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

Epigenetics là gì? các nghiên cứu và ứng dụng ĐH KHTN tài liệu cao học chú thích rõ ràng. EPIGENETICS: Gen không thay đổi trình tự nhưng kiểu hình lại khác nhau 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

MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ EPIGENETICS

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

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

CƠ CHẾ CỦA EPIGENETICS

RNA can thiệp vào trong quá trình dịch mã

BIến đổi protein histon

methyl hóa DNA

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

Các biến đổi này không làm thay đổi trình tự DNA

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

NST cần được xoắn lại, gập cuộn để tạo thành các cấu trúc nhỏđể 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 thứđể 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:

Nhóm methyl trên DNA cản trở các yếu tố phiên mã bám vào DNA

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:

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

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

ức chế biểu hiện gene

là chất đánh dấu

gen giúp sửa sai DNA, giúp ngăn chặn sự sai hỏng DNA

tăng cường số lượng

CƠ CHẾ EPIGENETICS 3 – RNAi (RNA CAN THIỆP)

-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

bắt cặp với rna thông tin -> làm phá hủy hoặc làm rna không trình diện

NGUỒN GỐC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA RNAi

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

Xuất hiện trong TBC có thể do ngoại 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

ChIP-chip ChIP-seq

Biết được biến đổi protein histon xảy ra ởđâu

kháng thể

đặc hiệu cho protein histon

DNA được

cốđịnh 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 Từđó DNA

bắt cặp cung cấp thông tin về vị tríchúng xoắn cuộn trên protein histon

từđó biết được protein histon ởđâu

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

• 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

RNA interference (RNAi)

tiêm 2 mạch mới

biểu hiện

• 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)

RNA interference (RNAi)

Vella and Slack (2005)

15

siRNA

Carthew R., Sontheimer E (2009)

16

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

Điều hòa gen bằng siRNA

Carthew R., Sontheimer E (2009)

17

miRNA

Kim et al (2009) 18

miRNA

Điều hòa gen bằng miRNA

Sethi et al (2013)

20

• Bệnh thoái hóa thần kinh

• Dạng phổ biến nhất của chứng mất trí nhớ

• Thường gặp ở người trên 65 tuổi

• Triệu chứng

ALZHEIMER’S DISEASE (AD)

fpmaragall.org

22

Alzheimer’s disease (AD)

tổn hại

Hình thành mảng amyloid

Chen et al (2013)

24

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

• Neurofibrillary tangles (NFT)

Hình thành đám rối sợi thần kinh

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

APP và beta-secretase

Protein Tau

Hébert et al (2012) 28

Nằm trong chuỗi truyền tín hiệu, phosphoryl hóa các phân tử mục tiêu của nó trong đó có protein Tau

bình thường các mi này ức chế sự biểu hiện của ERK1/2, tuy nhiên khi bị bệnh, nó sẽ không được ức chế, dẫn đến ERK1/2 được biểu hiện quá mức dẫn đến phosphoryl hóa quá mức nên thay vì tạo thành các vi ống lại kết cụm với nhau Nên vi ống bị biến đổi so với bình thường

ez này bình thường chịu trách nhiệm giữ lại exon số 10 trong protein Tau Dạng 4R là dạng

bt, còn bị mất exon 10 thì trở

nên bất thường dạng 3R (ko liên kết với các vi ống)

• Thử nghiệm lâm sàng:

+ 2012-2015: Nghiên cứu sự biểu hiện miR-107

và BACE1 trong dịch não tủy và máu ngoại vi ở

bệnh nhân Alzheimer (Trung tâm sức khỏe thần

kinh Thượng Hải, Trung Quốc)

Triển vọng điều trị AD

+ 2014-2016: Tác động của

Gemfibrozil lên sự biểu hiện

miR-107 ở bệnh nhân Alzheimer giai

đoạn sớm (Đại học Kentucky, Anh)

29

Tóm l ạ i ch ỉ bi ế t, ghi nh ậ n có s ự liên h ệ c ủ a b ệ nh v ớ i epigenetics nh ư ng ch ư a bi ế t đượ c c ơ ch ế đ i ề u hòa c ủ a epigenetics

UNG THƯ BIỂU MÔ TẾ BÀO GAN (Hepatocellular carcinoma – HCC)

• Ung thư biểu mô tế bào gan

 U ác tính xuất phát từ tế bào gan

 Là một loại ung thư phổ biến hàng thứ 5 trên thế giới

 Tại Việt Nam, ung thư gan đứng hàng thứ 2 ở nam giới

• Biểu hiện lâm sàng

 Vàng da

 Đau bụng ở phía bên phải

 Giảm cân không rõ nguyên nhân

 Gan to: mở rộng gan, bụng sưng

 Mệt mỏi, buồn nôn

30

Cơ chế phân tử gây ra HCC

Whittaker et al (2010)

31

Vai trò miRNA trong HCC

Huang and He (2011)

Gene MIRN221, MIRN222

• Vị trí: Xp11.3

• Sản phẩm phiên mã: miR-221, miR-222

Tabasi and Erson

Vai trò miR-221 trong quá trình tăng

sinh tế bào

Vai trò miR-222 trong quá trình di căn

Con đường PI3K/Akt

• miR-222 ức chế biểu hiện

Akt luôn được hoạt hóa → Kích hoạt các phân tử phía sau như Snail…

Law and Wong (2010)

36

Con đường Wnt/β-catenin

• Trong tế bào, β-catenin được phosphoryl hóa bởi GSK3β/APC/AXIN →

Polyubiquin hóa phân cắt

• Wnt tương tác thụ thể trên màng → Phosphoryl hóa GSK3β → Phức hợp GSK3β/APC/AXIN bị bất hoạt → β-catenin tự do …

Moon et al (2004)

37

Mối liên hệ giữa con đường PI3K/Akt

và GSK2β

Vai trò của miR-221/222 trong ức chế

apoptosis

Law and Wong (2010)

39

Cơ chế điều hòa miR-221/222

40

Ứng dụng miRNA trong điều trị HCC

Callegari el at (2015) 41