Điều hòa hoạt động gen

Tổng hợp về điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ, nhân thực, cơ chế ung thư,... với đầy đủ hình ảnh minh họa, rõ nét. Chuyên về các quá trình điều hòa ở cả nhân sơ và nhân thực như điều hòa dương tính, âm tính (Lactose và Tryptophan), điều hòa trước sau dịch phiên mã

Điều hòa biểu hiện của gene

MỞ ĐẦU

Điều hòa hoạt động của gene: là điều hòa lượng sản phẩm do gene tạo ra hayđiều hòa các quá trình nhân đôi DNA , phiên mã tạo ARN và quá trình tổng hợpprotein

Ý nghĩa của việc điều hòa hoạt động của gene: Giúp cho tế bào cơ thể có thểđóng hay mở các gene nhất định vào những thời điểm nhất định để đáp ứng vớiđiều kiện môi trường thay đổi cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể Giúp

cơ thể điều khiển được lượng sản phẩm của gene được tạo ra nhiều hay ít phù hợpvới nhu cầu của nó

Mục đích của sự điều hoà biểu hiện gene là nhằm điều chỉnh hệ enzyme chophù hợp với các nhân tố dinh dưỡng, tác nhân lý hóa và môi trường, tạo số lượng

và số loại cần thiết để đảm bảo nhu cầu của tế bào là phát triển và sinh sản

(Ví dụ như từng quá trình phát triển của các cá thể thì trong từng giai đoạn thì mỗigiai đoạn khác nhau lại biểu hiện tính trạng khác nhau)

Tổng quát về quá trình điều hòa hệ gene ở nhân sơ và nhân thực

Quá trình điều hòa hoạt động của gene ở sinh vật rất phức tạp, có thể xảy ra

ở nhiều mức độ khác nhau như :

Điều hòa phiên mã (điều hòa số lượng mARN được tổng hợp trong tế bào)Điều hòa dịch mã (điều hòa lượng protein tạo ra)

Điều hòa sau dịch mã (làm biến dổi protein sau khi được tổng hợp để có thểthực hiện được chức năng nhất định)

Ở nhân sơ, mục đích của sự điều hòa biểu hiện gene là nhằm điều chỉnh hệenzyme cho phù hợp với các tác nhân dinh dưỡng và lý hóa của môi trường, đảmbảo được hai yêu cầu chính của tế bào là sinh trưởng và sinh sản Sự điều hòa

ở đây rất linh động và có tính thuận nghịch

Ở nhân thực, do tế bào không tiếp xúc trực tiếp với môi trường, nên sựđiều hòa ở đây không còn nhằm mục đích đối phó với các biến động ở ngoại bào

Sự điều hòa ở nhân thực hướng đến việc chuyên biệt hóa từng loại tế bàovào từng cấu trúc và chức năng riêng và vì thế không mang tính thuận

Ba giai đoạn chính của sự điều hòa biểu hiện gene là: Tín hiệu gây ra đápứng làm thay đổi biểu hiện gene, các giai đoạn được thực hiện sự điều hòa trongquá trình từ tái bản đến dịch mã và cơ chế phân tử của sự điều hòa biểu hiện gene

1 Điều hòa hệ gene ở sinh vật nhân sơ:

1.1 Giới thiệu

Các tế bào vi khuẩn có khả năng bảo tồn các nguồn dinh dưỡng sơ cấp vànăng lượng sẽ có ưu thế chọn lọc cao hơn so với các tế bào không có khả năng đó.Vậy là chọn lọc tự nhiên ủng hộ cho các vi khuẩn chỉ biểu hiện các gene mà chúngcần

Quá trình điều hòa hoạt động gene ở sinh vật nhân sơ được tiến hành chủyếu ở mức độ phiên mã, tức là điều hòa lượng mARN được tổng hợp ra nhiều hay

ít và qua đó điều hòa lượng sản phẩm của gene

1.2.1 Operon Lac và cơ chế điều hòa âm tính (negative control)

1.2.1.1 Cấu trúc của operon lac (khái niệm cơ bản):

Các gene cấu trúc của opera lac bao gồm gene quy định một loại proteinmàng permeaza (gene Y) làm nhiệm vụ vận chuyển đường lactose vào trong tế bào

và gene β-galactozidaza (kí hiệu là Z) quy định tổng hợp enzim β-galactozidaza cóchức năng phân giải đường lactose thành glucose và galactose Còn một gene thứ 3

là transcetylaza (kí hiệu là A) quy định enzim transacetylaza Tuy nhiên, cho đếnnay người ta vẫn chưa rõ chức năng của enzim này trong việc chuyển hóa lactose.Tất cả 3 gene cấu trúc này đều được phiên mã cùng một lúc vì cùng nằm trên cùng

1 phân tử mARN duy nhất, một trình tự khởi động (promoter) duy nhất được dùngchung cho tất cả các gene Vì vậy, các gene cấu trúc của một operon hoặc là cùngđược phiên mã hoặc cùng không được phiên mã

Ưu điểm của việc ghép các nhóm gên có liên quan về chức năng vào cùngmột đơn vị phiên mã là tế bào có thể dùng một “công tắc bật-tắt” duy nhất để điềukhiển toàn bộ cụm gene có quan hệ hoạt động với nhau, nói cách khác, những genenày được điều khiển phối hợp Khi tế bào e.coli cần phân giải đường lactose khitrong môi trường dinh dưỡng chứa chất này thì tất cả các gene mã hóa cho các

enzyme cần cho con đường phân giải lactose đều được dịch mã đồng thời Côngtắc bật – tắt là đoạn trình tự DNA được gọi là trình tự vận hành, hay operator Vịtrí và tên gọi của trình tự này phản ảnh hoạt động và chức năng của nó: thườngnằm trong promoter, hoặc đôi khi nằm giữa promoter và vùng mã hóa enzyme,trình tự vận hành điều khiển khả năng tiếp cận các gene của ARN polymerase

Gene điều hòa và các vùng điều hòa: Nằm trước các gene cấu trúc Z, Y và A

là các trình tự nucleotit làm nhiệm vụ điều hòa hoạt động của operon Lac Mộtvùng được gọi là vùng promoter (vùng P) là nơi liên kết với enzim ARNpolymerase còn một vùng là nơi gắn protein ức chế (operator-o) Khi một loạiprotein ức chế liên kết với vùng O thì enzim ARN polymerase không thể liên kếtđược với với vùng P nên quá trình phiên mã tại gene Z, Y và A không xảy ra.Ngược lại, khi protein ức chế không liên kết vào O thì ARN polymerase có thể liênkết được với vùng P và quá trình phiên mã được bắt đầu Ngoài ra, nằm gần cácgene Z, Y và A còn có một gene quy định sự tổng hợp protein ức chế Gene nàythực tế có vai trò điều hòa hoạt động của operon Lac nên người ta gọi nó là geneđiều hòa (R)

Kết luận: trình tự vận hành, trình tự khởi đầu và các gene mà chúng điềukhiển (tức là toàn bộ đoạn trình tự DNA cần có để có thể sản xuất enzyme phângiải lactose) là một trong nhiều operon Đây là một trong số nhiều operon của vikhuẩn

Trong Campbell đề cập đến Operon trp – tryptophan là operon mã hóa đểtổng hợp amino acid tryptophan khi môi trường xung quanh vi khuẩn thiếu chấtnày

Chẳng hạn, hãy xem một tế bào vi khuẩn E coli sống trong một trường hếtsức biến động là ruột kết ở người, để có nguồn dinh dưỡng, phải phụ thuộc vào chế

độ ăn, uống thay đổi của cơ thể chủ Nếu môi trường thiếu axit amin tryptophanvốn cần thiết cho sự tồn tại của vi khuẩn, tế bào vi khuẩn sẽ đáp ứng lại bằng việchoạt hóa một con đường trao đổi chất để tổng hợp tryptophan từ một tiền chất

tế bào vi khuẩn sẽ dừng ngay việc sản xuất tryptophan; nhờ vậy nó tránh được việclãng phí nguồn dinh dưỡng sơ cấp để tạo ra một “sản phẩm” vốn sẵn có trong môitrường xung quanh ở dạng đã được chế biến Đây là một ví dụ cho thấy bằng cáchnào vi khuẩn có thể điều chỉnh sự trao đổi chất của chúng cho phù hợp với sự thayđổi của môi trường.

Quá trình điều hòa biểu hiện sự tổng hợp tryptophan diễn ra ở hai cấp độ.Đầu tiên, tế bào có thể điều chỉnh hoạt độ của các enzym Đây là một kiểu đáp ứng

có tốc độ tương đối nhanh, dựa trên tính mẫn cảm của các enzym với các tín hiệuhóa học làm tăng hay giảm hoạt tính xúc tác của chúng Hoạt tính của enzym đầutiên tham gia vào con đường tổng hợp tryptophan bị ức chế trực tiếp bởi chínhtryptophan là sản phẩm cuối cùng của con đường chuyển hóa Vậy là, nếutryptophan tích lũy nhiều trong tế bào, nó sẽ làm tắt quá trình tổng hợp thêmtryptophan bằng việc ức chế hoạt tính enzym Sự ức chế phản hồi như vậy, vốnđiển hình trong các con đường đồng hóa (sinh tổng hợp), cho phép tế bào thíchnghi được với những biến động tức thì của nguồn dinh dưỡng

Thứ hai, tế bào có thể điều chỉnh mức độ sản xuất của những enzym nhấtđịnh; nghĩa là, chúng có thể điều hòa sự biểu hiện của các gene mã hóa cho cácenzym đó Trong ví dụ này, nếu môi trường đã cung cấp đủ tryptophan theo nhucầu của tế bào, thì tế bào sẽ dừng sản xuất các enzym xúc tác cho quá trình tổnghợp tryptophan Trong trường hợp này, việc điều khiển sản xuất enzym xuất hiện

ở giai đoạn phiên mã, tức là giai đoạn tổng hợp ARN thông tin mã hóa cho nhữngenzym này Một cách phổ biến hơn, nhiều gene trong hệ gene vi khuẩn được “bật”hay “tắt” bằng sự thay đổi trạng thái trao đổi chất của tế bào A

Operon tryptophan cũng có cấu trúc tương tự như operon lactose, nghĩa là,bao gồm gene điều hoà (R), promoter (P), operator (O) và 5 gene cấu trúc Mỗigene cấu trúc mã hóa cho một enzyme, xúc tác phản ứng tổng hợp tryptophan.Trong tế bào, tryptophan được tổng hợp bằng một chuỗi 5 phản ứng, mỗi phản ứngđược xúc tác bằng một enzyme mã hóa trong operon Năm gene cấu trúc mã hóa

cho 5 enzyme, lần lượt được ký hiệu là trpE, trpD, trpC, trpB và trpA Gene trpEnằm ngay sau vùng điều hoà, được phiên mã đầu tiên.

Mô hình hoạt động của operon tryptophan

Hoạt động của operon tryptophan khác với operon lactose ở chỗ là protein kìmhãm, bản thân nó không có ái lực với operator nên khi đứng riêng một mình, nókhông thể gắn vào điểm điều hành, nên operon mở Ngược lại, khi protein kìm hãmkết hợp với chất đồng kìm hãm (corepressor), thì sẽ có ái lực với operator nên dễdàng gắn vào đó, làm operon đóng Hoạt động của operon có thể mô tả như hìnhtrên

Như vậy, khi lượng tryptophan dư, operon đóng, còn khi thiếu tryptophan thìoperon mở

Nhìn chung, cách điều hoà biểu hiện gene ở sinh vật procaryote chủ yếu đưọc thựchiện ở giai đoạn phiên mã

1.2.1.2 Cơ chế điều hòa âm tính

Đối với operon Lac thì tín hiệu điều hòa ở đây là đường allolactose (một đồngphân của lactose) Khi không có allolactose, gene Z không được biểu hiện, còn khitrong môi trường tế bào chỉ có allolactose thì gene Z mới được biểu hiện, nghĩa làđược phiên mã để tổng hợp enzim cần cho sự thủy phân lactozo Sự điều hòa biểuhiện của gene diễn ra hoàn toàn ở mức độ phiên mã

Cơ chế điều hòa dựa vào tương tác của protein điều hòa với gene O(vận hành) Protein điều hòa được gọi là yếu tố kìm hãm hay ức chế (repressor)được gene điều hòa (I hay R) tổng hợp Mối tương tác giữa chất ức chế và gene Ođược thể hiện ở hai trường hợp :

Khi môi trường không có lactose, chất ức chế gắn vào O, ngăn cản sự phiên

mã của nhóm gene cấu trúc, vì enzim phiên mã không hoạt động được

Khi trong môi trường chỉ có lactose, được gọi là nhân tố cảm ứng (inductor)của operon lac, tác nhân này sẽ gắn vào chất ức chế làm thay đổi cấu hình khônggian của repressor , do đó nó không gắn vào gene O được Nhờ có enzim phiên mãmARN polymerase mới thực hiện được quá trình phiên mã ở nhóm gene cấu trúc

để tổng hợp enzim chuyển hóa lactose Trong trường hợp này, có một chất gọi làchất cảm ứng có khả năng gây bất hoạt protein ức chế

Sự điều hòa biểu hiện của gene ở dây để tiết kiệm tối đa năng lượng Thôngthường tế bào sẽ sử dụng nguồn đường đơn, cần ít năng lượng để “tiêu hóa”lactose

Như vậy, trong sự điều hòa âm tính sự phiên mã bị ức chế khi repressor gắnvào gene O và lại diễn ra bình thường khi inductor làm bất hoạt repressor.

Trong bối cảnh điều hòa biểu hiện của gene, các enzyme tham gia vào conđường chuyển hóa lactose được gọi là các enzyme cảm ứng do quá trình sinh họctổng hợp chúng được gây cảm ứng bằng một tín hiệu hóa học (trong trường hợpnày là allolactose) Theo nguyển tắc tương tự, các enzyme do operon tryptophantổng hợp được gọi là các enzyme ức chế, thường hoạt động trong các con đườngđồng hóa, tức là các con đường sinh tổng hợp các sản phẩm thiết yếu cuối cùng bắtnguồn từ các tiền chất Bằng việc tạm ngừng tổng hợp các sản phẩm cuối cùng khichúng có sẵn trong môi trường hoặc khi lượng tích lũy trong tế bào của chúng đã

đủ, tế bào có thể điều phối các tiền chất hữu cơ và năng lượng cho các hoạt độngsống khác của nó Ngược lại, các enzyme cảm ứng thường hoạt động trong các conđường dị hóa, tức là con đường phân giải các chất dinh dưỡng hữu cơ thành cácphân tử đơn giản hơn bằng cách chỉ tạo ra các enzyme phù hợp khi có chất dinhdưỡng, tránh được sự lãng phí năng lượng cũng như protein chuyển hóa chất dinhdưỡng vốn bình thường không phải thiết yếu

Sự điều hòa của các operon mà đều được “tắt” bởi dạng hoạt hóa của proteinđiều hòa tương ứng của chúng là cơ chế điều hòa âm tính

1.3 Điều hòa biểu hiện gene dương tính

Khi trong môi trường vừa có đường lactose và vừa có đường glucose thìoperon Lac cũng không thể hoạt động được vì tế bào ưu tiên sử dụng đườngglucose theo kiểu “hết nạc mới vạc đến xương” Vì các enzyme phân giải glucosetheo con đường đường phân thường xuyên có sẵn Chỉ khi lactose có trong môitrường đồng thời với việc nguồn cung cấp glucose cạn kiệt thì E.Coli mới có xuhướng sử dụng lactose làm nguồn năng lượng, và chỉ khi đó mới tổng hợp đượclượng lớn enzyme phân giải lactose

E.coli cảm nhận được nồng độ glucose bằng cách khi tế bào phân giải đườngglucose thì chính sản phẩm của quá trình dị hóa đường này ức chế operon Lac làmcho nó không thể hoạt động được Sản phẩm của quá trình phân giải đường glucose

tác động trực tiếp đến sự thay đổi nồng độ chất AMP vòng (viết tắt theo tiếng Anh

là cAMP) Khi nồng độ glucose trong tế bào tăng thì nồng độ cAMP trong tế bàogiảm và ngược lại, khi nồng độ glucose trong tế bào giảm thì nồng độ cAMP tăng.Nồng độ cAMP cao trong tế bào là cần thiết để hoạt hóa operon Lac Cơ chế củaquá trình này phụ thuộc vào sự tương tác của một protein điều hòa dị hình vớicAMP Protein điều hòa trong trường hợp này được gọi là protein hoạt hóa chất dịhóa (catabolite activator protein, hay CAP) là một chất hoạt hóa, nghĩa là khi liênkết vào DNA, nó thúc đẩy hoạt động phiên mã của các gene cAMP giúp hoạt hóaoperon Lac bằng cách nó liên kết với protein CAP làm cho cấu hình của CAP bịbiến đổi và nó có thể liên kết được với promoter Phức hợp CAP – cAMP liên kếtvới một vùng đặc hiệu trên phía đầu promoter của operon lac và nhờ đó làm tăng áilực của ARN polymerase với promoter (liên kết với promoter thường xuyên hơn)

và quá trình phiên mã được tăng cường Nói cách khác, sự đính kết của CAP vàopromoter trực tiếp thúc đẩy sự biểu hiện của gene

Vì lý do này, cơ chế điều hòa ở đây được gọi là điều hòa dương tính (geneđược tăng cường biểu hiện)

Khi nồng độ glucose trong môi trường tăng lên thì nồng độ cAMP trong tếbào giảm đi và khi không có cAMP liên kết với CAP thì nó không thể liên kếtđược với promoter của operon lac và operon này không thể phiên mã được hoặcphiên mã ít Như vậy có thể nói operon lac vừa chịu sự điều hòa âm tính và vừachịu sự điều hòa dương tính Operon lac chỉ có thể hoạt động khi protein ức chế bịbất hoạt không có khả năng liên kết được với operator Tuy nhiên, điều này là chưa

đủ vì nếu không có CAP liên kết với promoter thì tốc độ phiên mã xảy ra rất thấp

Tốc độ phiên mã chỉ được tăng cường tới mức cần thiết khi protein hoạt hóaliên kết được với promoter Ta có thể ví protein ức chế khi bị bất hoạt giống nhưbật nút (on/off) chiếc đài radio còn protein hoạt hóa khi liên kết với promotergiống như ta vặn tăng nút âm thanh của đài (nút volume)

Ngoài operon lac, CAP còn tham gia điều hòa nhều operon khác cùng mãhóa cho các enzyme tham gia vào các con đường dị hóa Tổng cộng CAP có ảnhhưởng đến sự biểu hiện của hơn 100 gene khác nhau ở E.coli Khi lượng glucosetrong môi trường phong phú, CAP chủ yếu ở dạng không hoạt động, thì sự tổnghợp các enzyme phân giải các hợp chất không phải glucose nhìn chung đều giảmmạnh Khả năng phân giải các hợp chất khác, như Lactose, cho phép các tế bàothiếu glucose có thể tồn tại Lúc này, hợp chất nào có mặt trong môi trường sẽquyết định operon tưởng ứng được “bật” lên qua sự tương tác đơn giản giữa cácprotein điều hòa với promoter của operon đó

2 Điều hòa ở sinh vật nhân thực

2.1 Giới thiệu

Ở tất cả các loài, dù là sinh vật nhân sơ hay sinh vật nhân thực đều phải biểuhiện các gene của chúng vào đúng thời điểm thích hợp Điều hòa hoạt động gene ởsinh vật nhân thực phức tạp hơn ở sinh vật nhân sơ

Bình thường phần lớn các gene trong tế bào của cơ thể nhân thực đều bị bấthoạt, chỉ khi nào tế bào cần đến loại sản phẩm nào thì các gene tương ứng mớiđược hoạt động Điều hòa hoạt động gene có thể được thực hiện ở tất cả các mức

độ : từ điều hòa trước phiên mã, điều hòa phiên mã, điều hòa sau phiên mã, điềuhòa sau dịch mã và điều hòa dịch mã.

Các cơ thể đa bào hay các cơ thể đơn bào liên tục bật tắt các tổ hợp gene củachúng nhằm đáp ứng lại các tín hiệu từ môi trường nội bào và ngoại bào, sự điềuhòa biểu hiện của gene cũng có vai trò thiết yếu trong quá trình biệt hóa tế bào ở cơthể đa bào, tức là quá trình cơ thể tạo ra các loại tế bào khác nhau, mỗi loại có mộtchức năng riêng Để thực hiện chức năng của mình, mỗi tế bào phải duy trì mộttrương trình biểu hiện gene đặc thù, trong đó chỉ có những gene nhất định đượcbiểu hiện còn các gene khác thì không

2.2.Điều hòa trước phiên mã

Điều hòa cấu trúc chất nhiễm sắc: DNA của sinh vật nhân thực liên kết vớinhiều loại protein khác nhau (chủ yếu là protein histon) tạo nên chất nhiễm sắc(chromatin) Cấu trúc của chất nhiễm sắc có thể được biến đổi theo các mức độkhác nhau tùy thuộc vào các giai đoạn của chu kì tế bào

Khi ở kì trung gian, những vùng nhiễm sắc thể chứa các gene đang hoạt động thìchất DNA ở vùng đó dãn xoắn tối đa và chất nhiễm sắc ở vùng đó được gọi lànguyên nhiễm sắc ( euchromatin) Vùng được gọi là dị nhiễm sắc(heterochromatin) là vùng không chứa gene hoặc chứa các gene ở trạng thái khônghoạt động vì DNA ở vùng này bị co xoắn chặt Hiệu quả ức chế sự biểu hiện gene

ở vùng dị nhiễm sắc được chứng minh trong thí nghiệm chuyển một gene có mức

độ phiên mã cao vào vùng dị nhiễm sắc ở tế bào nấm men, gene này khi đó đãkhông bao giờ biểu hiện

Cuối cùng, hàng loạt các nghiên cứu gần đây cho thấy: những biến đổi hóahọc liên quan đến histon và DNA của chất nhiễm sắc đồng thời ảnh hưởng đến cấutrúc chất nhiễm sắc và sự biểu hiện của các gene

Các biến đổi của DNA:

Methyl hóa DNA: Một nhóm enzyme làm nhiệm vụ methyl hóa một sốNucleotide đặc thù trên chính phân tử DNA Trong thực tế, DNA của phần lớn các

loài thực vật, động vật và nấm đều chứa các base bị methyl hóa, trong đó thôngthường là cytosine.

Việc so sánh các gene giống nhau ở các mô khác nhau cho thấy ở các mô màgene không được biểu hiện thì có mức độ methyl hóa cao hơn Việc loại bỏ một sốnhóm methyl ở những gene như vậy có thể hoạt hóa sự biểu hiện của các gene đó

Một số nghiên cứu phát hiện ra một số protein khi liên kết vào các trình tựDNA bị methyl hóa cao có thể hồi phục các enzyme khử acetyl của histon Có thểthấy sự tồn tại của một cơ chế kép, gồm cả methyl hóa DNA cà loại acetyl hóahiston, có thể đồng thời gây nên sự ức chế phiên mã của các gene

Các gene của sinh vật nhân thực có thể bị bất hoạt dài hạn khi một sốnucleotit ở vị trí nhất định bị biến đổi bằng cách gắn thêm nhóm CH3 vào gốcxitozin khi DNA được nhân đôi và người ta gọi hiện tượng đó là hiện tượng methylhóa Khi vùng nhiễm sắc được methyl hóa thì DNA bị co xoắn chặt lại và genekhông thể phiên mã được Bằng thực nghiệm, người ta đã chuyển các gene đanghoạt động vào vùng dị nhiễm sắc thì các gene này lại trở nên bất hoạt Một trong 2nhiễm sắc thể X của nữ giới và của động vật cũng bị bất hoạt bằng cơ chế này Khivùng nhiễm sắc thể đã bị methyl hóa thì trạng thái này được di truyền từ tế bào nàysang tế bào khác Methyl hóa có vai trò quan trọng trong việc biệt hóa các tế bào (ở

các mô nhất định, hầu hết các gene trong hệ gene bị đóng và chỉ một số gene nhấtdịnh hoạt động vào một thời điểm nhất định)

Trong quá trình hình thành tế bào tinh trùng và trứng ở người cũng như ở 1

số loài động vật có vú khác, một số gene nhất định ở trứng bị bất hoạt bằng cáchmethyl hóa trong khi các gene tương ứng trong tinh trùng lại không bị bất hoạthoặc ngược lại một số gene ở tinh trùng bị bất hoạt trong khi đó các gene tươngứng trong tế bào trứng vẫn hoạt động Cách thức bất hoạt các nhóm gene khácnhau ở tế bào trứng và tế bào tinh trùng của một loài như vậy được gọi là in vết hệgene (geneomic imprinting) Điều này giúp giải thích vì sao hợp tử, ví dụ ở người,chỉ phát triển thành cơ thể bình thường nếu nhân chứa cả nhân của tinh trùng vànhân của trứng Nếu tế bào trứng chứa 2 bộ nhiễm sắc thể đơn bội của cùng mộtgiới thì hợp tử không thể phát triển được thành cơ thể

Các biến đổi của histon: ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy các biếnđổi hóa học của histon, các protein được DNA quấn xung quanh trong đơn vị cấutrúc của chất nhiễm sắc là Nucleosome, giữ vai trò trực tiếp trong việc điều hòa sựphiên mã của các gene

Gene có thể được hoạt hóa hay bất hoạt bằng các axetin hóa hoặc khử acetyl:acetyl hóa là hiện tượng gắn thêm nhóm – COCH3 vào gốc lizin tại đầu N củaprotein histon (gọi tắt là đuôi histon) cấu tạo nên Nuleoxom Còn hiện tượng khửaxetin là hiện tượng loại nhóm - COCH3 ra khỏi protein histon Khi – COCH3

được gắn vào gốc lizin sẽ làm trung hòa điện tích dương của nó và do vậy lizinkhông thể liên kết được với các nucleoxom khác làm cho DNA được dãn xoắn vàpromoter của gene tiếp xúc được với ARN polymerase nên phiên mã có thể đượcthực hiện

Một số gốc hóa học khác cũng có thể được gắn thêm vào hoặc loại bỏ hỏicác amino acid thuộc đuôi histon, như các gốc methyl và các gốc phosphate Việc

bổ sung gốc Methyl (-CH3) vào đuôi histon có thể thúc đẩy sự liên kết dày đặc hơncủa chất nhiễm sắc Trong khi đó, việc bổ sung một gốc phosphate vào một aminoacid (phosphoryl hóa) gần amino acid bị methyl hóa có thể gây ra hiệu ứng ngượclại Các biến đổi này gây ra trực tiếp biến đổi của cấu trúc chất nhiễm sắc

2.3 Di truyền học biểu sinh

Di truyền biểu sinh là khái niệm trái ngược với di truyền học Di truyền họcnghiên cứu về tính di truyền và biến dị ở các sinh vật, còn di truyền biểu sinh chỉ

sự thay đổi mức biểu hiện gene do các thay đổi về thành phần hóa học của vật chất

di truyền gây nên Nếu như các đột biến trên DNA là những thay đổi có tính bềnvững, thì những biến đổi với chất nhiễm sắc là có thể đảo ngược bởi các quá trình

mà đến nay chúng ta chưa biết đầy đủ Sự tương tác giữa các hệ thống biến đổichất nhiễm sắc ở cấp độ phân tử được kiểm soát chặt chẽ Các nhà khoa học ngàycàng tìm ra được nhiều bằng chứng cho thấy vai trò quan trọng của thông tin ditruyền biểu sinh đối với sự điều hòa biểu hiện của các gene

2.4 Điều hòa phiên mã