DI TRUYEN PHAN TU TAO NEN CAC TE BAO BIET HOA

Câu trả lời là mặc dù kiểm soát biểu hiện gen là tổ hợp, tác động của một loại protein điều hòa gen duy nhất có thể vẫn quyết định bằng cách chuyển đổi bất kỳ gen đặc biệt nào hoạt động [r]

KỸ THUẬT DI TRUYỀN PHÂN TỬ TẠO NÊN CÁC LOẠI TẾ BÀO BIỆT HÓA

Mặc dù tất cả các tế bào phải có khả năng điều khiển gen bật và tắt để đáp ứngvới những thay đổi trong môi trường sống của chúng, nhưng các tế bào của các cơ thể

đa bào đã tiến hóa khả năng này đến một mức độ cực kỳ và các cách đặc biệt cao để xâydựng các dạng tế bào khác nhau Đặc biệt là, một khi 1 tế bào trong cơ thể đa bào trởnên khác biệt trong một dạng tế bào chuyên hóa, tế bào sẽ duy trì sự lựa chọn này quarất nhiều thế hệ tế bào khác nhau, có nghĩa là nó ghi nhớ những thay đổi trong biểu hiệngen đã tiến hóa trong sự lựa chọn đó Hiện tượng ghi nhớ tế bào này là một điều kiệntiên quyết cho việc tạo ra các tổ chức mô và cho sự duy trì ổn định các dạng tế bào khácnhau Ngược lại, những thay đổi khác trong sự biểu hiện gen ơ sinh vật nhân thực, cũngnhư ở hầu hết vi khuẩn, chỉ là tạm thời Ví dụ, chất ức chế tryptophan, sẽ bất hoạt cácgen tryptophan trong vi khuẩn khi có mặt tryptophan, ngay khi tryptophan bị loại bỏ từmức trung bình, các gen được hoạt động trở lại và con cháu của các tế bào sẽ không nhớrằng tổ tiên của chúng đã từng tiếp xúc với tryptophan Thậm chí trong tế bào vi khuẩn,tuy nhiên, một vài dạng trong sự thay đổi biểu hiện gen có thể được di truyền ổn định

Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét không chỉ bộ máy ghi nhớ tế bào mà cònxem xét làm thế nào các thiết bị điều hòa gen có thể kết hợp để tạo ra “các mạch logic”thông qua cái mà các tế bào tích hợp tín hiệu, giữ nhịp thời gian và ghi nhớ sự kiệntrong quá khứ của chúng, và điểu chỉnh mức độ biểu hiện gen trên các nhiễm sắc thể.Chúng ta bắt đầu bằng việc xem xét một số cơ chế biệt hóa tế bào được hiểu biết rõnhất, những cơ chế hoạt động trong các tế bào vi khuẩn và tế bào nấm men

Các biến thể của việc sắp xếp lại ADN trong giai đoạn trung gian ở vi khuẩn

Chúng ta đã thấy rằng sự biệt hóa tế bào ở các tế bào nhân thực cao hơn thườngdiễn ra mà không có các thay đổi có thể phát hiện được trên trình tự ADN Ở một số cơthể nhân sơ, ngược lại, một mô hình điều hòa gen di truyền ổn định đạt được bằng cáchsắp xếp lại ADN để khởi động hoặc đóng các gen đặc biệt Từ một thay đổi trong trình

tự ADN sẽ được sao chép nguyên vẹn trong tất cả các chu kì tái bản ADN tiếp theo,một trạng thái thay đổi trong hoạt động gen sẽ được di truyền cho tất cả các thế hệ concháu của tế bào trong đó sự sắp xếp lại đã xảy ra Tuy nhiên, một trong số những sự sắpxếp lại này là thuận nghịch vì vậy thỉnh thoảng các cá thể riêng lẻ có thể trở lại cấu hìnhADN ban đầu Kết quả là một mô hình xen kẽ của hoạt động gen có thể được phát hiệnbằng cách quan sát qua nhiều khoảng thời gian dài và qua rất nhiều thế hệ

Một ví dụ được nghiên cứu kĩ về cơ chế khác biệt này diễn ra trong vi khuẩnSalmonella và được biết đến như là pha biến đổi Mặc dù phương thức của sự biến đổinày không có đối tác được biết đến trong các cơ thể nhân thực cao hơn, nó được xemnhư có ảnh hưởng trên động vật bởi vì các vi khuẩn gây bệnh sử dụng nó để né tránh sựphát hiện của hệ miễn dịch Công tắc trong sự biểu hiện gen ở Salmonella được manglại bởi các đảo ngược thỉnh thoảng xảy ra của một đoạn ADN đặc biệt dài khoảng 1000cặp nucleotit Sự thay đổi này làm biến đổi sự biểu hiện của flagelin cấu tạo protein bề

mặt tế bào, do đó vi khuẩn có hai gen khác nhau (hình 7-64) Một enzym tái kết hợp ở

một vị trí đặc biệt xúc tác cho sự đảo ngược và do đó làm thay đổi sự định hướng củamột promoter được định vị bên trong đoạn ADN ngược Với promoter ở một hướng, vi

khuẩn tổng hợp một dạng flagenlin với promoter ở một hướng khác, chúng tổng hợpdạng khác Bởi vì sự đảo ngược chỉ hiếm khi xảy ra, toàn bộ các dòng vi khuẩn sẽ chỉ

có một dạng flagelin hoặc dạng khác

Hình 7-64 Biểu hiện chuyển đổi gen bằng đảo ngược ADN ở vi khuẩn.

Pha đảo ngược hầuhết đã tiến hóa bởi vì nóbảo vệ quần thể vi khuẩnchống lại sự đáp ứng miễn dịch của vật chủ là các động vật có xương sống Nếu cơ thểvật chủ tổng hợp các kháng thể chống lại một dạng flagellin, một vài vi khuẩn màflagellin của chúng bị thay đổi bởi sự đảo đoạn gen vẫn có thể sống sót và nhân lên

Các vi khuẩn được phân lập từ dạng hoang dại thường biểu hiện pha biến đổi chomột hoặc một số đặc điểm kiểu hình Các đặc điểm thí nghiệm chuẩn của vi khuẩn mất

đi tính không ổn định này qua thời gian, và các cơ chế cơ bản được nghiên cứu chỉtrong một vài trường hợp không phải tất cả liên quan đến sự đảo đoạn ADN Một vikhuẩn gây ra một bệnh lây truyền qua đường tình dục ở người (Neisseria gonorrhoeae),

ví dụ, tránh được sự tấn công của hệ miễn dịch bằng cách thay đổi di truyền của cácthuộc tính bề mặt của nó mà được phát sinh từ các đảo đoạn gen (thảo luận trongchương 5) chứ không phải bằng các đảo đoạn Cơ chế này chuyển các trình tự ADN từmột tập hợp các băng gen im lặng sang một vị trí trong bộ gen mà ở đó các gen đượcbiểu hiện, nó sẽ tạo thuận lợi cho việc tạo ra rất nhiều biến thể của protein bề mặt quantrọng ở vi khuẩn

Một tập hợp các protein điều hòa gen quyết định dạng tế bào trong một nấm men đang nảy chồi

Bởi vì chúng rất dễ dàng sinh trưởng và để thao tác di truyền, nấm men được sửdụng như là một mẫu vật để nghiên cứu các cơ chế của kiểm soát gen trong các tế bàonhân thực Dạng nấm men bánh mì phổ biến, Saccaromyces cerevisiae, có sự hấp dẫnđặc biệt bởi khả năng để phân biệt thành ba loại tế bào khác nhau của nó S.cerevisiae làmột tế bào nhân thực đơn bào tồn tại trong cả giai đoạn đơn bội và lưỡng bội Tế bào

lưỡng bội hình thành bởi một quá trình được biết như sự thụ tinh, trong đó hai tế bào

đơn bội kết hợp với nhau Để cho hai tế bào đơn bội kết hợp được, chúng phải là các

dạng tế bào giới tính khác nhau Ở nấm men, có hai dạng tế bào giới tính, α và a, các tếbào đặc biệt dùng để kết hợp với tế bào khác Từng tế bào sản xuất một tín hiệu phân tử

cụ thể Sự kết hợp này cho phép một tế bào nhân ra và được nhân ra bởi dạng tế bàongược với nó Kết quả là tế bào lưỡng bội, gọi là α/a, khác biệt với bố và mẹ, chúnga, khác biệt với bố và mẹ, chúngkhông thể kết hợp nhưng có thể hình thành các bào tử (sự tạo bào tử) khi chúng khôngđược cung cấp dinh dưỡng, làm phát sinh các tế bào đơn bội bằng quá trình giảm phân(thảo luận trong chương 21)

Cơ chế mà bởi nó, ba dạng tế bào khác nhau này được thành lập và minh họa chocác giai đoạn khác nhau mà chúng ta đã thảo luận cho sự thay đổi các mô hình biểu hiệncủa gen Dạng kết hợp của tế bào đơn bội được quyết định bởi 1 locut đơn, gọi là locutgiới tính, nằm trong dạng tế bào α , và một protein điều hòa gen đơn (Maltal) và trongmột tế bào α mã hóa cho hai protein điều hòa gen, Mat α1 và Mat α2 Protein Mat α1

không có ảnh hưởng trong dạng tế bào đơn bội a sản xuất nó, nhưng sau đó có ảnh

hưởng quan trọng trong tế bào lưỡng bội là kết quả của quá trình kết hợp Ngược lại,protein Mat α2 hoạt động trong tế bào α như là chất ức chế phiên mã làm đóng các gen

a đặc biệt, trong khi đó protein Mat α1 hoạt động như là một yếu tố kích hoạt phiên mã

làm mở các gen α đặc biệt Một khi các tế bào của hai dạng tế bào giới tính kết hợp, thì

sự kết hợp của protein điều hòa gen Mat α1 và Mat α 2 tạo ra một mô hình biểu hiện

gen đầy đủ, không giống như ở các tế bào bố mẹ của chúng Hình 7-65 minh họa cho

cơ chế mà ở đó các gen đặc biệt ở các dạng tế bào giới tính được biểu hiện theo nhữngcách khác nhau trong ba loại tế bào Điều này đã thấy trong những ví dụ đầu tiên vềđiều hòa gen đã được xác định, nó vẫn là một trong những cơ chế ở mức phân tử đượchiểu biết đầy đủ nhất

Hình 7-65: Sự kiểm soát của dạng tế bào trong nấm men.

Mặc dù trong hầu hết các đặc điểm thí nghiệm của S.cerevisiae, dạng tế bào a và

α được duy trì ổn định qua nhiều thế hệ tế bào, một số đặc điểm được phân lập từ các

dạng hoang dại có thể được chuyển đổi liên tục giữa dạng tế bào a và α bởi một cơ chếsắp xếp gen mà ảnh hưởng của nó gợi nhớ đến sự sắp xếp lại của ADN trong N.gonorrhoeae, mặc dù cơ chế chính xác có vể lạ lùng với nấm men, một trong hai phíacủa locut Mat trong nhiễm sắc thể nấm men, có một locut im lặng mã hóa cho cácprotein điều hòa gen ở dạng tế bào giới tính: locut im lặng ở một phía mã hóa cho Mat

α1 và Mat α 2, locut im lặng ở phía kia mã hóa cho Mat a1 Trong hầu hết mỗi sự phân

chia tế bào khác, gen hoạt động chức năng trong locut Mat bị cắt bỏ và thay thế bằngmột bản sao chép được tổng hợp mới của locut im lặng quyết định dạng tế bào giới tínhđối ngược Bởi vì sự thay đổi dẫn đến loại bỏ một gen từ vùng hoạt động và thay thế nóbởi một gen khác, cơ chế này được gọi là cơ chế băng casettes Sự thay đổi là có thểđảo ngược vì , mặc dù gen ban đầu ở locus Mat bị loại bỏ, một bản copy không đượcbiểu hiện vẫn được duy trì trong hệ gen Các bản sao chép ADN mới được tạo ra từnhững gen không biểu hiện chức năng như những băng casset dùng một lần, sẽ đượcchèn vào sự thay đổi luân phiên trong locut Mat, cái được sử dụng như “đầu đọc” (hình7-66)

Các băng catsset im lặng được đóng gói trong một dạng chất nhiễm sắc đặc biệt

và duy trì ở dạng không biểu hiện chức năng phiên mã Sự nghiên cứu về những băngcatsette này đã được tiếp tục trong gần 40 năm – đã cung cấp rất nhiều những hiểu biếtchìa khóa bên trong nguyên tắc cấu trúc nhiễm sắc thể trong điều hòa gen

Hình 7-66 Các băng casset của sự điều khiển dạng tế bào giới tính ở nấm men.

Cassette chuyển đổi xảy ra bởi một quá trình chuyển đổi gen liên quan đến một enzyme thích ứng (HO endonuclease) mà làm cho trạng thái kép cắt một trình tự ADN đặc trưng trong locus Mat ADN gần chỗ cắt rồi cắt

bỏ và thay thế bằng một bản sao của băng cassette im lặng của loại giao phối đối diện.

Cơ chế của hình thức chuyên môn của chuyển đổi là gen tương tự như sửa chữa phá vỡ sợi đôi được thảo luận trong Chương 5 (trang 308-309).

Hai protein đóng vai trò mà ức chế sự tổng hợp mỗi loại quyết định trạng thái di truyền của thực khuẩn thể lambda

Như chúng ta đã thấy trong phần mở đầu của chương này, nhân của một tế bàođơn đã biệt hóa chứa tất cả các thông tin di truyền cần thiết cho việc xây dựng một cơ

thể có xương sống hoặc một thực vật Quan sát này loại bỏ khả năng rằng một thay đổikhông thuận nghịch trong trình tự ADN là một cơ chế quan trọng của sự biệt hóa tế bàotrong những cơ thể nhân thực cao hơn mặc dù những thay đổi này có diễn ra trong sựbiệt hóa các tế bào lympho (thảo luận trong chương 25) Các biến đổi thuận nghịchtrong trình tự ADN, giống với những biến đổi kiểu đó vừa được mô tả trong Salmonella

và nấm men, về nguyên tắc vẫn có thể phải chịu trách nhiệm về một số biến đổi ditruyền được trong biểu hiện của gen quan sát được trong những cơ thể cao hơn, nhưnghiện nay chưa có bằng chứng cho thấy cơ chế này được sử dụng rộng rãi

Những cơ chế khác mà chúng ta đã nhắc đến ở phần trên của chương này, tuynhiên, cũng có khả năng sản xuất các mô hình điều hòa gen có thể di truyền được quacác thế hệ tế bào tiếp theo Một trong những ví dụ đơn giản nhất được tìm thấy trongvirus của vi khuẩn (bacteriophage) lambda nơi mà một công tắc gây ra cho virus tìnhtrạng lật – ngửa giữa các trạng thái tự duy trì ổn định Dạng công tắc này có thể đượcxem như là một nguyên mẫu cho sự tương tự, nhưng phức tạp hơn, các công tắc hoạtđộng trong quá trình phát triển của các cơ thể nhân thực cao hơn

Chúng tôi nhấn mạnh sớm hơn rằng các bacteriophage lambda trong điều kiệnthuận lợi có thể tích hợp vào ADN của tế bào E.coli; được sao chép tự động mỗi lần vikhuẩn phân chia Ngoài ra, virus có thể nhân lên trong tế bào chất, giết chết vật chủ của

nó (hình 5-78) Các protein mã hóa bởi hệ gen của thực khuẩn thể làm môi giới chocông tắc giữa hai trạng thái này Hệ gen bao gồm tổng khoảng 50gen, được phiên mãtheo các cách rất khác biệt trong hai trạng thái Ví dụ, một virus muốn tích hợp được,phải sản xuất protein tích hợp lambda, chất cần thiết để chen ADN lambda vào nhiễmsắc thể vi khuẩn, nhưng phải ức chế sựa sản xuất protein virus chịu trách nhiệm cho sựnhân lên của virus Một khi một mô hình phiên mã này hoặc một mô hình phiên mãkhác được thành lập, nó được duy trì ổn định

Ở trung tâm của tổ hợp này, các cơ chế điều hòa gen là hai protein điều hòa gen

được tổng hợp bởi virus: đó là protein ức chế lambda (cI protein), chất mà chúng ta đã gặp, và protein Cro Những protein này ức chế sự tổng hợp của từng cái, một sự sắp xếp làm tăng hai trạng thái ổn định (hình 7-67) Trong trạng thái 1 (trạng thái virus ôn

hòa), chất ức chế virus lambda chiếm giữ vùng operator, ngăn cản sự tổng hợp của Cro

và cũng kích hoạt sự tổng hợp của chính nó Trong trạng thái 2, (trạng thái sinh tan), Coprotein chiếm giữ một vị trí khác trên operator, ngăn cản sự tổng hợp của chất ức chếnhưng cho phép sự tổng hợp của chính nó Trong trạng thái prophage, hầu hết ADN củavirus đang gắn một cách ổn định không được phiên mã, trong trạng thái sinh tan, ADNnày được phiên mã nhanh chóng, sao chép, đóng gói trong những bacteriophage mới, vàthoát ra ngoài bằng cách phá vỡ tế bào chủ

Hình 7-67: Hệ thống điều hòa đơn giản quyết định mô hình sinh trưởng của thực khuẩn thể lambda trong tế bào chủ E.coli

Khi vi khuẩn chủ sinh trưởng nhanh, virus lây nhiễm có xu hướng ở trạng thái 1,cho phép ADN của virus nhân lên cùng với nhiễm sắc thể của vật chủ Khi tế bào vậtchủ bị tổn thương, virus tích hợp sẽ chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 để nhân lêntrong tế bào chất và nhanh chóng thoát ra ngoài Sự chuyển đổi này được kích hoạt bởi

sự phản ứng của vật chủ với những tổn thương ADN, cái làm bất hoạt protein ức chế.Trong trường hợp không bị như vậy, tuy nhiên, chất ức chế lambda ức chế quá trình sản

xuất protein Cro và kích hoạt sự tổng hợp chính nó, và vòng phản hồi tích cực này giúp

duy trì trạng thái thể tiền thực khuẩn (prophage)

Các mạch điều hòa gen đơn giản có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị nhớ

Vòng phản hồi tích cực cung cấp một chiến lược đơn giản cho sự ghi nhớ tế bào

– cho sự thiết lập và duy trì các mô hình di truyền của phiên mã gen Hình 7-68 chỉ ra

nguyên tắc cơ sở, bỏ qua các yếu tố cần thiết của nó Các tế bào nhân thực sử dụng rấtnhiều biến thể của chiến lược đơn giản này Ví dụ, các protein điều hòa gen khác nhauliên quan đến sự thành lập cơ thể ruồi giấm (thảo luận trong chương 22) kích thích sựphiên mã của chính nó, do đó sẽ tạo ra một vòng phản hồi tích cực đẩy chúng tiếp tụctổng hợp, cùng lúc đó rất nhiều protein này ức chế sự phiên mã của các gen mã hóa cácprotein điều hòa gen quan trọng khác, Bằng cách này, một số protein điều hòa gen ảnhhưởng qua lại đến sự tổng hợp khác và các hoạt động có thể chỉ rõ một mô hình tinh vicủa các hoạt động di truyền

Hình 7-68: Sơ đồ đơn giản chỉ ra cách thức một vòng phản hồi tích cực tạo ra sự ghi nhớ tế bào

Những mạch phiên mã cho phép tế bào hoạt động hợp lí

Các công tắc điều hòa gen đơn giản có thể được kết hợp để tạo ra tất cả các loạithiết bị kiểm soát, cũng giống như các yếu tố chuyển mạch điện tử đơn giản trong 1máy tính có thể được liên kết để thực hiện nhiều loại hoạt động Phân tích của mạchđiều hòa gen đã tiết lộ rằng một số loại sắp xếp đơn giản nhất định được tìm thấy ngàycàng nhiều trong các tế bào từ nhiều loài khác nhau VD vòng lặp phản hồi tích cực và

tiêu cực đăc biệt phổ biến trong tất cả các loại tế bào (Hình 7-69) Như chúng ta đã

thấy, trước đây cung cấp một thiết bị bộ nhớ đơn giản, sau đó thường được sử dụng đểgiữ cho biểu hiện gen gần đến một mức độ tiêu chuẩn của các biến thể trong các điềukiện sinh hóa bên trong tế bào Giả sử, ví dụ rằng một loại protein ức chế phiên mã liênkết với vùng điều hòa của chính gen đó và tạo nên một phản hồi tiêu cực rõ rệt, chẳnghạn phiên mã xảy ra ở mức độ rất thấp khi nồng độ protein ức chế ở trên chỉ số giá trịquan trọng (được xác định bởi mối quan hệ của nó cho các vị trí liên kết ADN) và ởmôt tỉ lệ rất cao khi nó ở dưới giá trị quan trọng Nồng độ của protein sẽ bị giữ lại gầnvới giá trị quan trọng, kể từ khi bất kì một trường hợp nào mà gây ra sự giảm dưới giátrị đó sẽ tăng mạnh tổng hợp và sự gia tăng giá trị sẽ làm cho sự tổng hợp bị dừng lại.Tuy nhiên điều chỉnh như vậy sẽ mất thời gian, do đó một thay đổi điều kiện đột ngột sẽgây ra sự xáo trộn trong biểu hiện gen là rõ rệt nhưng thoáng qua Như chúng tôi đãthảo luận ở chương 15, hệ thống phản hồi tiêu cực có thể hoạt động như là một cái máyphát hiện sự thay đổi đột ngột Nói cách khác nếu có sự chậm trễ trong vòng lặp phảnhồi thì kết quả có thể dao động tự phát trong sự biểu hiện của gen (xem hình 15-28).Các chi tiết về số lượng các vòng lặp phản hồi tiêu cực xác định những gì của các hành

vi này có thể sẽ xảy ra

Hình 7-69 Những loại chung của mô tip hệ thống ở những mạch phiên mã A và B đại diện cho các protein điều hòa gen, những hình

mũi tên chỉ ra kiểm soát phiên mã tích cực, và những vòng với kẻ ngang mô tả kiểm soát phiên mã tiêu cực Những mô tả chi tiết hơn của những vòng phản hồi tích cực và thiết bị đổi chiều được đưa ra trong hình 7-70 và 7-71, theo thứ tự Trong vòng thiết bị đổi chiều, A

và B đại diện cho protein điều hòa cái mà cả hai kích hoạt phiên mã của một gen mục tiêu, Z

Với 2 hoặc nhiều gen, phạm vi của mạch kiểm soát

và mạch hành vi có thể nhanh chóng trở nên phức tạp hơn

Vi khuẩn lambda là một ví dụ minh họa cho loại 2 gen mà

có thể thay đổi giữa biểu hiện của một gen này và một genkhác Sự sắp xếp mạch phổ biến khác được gọi là vòng lặp

feed- forward (xem hình 7-69); trong số những thứ khác,

thì cái này như là một bộ lọc đáp ứng các tín hiệu đầu vàođược kéo dài nhưng không tính đến những thứ khác ngắn

hơn (Hình 7-70) Một tế bào có thể sử dụng các mô tip

khác nhau này như là những thiết bị thu nhỏ hợp lí để xử líthông tin theo cách tinh vi một cách đáng ngạc nhiên

Hình 7-70: Cách một vòng feed-forward có thể

đo khoảng thời gian tồn tại của một tín hiệu.

(A) Trong ví dụ về mặt lý thuyết này, cả hai protein kích hoạt gen A và B đều cần cho phiên

mã của gen Z và A trở nên hoạt động khi một tín hiệu đầu vào có mặt (B) nếu tín hiệu đầu vào tới

A là ngắn, thì A không còn hoạt động đủ lâu để B tích lũy, và gen Z không được phiên mã (C) nếu tín hiệu tới A duy trì, B tích lũy, A vẫn hoạt động

và Z được phiên mã Sự sắp xếp này cho phép tế bào bỏ qua những dao động nhanh của tín hiệu đầu vào và phản ứng chỉ với những cấp độ bền bỉ Chiến lược này có thể được sử dụng, ví dụ, để phân biệt giữa nhiễu loạn ngẫu nhiên và tín hiệu đúng.

Hoạt động được chỉ ra ở đây được tính toán cho một bộ giá trị giới hạn đặc biệtmiêu tả thuộc tính định lượng của A, B và Z và sự tổng hợp của chúng Với những tham

số giới hạn khác nhau, những vòng feed-forward về nguyên tắc có thể thực hiện nhữngloại “tính toán” khác Nhiều vòng feed-forward được phát hiện trong tế bào và sự phântích về mặt lý thuyết giúp những nhà nghiên cứu đánh giá cao rồi sau đó kiểm tra nhữngcách khác nhau mà chúng có thể thực hiện các chức năng

Các loại thiết bị đơn giản đã mô tả được kết hợp trong một tế bào có nhân điển

hình để tạo ra mạch cực kì phức tạp (Hình 7-71) Mỗi tế bào trong sinh vật đa bào đang

phát triển được trang bị với bộ máy kiểm soát và phải có hiệu lực, sử dụng hệ thốngphức tạp của các công tắc phiên mã lồng vào nhau để tính toán xem nó nên xử lí nhưthế nào tại mỗi thời điểm để đáp ứng nhiều đầu vào khác nhau nhận được trong quá khứ

và hiện tại Chúng ta chỉ mới bắt đầu hiểu được làm thế nào để nghiên cứu hệ thốngkiểm soát phức tạp trong tế bào Thật vậy, nếu không có thông tin định lượng chính xáchơn và đầy đủ hơn chúng ta không thể dự đoán hành vi của một hệ thống như thể hiện

trong hình 7-71: sơ đồ mạch ở đây không đầy đủ.

Hình 7-71 Mạch gen cực kỳ phức tạp mà chỉ rõ một phần của phôi nhím biển đang phát triển

Mỗi hộp có màu nhỏ đại diện cho một gen khác nhau Những cái màu vàng mã hóa cho protein điều hòa gen, những cái màu xanh lá và xanh da trời mã hóa các protein mà cung cấp cho trung bì và nội bì, tương ứng, những đặc tính chuyên biệt của chúng Gen được mô tả màu xám là hoạt động rộng ở mẹ

và cung cấp cho trứng những môi trường cần thiết cho sự phát triển hợp lý Đường mũi tên mô tả những ví dụ mà protein điều hòa gen kích hoạt phiên mã của những gen khác Những đường có kẻ ngang ở cuối chỉ ra ví dụ của sự ức chế gen

Tổng hợp sinh học tạo ra các thiết bị mới từ các bộ phận sinh học hiện có

Thảo luận của chúng ta tập trung vào mạch phiên mã xảy ra một cách tự nhiên,nhưng nó cũng cung cấp kiến thức để thiết kế và xây dựng những mạch nhân tạo trong

phòng thí nghiệm và đưa chúng vào các tế bào để kiểm tra hành vi của chúng Hình

7-72 cho thấy, ví dụ, ở một tế bào vi khuẩn được thiết kế như thế nào có thể chuyển đổi

giữa 3 trạng thái theo một thứ tự quy định, do đó hoạt động đơn giản như một dao độnghay đồng hồ Việc xây dựng các thiết bị mới từ các bộ phận hiện tại thường được gọi làsinh học tổng hợp Các nhà khoa học thường sử dụng phương pháp này để kiểm tra xem

họ có thưc sự hiểu các thuộc tính của các thành phần bộ phận; nếu như vậy họ sẽ có thểkết hợp các bộ phận theo phương pháp mới và dự đoán chính xác các đặc tính của thiết

bị mới Thực tế là các dự đoán thường không minh họa được bao nhiêu từ khi chúng tahiểu biết chi tiết về hoạt động của tế bào Có rất nhiều lỗ hổng trong hiểu biết của chúng

ta mà đòi hỏi việc ứng dụng khéo léo các phương pháp tiếp cận định lượng của cáckhoa học vật lí với hệ thống sinh học phức tạp

Hình 7-72 Một dao động hay “đồng hồ” gen đơn giản được thiết kế trong phòng thí nghiệm (A)

Những kỹ thuật tái tổ hợp ADN được sử dụng để tạo ra ba gen nhân tạo, mỗi gen mã hóa cho một protein ức chế khác nhau ở vi khuẩn và mỗi gen được kiểm soát bởi sản phẩm của những gen khác trong bộ gen, để tạo ra một mạch điều hòa như chỉ ra trong hình Những ức chế này (kí hiệu A, B, C trong hình) là ức chế Lac (xem hình 7-39), ức chế Tet mà điều chỉnh gen đáp ứng với Tetracylin và ức chế lambda (xem hình 7-67) Khi được đưa vào trong tế bào vi khuẩn, ba gen tạo thành một mạch phản hồi tiêu cực bị trì hoãn: sản phẩm của gen A, ví dụ, hoạt động theo gen B và C để gián tiếp kìm hãm ức chế của chính nó Phản hồi tiêu cực, trì hoãn làm tăng dao động (B) Sự dự đoán tính toán của những hoạt động dao động Tế bào quay vòng theo chu kỳ lặp đi lặp lại thông qua một chuỗi những trạng thái, biểu hiện A rồi B rồi C rồi lại A và cứ thế, bởi vì mỗi sản phẩm của gen lần lượt thoát khỏi kìm hãm bởi những cái trước và ức chế cái tiếp theo (C) Những dao động trên thực tế được quan sát ở một tế bào chứa ba gen nhân tạo ở (A), được thể hiện với một tín hiệu huỳnh quang của biểu hiện của một trong số những gen này Sự tăng biên độ của tín hiệu huỳnh quang phản ánh sự phát triển của tế bào vi khuẩn.

Đồng hồ sinh học được dựa trên vòng phản hồi trong sự điều khiển gen

Sự sống trên trái đất phát triển trong sự hiện diện của một chu kỳ hàng ngày củangày và đêm, và những sinh vật ngày nay (từ vi khuẩn cổ cho tới con người) đã sở hữumột nhịp điệu bên trong tạo nên các hành vi khác nhau vào các thời điểm khác nhautrong ngày Những hành vi thay đổi từ sự thay đổi theo chu kì trong hoạt động củaenzyme trao đổi chất của nấm tới chu kì ngủ thức tinh vi của con người Các dao độngbên trong mà kiểm soát nhịp hằng ngày được gọi là đồng hồ sinh học

Bằng cách mang theo đồng hồ sinh học của nó, một sinh vật có thể dự đoánnhững thay đổi hàng ngày thường xuyên trong môi trường của nó và có hoạt động thíchhợp trước Tất nhiên các đồng hồ ở bên trong không thể hoàn toàn chính xác, và do đó

nó phải có khả năng được thiết lập lại bằng các tín hiệu bên ngoài như ánh sang banngày Do đó đồng hồ sinh học tiếp tục chạy ngay cả khi các yếu tố môi trường (thay

đổi sáng và tối) bị loại bỏ Nhưng thời gian nhịp điệu chạy tự do này thường là ít hơnhoặc nhiều hơn 24 giờ Tín hiệu bên ngoài cho thấy thời gian trong ngày gây ra nhữngđiều chỉnh nhỏ trong các hoạt động của đồng hồ, để giữ cho cơ thể đồng bộ với môitrường của nó Theo sự thay đổi quyết liệt hơn, chu kỳ sinh học trở nên dần dần thiếtlập lại (cho lên) bằng chu kỳ mới của ánh sáng và bóng tối, như bất cứ ai đã có kinhnghiệm đi máy bay có thể chứng thực.

Có lẽ chúng ta mong đợi rằng đồng hồ sinh học trong sinh vật cũng như conngười chính nó sẽ là thiết bị đa bào phức tạp, với các nhóm khác nhau của các tế bàochịu trách nhiệm cho các bộ phận khác nhau của cơ chế dao động Tuy nhiên, đáng chú

ý, hầu như tất cả các sinh vật, bao gồm con người các đồng hồ đều là tế bào riêng lẻ Do

đó một chiếc đồng hồ hoạt động trong mỗi thành viên của một nhóm chuyên biệt củacác tế bào não (các tế bào SCN trong nhân Suprachiasmatic của cùng dưới đồi) điềukhiển chu kỳ thức và ngủ hằng ngày của chúng ta, nhiệt độ cơ thể và giải phónghormon Ngay cả khi tế bào được lấy ra từ não bộ và phân tán trong đĩa nuôi cấy, chúng

sẽ tiếp tục dao động riêng lẻ cho ta thấy một mô hình tuần hoàn của sự biểu hiện gen,với một khoảng thời gian khoảng 24 giờ Trong cơ thể còn nguyên vẹn tế bào SCNnhận được tín hiệu thần kinh từ võng mạc gây ra chu kỳ hàng ngày của ánh sáng vàbóng tối, và chúng gửi thông tin về thời gian trong ngày tới khu vực não, tuyến tùng,chuyển tiếp tín hiệu thời gian còn lại của cơ thể bằng cách giải phóng ra hormonmelatonin đúng giờ với đồng hồ

Mặc dù các tế bào SCN có vai trò trung tâm như cái đồng hồ ở động vật có vú,chúng không phải là những tế bào duy nhất trong cơ thể động vật có vú, mà có một nhịpsinh học bên trong hoặc một khả năng để thiết lập lại nó trong phản ứng với ánh sáng.Giống như vậy, ở ruồi giấm, có nhiều loại tế bào khác nhau bao gồm ngực, bụng, ăng-ten, chân, cánh và tinh hoàn tiếp tục một chu kỳ sinh học khi chúng đã bị chia cắt rakhỏi phần còn lại của cơ thể con ruồi Đồng hồ trong những mô này bị cô lập, giốngnhư trong các tế bào SCN có thể được thiết lập lại từ bên ngoài chu kỳ ánh sáng vàtrong bóng tối

Do đó sự làm việc của đồng hồ sinh học là một vấn đề cơ bản trong sinh học tếbào Mặc dù chúng ta chưa hiểu hết được tất cả các chi tiết, các nghiên cứu trong mộtloạt các sinh vật cho thấy nhiều các nguyên tắc cơ bản và các thành phần phân tử Đốivới động vật, những gì chúng ta biết được từ những nghiên cứu trong ruồi giấm đột biếnlàm cho đồng hồ sinh học của ruồi chạy nhanh hay chậm hoặc không chạy, và điều nàydẫn đến sự phát hiện rằng có nhiều các thành phần giống nhau có liên quan đến đồng hồsinh học của loài động vật có vú

Cơ chế của đồng hồ sinh học ở ruồi giấm được vạch ra một cách ngắn gọn ở hình

7-73 Tại trung tâm của dao động là một vòng phản hồi phiên mã có thời gian thiết lập

bị trì hoãn trong nó: Sự tích lũy của một số sản phẩm gen chính nhất định dừng sựphiên mã của các gen đó, nhưng với sự trì hoãn, vì thế-đơn giản mà nói các tế bào daođộng giữa một trạng thái mà có mặt các sản phẩm và phiên mã bị dừng lại và một trạngthái mà không có các sản phẩm và phiên mã tiếp tục hoạt động

Mặc dù các nguyên tắc cơ bản đằng sau đồng hồ sinh học tương đối đơn giản, cácchi tiết thì phức tạp, một trong những lí do phức tạp này là đồng hồ phải được đệmchống lại sự thay đổi nhiệt độ, tốc độ tăng hoặc giảm liên kết các đại phân tử Chúngphải chạy một cách chính xác ngoại trừ khả năng được thiết lập lại Mặc dù chưa hiểuđược đồng hồ sinh học chạy ở một tốc độ không đổi bất chấp những thay đổi nhiệt độ lànhư thế nào, cơ chế để đặt lại đồng hồ của ruồi giấm Drosophila là sự phá hủy do ánh

sáng gây ra là một trong những protein điều hòa gen chủ chốt (Xem hình 7-73).

Hình 7-73 Những phác thảo đơn giản về cơ chế của đồng hồ sinh học ở tế bào ruồi giấm Một

đặc điểm trọng tâm của đồng hồ là sự tích lũy tuần hoàn và sự phân rã của hai protein điều hòa gen, Tim (ngắn để không chịu tác động của thời gian, dựa trên kiểu hình của đột biến gen) và Per (ngắn để trong một khoảng thời gian) mARNs mã hóa cho những protein này được dịch mã trong tế bào chất

và khi mỗi protein đã tích lũy lên tới mức cần thiết, thì chúng tạo thành heterodimer Sau một khoảng thời gian trì hoãn, heterodimer phân tách mà Tim và Per được vận chuyển vào trong nhân, nơi mà chúng điều chỉnh số lượng sản phẩm gen mà làm trung gian hiệu ứng của đồng hồ Khi trong nhân, Per cũng ức chế gen Tim và gen Per, tạo ra một hệ thống phản hồi làm mức độ của Tim và Per giảm Ngoài phản hồi phiên mã này, đồng hồ phụ thuộc vào một bộ protein khác Ví dụ, sự suy thoái được kiểm soát của Per được chỉ ra trên biểu đồ áp đặt sự trì hoãn trong sự tích lũy tuần hoàn của Tim và Per, mà cần thiết với chức năng của đồng hồ, những bước mà sự trì hoãn cụ thể bị áp đặt, được chỉ ra bằng màu đỏ

Sự điều chỉnh lại của đồng hồ xảy ra đáp ứng với chu kỳ sáng tối mới Mặc dù hầu hết tế bào ruồi giấm không có cơ quan nhận kích thích ánh sáng thực sự nhưng ánh sáng được kích thích bởi flavoprotein nội bào, được gọi là cryptochromes Với sự có mặt của ánh sáng, những protein này liên kết với protein Tim và làm chúng suy thoái, điều chỉnh lại đồng hồ.

Một protein điều hòa gen duy nhất có thể phối hợp với sự biểu hiện của một bộ gen

Tế bào cần có khả năng để chuyển đổi gen hoạt động và không hoạt động, nhưngchúng cũng cần phối hợp với sự biểu hiện của các nhóm lớn các gen khác Ví dụ nhưkhi một tế bào có nhân điển hình hoạt động nhận được một tín hiệu để phân chia, chođến nay nhiều gen chưa được biểu hiện được kích thích cùng nhau để thiết lập trongnhững hoạt động mà dẫn tới phân chia tế bào cuối cùng (thảo luận ở chương 17) Cách

vi khuẩn phố hợp sự biểu hiện của một bộ gen là co cụm lại với nhau trong một operondưới sự kiểm soát của một promoter duy nhất (Xem hình 7-34) Tuy nhiên, ở sinh vậtnhân chuẩn, mỗi gen được phiên mã từ một promoter riêng biệt Tuy nhiên sau đó sinhvật nhân chuẩn phối hợp biểu hiện gen như thế nào? Đây là một câu hỏi đặc biệt quantrọng bởi vì, như chúng ta đã thấy hầu hết protein điều hòa gen ở sinh vật nhân thựchoạt động như bộ phận của một cụm protein điều hòa, tất cả các thành phần của nó đềucần cho biểu hiện các gen trong các tế bào thích hợp, vào đúng thời điểm để đáp ứngcác tín hiệu thích hợp và các mức độ thích hợp Một tế bào sinh vật nhân chuẩn có thểchuyển đổi toàn bộ nhóm gen hoạt động và không hoạt động nhanh chóng và dứt khoátnhư thế nào?

Câu trả lời là mặc dù kiểm soát biểu hiện gen là tổ hợp, tác động của một loạiprotein điều hòa gen duy nhất có thể vẫn quyết định bằng cách chuyển đổi bất kỳ genđặc biệt nào hoạt động hay không hoạt động, đơn giản bằng cách hình thành sự kết hợpcần thiết để kích hoạt hay ức chế tối đa một gen, trường hợp này tương tự như quay sốcuối cùng của sự kết hợp then chốt: Chốt này sẽ được mở ra một cách đơn giản nếu tất

cả các số khác được nhập vào trước đó Hơn thế nữa con số tương tự có thể hoàn thành

sự kích hoạt cho nhiều điều hòa khác

Một ví dụ ở người là việc kiểm soát biểu hiện gen bằng protein thụ thể

glucocorticoid Để liên kết vào những vị trí điều hòa trên ADN, protein điều hòa gen

này đầu tiên phải hình thành một phức hợp với một phân tử hocmon glucocorticoidsteroit, như cortisol (xem Hình 15-13) Cơ thể giải phóng hocmon này trong lúc đói vàkhi hoạt động thể chất với cường độ cao, và trong các hoạt động khác , nó kích thích tếbào gan làm tăng sản xuất glucose từ axit amin và các phân tử nhỏ khác Để đáp ứngtheo cách này, các tế bào gan tăng sự biểu hiện của nhiều gen khác nhau mã hóa chocác enzim trao đổi chất và các sản phẩm khác Mặc dù tất cả những gen này đều cóvùng điều khiển khác nhau và rất phức tạp, nhưng sự biểu hiện tối đa của nó phụ thuộcvào sự liên kết phức tạp của các thụ thể hocmon glucocorticoid với một vị trí điều hòatrên ADN của mỗi gen Khi cơ thể đã hồi phục và hocmon không còn, sự biểu hiện củanhững gen này giảm xuống mức bình thường trong gan Theo cách này, một proteinđiều hòa một gen duy nhết có thể kiểm soát sự biểu hiện của nhiều gen khác nhau

(Hình 7- 74)

Hình 7-74 Một protein điều hòa gen riêng lẻ có thể phối hợp biểu hiện của một vài gen khác nhau Hoạt động của thụ thể glucocorticoit được mình họa theo biểu đồ Bên trái là một chuỗi các gen,

mỗi gen trong đó có nhiều protein kích hoạt khác nhau được liên kết với vùng điều hòa của nó Tuy nhiên những protein được liên kết này chính nó không đủ tự kích hoạt phiên mã Bên phải chỉ ra hiệu quả của sự bổ sung protein điều hòa gen-thụ thể glycocorticoit trong một phức hợp với hormon glucocorticoit – mà có thể liên kết với vùng điều hòa của mỗi gen Thụ thể glucocorticoit hoàn thành

sự kết hợp của protein điều hòa gen cần thiết để khởi động phiên mã tối đa, những gen được chuyển trạng thái hoạt động như là một bộ Với sự vắng mặt của hormon thụ thể glucocorticoit không sẵn để liên kết với ADN.

Ngoài việc kích hoạt biểu hiện gen, cấu trúc liên kết hormon của thụ thể glucocorticoit ức chế phiên mã của những gen nhất định, tùy thuộc vào protein điều hòa gen có mặt trong vùng kiểm soát của chúng Hiệu quả của thụ thể glucocorticoit lên bất cứ gen nào, do đó phụ thuộc vào loại gen, protein điều hòa gen chứa nó và vùng điều hòa của gen Cấu trúc của phần liên kết ADN của thụ thể glucocorticoit được chỉ ra ở hình 7-16.

Các ảnh hưởng của các thụ thể glucocorticoid không bị giới hạn tới các tế bàogan Trong các loại tế bào khác, sự kích hoạt của protein điều hòa gen bởi hormonecũng gây ra những thay đổi trong mức độ biểu hiện của nhiều gen; các gen bị ảnhhưởng, tuy nhiên, thường khác so với những ảnh hưởng trong tế bào gan Như chúng ta

đã biết, mỗi loại tế bào có một nhóm protein điều hòa gen riêng biệt, và vì sự kiểm soát

tổ hợp, chúng gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thụ thể glucocorticoid Bởi vì thụthể có thể lắp ráp với nhiều nhóm khác nhau của các protein điều hòa gen trong từngloại tế bào cụ thể, làm biến đổi nó hoạt động với hocmon tạo ra tín hiệu hiệu ứng khácnhau trong mỗi loại tế bào

Biểu hiện của protein điều hòa gen quan trọng có thể kích hoạt sự biểu hiện của toàn bộ một nhóm các gen ở phía sau

Khả năng chuyển đổi nhiều gen hoạt động hoặc không hoạt động phối hợp cùngnhau là quan trọng không chỉ trong quy định thường ngày của chức năng tế bào Đâycũng là cách thức mà tế bào nhân thực phân hóa thành các loại tế bào chuyên biệt trongquá trình phát triển phôi thai Sự phát triển của các tế bào cơ là một ví dụ nổi bật.

Tế bào lớn đặc biệt, được hình thành bởi sự hợp nhất của các tế bào trước cơđược gọi là myoblast và do đó chứa nhiều các tế bào cơ trưởng thành tổng hợp một sốlượng lớn các protein đặc trưng, bao gồm các loại chuyên biệt như: actin, myosin,tropomyosin, troponin (tất cả các phần của bộ máy co bóp), creatine phosphokinase(cho sự trao đổi chuyên biệt của các tế bào cơ), thụ thể acetylcholine (tạo màng nhạycảm với kích thích thần kinh) Trong quá trình sinh sản của myoblasts, các protein cơ

và mARNs của nó không có hoặc có ở nồng độ rất thấp Để myoblasts bắt đầu kết hợpvới nhau, các gen tương ứng được khởi động cùng nhau như là một phần của sự chuyểnhóa chung của mô hình biểu hiện gen

Toàn bộ chương trình của sự khác biệt cơ này có thể được kích hoạt trong nuôicấy nguyên bào sợi da và một số loại tế bào khác nhất định bằng cách mở đầu bất kỳmột tập hợp các protein xoắn-móc-xoắn được gọi là protein myogenic (MyoD, Myf5,

MyoG, và Mrf4)- thường chỉ biểu hiện trong tế bào cơ (hình 7-75A) Các vị trí liên kết

cho các protein điều hòa này có mặt trong các trình tự ADN điều hòa liền kề với nhiềugen cơ cụ thể, và protein myogenic qua đó trực tiếp kích hoạt phiên mã của các gen này

Ngoài ra, protein myogenic kích thích phiên mãchính nó cũng như của các protein điều hòa genkhác liên quan đến phát triển cơ bắp, tạo ra mộtloạt phản hồi tích cực và vòng feed-forward tỉ mỉ

mà khuyếch đại và duy trì phát triển cơ bắp, thậm

chí sau khi tín hiệu bắt đầu đã biến mất (Hình

có thể kết hợp với các protein myogenic đểchuyển đổi trên gen cơ cụ thể Loại tế bào kháckhông được chuyển hóa thành tế bào cơ bởimyogenic hoặc tương tự nó, các tế bào này có lẽ

đã không tích lũy được những protein điều hòagen cần thiết

Việc chuyển hóa một loại tế bào (nguyên bàosợi) sang loại tế bào khác (cơ xương) bằng một protein điều hòa gen duy nhất nhấnmạnh lại một trong những nguyên tắc quan trọng nhất được thảo luận trong chương

này: sự khác biệt trong biểu hiện gen có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể giữa các loại tếbào: về kích thước, hình dạng, cấu trúc hóa học và chức năng.

Tổ hợp kiểm soát gen tạo ra nhiều loại tế bào khác nhau ở sinh vật nhân thực

Chúng tôi đã thảo luận cách những protein điều hòa gen có thể hoạt động kết hợpnhư thế nào để điều hòa sự biểu hiện của một gen riêng lẻ Tuy nhiên, như ví dụ proteinmyogenic cho thấy, tổ hợp kiểm soát gen có nghĩa là nhiều hơn: không chỉ mỗi genphản ứng với nhiều protein điều hòa gen kiểm soát nó, mà mỗi protein đều góp phầnvào sự kiểm soát của nhiều gen Hơn nữa, mặc dù một vài protein điều hòa gen quyđịnh riêng một loại tế bào, hầu hết còn lại được thay đổi trong một loạt các loại tế bào,tại một số nơi trong cơ thể, và tại một số thời điểm trong quá trình phát triển Điều này

được minh họa dưới dạng biểu đồ ở hình 7-76, trong đó cho chúng ta thấy cách tổ hợp

kiểm soát gen làm cho nó có thể tạo ra rất nhiều vấn đề sinh học phức tạp với số lượngtương đối ít protein điều hòa gen

Với tổ hợp kiểm soát, một protein điều hòa gen không nhất thiết phải có chứcnăng có thể xác định đơn giản và duy nhất như là chỉ huy của một nhóm cụ thể của genehoặc sự xác định của một loại tế bào đặc biệt.Thay vào đó, các protein điều hòa gen cóthể giống như những từ của một ngôn ngữ: chúng được sử dụng với ý nghĩa khác nhautrong một loạt các ngữ cảnh và hiếm khi một mình, nó là sự kết hợp có lựa chọn đểtruyền tải các thông tin xác định việc điều hòa gen

Một yêu cầu của tổ hợp kiểm soát là nhiều protein điều hòa gen phải có khả nănglàm việc cùng nhau để ảnh hưởng đến tốc độ cuối cùng của phiên mã Nhiều thí nghiệm

đã chứng minh được rằng ngay cả các protein điều hòa gen không liên quan nhau từ cácloài sinh vật nhân thực khác xa nhau cũng có thể hợp tác cùng nhau khi được đưa vàocùng một tế bào Trường hợp này phản ánh mức độ cao của bảo tồn của bộ máy phiên

mã Đó dường như là dạng tổ hợp đa chức năng của những hoạt động của các proteinđiều hòa gen đã đặt một liên kết trong tiến hóa của nó: nó phải khớp với một proteinđiều hòa gen khác, các yếu tố phiên mã chung, nhân tố điều chỉnh, ARN-polimerase vàcác enzim sửa đổi chất nhiễm sắc

Một hệ quả quan trọng của tổ hợp kiểm soát gen là hiệu quả của việc thêm mộtloại protein điều hòa gen mới vào tế bào sẽ phụ thuộc vào quá trình trước đó của tế bào,

vì quá trình này sẽ xác định sự có mặt của protein điều hòa gen Vì vậy, trong quá trìnhphát triển một tế bào có thể tích lũy một loạt các protein điều hòa gen mà không cầnphải thay đổi trạng thái gen ban đầu Việc bổ sung các thành phần cuối cùng của sự kếthợp cần thiết của các protein điều hòa gen đã hoàn thành thông tin điều hòa, và dẫn đếnnhững thay đổi lớn trong biểu hiện gen Một dự án, như chúng ra đã thấy, giúp giảithích cách bổ sung một protein điều hòa duy nhất tới một nguyên bào sợi có thể tạo ra

sự biến đổi đáng kể của các nguyên bào sợi vào một tế bào cơ Nó cũng có thể đưa ranhững thông tin quan trọng khác, đã đề cập ở Chương 22, giữa quá trình xác định tếbào-nơi mà một tế bào bắt đầu chuyển sang hướng phát triển đặc thù và quá trình phânhóa tế bào, trong đó một tế bào đã phân hóa thể hiện tính chuyên biệt của nó