Giới thiệu về RNAi và ứng dụng

I . Giới thiệu về RNAi
1.Dòng thông tin di truyền trong tế bào :


Dòng thông tin di truyền trong tế bào
•

Thông tin di truyền lưu trữ trong DNA được sao chép sang RNA và
sau đó được dùng để tổng hợp protein

•

Tuy nhiên không phải mọi thông tin di truyền đều được sử dụng mà
chỉ có một phần thông tin di truyền trong hệ gene được sử dụng
trong mỗi loại tế bào.

•

Việc gene nào được biểu hiện là do cơ chế kiểm soát của bộ máy
sao chép DNA sang mRNA trong quá trinh phiên mã

•

Quá trình phiên mã cũng bị điều khiển bởi nhiều nhân tố khác và
được con người nghiên cứu, tìm hiểu ngày càng rõ.


2. Khái niệm RNAi
“ RNA can thiệp ” ( RNAi ) là một hệ thống bên
trong các tế bào sống , giúp kiểm soát được
các gene đang hoạt động. Đó là những đoạn

RNA ngắn có thể ức chế sự biểu hiện của các
gene có trình tự tương đồng với nó.
Các phân tử RNAi này có thể gây lên các hiêu
ứng:
1. Ức chế dịch mã đơn vị mRNA
2. Ức chế sự phiên mã của gene ở trong nhân
3. Phân giải mRNA


Vai trò RNAi
RNAi có rất nhiều chức năng quan trọng trong tế bào :
– Bảo vệ tế bào chống lại gene ký sinh trùng, virut và các yếu tố di
truyền vận động ( Transposon)
– Điều hoà biểu hiện gene

– Điều khiển sự phát triển của tổ chức
– Giữ gìn NST và tăng cường phiên mã
– Có thể RNAi còn có nhiều chức năng khác mà con người chua
khám phá ra hết, và sẽ được khám phá dần dần trong tương lai


Các thành phần tham gia vào quá trinh
can thiệp RNAi
Quá trình can thiệp RNAi được thực hiện
bởi 2 cơ chế :
+ siRNA
+ miRNA


1. siRNA : các thành phần tham gia :

•

dsRNA ( double strand RNA – RNA sợi đôi ) : là những đoạn RNA
dài mạch kép có trình tự bổ xung với gene đích ( target RNA ) có
2 đầu thò là 3’OH

•

Dicer : là một loại enzyme endonuclease ( Ribonuclease III ) chịu
trách nhiệm hoàn thiện sợi dsRNA.

•

Phức hệ RISC (RNA – incluced silencing complex ) : Phức hệ
gắng gene kích ứng bởi RNA. Phức hệ này có chứa enzyme
helicase và một số protein trong đó quan trọng nhất là protein
thuộc họ Agronaut ( liên kết RNA ) hoạt động như một
endonuclea và cắt mRNA .

•

siRNA (small interfeing RNA ) : là RNA can thiệp kích thước nhỏ
được tạo ra từ dsRNA


2. miRNA
Là những đoạn RNA ngắn khoảng từ 19 – 24 nu, không
tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Bộ máy miRNA
bao gồm :
•

Pri- mRNA ( primary-mRNA ) : chuỗi mRNA nguyên thuỷ ,
dài hàng nghìn nu và mang đầu 5’CAP, đuôi poly A. PrimRNA chữa ít nhất một hay nhiều vòng kẹp tóc ( hairpin )
mỗi vòng dài khoảng 70 nu.

•

Phức hệ RISC (RNA – incluced silencing complex ): Phức
hệ gắng gene kích ứng bởi RNA. Phức hệ này có chứa
enzyme helicase và một số protein trong đó quan trọng
nhất là protein thuộc họ Agronaut ( liên kết RNA ) hoạt
động như một endonuclea và cắt mRNA .

•

Hai enzyme cắt :
+ Drosha : ở trong nhân tế bào
+ Dicer : ở ngoài tế bào chất


2. Con đường hình thành bộ máy
can thiệp RNAi
2.1 Con đường hình thành siRNA :
Quá trình hình thành siRNA diễn ra ở tế bào chất
(cytoplasma )
• Các đoạn dsRNA sợi kép được cắt bởi enzyme Dicer tạo
ra những đoạn RNA ngắn ( siRNA )
•

Sau đó các siRNA được tháo xoắn dưới táuc dụng của

enzyme helicase và biến tính thành 2 mạch đơn khi
gắng với phức hệ RISC.


2. Con đường hình thành các bộ
máy can thiệp RNAi
+ trong 2 mạch đơn này, chỉ mạch nào có đầu 5’ có
hoạt lực với Agronauttrong phức hệ RISC mới gằn được
với phức hệ RISC => tạo phức hợp siRNA-RISC
+ Mạch còn lại đầu 5’ không có hoạt lực với Agronaut
=> không liên kết với RISC được .
• Sự xuất hiện của mạch đơn siRNA sẽ hoạt hoá RISC
thành trạng thái hoạt động (RISC* )



2.2 Con đường hình thành miRNA
• Quá trình hình thành miRNA diễn ra ở nhân tế
bào (nuclear ) và trong tế bào chất ( cytoplasma)
*Trong nhân :
• Các phân tử miRNA được tạo ra thông qua quá
trình phiên mã từ các gen gọi là các phân tử
miRNA nguyên thuỷ ( pri- miRNA ), các phân tử
này có chúa các cấu trúc kẹp tóc ( hairpin )


Con đường hình thành miRNA
• Các phân tử pri- miRNA được cắt bởi enzyme
Drosha để tạo thành những sợi Pre- miRNA
( phân tử tiền microRNA ) => gọi là quá trình chế

biến pri- miRNA
• Các phân tử Pre- miRNA sẽ được di chuyển ra
ngoài tế bào chất .


2.2 Con đường hình thành miRNA
* Tại Tế bào chất :
• Pre- miRNA sau khi được di chuyển ra ngoài tế
bào chất => sẽ được enzyme Dicer cắt thành
những đoạn RNA nhỏ ( khoảng 19 – 21 nu )
• Các đoạn miRNA được tách đôi => tạo ra các
sợi miRNA đơn. Trong đó sợi có dầu 5’ có hoạt
lực vói Agronaut trong phức hợp RISC => sẽ kết
hợp với phức hợp RISC tạo thành phức hệ
miRNA-RISC .



Sự khác nhau giữa siRNA và miRNA
siRNA

Nguồn gốc

Vị trí hình thành

RNA mạch kép
(dsRNA ) có cấu
trúc là chuỗi xoắn
kép.
Xảy ra ở ngoài tế

bào chất

miRNA
Tiền miRNA(Pre- miRNA) có
cấu trúc dạng thân vòng
( steen-loop ) hay dạng kẹp
tóc ( hairpin)
Gồm 2 quá trình trong nhân
và ngoài tế bào chất.



IV. Cơ chế can thiệp RNA
1. Cơ chế chung
• Quá trình can thiệp RNA được kích hoạt khi phân tử
RNA tồn tại trong tế bào với cấu trúc sợi đôi.
• RNA sợi đôi kích hoạt một cơ chế hoá sinh dể phân huỷ
các phân tử mRNA có mã di truyền giống với nó.
• Khi các phân tử mRNA này biến mất => gene tương ứng
bi bất hoạt => không có protein nào do gên đó má hoá
được tạo thành.



2. Cơ chế phân tử
2.1 Cơ chế làm tắt gene bởi siRNA
– Trong tế bào, sự biểu hiện hoặc cảm ứng
của RNA mạch kép dài là kết quả của sự bắt
cặp giữa mạch mang mã ( sợi có nghĩa ) và
mạch đối mã ( sợi vô nghĩa )

– Các đoạn dsRNA sợi kép dài được cắt bởi
enzyme Dicer tạo ra những đoạn RNA ngắn
( siRNA ) khoảng 21-28 nu .


2.1 Cơ chế làm tắt gene bởi
siRNA
– Sau đó các siRNA được tháo xoắn dưới táuc
dụng của enzyme helicase và một mạch
được nạp vào phức hợp protenin một cách
chon lọc gọi là phức hợp cảm ứng bất hoạt
RISC
– Sự xuất hiện của mạch đơn siRNA sẽ hoạt
hoá RISC thành trạng thái hoạt động (ký hiệu
là RISC* )


Cơ chế làm tắt gene bởi siRNA
– Cuối cùng phức hợp siRNA-RISC* này sẽ tìm
kiếm các transcriptome ( sản phẩm của quá trinh
phiên mã) một cách đặc hiệu và nhưng RNA mục
tiêu tiềm năng .
– Sợi đơn siRNA sau khi được nạp vào RISC được
gọi là mạch hướng dẫn, nó đóng vai trò chỉ đạo
trong việc đưa phức hợp siRNA-RISC* đến các
phân tử mRNA có trình tự bổ xung với nó.Việc
chỉ đạo của siRNA thông qua một endonuclease
có trong RISC là Agronaute protein

Cơ chế làm tắt gene bởi siRNA
– RISC* cũng có thể xâm nhập được vào nhân
tế bào và kết cặp với trình tự tương đồng trên
phân tử DNA hệ gen.
Lúc này RISC* huy động một số protein làm
cải biến chất nhiễm sắc quanh vị trí promoter
của gene
=> sự kìm hãm phiên mã.


Cơ chế làm tắt gene bởi siRNA
• Cơ chế tắt gen lúc này phụ thuộc vào mức độ tương
đồng giữa siRNA và mRNA đích.
+ Nếu Sự tương đồng giữa siRNA và mRNA đích là hoàn
toàn => phân tử mRNA có xu hướng bị cắtvà phân giải
( do hoạt tính nuclease của RISC ) => không có mRNA
mã hoá cho protenin đó.
+ Nếu Sự tương đồng giữa siRNA và mRNA chỉ là một
phần thì xu hướng xảy ra là sự ức chế dịch mã do khi
chung bám trên mRNA => ngăn cản sự dịch chuyển của
Ribosome trong quá trình dịch mã => quá trình dịch mã
bi ngưng lại => không tạo ra được protein.


Cơ chế làm tắt gene bởi siRNA
• Cơ chế tắt gene bởi
siRNA có hiệu quả
rất cao, chỉ cần một
lượng nhỏ siRNA
được đưa vào tế

bào cố thể đủ để
làm tắt hoàn toàn sự
biểu hiện của một
gene nào đó ( vốn
có rất nhiều bản sao
trong cơ thể đa
bào).


2.2 Cơ chế làm tắt gene bởi miRNA
• Trong tự nhiên, ngoài cơ chế điều oà biểu hiện
gene bằng sợi siRNA còn có cơ chế điều hoà
biểu hiện của gene bởi một nhóm RNA khác gọi
là micro RNA ( miRNA )
• Cơ chế hoạt động của miRNA trong quá trình ức
chế sự biểu hiện của gene cũng tương tự như ở
siRNA.