Sinh học online, giải trí hài hước

Cơ chế điều hòa hoạt động gen ở nhân thực


Các  cơ  chế  điều  hòa  ở  nhân thực  có  thể  xảy  ra  ở  5-6 mức  độ  khác nhau. Trong phần này chỉ nhấn mạnh  thêm một số đặc điểm của điều hòa hoạt động gen ở nhân thực:

-  Ở  các  operon  của  prokaryote,  các  gen  điều  hòa  và  các  gen khởi động thường nằm gần nhau, nhưng ở nhân thực các gen điều hòa  ít khi nằm gần các gen khởi động do chúng kiểm soát.

- Các enhancer  là những  trình  tự cùng nằm  trên một phân  tử với các gen khởi động có thể có hàng trăm cặp base ở phía trước hoặc phía sau gen khởi động mà chúng kích thích.

- Trình tự điều hòa 5’ ở phía trước có gen khởi động ở enhân thực thường rất dài, có khi hàng chục kilobase (kb).

- Có nhiều kiểu điều hòa ở dạng các nhân tố có tác động từ xa (trans) là các protein.
Sự  phiên mã  có  thể  được  kích  thích  bởi  các  tín  hiệu  khác  nhau. Sự điều hòa hoạt động gen ở nhân sơ phần  lớn đáp ứng  lại các  tín hiệu bên trong.

1. Các gen khởi động
Tương tự như ở vi khuẩn, các gen khởi động của nhân thực cùng nằm phía trước điểm xuất phát của mRNA và có những  trình  tự được bảo  tồn  trong tiến hóa. Hộp TATA, định hướng cho RNA polymerase bắt đầu phiên mã, nằm khoảng dưới 30 basepair (bp) ở động vật có vú, và 60-120 ở nấm men.

Hộp  TATA  hoạt  động  có  hiệu  quả  cùng  với  hai  trình  tự  tương  ứng  phía trước khoảng 40 bp là CCAAT và 110 bp là trình tự giàu GC.

Sự  thay đổi hộp TATA  làm giảm  tốc độ phiên mã. Hiệu quả của  tốc độ phiên mã được đo bằng  sự  thay đổi  của  từng base  trong gen khởi động,  các thay đổi base ngoài hộp TATA và  các  trình  tự phía  trước không gây hiệu quả đối với tốc độ phiên mã, trong khi đó các thay đổi ở những yếu tố được nêu  trên  làm  giảm  đáng  kể  tốc  độ  phiên  mã.  Khác  với  gen khởi động  của nhân sơ, các gen khởi động của nhân thực khó đảm bảo nhận biết các tín hiêu một cách đầy đủ để RNA polymerase khởi sự phiên mã in vitro. Hộp TATA và các  trình tự phía  trước phải được nhận biết bởi các protein điều hòa, và chính các protein này gắn với các điểm nhất định trên chúng và hoạt hóa sự phiên mã.

2. Các enhancer
Enhancer  là các  trình  tự có  tác động cis  (liền kề), chúng  tăng  tốc độ phiên mã đáng kể  từ các gen khởi động nằm ngay  trên cùng một phân  tử DNA. Tính độc đáo của các enhancer  là ở chỗ chúng có khả năng  thực hiện một cách hiệu quả khi ở một khoảng cách rất xa, có khi đến vài nghìn cặp base.

Ngoài  ra,  chúng  có  hoạt  động  chức  năng  ở  bất  kỳ  hướng  nào,  dù  ở  phía trước hay phía sau gen khởi động.

Xét trên một góc độ nào đó, các enhancer tương tự gen khởi động. Cụ thể, chúng được tổ chức gồm một dãy các trình tự có tác động cis để  nhận biết các nhân tố tác động từ xa (trans) (Hình 8.8).


3. Các protein là nhân tố có tác động trans
Một  vài  protein,  nhận  biết  hộp CCAAT,  đã  được  xác  định ở  tế  bào động vật có vú. Các nhân tố này có thể được phân biệt giữa các đơn vị của các phân tử CCAAT. Các hộp GC được nhận biết bởi các nhân tố phụ. Các ví dụ về các tác động trans (trans-acting factor) đã tìm thấy ở nấm men vàđộng vật có vú. Các nhân  tố  trans có đặc điểm chung  là gồm hai vùng cấu trúc và chức năng chính:
  - Vùng gắn nhân tố trans vào DNA.
  - Vùng tác động lên sự phiên mã.
  Đồng thời các nhân tố trans có bốn kiểu tác động như:
  - “ngón tay kẽm” (zinc-finger)
  - “xoắn-vòng-xoắn” (helix-turn-helix)
  - “xoắn-nút-xoắn” (helix-loop-helix)
  -  “dây kéo leucine” (leucine-zipper) (Hình 8.9).
Các kiểu tác động của nhân tố trans

Đặc tính chung của các cấu trúc vừa kể là chúng luôn luôn gắn lên các trình tự cis dưới dạng dimer (gồm hai dimer)Trình  tự  cis  và  nhân  tố  trans  thường  có  các  tương  tác  đặc  hiệu  do những  liên kết yếu hình  thành giữa các phân  tử của nhân  tố  trans với các base của trình tự cis. Ví dụ, trường hợp tương tác giữa các hormone steroid với các enhancer. 

Nhiều protein có tác động trans tham gia vào tiến trình phát triển của cơ  thể  ruồi giấm, chúng có vai  trò đặc biệt  trong xác định  sự  sắp xếp các đoạn thân của ruồi.

Như vậy, các gen enhân thực được hoạt hóa bởi hai  trình  tự DNA có tác  động  cis  là  gen khởi động  và  enhancer,  chúng  nhận  biết  được  các  nhân  tố protein có tác động trans, các nhân tố trans cho phép RNA polymerase khởi sự phiên mã và đạt tốc độ phiên mã tối đa.

4. Hormone
Ví  dụ  rõ  nhất  về  các  chất  điều  hòa  nội  tại  của  hoạt  tính  gen  là hormone. Đó là những chất tạo ra do một loạt tế bào có hiệu quả đến các tế bào khác. Các hormone  thường được vận chuyển đến các phần của cơ  thể nhưng chỉ tác động đến các tế bào có các receptor tương ứng. Sự  tương  tác giữa hormone với receptor gây ra  tín hiệu  tác động đến các vùng đặc  trưng của DNA, gây hoạt hóa gen hoặc một nhóm gen  tương ứng.
Các hormone có thể kích thích phiên mã bởi một trong các cơ chế sau: 

 - Hormone  có  thể  làm  cho DNA  tách khỏi histone và  tạo điều kiện cho RNA polymerase bắt đầu phiên mã.

- Có thể làm chất cảm ứng (inducer) gây bất hoạt phân tử receptor.

- Có  thể gắn  trực  tiếp với đoạn DNA đặc hiệu  tạo  thuận  lợi cho việc gắn  RNA  polymerase  hoặc  protein  là  nhân  tố  phiên  mã  (protein transcription factor).

- Có  thể hoạt hóa  effector protein  làm  thành phức hợp gắn DNA và kích thích gắn RNA polymerase.

- Có  thể gắn với protein  tạo phức hợp hoạt hóa kích  thích gắn RNA polymerase.

5. Kiểm soát các chất thường gặp trong nhân
Một số nhóm phân tử hiện diện rất nhiều trong mỗi tế bào enhân thực, như  các histone,  các  chất  của bộ máy dịch mã,  các  cấu phần  của màng…
Vài chương  trình khác nhau được  thực hiện để duy  trì số  lượng đủ  lớn của chúng trong tế bào. Các chương trình đó gồm:
- Sự phiên mã liên tục và lặp lại trong tế bào.
- Sự lặp lại các gen.
- Sự khuếch đại ngoài nhiễm sắc thể các trình tự gen đặc hiệu.

a. Sự phong phú
Các gen mã hóa cho rRNA và tRNA đã được nghiên cứu kỹ. Phản ứng lai  đơn  giản DNA-RNA  cho  thấy  nhiễm  sắc  thể  của  Xenopus  có  vùng  tổ chức hạch nhân  (nucleolus organizer) chứa 450 bản  sao của DNA mã hóa cho 18S và 28S  rRNA. Ngược  lại,  trong mỗi nhân có 20.000 bản  sao  của các gen mã hóa cho 5S  rRNA và các gen này không nằm ở vùng  tổ  chức hạch nhân.

Các gen mã hóa cho histone cũng có với nhiều bản  sao được  lặp  lại hàng trăm lần.
Sự phong phú của các gen nêu trên đảm bảo đủ số lượng cần thiết cho dịch mã khi phải tổng hợp hàng triệu phân tử protein vào lúc cần thiết.

b. Sự khuếch đại gen
Một ví dụ về sự khuếch đại gen trong nhân là các chỗ phình (puff) của nhiễm sắc thể khổng lồ hay đa sợi (polytene chromosome) ở tuyến nước bọt của ruồi giấm. Ở các chỗ phình này, DNA nguyên nhiễm sắc (euchromatic) được khuếch đại khoảng vài nghìn lần.

Trong nhân  tế bào  trứng của Xenopus, có hàng  trăm nhân con ngoài nhiễm  sắc  thể  (extrachromosome nucleoli) với kích  thước khác nhau, mỗi nhân con chứa các vòng  tròn  rDNA kích  thước khác nhau, mà vai  trò đến nay chưa rõ. Các DNA vòng tròn này sản sinh nhiều rRNA ở mức hợp lý.   

Không có nhận xét nào:

Số lượt xem tháng trước

Bài đăng phổ biến

Bài đăng nổi bật

Shop hoa tươi Quận 1 (GIAO HOA NHANH)

Đà Lạt- xứ sở mộng mơ với biệt danh thành phố ngàn hoa là địa điểm lí tưởng mà nhiều người chọn đi du lịch. Đến đây ...