Tương hợp giữa biểu hiện và im lặng trong sự điều hòa gene doc

Tương hợp giữa biểu hiện và im lặng trong sự điều hòa gene Trong vòng 10 năm trở lại đây kể từ sau khi các nhà sinh học phân tử khám phá ra cơ chế kiềm hãm sự biểu hiện gene đặc hiệ

Tương hợp giữa biểu hiện và im lặng trong

sự điều hòa gene

Trong vòng 10 năm trở lại đây kể

từ sau khi các nhà sinh học phân

tử khám phá ra cơ chế kiềm hãm

sự biểu hiện gene đặc hiệu nào đó thông qua RNA – gọi là con

đường gây nhiễu gene thông qua

RNA (the RNA interference

(RNAi) pathway) – việc nghiên

cứu cơ chế và ứng dụng này ngày càng trở nên một vấn đề lý thú

thu hút khá nhiều sự quan tâm

của các nhà sinh học góp phần

tạo nên cơn sốt "thế giới RNA – RNA World" Phức hợp gây sự

im lặng gene thông qua RNA gọi tắt là RICS (RNA-induced

silencing complex) chứa nhiều

đọan RNA ngắn nhỏ mang chức năng gây nhiễu (siRNA - small

interfering RNAs) mà chính trình

tự các siRNA sẽ bắt cặp RNA

thông tin (mRNA) đặc hiệu của một gene nào đó Việc bắt cặp

giữa siRNA và mRNA giống như

việc đóng dấu ấn lên mRNA

khiến cho phân tử mRNA sau đó

sẽ bị "xử trảm" (phân hủy) và

điều này cũng đồng nghĩa là

mRNA không còn cơ hội dịch mã thành protein nữa Cơ chế gây im lặng gene ở giai đọan sau phiên

mã này, thực sự chỉ là một phần của tòan bộ cơ chế chưa giải đáp hết Theo đó, sự hình thành

mRNA có thể ngừng lại thông

qua phức hệ siRNA thứ hai có

tên là RITS (RNA-induced

transcriptional silencing – phức

hệ gây im lặng gene ở mức độ

phiên mã)

Schramke et al.trên tờ Nature 435,

1275−1279 (30 June 2005) và Kato

et al viết trên tờ Science (published

o nline 9 June 2005) cho thấy rằng một gene nếu muốn bị im lặng thì trước tiên nó phải được phiên mã Điều đáng ngạc nhiên trong kết quả tìm kiếm của các tác giả chính là

chỗ quá trình phiên mã này phải

được tiến hành nhờ RNApII (RNA polymerase II), cần nhắc lại rằng

RNApII chính là enzyme chịu trách nhiệm chính cho quá trình tạo

mRNA ở sinh vật nhân thật

Bình thường DNA quấn chặt quanh protein histone để tạo thành

nucleosome Khi RITS muốn trấn

áp quá trình phiên mã một gene nào

đó, thì nó phải triệu tập một

enzyme có tên là histone

methyltransferase, tức là enzyme chuyển hóa gốc methyl trong phân

tử histone, điều này khiến cho khối DNA vốn đang quấn quanh histone không có khả năng duỗi thẳng

khiến bộ máy di truyền không thể tiếp cận để thực hiện chuyện phiên

mã Cấu trúc nucleosome bị bất

động này vốn được biết dưới tên gọi là dị nhiễm sắc

(heterochromatin) Sau đó RITS sẽ gọi tiếp siRNA cùng tham gia vào quá trình liên kết của nó và nhiễm sắc tử (chromatin)

Ở đây có điểm có điểm tương đồng

lý thú giữa RITS và RISC là cả hai cần phải có sự trợ giúp của siRNA Nếu ở trường hợp gây im lặng gene

ở giai đọan sau phiên mã thì đích ngắm của siRNA hiển nhiên là

RNA, cho nên câu hỏi đặt ra là ở trường hợp gây im lặng ở giai

phiên mã thì siRNA sẽ gắn lên đâu: DNA hay là RNA ? Câu trả lời

trong trường hợp phiên mã cho

thấy cái đích ngắm vẫn là RNA

Schramke et al đã cho thấy rằng

gene bị quy họach im lặng trước

tiên phải được phiên mã thông qua RNApII vì thí nghiệm đối chứng

cho thấy khi dùng polymerase của bacteriophage kích họat thì quá

trình phiên mã vẫn diễn ra nhưng quá trình gây im lặng sau đó lại

không thấy Vì thế, mặc dù RITS

có thể gắn lên sản phẩm phiên mã RNA sơ sinh qua việc bắt cặp bổ

sung, nhưng điều bắt buộc là phải

có thêm một cơ chế nữa để việc gây

im lặng gene hòan tất Hai nhóm

tác giả nói trên đã tìm thấy rằng khi tạo đột biến khác nhau trên phân tử RNApII sẽ khiến quá trình tạo dị

nhiễm sắc bị gián đọan Cụ thể là nếu cắt bỏ bớt vùng đầu C (gọi tắt

là CTD) của tiểu đơn vị lớn

RNApII hoặc gây đột biến điểm

trên tiểu đơn vị Rpb2 của RNApII thì cả hai trường hợp đều làm cho quá trình gây im lặng gene không

hòan tất Tuy nhiên khi cắt bỏ CTD thì siRNA vẫn được tạo ra bình

thường, nhưng nếu gây đột biến

Rpb2 thì siRNA gần như không

thấy xuất hiện Điều này cho thấy RNApII đóng khá nhiều vai trò

trong con đường siRNA

Đến đây nhu cầu cầu có là phải tìm cho ra một mô hình khả dĩ có thể giải thích sự liên đới giữa phiên mã

và gây im lặng gene Mô hình đơn giản nhất có thể đó là RITS đã đính lên một phần của phức hợp kéo gài RNApII, chính phức hợp này tạo ra mRNA đích Thông qua sự tương tác này, cũng như sự nhận diện

trình tự phiên mã đặc hiệu, histone methyltransferase sẽ định vị chính

xác trình tự gene đích và tiếp đến enzyme này sẽ hiệu chỉnh histone khi gene này đang phiên mã Quả thực, các thí nghiệm về tương tác phân tử cho thấy rằng RITS đã liên kết với các sản phẩm phiên mã sơ sinh cũng như với RNApII Hơn

nữa RITS và các yếu tố phụ trợ cho

nó còn có thể tương tác chéo thông qua các liên kết hóa học đối với các gene mà theo dự tính sẽ bị im lặng

Và như thế điều này cần phải có

siRNA và sản phẩm phiên mã sơ

sinh

Đây là mô hình giả định thu được

từ hai kết quả nghiên cứu của nhóm Schramke và nhóm Kato Khi RNA polymerase II tham gia tổng hợp

RNA, phức hợp RITS nhận diện

những đích ngắm sẽ bị im lặng

bằng cách tìm kiếm một dấu hiệu thứ cấp, dấu hiệu này chính là việc bắt cặp bổ sung giữa siRNA và

mRNA, và ngòai ra còn có khả

năng là thông qua sự tương tác với phức hợp kéo dài Sự hình thành

vùng dị nhiễm sắc bị trấn áp được khởi sự bởi histone

methyltransferase Clr4 kết quả là histone mang nhiều nhóm Methyl (Me) trong khi nhóm Acetyl (Ac) lại rất thấp Vào cùng thời điểm, RITS

và RDRC (phức hợp polymerase

RNA phụ thuộc RNA -

RNA-dependent RNA polymerase

complex ) có thể tạo RNA sợi đôi

để sau đó được chế biến thành

siRNAs mới

Ngòai mô hình đơn giản trên còn nhiều mô hình khác có thể dùng để giải thích tại sao chỉ có duy nhất

RNApII mới có thể điều hòa quá

trình gây sự im lặng gene thông

qua RNA Theo đó, rất có khả năng

là RITS tương tác với sản phẩm

phiên mã không chỉ qua sự bắt cặp

bổ sung mà còn có thể nhờ sự nhận diện một tiến trình gọi là sự trình

hiệu chỉnh mRNA nhờ tính đặc

hiệu RNApII (ví dụ như cấu trúc

mụ chụp hoặc đuôi poly A) Theo hướng này, một vài tác giả khi cố gắng dò tìm những yếu tố tham gia

thúc đẩy RNAi trên Caenorhabditis elegans đã nhận diện được vài yếu

tố mà quả thật chúng cần thiết cho quá trình xử lý mRNA sao cho

đúng cách Tuy nhiên cơ chế làm

sao các yếu tố này có thể tác động lên RNAi thì vẫn chưa được biết rõ Ngòai các enzyme tham gia chế

biến mRNA, thì phức hợp kéo dài RNApII còn mang thêm vài

enzyme tham gia hiệu chỉnh nhiễm sắc tử Mặc dù cả hai dạng

polymerase của bacteriophare và

sinh vật nhân thật đều có thể thúc đẩy quá trình phiên mã xảy ra

xuyên suốt sợi tinh tử mà không

cần làm phá vỡ phức hệ

nucleosome, nhưng việc không cần đến phức hợp kéo dài RNApII sẽ

dẫn đến hậu quả là làm thay đổi sợi tinh tử rất lớn Cụ thể là các tiểu

đơn vị histone có thể thay đổi khi phức hợp phiên mã bỏ qua một

nucleosome Hơn nữa, nhiều tác giả khác đã nhận thấy còn một vài quá trình hiệu chỉnh histone phụ thuộc

vào quá trình phiên mã khác, ví dụ như quá trình methyl hóa đã kể ở trên Do đó rất có thể là một hoặc vài sự biến đổi này là điều kiện tiên quyết để enzyme histone

methyltransferase khi liên đới với RITS mới đủ sức hiệu chỉnh cơ

chất của nó

Mặc dù cơ chế chính xác chưa

được ghi nhận, nhưng về cơ bản có thể thực nghiệm để kiểm tra những

lý thuyết giả định nói trên Khi đó quan hệ giữa quá trình trấn áp được điều hòa qua RITS lên RNApII sẽ sớm sáng tỏ Tuy vậy nhiều câu hỏi vẫn cần được làm sáng tỏ