TIỂU LUẬN SINH HỌC TÌM HIỂU ĐẶC ĐIỂM BỘ GEN EUKARYOTE

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)

(Adult)

Loại Hb
HbE

Mạch polypeptid
Gower I ξ2ε2
Hb Gower II α2ε2
Hb Portland ξ2γ2
α2γ2

HbF
HbA
HbA1 (97,5%)
α2β2
HbA2 (2%)
α2δ2
HbF(0.5%)
α2γ2
Gen α hoạt động suốt đời, các gen khác chỉ hoạt động ở
từng giai đoạn riêng.
- Không có phiên mã dở.

2


B. CÁC CẤP ĐỘ ĐIỀU HÒA
Do phiên mã và dịch mã là 2 quá trình xảy ra không đồng thời. nên sự điều hòa là
phức tạp và trải qua nhiều giai đoạn như hình sau.

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

tử protein vào lúc cần thiết.
VD: NST của Xenopus (ếch) chứa 450 bản sao của DNA mã hóa cho rRNA 18S và
28S trong mỗi nhân có 20.000 bản sao của các gen mã hóa cho rRNA 5S
Genome của người có chứa khoảng 2000 gen mã cho rRNA 5S. Các gen mã hóa cho
histone cũng có với nhiều bản sao được lặp lại hàng trăm lần.

2. Biến đổi cấu trúc của phân tử DNA
Sự methyl hóa làm tắt gen
Sự methyl hóa DNA: là sự gắn thêm 1 nhóm methyl-CH3 vào C5 của base cytosine
nằm trong cặp CG, là một biến đổi hóa học tự nhiên sau khi DNA được sao chép ở vùng
điều hòa hay promter.

Hình
Điều chỉnh sự metyl
Hình 1.1: PƯ methyl
hóa1.2:
cytosine
hoá ADN

Enzym methyltransferase
De novo metylase (DNA methylase)
Maintenance methylase
De novo demetylase (DNA demethylase)

Chức năng
Thêm nhóm metyl.
Thêm nhóm methyl vào sợi mới tổng hợp
Loại đi nhóm metyl
4

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

Khi vùng NST đã bị methyl hóa thì trạng thái này được duy truyền từ tế bào này sang
tế bào khác nhờ enzyme maintenance methylase (enzyme duy trì methylase).

Methyl hóa
Cytosine không được metyl hóa

E. duy trì methylase ko nhận raE.Cduy
này trì methylase

Methyl hóa

Hình 1.5: Kiểu methyl hóa DNA được duy trì qua phân bào (Alberts et al, 2002)

Hiện tượng in vết gen (gene imprinting)
Trạng thái methyl hóa là cơ sở cho hiện tượng in vết gen ở động vật có vú.
Biểu hiện: Ở một số gen nhất định, chỉ 1 alen có nguồn gốc từ bố hoặc từ mẹ được
biểu hiện suốt đời sống cá thể.
Vd: Tế bào ở người, các gen H19 và Igf2 nằm cùng nhau trên NST số 11. Nhưng:
Bản sao gen H19 của mẹ hoạt động, bản sao của bố không biểu hiện
Bản sao gen Igf2 của bố thì hoạt động, bản sao của mẹ không biểu hiện

7


NST của mẹ

NST của bố
MeCP2

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.

Trong vùng dị nhiễm sắc (heterochrometin), nơi chất nhiễm sắc ở trạng thái kết đặc
các gen thường không được biểu hiện.
CM: Chuyển một gen có mức độ phiên mã cao vào vùng dị nhiễm sắc ở tế bào nấm
men gen không bao giờ được biểu hiện.
Sự cải biến Histone: acetyl hóa, loại acetyl hóa, methyl hóa và phosphoryl hóa

1. Sự acetyl hóa histone  hoạt hóa gen
Acetyl hóa histone là phản ứng gắn thêm nhóm acetyl–COCH3 từ acetyl CoA vào
các acid amin lysine đặc hiệu phân bố ở phần đuôi

histone

(N-terminal ) tạo thành ε-N-acetyl lysine, có tác

dụng

hoạt hóa gen.
Thực hiện: Enzym acetyl transferase-HAT

Hình 2.1:
Phản
ứng acetyl hóa
lysine
/>
Hình 2.2: Acetyl hóa đuôi histone thúc đẩy việc nới lỏng cấu trúc chất nhiễm sắc, qua
đó cho phép phiên mã diễn ra
Ngoại trừ histone H2A, các histone lõi khác thường có 4 đến 5 vị trí có gắn nhóm
acetyl. Một nucleosome có thể có tới 26 vị trí mang nhóm acetyl.

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

Hình 2.3: Phức tái mô hình chromatin (remodeling chromatin

complexes)
/>
10


2. Sự loại acetyl hóa histone Bít gen (gene blocking)
Ngược lại, sự khử acetyl: Khử acetyl là phản ứng loại bỏ nhóm –COCH 3 ra khỏi
protein histone có tác dụng làm bất hoạt gen.
Vd: Sự bít gen ở đầu mút NST nấm men Sacharomyces cerevisiace

Hình 2.4: Sự bít gen ở đầu mút NST nấm men Sacharomyces cerevisiace
Protein RAP1 huy động phức hệ SIR(SIR2, SIR3, SIR4) tới đầu mút. Tại đây, một
phần của phức hệ này (SIR2) xúc tác phản ứng loại nhóm acetyl khỏi histone. Đoạn đầu mút
mang các nucleosome bị loại acetyl này sẽ liên kết SIR3 và SIR4, làm phức hệ SIR ngày
càng trở nên tập trung hơn, với tác dụng của SIR2 ở các nucleosome lân cậnNST tập
trung tạo sự bít gen lan tỏa.
Rõ ràng, hai quá trình acetyl hoá và khử acetyl có tác dụng ngược nhau trong việc
làm thay đổi cấu trúc sợi nhiễm sắc và hoạt động của các gen. Các enzym deacetylaseHDAC làm giảm mức độ acetyl hoá histone, kìm hãm quá trình phiên mã. Ngược lại,
enzym acetyl transferase-HAT tăng cường acetyl hoá, kích thích quá trình phiên mã. Mặt
khác, cạnh tranh giữa hai phản ứng acetyl hoá và khử acetyl giúp sợi nhiễm sắc thay đổi cấu
trúc linh hoạt, đáp ứng kịp thời với tăng cường hoặc kìm hãm hoạt động của gen .
Một số nghiên cứu còn chỉ ra rằng : Một số enzyme acetyl hóa hoặc loại acetyl hóa
huy động hoặc phối hợp chặt chẽ, thậm chí là thành phần của các yếu tố phiên mã liên kết
vào promoter.

11


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
/>
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


Hình 2.7. L-Phosphoserine
/>Terry Orr Weaver và các cộng sự tiến hành gây đột biến thực nghiệm ruồi giấm tìm ra
đột biến ở gen nhk-1 mã hóa histone kinase-1 (NHK-1) gây bất thụ ở ruồi cái. Enzyme
NKH-1 xúc tác phosphoryl hóa một acid amin đặc thù ở vùng đuôi của H2A.

Thực hiện: nhuộm huỳnh quang đỏ với DNA, nhuộm huỳnh quang xanh với protein
condensin (peotein bao bọc NST cuối kì đầu 1 và giúp NST cô đặc).
Kết quả:
Hình 2.8: I. Ivanovska, T. Khandan,
T. Ito and T.L.Orr-Weaver, A histone
code in meiosis: the histone kinase,
NHK-1, is required for proper
chromosomal architecture in
Drosophila oocytes,Gene and
Development 19: 2571 - 2582
(2005).

13


Ruồi kiểu dại: DNA và condensin tập trung thành 1 vùng nhỏ trong nhân
Ruồi đột biến: condensin khuếch tán khắp nhân, DNA chỉ tập trung ở vùng biên quanh
nhâncondensin không bao bọc NST và NST không cô đặc được.
Kết luận: Sự phosphoryl hóa đặc thù ở đuôi N của H2A là thiết yếu để hoạt động của
NST trong giảm phân có thể diễn ra chính xác.
Sự phosphoryl hóa gốc serine ở vị trí thứ 10 ở đuôi histone H3 thường xảy ra trong
quá trình phân bào ở tế bào eukaryote. Một khi các tế bào này đã nhân đôi DNA và bắt đầu
chuẩn bị phân chia, gần như tất cả histone H3 serine vị trí 10 (H3S10) ở trong nhân dường
như bị phosphoryl hóa.
Allis và đồng nghiệp đã đề xuất rằng sự phosphoryl hóa thuận nghịch serine hoặc
threonine ở những vùng đuôi histones có thể vô hiệu hóa sự gắn protein điều hòa vào gốc
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.

15

III. SỰ ĐIỀU HÒA PHIÊN MÃ
Các tế bào ở sinh vật nhân chuẩn có thể điều hòa sự biểu hiện của gen thông qua sự thay đổi
tốc độ phiên mã.
Sự điều hòa này có thể thực hiện do:
• Chọn lựa promoter.
• Các nhân tố phiên mã.
• Các trình tự tăng cường và trình tự dặp tắt.
• Ở một số gen sự điều hòa biểu hiện của chúng cần vùng điều khiển locut.
• Các hoocmon.

1. Chọn lựa promoter
Giới tính của ruồi giấm được quy định dựa trên tỉ số giữa số NST giới tính X trên số bộ
NST thường (X/A). Con cái điển hình có tỉ số này là 1 (2NST X và 2 bộ NST thường). Tỉ số
này ban đầu được đo bởi mức phiên mã của một số gen được điều khiển bởi hai yếu tố hoạt
hóa, là SisA và SisB. Các gen mã hóa các yếu tố này đều nằm trên NST X. Nhờ vậy, trong
thời kỳ đầu phát triển phôi, con cái sẽ sản sinh SisA và SisB nhiều gấp đôi các con đực.
Các protein hoạt hóa này liên kết vào các vị trí điều hòa ngược dòng của gen quy định giới
tính SxI. Một protein điều hòa khác cũng liên kết và điều khiển biểu hiện của SxI là protein
ức chế Dpn. Dpn được mã hóa bởi một gen nằm trên NST số 2. Như vậy, ta thấy tỉ lệ
protein hoạt hóa SisA và SisB và ức chế Dpn là khác nhau ở hai giới. Điều này dẫn đến gen
SxI được tăng cường ở con cái và ức chế ở con đực.
Gen SxI được biểu hiện từ hai promoter khác nhau gọi là Pm và Pe. Trong dó, Pe được điều
khiển bởi SisA và SisB (như vậy, Pe chỉ hoạt động ở con cái).
Trong các giai đoạn sau của quá trình phát triển, Pe không hoạt động; sự duy trì hoạt động
của gen SxI là nhờ Pm. Pm hoạt động theo kiểu mặc định ở cả con đực và cái, nhưng sản
phẩm mRNA của gen SxI được phiên mã từ Pm nhiều hơn sản phẩm phiên mã từ Pe một
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


Vì ở sinh vật nhân chuẩn có tới 3 loại ARN polymerase nên ta sẽ lần lượt xét tác động
của các TF đến từng loại emzyme đó.
a) Các nhân tố phiên mã liên quan đến hoạt động của ARN polymerase II:

Các nghiên cứu ở sinh vật nhân chuẩn bậc cao, bao gồm cả động vật có vú cho thấy:
ARN pol II hoạt động được là nhờ vào sự trợ giúp của ít nhất 6 nhân tố phiên mã chung
được ký hiệu là TF II A, B, D, E, F và H. trong đó TF II D được nghiên cứu kỹ nhất. Nó
gồm nhiều tiểu phần polypeptit, mà quan trọng nhất là loại protein có khả năng bám vào hộp
TATA, viết tắt là TBP.
Trật tự bám vào promoter của các nhân tố trên như sau: D, B, F + pol II, E và H. còn TF II
A có thể bám vào bên ngoài TF II D bất kỳ lúc nào. Pol II và TF II F được bám vào đồng
thời với nhau. TBP bám vào hộp TATA và kéo theo các phần còn lại theo nó.
ARN pol II cùng với toàn bộ nhân tố phiên mã chung nói trên tạo thành phức hợp tiền
khởi đầu phiên mã.

Hình 3.2. Nhân tố phiên mã của RNA Pol II
b) Các nhân tố phiên mã liên quan đến hoạt động của ARN pol I :
Phức hợp tiền khởi đầu phiên mã ở các promoter của ARN pol I bao gồm pol I và hai
nhân tố phiên mã có tên là SL1 và UBF có chức năng bám ở phía trước. bản than pol I và
18


ngay cả SL1 cũng không thể tự bám vào promoter được. đầu tiên là nhân tố UBF bám vào
một nhân tố kiểm soát nằm ở phía trước là UCE của promoterrARN. Nhờ vậy, nhân tố SL1
có thể gắn được vào phức hệ, làm cho pol I bám được chặt hơn và tạo ra phức hệ tiền khởi
đấu phiên mã.

Hình 3.3. Nhân tố phiên mã của RNA Pol I
c) Các nhân tố phiên mã lien quan đến hoạt dộng của ARN polymerase III:
ARN pol III xúc tác cho quá trình phiên mã của các gen tARN và các gen rARN-5S.
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
• Tal/Twist/Atonal/Hen
b) Motif ngón tay kẽm (zinc-finger)
Kiểu motif này tồn tại ở 2 dạng là C2H2 và C4.
-

Dạng C2H2 hình thành một cấu trúc thòng lọng gồm 12 amino acid định vị vào một đế gồm
2 cystein và 2 histidin cùng được điều hoà xung quanh một ion kẽm. Cấu trúc motif này có
hình dạng giống như ngón tay (vì vậy, gọi là ngón tay kẽm). Dạng motif này tạo nên một
20


cấu trúc vững chắc gồm 2 sợi xoắn β và 1 sợi xoắn α có chứa các amino acid kiềm tương tác
-

với DNA thông qua khe lớn của chuỗi xoắn kép.
Dạng C4 có cấu trúc tương tự C2H2, nhưng ở đây bốn amino acid đều là cystein liên kết
xung quanh một ion kẽm.

Hình 3.6. Cấu trúc ngón tay kẽm
/>
Hình 3.7 Motif ngón tay kẽm
Một số nhân tố điều hòa có cấu trúc zinc-finger
• Sp1
• Gal4 ở nấm men
c) Motif xoắn-uốn-xoắn (helix-turn-helix)
Motif này gồm hai vòng xoắn α tách biệt nhau bởi một mạch uốn β. Một trong số 2
vòng xoắn đó gọi là vòng xoắn nhân biết có vai trò gắn vào phân tử DNA thông qua tiếp
xúc với khe lớn của chuỗi xoắn kép.

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
/>%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

BMAL-1 - CLOCK

C-Myc , N-Myc

MyoD

Myf5

Pho4

HIF

ICE1

NPAS1 , NPAS3 , MOP5

SCL , còn được gọi là Tal1

Scleraxis

Neurogenins

MAX

OLIG1 et OLIG2
M t s nhân t phiên mã

c tr n g
23


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:
• Ngăn cản sự liên kết của yếu tố thúc đẩy phiên mã vào vị trí liên kết trên phân
tử DNA.
24


• Hình thành dimer làm bất hoạt vùng liên kết DNA.

• Gắn một protein ức chế vào vùng hoạt hóa của một yếu tố phiên mã.
2.3.3 Ý nghĩa
Yếu tố phiên mã có ý nghĩa lâm sàng do: (1) đột biến có thể được liên kết với các bệnh
cụ thể, và (2) chúng có thể là mục tiêu của thuốc.
• Rối loạn
Do vai trò quan trọng của chúng trong phát triển, tín hiệu nội bào, và chu kỳ tế bào,
một số bệnh ở người liên quan với đột biến trong các yếu tố phiên mã.
Nhiều yếu tố phiên mã là một trong hai oncogenes suppressors khối u , và, do đó, đột
biến hoặc quy định sai lầm của chúng có liên quan với bệnh ung thư. Ba nhóm các yếu tố
phiên mã được biết đến là quan trọng trong bệnh ung thư của con người: (1) NF-kappaB và
AP-1, (2) STAT và (3) các thụ thể steroid .

Dưới đây là một vài trong số các ví dụ nghiên cứu:
Điều kiện
Hội

chứng

Rett

Mô tả

Locus

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