genome và sự hoạt động của gen

CHƯƠNG 1

Genome
và sự hoạt động của gene

1


2


1.1. Cấu trúc genome
n 

DNA mã hóa

n 

DNA không mã hóa

n 

RNA mã hóa (Coding RNA)

n 

RNA không mã hóa (Non-coding RNA)

n 

Gene giả (Pseudogene)

n 

Các cấu trúc lặp lại trong genome

n 

Bản chất phân tử của các yếu tố di truyền vận động: gene nhảy

n 

SNPs (đa hình nuleotide đơn)

n 

Lặp gene, cơ sở của tiến hóa
3


Where am I?

4


Giải mã
genome

5

Genomics ?
n 

Genomics là một ngành trong di truyền học liên quan
đến việc nghiên cứu genome của sinh vật.

n 

Nghiên cứu genome bao gồm việc xác định trình tự
genome của sinh vật và lập bản đồ gene.

n 

Nghiên cứu genome cũng liên quan đến các hiện tượng:
ưu thế lai, tương tác át chế, tính đa hiệu của gene và
các tương tác giữa các gene cùng allele hoặc các gene
khác nhau trong genome.


7


Eukaryote genome

/>
8


Sự khác biệt về cấu trúc
genome ở tế bào prokaryote

và eukaryote

9


So sánh cấu trúc genome prokaryote và
eukaryote
Watson (2004) Molecular biology of the gene

So sánh mật độ gen trên NST ở các sinh vật khác nhau (1 vùng DNA
genome có chiều dài 65 kb)

Số lượng các gen được mã hóa bên trong cùng một đơn
vị chiều dài DNA giảm dần khi mà tính phức tạp của sinh
vật tăng lên.

10


DNA mã hóa (coding DNA)

DNA mã hóa

11


RNA mã hóa

n 

Định nghĩa: Gene mã hóa cho mRNA

n 

Khái niệm:

1 gene 1 mRNA
1 gene nhiều mRNA

12


Protein coding gene

n 

Allele: Trạng thái tồn tại khác nhau của 1 gene

n 

Locus: Vị trí tồn tại của một hoặc nhiều allele trên NST

n 

Allele trội, allele lặn: Sự tương tác về mức độ biểu hiện
giữa các allele

13

RNA không mã hóa
(non-coding RNA)

Định nghĩa: Gene mã hóa cho các phân tử RNA ngoại trừ mRNA
n 
n 
n 
n 
n 
n 
n 
n 

RNA vận chuyển (tRNA)
RNA ribosome (rRNA)
Small nucleolar RNA (snoRNA)
Small nuclear RNA (snRNA)
Micro RNA (miRNA)
Small interfering RNA (siRNA)
Piwi-interacting RNA (piRNA)
Long non-coding RNA (long ncRNA)
14


Noncoding RNA

15


RNA không mã hóa

16


tRNA
•  Ở Eukaryote, tRNAs được phiên
mã bởi RNA polymerase III (pretRNA)
•  Pre-tRNA của eukaryote được
cải biến ở trong nhân (cắt, loại bỏ
intron). tRNA prokaryote có khả
năng cải biến (self-splice).
17


Codon bias
n 

Định nghĩa: Xu hướng sử
dụng một số bộ mã nhất định
cho một số amino acid trong
quá trình dịch mã

n 

Đối với các hệ thống biểu hiện
khác nguồn gốc (heterologous
expression system) à cạn kiệt
tRNA à giảm hiệu quả biểu
hiện.

n 

Xem xét hiện tượng codon
bias à lựa chọn dòng tế bào
chủ biểu hiện.
18


RNA ribosome (rRNA)
• 

Loại

Kích thước

Đơn vị lớn

Đơn vị nhỏ

Prokaryote
Eukaryote

70S
80S

50S (5S; 23S)
60S (5S; 5,8S; 28S)

30S (16S)
40S (18S)

19


Small nuclear RNA (snRNA)
•  snRNA là một lớp của các phân tử RNA nhỏ tìm thấy ở trong nhân
của eukaryote. snRNA được phiên mã bởi RNA pol II.
•  snRNA liên quan đến quá trình loại bỏ intron khỏi các pre-mRNA (hn
RNA), điều hòa phiên mã và duy trì các telomere.
•  Các snRNA thường kết hợp với các protein để tạo thành phức hợp
snRNP (small nuclear ribonucleoprotein).
•  Một nhóm lớn trong số các snRNA là snoRNA (small nuleolar).
20


Loại bỏ intron khỏi tiền mRNA (pre-mRNA) bởi phức hợp
spliosome

21


snoRNA
• 

Small nucleolar RNAs (snoRNAs): có vai trò giúp cho các quá trình cải biến hóa
học của các RNA khác, chủ yếu là rRNA, tRNA và snRNA.

• 

Có 2 nhóm snoRNA:

C/D box snoRNA: liên quan đến quá trình methyl hóa
H/ACA box: liên quan đến quá trình pseudouridyl hóa

22


miRNA
•  MicroRNAs (miRNAs) là các phân tử RNA có chiều dài trung bình 22
nucleotide.
•  miRNA là các yếu tố điều hòa sau phiên mã. Các miRNA gắn bổ sung
với các trình tự ở vùng không được dịch mã (3' UTRs) của phân tử
mRNA đích. Kết quả thường dẫn đến làm gene không hoạt động
(không có sản phẩm gene).
•  Genome người có khoảng hơn 1000 miRNAs phân bố ở nhiều loại tế
bào. Mỗi loại miRNA có thể ức chế hoạt động của hàng trăm mRNA.
•  MiRNA có tính bảo thủ cao ở các sinh vật eukaryote, được cho là có vai
trò sống còn liên quan đến quá trình điều hòa biểu hiện gen.
23


Kiểm soát hoạt động gene bởi miRNA

24


Nguồn gốc miRNA

25
miRNP: Ribonucleoprotein complex