên mã

11/3/15

6


Cơ chế biểu hiện sự phân hóa của gen
Histone
tails

Amino acids
available
for chemical

modification

DNA
double
helix

(a) Histone tails protrude outward from a nucleosome

Unacetylated histones

Nucleosome
(end view)

Acetylated histones

(b) Acetylation of histone tails promotes loose chromatin structure that permits transcription
11/3/15

7


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
3. Điều hòa ở mức độ NST
- Gốc photphate làm NST đóng
chặt lại, ức chế sự biểu hiện gen
- Sự sắp xếp các gen cần biểu
hiện vào cấu trúc NST thuận lợi
cho sao chép và phiên mã
Ví dụ: Họ gen – globine gồm
được sắp xếp liền kế phù hợp với

từng thời kỳ của cơ thể

11/3/15

8


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
4. Điều hòa ở mức phiên mã
Dựa vào sự tương tác (nhân tố Trans) và trình tự DNA chuyên biệt (trình tự
Cis)
Các protein tham gia vào quá trình biểu hiện gen (Trans):
- Nhân tố phiên mã chung: khởi sự phiên mã ở mức tối thiểu
- Nhân tố phiên mã riêng: tăng cường hoặc kìm hãm
Cấu trúc chung của nhân tố Trans:
- Domain đặc hiệu gắn với DNA
- Domain tác động đến sự phiên mã

11/3/15

9


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
4. Điều hòa ở mức phiên mã
Các trình tự tham gia vào quá trình biểu hiện gen (Cis):
- Vùng Promoter
- Cấu trúc Palindrome
- Trình tự khuếch đại Enhancer: Kết hợp với nhân tố Trans tang phiên mã 50
– 1000 lần. Nằm cách gia gen đích, thâm chí trong intron

- Trình tự dập tắt Silentcer: Hạn chế sự biểu hiện gen

11/3/15

10


Yếu tố phiên mã riêng

Promoter

Gene

DNA
Trình tự
Enhancer ĐK từ xa

TATA box

Yếu tố
phiên mã chung

Protein
bẻ cong ADN

Nhóm protein liên kết

RNA
polymerase II

RNA
polymerase II

11/3/15

Phức hệ
khởi đầu phiên mã

RNA synthesis

11


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
4. Điều hòa ở mức phiên mã
- Ngoài tương tác Cis – Trans còn
có tương tác giữa protein và
protein
- Các protein này gắn vào các
trình tự DNA nằm cách xa gen
đích, gấp DNA lại → Thuận lợi
cho RNA polymerase gắn vào
phiên mã
11/3/15

12


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
4. Điều hòa ở mức phiên mã

- Các hormone cũng tham gia
vào quá trình điều hòa
- Trên màng nhân có các thụ thể
hormone
- Hormone theo máu đến tế bào
đích → receptor → phức hợp
vào nhân → trình tự Cis →
Khởi sự phiên mã
11/3/15

13


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
5. Điều hòa ở mức độ sau phiên mã

Quá trình Splicing tạo nhiều mRNA
khác nhau

11/3/15

14


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
5. Điều hòa ở mức độ sau phiên mã
- Thay đổi tuổi thọ của mARN
- Biên tập lại các RNA và thay đổi
chuỗi polypeptide bằng cách thêm
hoặc thay thế mã di truyền

11/3/15

15


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote
5. Điều hòa ở mức độ dịch mã
- Sự bất hoạt hoặc hoạt hóa các nhân
tố dịch mã

6. Điều hòa ở mức độ sau dịch mã
- Thay đổi các acid amin, cấu trúc
không gian 3 chiều
- Phân hủy protein bằng enzyme

11/3/15

16


Cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở Ekaryote

11/3/15

17


Mỗi tế bào trong sinh vật đa bào chưa tất cả các gen của bộ gen. Để phát triển
bình thường, tất cả tế bào phải có khả năng đóng mở các gen đáp lại những

biến đổi của môi trường tiến tới hình thành hàng loạt kiểu tế bào chuyên hóa
cao. Quá trình đó gọi là biệt hóa tế bào

11/3/15

18


Sự biệt hóa tế bào
1. Các tế bào biệt hóa chứa thông tin
như nhau
- Ở các loài sinh vật bậc cao, cơ
thể trưởng thành gồm nhiều loại tế
bào khác nhau.
- Các tế bào này đều bắt nguồn từ
hợp tử ban đầu, qua quá trình biệt
hóa thực hiện các chức năng khác
nhau.
11/3/15

19


Sự biệt hóa tế bào
- Số lượng NST, số lượng DNA và cả tỉ số (A + T)/(C +G) của các tế bào thuộc
các mô khác nhau của cùng một cơ thể đều giống nhau.
- DNA của các tế bào ở các mô khác nhau của cùng một cá thể không bị biến
đổi trong quá trình biệt hóa.

11/3/15

20


Sự biệt hóa tế bào
2. Các tế bào biệt hóa chỉ sử dụng một phần thông tin
- Các tế bào thuộc các mô
khác nhau có hàm lượng protein
và RNA khác nhau nhiều
- Nhiều loại tế bào chuyên
hóa chỉ tổng hợp chủ yếu một
loại protein
- Tuy cùng chưa thông tin di
truyền như nhau nhưng mỗi loại
tế bào biệt hóa chỉ sử dụng một
phần thông tin
11/3/15

21


Sự biệt hóa tế bào
3. Sự điều hòa ở mức phiên mã là nguồn gốc căn bản của các sai khác giữa
những tế bào biệt hóa
- Tế bào biệt hóa một số gen phiên mã, còn
các gen khác thì không.
- Việc phát hiện gen điều hòa và các gen
đóng mở giúp hiểu được sự điều hòa quá
trình phát triển cá thể và biệt hóa tế bào

11/3/15

22


Một số phương pháp biệt hóa tế bào
1. Biệt hóa bằng hóa chất: tác động lên
tế bào làm tế bào thay đổi sự biểu
hiện của gen, hoặc đóng một số gen
đang hoạt động và mở một số gen
chưa hoạt động.

11/3/15

23


Một số phương pháp biệt hóa tế bào
2. Kích thích vật lý: Xung điện, các lực cơ học và
xử lý nhiệt có thể làm tế bào gốc biệt hóa.
Nếu làm giảm nhiệt độ các tế bào cơ tim phôi
chuột sẽ làm tăng sự biểu hiện của beta-TGF, tác
nhân gây biệt hóa ở một số tế bào.
3. Chuyển gen: điều hòa sự biệt hóa tế
bào gốc phôi.
- Đưa gen cần chuyển vào tế bào nhằm
bổ sung một số gen hoạt động vào hệ gen
của tế bào gốc phôi.
11/3/15

24


Một số phương pháp biệt hóa tế bào
4. Biệt hóa bằng các chất nền: Biệt hóa
bằng các chất nền dựa vào sự tương tác
giữa tế bào và chất nền trong nuôi cấy tế
bào in vitro. Tế bào hoạt động nằm trong
chất nền ngoại bào ECM
Mỗi mô khác nhau có thành phần ECM
của riêng nó. Bổ sung ECM thích hợp giúp
các tế bào gốc có thể biệt hóa.

11/3/15

25