Epigenetics là gì? các nghiên cứu và ứng dụng ĐH KHTN tài liệu cao học chú thích rõ ràng

MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ EPIGENETICS

Gen không thay đổi trình tự nhưng kiểu hình lại khác nhau

Biệt hóa tế bào gốc

Cặp sinh đôi có màu tóc khác nhau

Một cá thể có hai màu mắt khác nhau

Hiện tượng bất hoạt 1 NST X


CƠ CHẾ CỦA EPIGENETICS

Gồm có 3 cơ chế can thiệp, 3 cơ chế này tác động ảnh hướng tới sự biểu hiện gen gồm:

RNA can thiệp vào trong quá trình dịch mã

BIến đổi protein histon
Các biến đổi này không làm thay đổi trình tự DNA

methyl hóa DNA


CẤU TRÚC NHIỄM SẮC THỂ: DNA + HISTONE + NON-HISTONE

NST cần được xoắn lại, gập cuộn để tạo thành các cấu trúc nhỏ để nằm trong nhân. DNA bám váo các protein histone nhờ
lực tương tác tĩnh điện, DNA tích điện âm nhờ gốc PO42-, còn histone tích điện dương nhờ một vào protein

1 gen muốn được biểu hiện thì phải nằm trên vùng ercomatin, cấu

trúc lỏng lẻo với histone mới có thể giúp các yếu tố phiên mã tham
gia gắn vào. Kiểm soát phên mã tới kiểm soát cắt nối gắn mũ..., kiểm
soát phân hủy do siRNA..., tồn tại đủ lâu mới có quá trình dịch mã xảy
ra, sau dịch mã cần có quá trình gắn đường tùm lum thứ để hình thành
-> ít nhất 8 bước kiểm soát biểu hiện


CÁC LOẠI BIẾN ĐỔI TRÊN PROTEIN HISTONE
Các loại biến đổi:
-Methyl hóa lysine và arginine
-Acetyl hóa lysine
-Phosphoryl hóa
serin/tyrosine/threonine
-Ubiquitin hóa lysine

Có hai cơ chế:
-Biến đổi cấu trúc histone  thay
đổi tính gắn DNA của histone 
ảnh hưởng phiên mã DNA

-Tạo các điểm đánh dấu trên
histone  các protein có chức
năng khác gắn vào  ảnh hưởng
phiên mã DNA


CƠ CHẾ EPIGENETICS 2 – SỰ METHYL HÓA DNA

-Gắn nhóm methyl từ S-adenosylmethionine vào vị trí C5 của Cytosine
-Enzyme chịu trách nhiệm: DNA methyltransferase

-Sự methyl hóa tự nhiên: 1) genomic imprinting; 2) biệt hóa tế bào; 3) bất hoạt nhiễm sắc
thể X.


SỰ METHYL HÓA DNA
-Cơ chế điều hòa phiên mã gen bằng methyl hóa DNA:

ức chế biểu hiện gene

Nhóm methyl trên DNA cản trở các yếu tố phiên mã bám vào DNA
là chất đánh dấu

Nhóm methyl trên DNA đóng vai trò dấu hiệu cho các protein khác đến bám vào
 cấu trúc DNA chuyển thành heterochromatin  gen không biểu hiện được.
-Trong ung thư:
gen giúp sửa sai DNA, giúp ngăn chặn sự sai hỏng DNA

Các đảo CpG của các gen ức chế khối u (tumor suppressor gene) bị methyl hóa
quá mức  gen không biểu hiện  ung thư.
tăng cường số lượng

Sự thiếu methyl hóa trên toàn bộ bộ gen  kích hoạt proto-oncogene và bộ
gen kém bền vững  ung thư


CƠ CHẾ EPIGENETICS 3 – RNAi (RNA CAN THIỆP)
bắt cặp với rna thông tin -> làm phá hủy hoặc làm rna không trình diện

-Các RNA nhỏ (sRNA) điều hòa biểu hiện gen bằng cách ức chế biểu hiện hoặc tăng cường
biểu hiện.

-RNA ức chế gồm có: siRNA (small interfering RNA) và miRNA (micro RNA). Các RNA này
tương tác với mRNA đích làm cho mRNA bị phân hủy hoặc sự dịch mã bị ức chế.
-RNA tăng cường biểu hiện gen: cơ chế chưa hiểu rõ, có liên quan đến sự gắn của các RNA
nhỏ này vào vùng promoter của gen.


NGUỒN GỐC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA RNAi

Xuất hiện trong TBC có thể do ngoại sinh

kết hợp với phức hợp risc tạo thành phước hợp dò tìm rna thông tin tương thích,

Nguồn gốc từ trong nhân tạo ra,
nội sinh


NGHIÊN CỨU EPIGENETICS
1. Biến đổi protein histon  phương pháp ChIP-chip và ChIP-seq
2. Methyl hóa DNA  Biến đổi bi-sulfite và sequencing
3. RNA can thiệp  phân tích bộ miRNA


NGHIÊN CỨU PROTEIN HISTON – KỸ THUẬT ChIP-chip/seq
Biết được biến đổi protein histon xảy ra ở đâu

ChIP-chip

ChIP-seq

kháng thể

đặc hiệu cho
protein histon

DNA được
cố định
trên protein histone

thu nhận histon dược kháng thể bắt
đặc hiệu. Sau đó tách DNA ra, và
đưa lên 1 con chip có chứa toàn bộ
trình tự của DNA người. Từ đó DNA
bắt cặp cung cấp thông tin về vị trí
chúng xoắn cuộn trên protein histon
từ đó biết được protein histon ở đâu.


NGHIÊN CỨU METHYL HÓA DNA – BI-SULFITE + SEQUENCING

Do đó DNA bt thì bị biến thành Uracil, còn DNA bị methyl sẽ ko bị biến đổi bisulfit


NGHIÊN CỨU RNA CAN THIỆP – PHÂN TÍCH BỘ miRNA
nội sinh mi RNA, nó đánh vào mRNA -> giảm biểu hiện, mất biểu hiện. Nếu miRNA giảm thì mRNA tăng biểu hiện. Một
số chứng bệnh liên quan tới miRNA
Tách RNA tổng số
Tạo cDNA

Đánh dấu đầu 3' bằng bột kít chứa đâu poly U mang màu phát huỳnh quang

RNA interference và bệnh
ở người

13


RNA interference (RNAi)
• Năm 1993, lin-4 là miRNA đầu tiên được khám
phá ở C. elegans
• Năm 1998, Fire và Mello công bố nghiên cứu
RNAi trên mô hình C. elegans

tiêm 2 mạch mới
biểu hiện

nobelprize.org

14


RNA interference (RNAi)
• RNA can thiệp là quá trình điều hòa biểu hiện gen
bởi các RNA không mã hóa, có kích thước nhỏ
(khoảng 20-30 nuc)
• microRNA (miRNA) và small interfering (siRNA)

15

Vella and Slack (2005)

siRNA

ngoại sinh nhiều hơn là nội sinh, có thể do virus
do các RNA mạch đôi trong cơ thể... do đó nó
thường nằm trong tb chất chú không có trong
nhân

Phức hợp RISC bám lên mạch đôi, dựa theo cấu trúc thứ
cấp của từng mach đơn trong mạch đôi RNA mà RISC
xác định đâu là mạch giữ lại (guide strand) đâu là mạch
loại bỏ đi *passenger strand).

Sau đó phức hợp RISC + guide strand gắn vào RNA làm
phân hủy RNA, đồng thời thấy sự nhân bản RISC để tăng
cường phân hủy RNA

16

Carthew R., Sontheimer E. (2009)


Điều hòa gen bằng siRNA

17

Carthew R., Sontheimer E. (2009)


miRNA

18
Kim et al. (2009)


miRNA

19

Kim et al. (2009)


Điều hòa gen bằng miRNA

20

Sethi et al. (2013)


RNAi VÀ BỆNH Ở NGƯỜI
Ung thư
• Oncogene
• Tumor suppressor

Bệnh Alzheimer
• Amyloid precursor protein (APP)
• Protein Tau
21

ALZHEIMER’S DISEASE (AD)
• Triệu chứng

• Bệnh thoái hóa thần
kinh
• Dạng phổ biến nhất
của chứng mất trí
nhớ
• Thường gặp ở người
trên 65 tuổi
fpmaragall.org
22


Alzheimer’s disease (AD)

do mảng bám amyloid, ngăn cản truyền thần kinh qua
các synap

• Amyloid-β
• Protein Tau

sợi trục liên kết với
các protein Tau gây
tổn hại

23


Hình thành mảng amyloid

Amyloid là 1 protein xuyên màng, tập trung nhiều nhất ở tế bào thần kinh. Chức năng điều khiển dẫn truyền thần kinh. APP
được tạo ra ở người bình thường được phân cắt bởi ez alpha secretase tạo thành sAPP alpha và p3, phần xuyên màng được
phân cắt bởi gama secretase. Còn người bình bi azimer, thì bị cắt bởi beta secretase tạo ra sAPP beta, còn gama secretase
cắt phần xuyên màng tạo A beta, chính các A beta này liên kết với nhau tạo các oligomers hình thành nên mảng bám.

24

Chen et al. (2013)


Hình thành đám rối sợi thần kinh
• Neurofibrillary tangles (NFT)

Phosphoryl hóa quá mức dẫn đến sợi trục bị biến đổi làm protein không liên kết
với vi ống nữa mà liên kết với nhau. cho nên sợi trục bị biến đổi và ảnh hưởng tới
đường truyền tín hiệu

Chen et al. (2013)

25